Procedimiento y dispositivo para el marcaje rotativo de materiales cilíndricos,

preferentemente para tapones del tipo corcho natural, aglomerados de corcho o de materiales sintéticos utilizados habitualmente para cerrar envases de bebidas como vino o similares, que comprende por lo menos un sistema de alimentación de elementos cilíndricos, preferentemente tapones de corcho natural o sintético; medios de detección de presencia de dichos elementos cilíndricos; un sistema láser; medios para producir la rotación de dichos elementos cilíndricos sobre su eje de revolución a alta velocidad de forma tangencial al plano focal del sistema láser, medios de medida de la velocidad tangencial y dirección de giro, medios ópticos de corrección y enfoque; medios de control basados en microprocesador; medios de extracción de los elementos cilíndricos y se caracteriza por el hecho de que el sistema láser comprende medios de generación de por lo menos un haz láser; medios de modulación temporal de dicho haz láser y medios de modulación espacial de dicho haz láser

Procedimiento y dispositivo de marcaje rotativo.

La presente invención se refiere a un Procedimiento y dispositivo de mareaje mediante radiación láser de elementos cilíndricos que permite el mareaje de dichos elementos cilíndricos girando a alta velocidad.

Antecedentes de la invención

En la actualidad los sistemas de mareaje de tapones de corcho utilizados en la industria de manipulación de tapones de corcho natural están basados en sistemas de impresión offset con tinta, o de mareaje mediante marcas de bronce calentadas con resistencias eléctricas o por inducción.

Igualmente en el caso de tapones sustitutivos de corcho natural, mediante materiales sintéticos como el polipropileno, termoplásticos espumados o silicona, el proceso de mareaje se realiza mediante impresión offset, tampografía, transferencia térmica, utilizando tintas especiales y métodos de secado que ayuden a fijar la tinta a estos materiales, presentando gran dificultad debido a la no absorción del material.

En el estado de la técnica, es conocido y ampliamente extendido en la industria del sector de manipulación de tapones de corcho el uso de sistemas de mareaje habitualmente rotativo de tapones de corcho por contacto, tales como los descritos en las patentes de invención GB164505A, GB187588, US2003/0127000A1, WO01/08893A1, WO 95/13883A1, WO 2004/O80813A2, US2003/0118745A1 donde el proceso de mareaje de los tapones se realiza generalmente por técnicas de: 1.- temperatura y presión aplicada sobre el cuerpo del tapón a través de un sello metálico o marca, mantenida a alta temperatura y generada a base de resistencias eléctricas o inducción de gran potencia en contacto con la marca, donde esta se ha mecanizado previamente para que disponga de un relieve correspondiente a la forma del logotipo o imagen que la bodega quiere ver transferida en el cuerpo del tapón, y que por la temperatura y presión aplicada sobre el cuerpo del tapón dará como resultado un mareaje basado en el cambio de color de la superficie afectada del corcho debido al efecto de "tostado", más oscuro y/o profundo en función de la temperatura y/o presión aplicadas, 2.- tinta de un solo color, 3.- varias tintas.

Actualmente hay que fabricar el sello de la marca para colocarla en la máquina de marcar tapones. La fabricación de este sello (de silicona o de metal, según si el mareaje es por tinta o por temperatura y presión) se externaliza en empresas mecánicas especializadas.

Otro inconveniente del proceso de mareaje de tapones mediante sellos, es el hecho de que la empresa de manipulación de tapones se ve obligada a almacenar cada uno de los juegos de marcas, requiriendo de gran espacio de almacenaje en las instalaciones productivas a medida que van pasando los años.

Es cierto además que estas marcas requieren de mantenimiento, reparación y en muchos casos sustitución por otra marca nueva, puesto que con el uso pueden llegar a deteriorarse completamente o en parte.

El proceso aplicado a los tapones de corcho de mareaje del cuerpo (habitualmente en tinta) y cabezas (siempre a fuego) del tapón según requiera cada cliente, precisa de un secado intermedio de 24 horas para dar tiempo a que la tinta quede bien fijada al cuerpo del tapón.

Cada fase del proceso de manipulación de los tapones, especialmente aquellas que requieren la aplicación de productos para su tratamiento, se acostumbra a realizar por lotes de entre 5.000 y 20.000 tapones dentro de una misma máquina a la que se le añaden los productos químicos en las cantidades y proporciones adecuadas. En la actualidad y al finalizar el proceso, los tapones no acostumbran a incorporar información relativa a estas partidas llamadas "lavadas". Por este motivo, y en caso de que la bodega detecte, dentro de la globalidad de todo un pedido de tapones, un tapón al que por algún motivo no se le ha realizado uno de los procesos químicos de forma adecuada (por ejemplo: exceso de parafinas, mala igualación del color, etc.), por seguridad la bodega acostumbra a devolver el pedido entero al manipulador de tapones. Esto puede llegar a representar partidas de hasta 100.000 tapones, con los inconvenientes que esto puede llegar a representar.

Hoy en día, y por motivos de trazabilidad de los procesos, se exige cada vez más la lotificación en los tapones para tener un control. Esta lotificación en la marca supone una gran dificultad con los sistemas actuales, puesto que supone un cambio de marca continuo o cambio de unas de las piezas de la marca, como si fuese una numeradora que cambia los números. Habitualmente este proceso es manual, limitado a pocas cifras/letras y requiere el paro del proceso de mareaje para la limpieza y sustitución de las marcas correspondientes a los números a variar.

Una vez todo listo, el proceso de mareaje por tinta se realiza de la siguiente forma: la marca ha de impregnarse de tinta para marcar los tapones. Este proceso se realiza de forma continua, donde un tapón tras otro giran a alta velocidad y son forzados a pasar debajo de una rueda giratoria que contiene la marca impregnada de tinta, sujeta alrededor de dicha rueda giratoria, transfiriendo por contacto la tinta que previamente un rodillo habla depositado en el relieve de la marca.

Por otro lado, y aun que este método de mareaje por tinta desde su introducción años atrás consiguió mayor resolución en las marcas de las bodegas sobre el tapón, incorporando a estas marcas dibujos de castillos, silueta del perfil de la bodega y su paisaje, motivos florales, etc., comparado con los mareajes de los tapones obtenidos previamente con las antiguas marcas/sellos metálicos utilizadas hasta entonces para realizar el mareaje por calor y presión, hay que destacar que el proceso sigue arrastrando graves y molestos inconvenientes, asociados al hecho del mareaje por tinta, y especialmente en materiales poco porosos como es el caso del corcho, y que la industria del tapón de corcho requiere mejorar.

Algunos de los inconvenientes asociados al mareaje de tapones con tinta son: 1.- la dificultad en realizar marcas cuyas imágenes/logotipos tienen grandes zonas que deberían aparecer marcadas, dando como resultado una imagen emborronada por el exceso de tinta, 2.- el hecho de tener que dejar secar durante alrededor de 24 horas los tapones marcados con tinta, previo a realizar el siguiente proceso de siliconas/parafina descrito, 3.- el utilizar una tinta especifica para la aplicación en materiales de uso alimentario, que se usa para marcar tan solo el cuerpo del tapón pero que en ningún caso las autoridades sanitarias permiten que pueda ser usada para marcar las cabezas del tapón, una de las cuales estará tarde o temprano en contacto con la bebida contenida en el interior de la botella en cuestión, 4.- el hecho que a cada cambio de marcas/sellos es necesario un paro de máquina de entre 5 y 10 minutos para no tan sólo sustituir la marca sino además limpiar todo el mecanismo de mareaje y así evitar la acumulación de residuos que entorpecerían el proceso y deteriorarían la calidad del mareaje (se ha medido el tiempo medio de parada de máquina destinado a la limpieza y cambio de marcas por un operario formado que supervisa dos marcadores de tinta, en alrededor de 1 hora diaria por turno de trabajo), 5.- el uso de tintas en productos del sector alimentario al que gobiernos de todos los países y usuarios en general añaden presión al sector para eliminar y así evitar riesgos de contaminación de los alimentos y de sus consumidores.

Aunque este tipo de sistemas funcionan bastante bien, tienen un elevado mantenimiento, coste de consumibles y marcas, así como requerir elevada mano de obra para dichas tareas y supervisión lo que representa un inconveniente evidente para el sector.

Por otro lado, es conocida la existencia de la patente WO2004/007599 A1 para la confección de un tipo de tapón sintético mediante la mezcla de material termoplástico espumado con aditivos especiales para la reacción ante radiación láser, así como el método especifico para el mareaje de dichos tapones. Cabe destacar que dicha patente hace referencia al método de mareaje de tapones sintéticos de dicha composición, los cuales deben ser fabricados previamente con la mezcla adecuada que incluya el aditivo especial, además de un tipo especifico de láser para su mareaje, y de una configuración óptica y de focalización que son criticas para conseguir un resultado adecuado que no deteriore la superficie del tapón, dando como resultado un procedimiento de mareaje de baja fiabilidad, baja cadencia y la imposi- bilidad de marcar...

1. Procedimiento para el mareaje rotativo de elementos cilíndricos, preferentemente tapones de corcho natural, aglomerados de corcho o de materiales sintéticos para cerrar envases, caracterizado por el hecho de que comprende las etapas siguientes:

A. Disposición de por lo menos un elemento cilíndrico, preferentemente tapones de corcho, en un sistema de movimiento rotatorio continuo o discontinuo, el cual mantiene durante un mínimo de un octavo de vuelta el elemento cilíndrico en el campo óptico de acción de un sistema láser.

B. Detección de la presencia del elemento cilíndrico.

C. Detección de la velocidad tangencial del elemento cilíndrico.

D. Aplicación de una radiación láser continua o pulsada sobre la superficie del elemento cilíndrico en movimiento durante la rotación de dicho elemento cilíndrico, hasta completar un patrón predeterminado.

E. Retirada del elemento cilíndrico del sistema de movimiento rotatorio.

2. Procedimiento según reivindicación 1 caracterizado por el hecho de que simultáneamente a la etapa D se inicia la etapa A para un segundo elemento cilíndrico en un segundo sistema de movimiento rotatorio situado en el campo óptico de acción del sistema láser.

3. Procedimiento según reivindicación 1 o 2 caracterizado por el hecho de que la etapa D incluye por lo menos una subetapa de disposición de por lo menos una de sus caras planas del elemento cilíndrico frente al centro óptico del sistema láser.

4. Procedimiento según reivindicación 1 o 2 caracterizado por el hecho de que después de la etapa E se dispone el elemento cilíndrico en un segundo sistema para el mareaje mediante radiación láser para la marcación de por lo menos una de las superficies planas del elemento cilíndrico.

5. Procedimiento según reivindicación 1 a 4 caracterizado por el hecho de que antes o después de la etapa E se incluye una etapa de detección de errores de marcación mediante comparación con un patrón o margen de patrones preestablecidos.

6. Procedimiento según reivindicación 1 o 5 caracterizado por el hecho de que además comprende una etapa de clasificación y direccionamiento.

7. Dispositivo para el mareaje rotativo de materiales cilíndricos, preferentemente del tipo tapones de corcho natural, aglomerados de corcho o de materiales sintéticos utilizados habitualmente para cerrar envases de bebidas como vino o similares, apto para realizar el procedimiento descrito en las reivindicaciones anteriores, que comprende por lo menos un sistema de alimentación de elementos cilíndricos (404), preferentemente tapones de corcho natural o sintético; medios de detección de presencia de dichos elementos cilíndricos; un sistema láser; medios para producir la rotación (401) de dichos elementos cilíndricos sobre su eje de revolución a alta velocidad de forma tangencial al plano focal del sistema láser, medios de medida de la velocidad tangencial y dirección de giro, medios ópticos de corrección y enfoque; medios de control basados en microprocesador; medios de extracción de los elementos cilíndricos caracterizado por el hecho de que el sistema láser comprende medios de generación (120) de por lo menos un haz láser; medios de modulación temporal de dicho haz láser y medios de modulación espacial (290) de dicho haz láser.

8. Dispositivo según la reivindicación 7 caracterizado por el hecho de que el láser aplicado tiene una longitud de onda entre 0,2 y 11 μm, preferentemente entre 1 y 11 μm, preferentemente entre 9 y 11 μm para tapones de corcho natural y preferentemente 1064 nm o 532 nm para tapones sintéticos.

9. Dispositivo según la reivindicación 8 caracterizado por el hecho de que al haz láser se le aplica una modulación temporal a frecuencias comprendidas en el rango 0,1 hz a 2,5 Mhz y ciclo de trabajo variable, preferentemente entre 0,1 hz y 500 Khz.

10. Dispositivo según la reivindicación 9 caracterizado por el hecho de que el haz del láser es generado de forma pulsada mediante un modulador que comprende por lo menos uno de los sistemas del tipo "chopper", un modulador electro-óptico, acusto-óptico o piezo-eléctrico, preferentemente del tipo acusto-óptico.

11. Dispositivo según reivindicación 10, caracterizado por el hecho de que el haz láser se forma según una distribución sustancialmente gausiana.

12. Dispositivo según la reivindicación 11 caracterizado por el hecho de que el generador de haz láser es de estado gaseoso, preferentemente un láser CO2.

13. Dispositivo según la reivindicación 12 caracterizado por el hecho de que el haz del láser es generado de forma pulsada mediante modulación electrónica temporal aplicada a la fuente de alimentación del generador láser.

14. Dispositivo según la reivindicación 10 caracterizado por el hecho de que el modulador genera una deflexión de Ir orden del haz láser con un ángulo resultante respecto del eje original del haz controlado con medios de control de la frecuencia de la radiofrecuencia aplicada y de la longitud de onda del láser utilizado.

15. Dispositivo según la reivindicación 14 caracterizado por el hecho de que el haz reflectado de 1r orden es dirigido hacia un medio de colimación y posteriormente al sistema de modulación espacial, y por el hecho de que el haz de orden 0 es guiado hasta un obturador y es desechado de forma controlada.

16. Dispositivo según la reivindicación 10 caracterizado por el hecho de que los pulsos generados a través de los medios de modulación tienen una distribución de potencia sustancialmente plana a lo largo de la duración del pulso.

17. Dispositivo según la reivindicación 12 caracterizado por el hecho de que se aplica una potencia de láser en un rango comprendido entre 10 y 300 w, preferentemente entre 30 y 100 w.

18. Dispositivo según la reivindicación 8 caracterizado por el hecho de que el haz del láser procede de un generador láser del tipo estado sólido, semiconductor o de fibra óptica, preferentemente de estado sólido.

19. Dispositivo según la reivindicación 18 caracterizado por el hecho de que el haz de láser se aplica con una potencia media en un rango comprendido entre 3 y 300 w, preferentemente entre 10 y 100 w.

20. Dispositivo según la reivindicación 19 caracterizado por el hecho, de que el haz de láser se aplica con una potencia de pico en un rango comprendido entre 10 Kw y 500 Kw.

21. Dispositivo según la reivindicación 8 caracterizado por el hecho de que el haz láser focalizado sobre la superficie del cuerpo cilíndrico, presenta una forma sustancialmente circular.

22. Dispositivo según la reivindicación 7 caracterizado por el hecho de que el haz láser al salir de los medios de modulación temporal se modula con medios de modulación espacial que comprende por lo menos uno de los sistemas de deflexión del tipo espejo poligonal rotativo, escáner piezoeléctrico, deflector acusto-óptico de alta resolución, guía lineal, o preferentemente un conjunto XY de escáneres galvanométricos.

23. Dispositivo según reivindicación 22 caracterizado por el hecho de que el haz láser es aplicado durante un rango de tiempo comprendido entre 0 y el máximo de tiempo de exposición disponible, en función de la repetición de la linea y la cantidad de puntos a generar a lo largo de ésta, para un punto dado, perteneciente este punto a la linea o al plano XY proyectado.

24. Dispositivo según reivindicación 23 caracterizado por el hecho de que la repetición de pulsos láser es sincronizada en tiempo y espacio con la posición que en cada instante dispongan los medios de modulación espacial.

25. Dispositivo según reivindicación 24 caracterizado por el hecho de que la repetición de puntos, o de líneas exploradas está sincronizada con el desplazamiento o avance de la superficie lateral del elemento cilíndrico a marcar mediante medios de medida de velocidad y dirección así como medios para la detección de un elemento cilíndrico; preferentemente los medios de medida de velocidad y dirección comprenden un tacómetro incremental unido al eje de rotación del sistema de giro de los elementos cilíndricos.

26. Dispositivo según reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que además comprende medios de verificación del mareaje, preferentemente basados en visión artificial.

27. Dispositivo según reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que además comprende medios de clasificación de dichos elementos cilíndricos expulsados.

28. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que se realiza el mareaje sobre elementos cilíndricos que incorporan un aditivo que reacciona ante la radiación láser.