Aparato de marcado con una pluralidad de láseres y un dispositivo de desviación de combinación.

Aparato de marcado para marcar un objeto (1) con luz láser, que comprende

- una pluralidad de láseres (10),

en particular láseres (10) de gas, y

- una unidad (20) de control para activar individualmente cada uno de los láseres (10) para emitir un rayo (90a - 90i) láser de acuerdo con un signo a marcar,

caracterizado porque

el aparato comprende además

- un dispositivo (30) de desviación por el que al menos dos rayos (90a - 90i) láser se combinan en una zona común,

el dispositivo (30) de desviación comprende un conjunto de medios (30) de desviación con al menos un medio (33a - 33i, 34a - 34i) de desviación por rayo (90a - 90i) láser, y

cada medio (33a - 33i, 34a - 34i) de desviación puede ajustarse individualmente en su dirección de desviación y/o puede desplazarse individualmente,

para combinar un rayo (90a - 90i) láser con otro o varios otros rayos (90a - 90i) láser, los medios (33a - 33i, 34a - 34i) de desviación respectivos pueden ajustarse de manera correspondiente,

el conjunto de medios (30) de desviación permite una reorganización de los rayos (90a - 90i) láser que no se combinan en la zona común en una matriz deseada de rayos (90a - 90i) láser,

para dirigir los rayos (90a - 90i) láser que se combinan mediante el dispositivo (30) de desviación en una dirección deseada, se proporciona al menos un dispositivo (50) de espejo de escaneo,

el dispositivo (50) de espejo de escaneo comprende un espejo (50a) común en el que inciden todos los rayos (90a - 90i) láser que llegan desde el dispositivo (30) de desviación, y

la unidad (20) de control está adaptada para hacer pivotar el dispositivo (50) de espejo de escaneo.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11007182.

Solicitante: ALLTEC Angewandte Laserlicht Technologie Gesellschaft mit beschränkter Haftung.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: An der Trave 27-31 23923 Selmsdorf ALEMANIA.

Inventor/es: RYAN, DANIEL, J., ARMBRUSTER,KEVIN L, GILMARTIN,BRAD D, KUECKENDAHL,PETER J, RICHARD,BERNARD J.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B23K26/00 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B23 MAQUINAS-HERRAMIENTAS; TRABAJO DE METALES NO PREVISTO EN OTRO LUGAR.B23K SOLDADURA SIN FUSION O DESOLDEO; SOLDADURA; REVESTIMIENTO O CHAPADO POR SOLDADURA O SOLDADURA SIN FUSION; CORTE POR CALENTAMIENTO LOCALIZADO, p. ej. CORTE CON SOPLETE; TRABAJO POR RAYOS LASER (fabricación de productos revestidos de metal por extrusión de metales B21C 23/22; realización de guarniciones o recubrimientos por moldeo B22D 19/08; moldeo por inmersión B22D 23/04; fabricación de capas compuestas por sinterización de polvos metálicos B22F 7/00; disposiciones sobre las máquinas para copiar o controlar B23Q; recubrimiento de metales o recubrimiento de materiales con metales, no previsto en otro lugar C23C; quemadores F23D). › Trabajo por rayos láser, p. ej. soldadura, corte o taladrado.
  • B23K26/06 B23K […] › B23K 26/00 Trabajo por rayos láser, p. ej. soldadura, corte o taladrado. › Determinación de la configuración del haz de rayos, p. ej. con ayuda de máscaras o de focos múltiples.
  • B23K26/08 B23K 26/00 […] › Dispositivos que tiene un movimiento relativo entre el haz de rayos y la pieza.
  • B23K26/36 B23K 26/00 […] › Retirada de material (B23K 26/55, B23K 26/57 tienen prioridad).
  • H01S3/07 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01S DISPOSITIVOS QUE UTILIZAN LA EMISION ESTIMULADA.H01S 3/00 Láser, es decir, dispositivos para la producción, amplificación, modulación, demodulación o el cambio de frecuencia utilizando la emisión estimulada de ondas infrarrojas, visibles o ultravioletas (láseres de semiconductor H01S 5/00). › consistentes en una pluralidad de partes, p. ej. segmentos (H01S 3/067 tiene prioridad).

PDF original: ES-2530069_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Aparato de marcado con una pluralidad de láseres y un dispositivo de desviación de combinación La presente invención se refiere a un aparato de marcado para marcar un objeto con luz láser de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

En general, se conocen aparatos de marcado que implementan un único láser, por ejemplo un láser de gas tal como un láser de CO2. Tal láser emite un rayo de luz que se suministra al objeto a marcar. El objeto es movido en relación con el aparato de marcado en una cinta transportadora. Normalmente, se proporciona un dispositivo de escaneo para dirigir el rayo de luz sobre el objeto de acuerdo con un signo a marcar.

Para incrementar la producción, los aparatos de marcado genéricos comprenden una pluralidad de láseres, en particular láseres de gas. Además, se proporciona una unidad de control para activar individualmente cada uno de los láseres para emitir un rayo láser de acuerdo con un signo a marcar.

En los aparatos de marcado de la técnica anterior, la intensidad del rayo láser de uno de los láseres puede controlarse dentro de un cierto intervalo. Una intensidad particularmente alta, necesitaría sin embargo láseres excesivamente grandes.

Un inconveniente de los aparatos de marcado conocidos es que pueden lograrse rayos láser con un diseño compacto o de alta intensidad.

La materia objeto del documento US 4.727.235, en el que se basa el preámbulo de la reivindicación 1, es un sistema de marcado láser con una pluralidad de láseres. Los rayos láser emitidos están dispuestos en una matriz de una dimensión y tienen una distancia fija entre sí.

El documento US 4.131.782 se refiere a un aparato para maquinar orificios en un objeto mediante rayos láser. El aparato comprende una pluralidad de láseres que emiten rayos que se combinan en una zona sobre la superficie del objeto. Para este fin, todos los rayos láser se dirigen sobre un medio de desviación común, tal como un espejo.

Un aparato láser para fines de marcado se conoce a partir del documento US 4.652.722. Se proporciona un número de láseres que emiten rayos que se dirigen sobre un sustrato a marcar a distancias predefinidas entre sí.

El documento JP 2011 156574 se refiere a un aparato para maquinar un objeto con rayos láser. Una pluralidad de rayos láser se ajusta para formar una línea de maquinado adyacente.

Otro sistema láser se describe en el documento US 6.229.940 B1. El sistema comprende una pluralidad de láseres que emiten rayos que se combinan en una zona mediante una lente de enfoque que es común a todos los rayos láser.

La materia objeto del documento US 2009/0323753 A1 es un aparato para inscribir envases tales como botellas. El aparato emplea una pluralidad de láseres cuyos rayos se guían para descargar porciones que tienen una posición fija. Para cada láser existe un cuerpo de descarga.

El documento US 5.115.446 A se refiere a una estructura de soporte para componentes de un láser. La estructura de soporte permite una disposición rectangular de tubos resonadores de un láser.

Un aparato de grabado láser se describe en el documento DE 42 12 390 A1. El aparato comprende varios dispositivos de guía de luz, cada uno de los cuales dirige un rayo láser sobre un rodillo de impresión para grabar el rodillo de impresión. Los dispositivos de guía de luz pueden inclinarse para dirigir varios rayos directamente sobre la misma área del rodillo de impresión.

Es un objeto de la invención proporcionar un aparato de marcado con un diseño compacto y que permita configurar la intensidad de un rayo láser del aparato sobre un amplio intervalo.

Este objetivo se soluciona con un aparato de marcado que tiene las características de la reivindicación 1.

Las realizaciones preferentes se proporcionan en las reivindicaciones dependientes así como en la siguiente descripción, en particular en relación con las figuras adjuntas.

De acuerdo con la invención, el aparato de marcado del tipo antes mencionado se caracteriza porque se proporciona un dispositivo de desviación por el que al menos dos rayos láser se combinan en una zona común.

Puede verse como una idea básica de la invención el incrementar la intensidad de la luz láser que incide en una zona en el objeto a marcar combinando los rayos láser de al menos dos láseres diferentes. Los rayos láser combinados pueden entenderse como superpuestos entre sí al menos parcialmente en la zona común. Los rayos láser combinados pueden formar un único rayo o pueden cruzarse entre sí en un único punto, es decir la zona común.

Ventajosamente, esto permite funciones que requieren intensidades particularmente altas. La marca puede ser de esta manera cualquier cambio en la superficie del objeto, por ejemplo un cambio de color, un grabado, un corte. El aparato de marcado puede llevar a cabo adicionalmente procedimientos tales como perforación, realización de orificios o punzonado que pueden usarse o no para el marcado.

El dispositivo de desviación comprende un conjunto de medios de desviación con al menos un medio de desviación por rayo láser, en particular al menos un espejo de mapeo o un guíaondas óptico por rayo láser, y cada medio de desviación puede ajustarse individualmente en su dirección de desviación y/o puede desplazarse individualmente. De acuerdo con la presente invención, si un rayo láser va a combinarse con otro o varios otros rayos láser, los medios de desviación respectivos pueden ajustarse simplemente de manera correspondiente, y el conjunto de medios de desviación puede permitir además una reorganización de los rayos láser que no se combinan en la zona común en una matriz deseada de rayos láser.

Cada rayo láser se dirige a su medio de desviación respectivo. Los medios de desviación pueden ajustarse de manera independiente unos de otros de manera que puede configurarse básicamente cualquier configuración deseada. Los rayos de luz emitidos por los láseres forman una disposición específica, por ejemplo, una disposición lineal de rayos de luz que discurren en paralelo. Esto puede verse como una ventaja esencial de la invención para permitir un mapeo flexible de la disposición lineal en cualquier otra disposición. En particular, el espaciado entre los rayos de luz puede cambiarse o reducirse con el conjunto de medios de desviación.

Los medios de desviación pueden configurarse en cualquier posición deseada durante o antes del funcionamiento del aparato de marcado. Para este fin, cada medio de desviación puede desplazarse mediante un motor eléctrico que se controla mediante la unidad de control.

En caso de que los medios de desviación sean espejos, el ajuste puede llevarse a cabo inclinando individualmente los espejos, es decir, cambiando las direcciones de desviación o direcciones a las que apuntan los espejos. Adicionalmente o como alternativa, los espejos pueden ser desplazables, es decir que pueden moverse. Ya que los rayos láser pueden reorganizarse con los espejos, estos últimos también pueden denominarse espejos de mapeo.

En el contexto de la invención, la activación de cada uno de los láseres para emitir un rayo láser puede entenderse como cualquier procedimiento que controle si un rayo láser incide sobre el objeto a marcar. Por tanto, la activación también puede llevarse a cabo mediante un obturador de rayo. Es decir, un láser permanece activado y un obturador de rayo controla el paso o bloqueo del rayo láser del láser.

En general, los láseres pueden ser de cualquier tipo de láser. La invención es particularmente ventajosa si se implementan láseres en los que el espacio es un aspecto crítico. Es decir, si la potencia del láser depende en gran medida del tamaño del láser. Otra ventaja de la invención se vuelve aparente de inmediato si las dimensiones del láser prohíben generar rayos láser que están muy cerca unos de otros. La invención permite por tanto una reorganización de los rayos láser que tiene como resultado una pequeña distancia entre los rayos láser y, de esta manera, una alta resolución de marcado.

Algunos ejemplos de tales láseres son láseres de gas, láseres químicos, láseres de fibra, láseres de colorante y láseres de estado sólido. También pueden emplearse láseres semiconductores o láseres de vapor de metal. Si se usan láseres de gas, estos son preferentemente láseres de CO2. Sin embargo, puede proporcionarse cualquier tipo conocido, tales como láseres de HeNe, láseres de CO, láseres de Argón, láseres de nitrógeno, o láseres de excímeros. Estos pueden hacerse funcionar como c.w. o mediante pulsos.

El signo que se va a marcar puede entenderse como cualquier marca, por ejemplo un carácter,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Aparato de marcado para marcar un objeto (1) con luz láser, que comprende -una pluralidad de láseres (10) , en particular láseres (10) de gas, y -una unidad (20) de control para activar individualmente cada uno de los láseres (10) para emitir un rayo (90a 90i) láser de acuerdo con un signo a marcar, caracterizado porque el aparato comprende además -un dispositivo (30) de desviación por el que al menos dos rayos (90a -90i) láser se combinan en una zona común, el dispositivo (30) de desviación comprende un conjunto de medios (30) de desviación con al menos un medio (33a -33i, 34a -34i) de desviación por rayo (90a -90i) láser, y cada medio (33a -33i, 34a -34i) de desviación puede ajustarse individualmente en su dirección de desviación y/o puede desplazarse individualmente, para combinar un rayo (90a -90i) láser con otro o varios otros rayos (90a -90i) láser, los medios (33a -33i, 34a 34i) de desviación respectivos pueden ajustarse de manera correspondiente, el conjunto de medios (30) de desviación permite una reorganización de los rayos (90a -90i) láser que no se combinan en la zona común en una matriz deseada de rayos (90a -90i) láser, para dirigir los rayos (90a -90i) láser que se combinan mediante el dispositivo (30) de desviación en una dirección deseada, se proporciona al menos un dispositivo (50) de espejo de escaneo, el dispositivo (50) de espejo de escaneo comprende un espejo (50a) común en el que inciden todos los rayos (90a -90i) láser que llegan desde el dispositivo (30) de desviación, y la unidad (20) de control está adaptada para hacer pivotar el dispositivo (50) de espejo de escaneo.

2. Aparato de marcado de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el al menos un medio (33a -33i, 34a -34i) de desviación por rayo (90a -90i) láser es uno de: al menos un espejo (33a -33i, 34a -34i) de mapeo o un guíaondas óptico por rayo (90a -90i) láser, y cada uno del al menos un espejo (33a -33i, 34a -34i) de mapeo o un guíaondas óptico puede ajustarse individualmente en su dirección de desviación y/o puede desplazarse individualmente.

3. Aparato de marcado de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque para modificar la escala de manera escalonada de una potencia de rayo láser transferida sobre la zona común, la unidad (20) de control está adaptada para configurar el número de rayos (90a -90i) láser combinados sobre la única zona de acuerdo con un nivel de potencia deseado o de acuerdo con una entrada del usuario.

4. Aparato de marcado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la unidad (20) de control está adaptada para hacer pivotar el dispositivo (50) de espejo de escaneo mediante un galvanómetro.

5. Aparato de marcado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque para formar una pluralidad de zonas comunes, cada láser (10) se aloja en uno de una pluralidad de grupos, y los medios (33a -33i, 34a -34i) de desviación están dispuestos de manera que los rayos (90a -90i) láser de los láseres (10a -10i) de cada grupo se combinan en una zona común respectiva.

6. Aparato de marcado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se proporciona un conjunto de medios (40) telescópicos que comprende al menos un medio (40a -40i) telescópico por rayo (90a -90i) láser, cada medio (40a -40i) telescópico puede ajustarse para configurar individualmente una longitud focal del rayo (90a 90i) láser respectivo, y para compensar las diferencias en la longitud de trayectoria entre los rayos (90a -90i) láser que se combinan en la zona común, la unidad (20) de control está adaptada para controlar los medios (40a -40i) telescópicos de manera que los rayos (90a -90i) láser combinados tienen una longitud focal común.

7. Aparato de marcado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque el conjunto de medios (30) de desviación comprende un primer y un segundo conjunto de espejos (33, 34) de mapeo, cada uno de los conjuntos de espejos (33, 34) de mapeo comprende al menos un espejo (33a -33i, 34a -34i) de mapeo por rayo (90a -90i) láser, el primer conjunto de espejos (33) de mapeo dirige los rayos (90a -90i) láser sobre el segundo conjunto de espejos 12

(34) de mapeo.

8. Aparato de marcado de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la unidad (20) de control está adaptada para desplazar los medios (33a -33i, 34a -34i) de desviación y/o ajustar las 5 direcciones de desviación de los medios (33a -33i, 34a -34i) de desviación, en particular, mediante montajes de cardán.

9. Aparato de marcado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 8, caracterizado porque la unidad (20) de control está adaptada para controlar los medios (33a -33i, 34a -34i) de desviación para configurar 10 un grado de convergencia o divergencia de los rayos (90a -90i) láser que emanan desde el conjunto de medios (30) de desviación.

10. Aparato de marcado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque se proporciona un dispositivo (45) telescópico con al menos dos lentes para el ajuste global de las longitudes focales 15 de los rayos (90a -90i) láser.

11. Aparato de marcado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque cada medio de desviación comprende un guíaondas óptico y los guíaondas ópticos tienen la misma longitud.

12. Aparato de marcado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque los medios (33a -33i, 34a -34i) de desviación están ajustados de manera que se reduce una separación de rayos entre los rayos (90a -90i) láser que no se combinan en la zona común.

13. Sistema de marcado que comprende un aparato (100) de marcado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, y medios (110)

pivotantes para inclinar el aparato (100) de marcado en relación con una dirección (2) de movimiento del objeto del objeto (1) a marcar.


 

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