用于通過標記光線標記物體的標記設備的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于通過標記光線標記一物體(1)的標記設備。該標記設備包括復數個標記模塊(10a-d)，用于發射標記光線，以及基座單元(20)，與復數個標記模塊(10a-d)連接，其中基座單元(20)具有用于控制復數個標記模塊(10)的控制單元（25）。復數個標記模塊(10a-d)包括至少一第一標記模塊(10a)和第二標記模塊(10c)，第一標記模塊(10a)和第二標記模塊(10c)使用不同的標記技術。
【專利說明】用于通過標記光線標記物體的標記設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種根據權利要求1所述的用于通過標記光線標記物體的標記設備。【背景技術】
[0002]用于通過標記光線標記物體的通用標記設備包括復數個用于發射標記光線的標記模塊，以及與復數個標記模塊連接的一基座單元，其中基座單元包括一用于控制復數個標記模塊的控制單元。
[0003]這樣的標記設備被使用于多種不同的物體，這些物體包括殼體，例如可用于食物、飲料、水果或標簽。標記同樣可被制造在藥片或用于郵政用具的標簽。這些物體的材料可以包括，塑料、紙張、金屬、陶瓷、纖維、復合材料以及有機組織，以及很多其他材料。
[0004]已知的標記設備被專門用于以上列舉的一種或幾種物體。因此，待標記物體或包括不同材料的物體的改變，不能被一慣用的標記設備標記。
[0005]從美國專利US2001/0030983A1中已知一種包括有多種半導體激光的激光設備。通過聚光鏡，發射出的激光光束被定向到相同的區域。
[0006]在美國專利US605787IA中，公開了一包括有復數個激光二極管的標記系統。可能有三種不同顏色的激光二極管用于發射光線，這三種不同顏色的光線可被混合從而形成其他多種顏色。
[0007]美國專利US5012259的發明主題涉及一種帶有三個氣體激光器的圖像形成系統，其可發射不同波長的光線。發射出的光束可在一公共的光路上被組合。另一用于通過不同波長光線曝光光敏層的儀器在美國專利US6141030A中被描述。在美國專利US2009/0245318A中，公開了具有復數個彼此一個接一個地設置的激光器的激光設備。
【發明內容】
[0008]本發明的目的旨在提供一種用于標記物體的標記設備，其可特別滿足各種不同的應用。
[0009]本發明的目的可通過包括有權利要求1技術特征的標記設備來解決。
[0010]在從屬權利要求中則給出了各優先的實施例，同時優選實施例也在以下說明書，特別是與附圖關聯的部分被給出。
[0011]根據本發明，以上所述種類的設備的特征在于，復數個標記模塊包括至少一第一標記模塊及一第二標記模塊，標記模塊可使用不同的標記技術。
[0012]可以被視為本發明的一基本構想是在一具有公共控制單元的標記設備中，提供不同的標記技術。依靠待標記的物體，一個或幾個標記模塊，通過與其最合適的標記技術，被部署于標記過程。
[0013]若物體包括不同材料，在這些不同材料上，一標記待被印刷或雕刻，基本變得愈發顯現。這種情況下，采用不同標記技術的復數個標記模塊可被激活并同時使用。相比于為了這一任務，需要多種不同標記設備的現有技術系統，本發明的標記設備允許一節約空間的設置，其所需時間消耗也同樣更少。
[0014]使用不同標記技術的標記模塊可被理解為制造不同波長或強度，即光束功率(beam power),的標記光線的任何標記模塊。
[0015]在本發明的標記設備中，標記模塊不同的標記技術屬于以下組，包括激光器，特別是固體激光器，激光二極管，VCSEL(垂直腔面發射激光器)，以及氣體激光器，例如二氧化碳(CO2)激光器,氦氖(HeNe)激光器,一氧化碳(CO)激光器,IS激光器,氮激光器,準分子激光器(excimer laser),或二極管例如LED (發光二極管)或OLED(有機發光二極管)。舉例來說，第一標記模塊的標記技術可由氣體激光器組成，而第二標記模塊則可使用激光二極管。由激光二極管發射的光線可具有大約Iym的波長，而氣體激光器，例如二氧化碳(CO2)激光器，可發射大約為IOym的光線。此外，激光二極管及氣體激光器的光束強度(beamintensity)也可為不同的。各種的不同物體隨之可通過一個標記設備被標記。復數個標記設備可同樣包括其他標記設備，其標記技術同樣可與第一及第二標記模塊的標記技術不同。
[0016]此外，至少兩個標記模塊的標記技術可存在不同，該不同可為由這些標記模塊發射的標記光線具有不同的波長區。這對于在物體的不同材料上產生標記特別有優勢。優選地，不同的波長區并不重疊。在這種情況下，每個包括至少一個二氧化碳(CO2)激光器的兩個標記模塊可被視為使用不同標記技術，如果這些二氧化碳(CO2)激光器通過控制單元控制為或適用于發射不同波長的光線，不同波長例如在10.6 μ m及9.3 μ m或10.3 μ m。
[0017]若對應標記模塊的尺寸保持較小，不同的標記模塊可被特別靈活的使用。為此，具有氣體激光器的一標記模塊可包括多個諧振管(resonator tubes)，這些諧振管可堆疊在彼此之上。對于高光束強度,需要長的激光器腔(laser cavity)。通過將包含有氣體激光器的激光氣體的諧振管設置為半圓形或整圓形，可以將這些諧振管提供成節約空間型。也就是說，至少一個標記模塊將氣體激光器作為標記技術，并包括至少部分圍繞一內部區域的諧振管。相比于有一直諧振管組成的激光器，這種設計提供了一種特別長的激光器腔，而標記模塊的殼體的總長度則相對較小。諧振管為半圓形或整圓形的設置可包括一內部區域被諧振管至少部分圍繞的任何設置。在一優選的節約空間的設置中，內部區域容納有電子部件例如用于氣體激光器的二極管的驅動電路，和/或光學部件，特別為一偏轉裝置組，或一掃描設備，用于重定向發射出的激光束。這個設置中同樣也利于冷卻。諧振管可相對設于內部區域并彼此間隔從而可使熱量容易消散。
[0018]在一本發明的優選實施例中，實質上是任意數量的，即數量靈活的標記模塊可與基座單元連接。為了使得控制單元能夠不依賴對應標記技術控制這些標記模塊，可使用可被容納于基座單元或每一個標記模塊中的智能設備。在第一種情況下，控制單元可包括一智能芯片，其適應于識別與基座單元連接的任何標記模塊的一標記技術，來允許控制單元控制不同標記技術的標記模塊。可選地，復數個標記模塊各自包括有一智能芯片，其適應于與控制單元通信，并使得控制單元能夠不依賴使用的標記技術控制對應的標記模塊。
[0019]在一特別優選的實施例中，至少一標記模塊包括有復數個發光元件，以及一偏轉裝置組，用于獨立重新設置每一由發光元件發射出的光束。該組可特別地包括每個發光元件的至少一偏轉裝置。偏轉裝置可為一反射鏡，透鏡或一光波導例如一纖維或一空心管。在偏轉裝置是反射鏡的情況下，優選地提供有每個發光元件的兩個反射鏡。于是發射出的光束的陣列可被重新設置為任何任意陣列，例如一相對發射出的陣列旋轉的線性陣列，一具有激光束之間的改變的光束間隔的陣列，或二維陣列。因此優選的是，該偏轉裝置組是可調節的，從而改變由發光元件發射出的光束的光束間隔。優選地，偏轉裝置可通過控制單元自動調節。為此，偏轉裝置可為萬向安裝。這些實施例中標記設備可有助于滿足特別廣泛的應用領域。
[0020]在另一優選實施例中，至少一標記模塊包括有復數個發光兀件以及一掃描設備，用于在物體上定位由復數個發光元件發射出的光束。掃描設備可包括一可旋轉的反射鏡，或優選兩個可旋轉的反射鏡，它們的軸彼此垂直。優選地，掃描設備包括兩個振鏡掃描器(galvanometer scanner)。
[0021 ] 每一標記模塊優選地可配備有一掃描設備。從而，為了定位其各自光束，相對彼此移動掃描模塊經常過剩的發生。
[0022]然而，仍然可提供一個標記模塊，優選地為每一個標記模塊配備有一電機設備(motor device)，其用于相對基座單元移動對應的標記模塊。標記模塊可因此獨立于彼此被移動。這允許了標記模塊的靈活使用。此外，印刷分辨率可被提高，印刷分辨率可被理解為在一個方向上可被印刷的點的數量。
[0023]優選地，控制單元適應于驅動電機設備來移動至少兩個標記模塊至它們視場彼此鄰接的位置。該鄰接的視場可被理解為一個標記模塊的兩個相鄰光束的間隔與不同標記模塊的兩個光束的間隔相等。該間隔可以由待定位的物體到標記設備的距離來確定。
[0024]換句話說，設置了至少兩個標記模塊，使得由這些標記模塊發射的光束可照射在物體的相鄰區域。于是，也有助于增加可以同時標記在物體上的點或線的數量。
[0025]另一個本發明優選的實施例的特征在于兩個標記模塊被設置在物體移動路徑的相對面使得物體的正面和背面可同時通過所述兩個標記模塊被同時標記。物體的移動路徑可由在其上放置物體的一輸送器或一轉臺來定義。
[0026]優選地，控制單元適用于驅動電機設備從而單獨傾斜每一標記模塊，用于使由標記模塊發射出的光束陣列相對待標記的物體的物體移動方向傾斜。從而，在垂直于物體移動方向的方向上，光束間隔可被改變。
[0027]不依賴發光設備的實時設置是有好處的。以下，將考慮一種設置為線性的，即一維陣列的發光設備的例子。相對標記模塊，物體在一物體移動方向內移動。在垂直于物體移動方向的方向上，被制造在物體上的標記的間隔由傾斜角決定。具體地，標記間的間隔可與傾斜角的切線乘以發光設備間的節距成正比。如果傾斜角為90°，即發光設備的線垂直物體移動方向時，標記之間的距離為最大。傾斜角越小，標記間的間隔越小。自然地，傾斜導致在物體移動方向發光裝置間的一偏移(offset)。然而，通過合理延遲單一發光裝置的激活，這一偏移可被輕易補償。
[0028]每一標記模塊可被理解為包含有對應部件的分開的殼體。該殼體與連接管纜(umbilical cable)相互連接或可各自與基座單元連接。復數個標記模塊也可能是容納在一個公共的外殼內。
[0029]在本發明的另一個優選實施例中，提供有適用于檢測待標記物體存在的傳感器。優選地，可為在傳感器模塊及基座單元之間的相對位置。傳感器可使用任何勝任的傳感器技術，例如一接近開關(proximity switch), 一有源或無源(active or passive)光學傳感器(optical sensor)或一超聲波傳感器。優選地,傳感器適應于確定物體的位置和形狀。有關形狀的信息利于放置標記模塊從而在需要的部分標記物體。除了移動標記模塊，由標記模塊發射的光束可同樣通過掃描設備被定位在物體上。
[0030]相應地，光學傳感器具有空間分辨率從而可檢測物體及提供的標記設備間的相對位置，且控制單元可適應于對應光學傳感器的檢測信息，在物體上定位由標記模塊發射出的光束。
[0031]為了確定相對物體標記模塊的方向，相應的標記模塊可適應于發射一不會在物體上引起標記的導航光束。導航光束的光點照射在物體上，可被傳感器，例如照相機檢測到。
[0032]在一優選實施例中，傳感器連接到一個標記模塊。有益的，這確定了傳感器和該標記模塊的相對位置，因而不再使用傳感器及標記模塊之間的相對位置的確定。
[0033]在一特別優選的實施例中，提供有一用于檢測產生在物體上標記的光檢測器，及一適用于基于光檢測器的檢測信號核實在物體上制造的標記是否正確的控制單元。光檢測器可有以上所述的傳感器或光傳感器(light sensor)形成。可選地，光檢測器及光學傳感器被獨立地容納在相對彼此分隔開的外殼中。
[0034]本發明標記設備的另一個優選實施例的特征在于，傳感器和/或光檢測器進一步適應于確定物體的速度。物體的速度可決定在物體移動方向上標記的距離。控制單元因此可適應于基于確定后的物體速度，控制標記模塊激活的頻率。因此在物體移動方向中，可達成由一個標記模塊制造的標記之間的所需要距離。額外地或可選地，控制單元可適應于通過電機設備移動標記模塊或使標記模塊傾斜，從而追蹤或追趕物體。
[0035]控制單元優選適應于在復數個不同標記技術的標記模塊中，基于光學傳感器的檢測信息，選擇并激活至少一個標記模塊。如果檢測到包含有不同材料的物體，使用不同標記技術的標記模塊可同時被激活。
[0036]下面將參考附圖并結合優選實施例來詳細說明本發明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037]圖1a是本發明標記設備的第一實施例的結構示意圖，在其中標記模塊以第一設置方式被放置；
[0038]圖1b是本發明標記設備的第一實施例的結構示意圖，在其中標記模塊一第二設置方式被放置；
[0039]圖2a至2c是本發明標記設備的兩個標記模塊的其他設置方式，及相應制造的標記的結構示意圖；
[0040]圖3a至3c是本發明標記設備的兩個標記模塊的另一種設置，及相應制造的標記的結構不意圖；
[0041]圖4是相對待標記的物體標記模塊的另一種設置；
[0042]圖5是本發明標記設備的一標記模塊的結構示意圖；
[0043]圖6是本發明標記設備的另一標記模塊的結構示意圖；
[0044]圖7是本發明標記設備的一控制模塊，傳感器，及顯示器的結構示意圖。
[0045]附圖中的等效部件分別用相同的附圖標記標示。【具體實施方式】
[0046]參考結構示意圖1a及Ib所示所描述的本發明的標記設備，是本發明標記設備的第一實施例，標記設備100。標記設備100包括復數個標記模塊10，其適應于發射標記光線，用于標記物體I。圖1a及Ib的不同在于標記模塊10的位置。
[0047]同樣參考圖1a及Ib,標記設備100進一步包括基座單元20,其具有用于控制標記模塊10的控制單元25。基座單元同樣可用于向標記模塊10供電，且也有可能提供冷卻液。
[0048]在圖示的例子中，復數個標記模塊10包括4個標記模塊10a-10d。每一標記模塊IOa-1Od具有復數個發光設備11。在這些設備11中，出射透鏡(exit lenses)或輸出光學器件(output optics) 11可發射對應光束用于標記圖示物體。
[0049]復數個標記模塊10包括使用不同標記技術的至少一第一標記模塊IOa和第二標記模塊10c。也就是說，這些標記模塊10a、10c的發光設備11的種類不同。在圖示實施例中，標記模塊10a、10b的發光設備11是氣體激光器，例如CO2激光器,其發射具有9.3 μ m或10.6 μ m波長的光線。標記模塊10c、IOd具有激光二極管作為發光設備。這些發射光線具有與氣體激光器模塊10a、10b的某一個不同的波長，例如其具有I微米的波長，特別為940nm,950nm 或 970nm。
[0050]控制單元25適應于獨立于每一標記模塊10a-d的標記技術，激活標記模塊IOa-1Od的每一個。其通過控制單元25的智能芯片來實現。智能芯片可包括一存儲器，其內儲存有用于識別及控制具有不同標記技術的標記模塊的相關數據。從而對于使用者來說，并不需要輸入與基座單元連接的標記模塊的種類。額外地或可選地，每一標記模塊10可配備有一智能芯片。智能芯片隨之可與基座單元的控制單元通信從而傳送對應標記模塊10的識別信息。控制單元25隨后產生并發送指令至標記模塊，即其基于待被標記的符號激活標記模塊10。
[0051]至少一標記模塊10的輸出光學器件11被設置成一直線，即發射的光束形成一維陣列。在圖示的例子中，每一標記模塊IOa-1Od具有被設置成一直線的輸出光學器件11。任意一標記模塊IOa-1Od的激光束因此在物體上產生點或者標記點，該點位于一維陣列內。通過在物體移動方向2中移動物體1，該物體移動方向2與一維陣列并不平行，任何二維的圖案能夠被打印到物體I上。
[0052]標記模塊10被定位使得其可在物體表面的所需部分制造標記。為了這樣定位，提供有一電機設備60。通過電機設備60，標記模塊IOa-1Od可獨立于彼此被移動。控制單元25同樣可適應于控制電機設備60。
[0053]在圖示的例子中，控制單元25被安置在分隔的殼體30內，其組成了控制模塊30。從而，用于標記模塊10的電源26及冷卻設備28可不被提供在控制模塊30的殼體內。
[0054]更確切地說，為了每一標記模塊10a-10d，提供有一合適的基座模塊20a_20d。每一個基座模塊20a_20d安置有一電源26,其勝任于對某一特定標記模塊IOa-1Od供電。由標記模塊10的種類及其發光設備11的數量所決定，能量消耗可能差異巨大。如果電源26不為其他種類的標記模塊提供附加電量，將有助于減少設計及成本需求。
[0055]進一步地，基座模塊20a_20d可包括用于冷卻標記模塊IOa-1Od的冷卻設備28。由相應標記模塊IOa-1Od的技術所決定，冷卻需求可能存在不同。例如對于激光二極管模塊10c，IOd來說，空氣冷卻就足夠了。在這種情況下，相應的基座模塊20c，20d不包括任何冷卻設備。然而，氣體激光器模塊10a，IOb則具有更高的冷卻需求。因此，相關基座模塊20a、20b包括有冷卻設備28。冷卻設備28具有一用于將冷卻液傳送至相應標記模塊10a、IOb的泵。為了將冷卻液冷卻至室溫，冷卻設備28包括有冷卻肋片(cooling fin)。若對冷卻的要求更高，則可提供有一主動式冷卻設備，例如一拍耳帖元件(？01；^61-6161116111:)。
[0056]為了自基座模塊20a_20d向標記模塊IOa-1Od傳送電力及可能存在的冷卻液，每一基座模塊20a-20d與其對應的標記模塊IOa-1Od通過連接管纜50連接。這些管纜具有電力線，冷卻線，以及額外的用于傳送控制模塊30的標記指令的信號線。由于控制模塊30及基座模塊20具有分隔開的殼體，控制單元25并不直接與連接管纜50相連。更確切地說，控制單元25將信號發給基座模塊20，通過其與連接管纜50相連。
[0057]為此，控制單元30提供有復數個用于電纜的連接元件。這些電纜因而可與基座模塊20a-20d相連。連接元件的數量因此組成了可被調動的基座模塊10的上限，其可能至少為8,例如16。可選地,基座模塊可被以一條鏈的方式設置至控制模塊，即僅有一個基座模塊與控制模塊直接相連。
[0058]控制單元25適應于自動確認任何連接著的基座模塊20a_20d。也就是說，控制單元25確定連接的基座模塊是否被構建為例如是激光二極管模塊10c、10d或舉例為CO2激光器模塊的氣體激光器模塊10a、10b提供供應。
[0059]再次說到標記模塊IOa-1Od的設置，由模塊設計產生的優點將被解釋。特別地，由于模塊的寬度小以及輸出光學器件11的設置產生的好處將被描述。輸出光學器件11放置在殼體的前面。輸出光學器件幾乎從一前沿展開至與該前沿相反的前沿，前述前沿是在前面及一側面間的邊沿。也就是說，前沿及與該前沿最近的輸出光學器件間的距離小于輸出光學器件間的間距。優選地，該距離最多為輸出光學器件之間的距離的一半。因而，當第一及第二標記模塊10a、10b被設置為其側面相互接觸,第一標記模塊IOa的輸出光學器件11及第二標記模塊IOb的輸出光學器件11的距離等于同一標記模塊10的相鄰輸出光學器件11間的距離。有益地，標記模塊IOa的光束陣列與標記模塊IOb的光束共同形成一均勻的光束陣列，在其中相鄰光束間具有相同的節距。
[0060]以下將描述圖1a及Ib的設置間的不同。在圖1a所示的例子中，標記模塊10a、IOb以及標記模塊10c、IOd被設置在物體移動路徑的不同兩面。物體I的前面可被標記模塊10a、IOb標記，而物體I的后面則可被標記模塊10c、IOd標記。
[0061]相反地，在圖1b所示的情況中，標記模塊IOa-1Od靠近彼此設置從而一起印刷一個符號。
[0062]每一標記模塊IOa-1Od的輸出光學器件11的線可相對物體移動方向2輕微傾斜。在垂直于物體移動方向的方向3中,其可引起一標記模塊10的輸出光學器件11間的較少偏移。較少偏移比輸出光 學器件11間的節距小得多。有益的，在垂直于物體移動方向2的方向3中，可達到較高的印刷分辨率。然而，在方向3中點的數量由于一標記模塊10的輸出光學器件11或發光設備的數量而受到限制。為了克服該限制，兩個標記模塊10a、10b在物體移動方向2中靠近彼此設置,并在垂直于物體移動方向的方向3中輕微偏移。由于輸出光學器件11的線相對物體移動方向2輕微傾斜，因此每一輸出光學器件11相對方向3處于不同位置。另一對標記模塊10c、10d同樣也在方向3中相對標記模塊10a、10b傾斜并產生偏移。因此，在方向3中可產生的點的數量等于所所有標記模塊IOa-1Od的發光設備的總量。在方向3中點的節距通常通過調節傾斜角可為任何值。
[0063]如附圖圖2a至2c及圖3a至3c所示，為標記模塊10a、10b的其他設置方式，以及由此產生的標記。在任意情況下，每一標記模塊10a、IOb以一傾斜角α相對物體移動方向2傾斜。在垂直于物體移動方向2的方向3中,輸出光學器件可輕微偏移且由此每一標記模塊10的光束也可相應偏移。因而任意標記模塊10a、10b可印刷一行代碼，該代碼由在方向3中的一系列點組成，這些點的數量等于模塊10的發光設備的數量。在圖示的實施例中，每一標記模塊10a、10b包括九個發光設備以及多行代碼，即標記，因此這些標記由方向3中的9個點組成。
[0064]現在參考附圖2a及2b，示出了標記模塊10a、IOb的兩種不同設置，其允許印刷分隔的兩行代碼4a、4b，如附圖2c所示。也就是，標記模塊10a、10b在方向3中間隔地足夠開，使得標記模塊10a、10b的那些彼此最接近的輸出光學器件間的距離大于在方向3中一個模塊的輸出稱合器(output coupler)的偏移。這導致兩行代碼4a、4b的每一個均可通過標記模塊10a、10b中的一個被印刷。如附圖2a所示，在物體移動方向2中，標記模塊10a、IOb可相對彼此偏移，或如附圖2b所示，一個模塊為倒置設置。
[0065]在垂直于物體移動方向2的方向3中，至少有一個位置可通過電機設備調節，該電機設備通過控制單元控制。
[0066]參考附圖3a及3b可知，附圖2a及2b中的標記模塊10a、10b在方向3中被移動為更接近彼此。現在，標記模塊IOa或標記模塊IOb中，某個標記模塊的兩個輸出耦合器間的距離等于標記模塊IOa的一個輸出I禹合器至另一標記模塊IOb的一個輸出I禹合器間的距離。因而，如附圖3c所示，可印刷一行代碼4c。該行代碼4c由18個點組成，這些點在方向3中具有一公共的間隔。有益的,這允許復合符號的印刷,例如Data Matrix條碼或亞洲文字。
[0067]優選地，控制單元適用于在圖中所示的任意位置間移動標記模塊，特別地是在圖2a及3a和/或2b及3b所示的位置之間。這可通過控制單元，根據待被印刷的代碼行，自動完成。
[0068]現在參考圖4所示，為本發明標記模塊設備中的標記模塊10的另一設置方式。這次，提供有三個標記模塊10a、10b、10c。
[0069]由于物體I的圓形軌跡，其至任意標記模塊的距離不同。距離的差異可參考在一方向中的符號d。三個標記模塊10a、10b、10c可對應物體的軌跡設置，使得其至軌跡上的位置的距離為公共的，在該軌跡上標記模塊的光束91-93照射在物體I上。這有利于光束91-93的聚集，且物體上光束91-93的光點尺寸為公共的。
[0070]參考附圖5所不,為本發明標記設備100的一標記模塊10。這一標記模塊10為一氣體激光模塊10，即其具有復數個氣體激光器11作為發光設備。在圖示的例子中，復數個氣體激光器11包括9個氣體激光器。這些激光器彼此疊置。也就是，在第一氣體激光器的每一諧振管上設有一第二氣體激光器的一諧振管。
[0071]每一氣體激光器11包括復數個諧振管12，例如可為設置成矩形的4個諧振管12。通常來說，可提供有任何數量的諧振管，其可設置為凸面或類似于環形的樣式。
[0072]在矩形的三個角中，提供有用于連接相鄰諧振管12的連接元件16。這些連接元件16形成為空心管使得與諧振管12 —起形成一公共的氣體三維空間。公共的氣體容積可密封從而防止激光氣體的滲漏。
[0073]公共的氣體三維空間中所接收的氣體混合保持恒定這一點是很重要的，因為改變可能降低激光效率。為了減緩改變，提供有一額外的稱為氣體管13的氣體儲存器。氣體管13填充有激光氣體，但其并不配備有電極，即在操作激光器11時，氣體管13中的氣體不會被激發。氣體管13被設置成與諧振管12中的一個平行，從而與諧振管12 —起形成一公共的氣體容積。為了這個目的，連接元件16中的至少兩個包括一進一步的開口，其與氣體管13連接。
[0074]在矩形的第四個角中，相鄰的諧振管12通過連接元件17所支持，連接元件17安置有一背光鏡15及一輸出耦合器18。如圖所示的例子中，氣體容積的末端的一面有背光鏡15，另一面有輸出耦合器18，使得在連接元件17中無氣體連接。
[0075]連接元件17由第一連接部分17a及第二連接部分17b形成。第二連接部分17b具有用于連接氣體激光器的諧振管12的開口，且每一氣體激光器兩個開口。進一步地，第二連接部分17b具有每個激光器兩個額外開口，其開口通過背光鏡15及輸出耦合器18封閉。光束傳輸裝置19，例如反射鏡19與第一連接部分17a連結，從而通過輸出耦合器18發射的激光束可被重定向到一內部區域5，該內部區域5至少部分通過諧振管12圍住。
[0076]在內部區域5中，布置有進一步的光學元件7以及電子部件6。光學元件7可包括一偏轉裝置組8，該偏轉裝置組8至少為每個氣體激光器一個偏轉裝置，或優選地至少為每個氣體激光器二個偏轉裝置。偏轉裝置可為可調節的反射鏡或光波導。一偏轉裝置組8因而允許單獨重定向每一發射出的激光束。光學元件7可進一步包括一個或兩個振鏡掃描器9,每一振鏡掃描器具有一反射鏡,在反射鏡上射有所有氣體激光器的激光束。通過振鏡掃描器9,激光束可在標記模塊10的視場內被掃描。
[0077]現在參考復數個氣體激光器11，這些激光器可共享公共的連接元件16、17。每一連接元件16包括一用于連接每個氣體激光器中兩個諧振管的開口。在圖示的實施例中，具有九個激光器，也就是說有十八個開口。優選地，不同氣體激光器的氣體容積在連接元件16中互相連接。這將增強激光氣體混合物的穩定性，因為在一個氣體激光器的諧振管中的氣體變換將擴散并因此稀釋所有的氣體激光器。進一步地，通過在連接元件16中互相連接不同激光器的氣體容積，一氣體管13可通過額外的氣體為所有激光器11補充。
[0078]為了將激光自一氣體激光器的一諧振管12重定向至同一激光器的另一諧振管
12,每一連接元件16包括一反射鏡。優選地,連接元件16具有一額外的開口，使得反射鏡可自外部與那個開口連結。這有利于標記儀器的生產。
[0079]公共連接兀件17包括每個氣體激光器一輸出稱合器18,及一背光鏡15。若公共連接元件17包括額外的開口，該額外開口其通過背光鏡15和/或輸出耦合器18封閉，則制造將進一步方便。也就是，公共連接元件17可能在四個面具有開口，在其中的兩個面其與諧振管12連接，而在其余兩個面，輸出耦合器18及背光鏡15自外部與開口連結。
[0080]每一氣體激光器11的每一諧振管12各自配備有一對電極31、32用于激發激光器氣體。通過堆疊諧振管12，面對內部區域的電極32及在諧振管12的相反面的電極31可被類似地堆疊。優選地，諧振管的一個堆疊中的所有電極32均放置在第一公共基板上或基板內。諧振管的一個堆疊中的所有電極31類似地設置在第二公共基板上或基板內。
[0081]諧振管12的外面上，例如諧振管12相對內部區域5的一面上，提供有散熱器21。散熱器21可包括用于接收冷卻液的微通道。優選地，諧振管12的每一堆疊與一公共的散熱器21熱力連接。
[0082]在圖6中，示出了本發明標記設備的標記模塊10的另一實施例。在這里，每一氣體激光器包括3個諧振管12，諧振管被設置為U型。這一 U型的兩個邊沿間的間隔可被理解為是內部區域5。這一 U的末端的一端連接有第一連接元件的背光鏡15，但不與輸出耦合器18連結。相似地，這一 U的末端的另一端連接有第二連接元件的輸出耦合器18，但不提供有背光鏡15。
[0083]提供有用于連接一連接管纜的連接器40例如一公插口或母插口。通過連接器40，冷卻液可進入儀器，并可通過微通道被引導。在微通道內加熱后，通過連接器40冷卻液可流出儀器。連接器40進一步包括電性接點使得標記模塊10可通過連接管纜被供電及電信號。
[0084]參考至圖7，可見本發明標記設備的一控制單元25，一傳感器70及一顯示器80。
[0085]控制單元25被放置在控制單元30內，且傳感器70及顯示器80連接至控制單元30。控制單元25適應于顯示數據,例如連接的標記模塊的ID及其對應的標記技術。進一步地，可顯示用于選擇印刷設置的菜單。用戶可通過顯示器或另一外部設備輸入一指令，顯示器可為一觸摸屏。可選地，控制單元25可通過一網絡連線接收指令。
[0086]在圖示的例子中，傳感器70是一傳感器模塊70，其通過電纜51連接至控制模塊30。傳感器模塊70用于確定物體I的位置，優選地也可確定其速度。以此為目的，可使用任何合適的傳感器技術，例如超聲換能器(ultrasonic transducer)或一光傳感器。
[0087]優選地，傳感器模塊70包括一照相機，因此其也可稱為一光學傳感器。標記模塊可被配備有一導航光源，即光源發射一與用于標記的光束平行的導航光束。與標記光束相反，導航光束并不制造標記，及在物體表面不制造永久性改變，而僅僅是制造一個光點。該點可通過照相機被偵測并指示物體上的一區域，在該區域用于標記的發光設備被標注。控制單元因而可確定對應標記模塊及物體的相對位置以及標記模塊至物體的方向。控制單元可進一步適應于根據光學傳感器的檢測信息，定位通過標記模塊發射出的光束。
[0088]控制單元進一步適用于根據光學傳感器的檢測信息確定對于某一精確標記任務哪個標記技術合適。隨后，相應的標記模塊由控制單元激活。
[0089]優選地，控制單元25適應于根據傳感器70的測量信息，確定物體的位置以及優選地物體的速度。控制單兀25同樣可適應于通過一電機設備移動傳感器模塊70。
[0090]標記設可進一步包括一光檢測器，其原則上可與光學傳感器一致地建造。光檢測器被設置為如此，使得其可檢測制造在物體上的標記。控制單元因而可基于光檢測器的檢測信號，核實在物體上制造的標記是否正確。
[0091]此處描寫的標記設備允許在各種不同應用中標記物體。這可通過在一個標設備中使用至少兩個不同的標記技術來到達。因而可制造用于標記不同物體的具有合適波長的光束或合適線束功率的光束。特別地，其可有助于僅通過一個標記設備在包括不同基材的一個物體上進行標記。
【權利要求】
1.用于通過標記光線標記一物體(1)的標記設備，包括， 復數個標記模塊(10)，用于發射標記光線，以及 基座單元(20)，與復數個標記模塊(10)連接，其中基座單元(20)包括用于控制復數個標記模塊(10)的控制單元(25)， 其特征在于， 復數個標記模塊(10)包括用于標記包括不同材料的物體(1)的至少一第一標記模塊(IOa)和第二標記模塊(10c)，第一標記模塊(IOa)和第二標記模塊(IOc)使用不同的標記技術， 標記模塊(10)的不同標記技術屬于以下組，包括: 激光器，特別是固體激光器，激光二極管，垂直腔面發射激光器，以及氣體激光器，例如二氧化碳激光器，氦氖激光器，一氧化碳激光器，IS激光器，氮激光器和準分子激光器，或二極管例如發光二極管或有機發光二極管，且每一標記模塊(10a、10b、10c)被提供有一掃描設備，用于定位物體(1)上的相應光束，和/或標記模塊(10a、10b、10c)相對彼此獨立移動。
2.如權利要求1所述的標記設備，其特征在于， 至少兩個標記模塊(10a，10c)的標記技術的不同在于由所述標記模塊(10a，10c)發射的標記光線具有不同的波長區，特別用于在物體(1)的不同材料上制造標記。
3.如權利要求1或2所述的標記設備，其特征在于，控制單元(25)包括一智能芯片 (26)，其適應于識別與基座單元連接的任何標記模塊的一標記技術，從而允許控制單元(25)控制不同標記技術的標記模塊(10)。
4.如權利要求1-3任一項所述的標記設備，其特征在于，每一復數個標記模塊(10)包括有一智能芯片(26)，其適應于與控制單元(25)通信，并使得控制單元(25)不依賴使用的標記技術控制對應標記模塊(10)。
5.如權利要求1-4任一項所述的標記設備,其特征在于,至少一標記模塊(10)包括有復數個發光元件(11)，以及一偏轉裝置組(8)，特別地對應每個發光元件(11)包括至少一偏轉裝置，其用于獨立重新設置每一由發光元件(11)發射出的光束。
6.如權利要求1-5任一項所述的標記設備，其特征在于，為了增加同時標記在物體(1)上的點或線的數量，至少兩個標記模塊(10)被設置為如此使得由這些標記模塊(10)發射的光束可照射在物體(1)的相鄰區域。
7.如權利要求5或6所述的標記設備，其特征在于，一偏轉裝置組(8)是可調節的，從而改變由發光元件(11)發射出的光束的光束間隔。
8.如權利要求1-7任一項所述的標記設備，其特征在于，至少一標記模塊(10)包括有復數個發光元件(11)以及一掃描設備(9)，掃描設備(9)特別可為兩個振鏡掃描器，用于定位物體(1)上的由復數個發光元件(11)發射出的光束。
9.如權利要求1-8任一項所述的標記設備，其特征在于，至少一標記模塊(10)使用氣體激光器作為標記技術，并包括有至少部分圍繞一內部區域(5)的諧振管(12)，且 電子部件和/或光學部件，特別地為一偏轉裝置組(8)，或一掃描設備(9)，被設置在內部區域(5)中。
10.如權利要求1-9任一項所述的標記設備，其特征在于，提供有一光學傳感器(70)具有空間分辨率從而可檢測物體⑴及標記設備(100)間的相對位置，且控制單元(25)適應于根據光學傳感器(70)的檢測信息,在物體(1)上定位由標記模塊(10)發射出的光束。
11.如權利要求10所述的標記設備，其特征在于，控制單元(25)適應于在復數個不同標記技術的標記模塊(10)中，基于光學傳感器(70)的檢測信息,選擇并激活至少一個標記模塊(10)。
12.如權利要求1-11任一項所述的標記設備，其特征在于，提供有一光檢測器(75)，用于檢測制造在物體(1)上標記，及 一適用于基于光檢測器(75)的檢測信號，核實在物體(1)上制造的標記是否正確的控制單元(25) ο
13.如權利要求1-12任一項所述的標記設備，其特征在于，為了在垂直于物體移動方向(2)的方向(3)上，改變光束間隔，控制單元(25)適用于單獨傾斜每一標記模塊(10)，使得由相應標記模塊(10)發射出的光束陣列 相對于物體移動方向(2)傾斜。
【文檔編號】B23K26/03GK103889639SQ201280043022
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年7月19日 優先權日:2011年9月5日
【發明者】凱文·L·安布魯斯特, 布拉德·D·吉爾馬丁, 彼得·J·屈克達爾, 伯納德·J·理查德, 丹尼爾·J·瑞安 申請人:奧迪克激光應用技術股份有限公司