Dispositivo láser y procedimiento para marcar un objeto.

Dispositivo láser que comprende al menos dos unidades láser (10),

que se apilan en capas, estando configuradacada unidad láser (10) para emitir un rayo láser respectivo, y comprendiendo cada unidad láser (10):

- una pluralidad de tubos resonadores (12) para un gas a excitar, estando dispuestos los tubosresonadores (12) en un bucle y estando conectados mecánicamente entre sí y formando un espacio tubularcomún,

- unos elementos de conexión (20) para la conexión de tubos resonadores (12) adyacentes,

- unos medios de excitación (70) para los tubos resonadores (12) para excitar el gas en los tubosresonadores (12) para generar una luz láser,

- unos espejos (22) dispuestos en los elementos de conexión (20) para reflejar la luz láser entre los tubosresonadores (12),

- un acoplador de salida (42) parcialmente reflectante para acoplar el rayo láser respectivo,

- un espejo trasero (44), y

- una brida de salida (40) integrada conectada entre dos tubos resonadores (12), comprendiendo la brida desalida (40) integrada el acoplador de salida (42) y el espejo trasero (44), en el que el espejo trasero (44)está dispuesto en una primera cara (56) de la brida de salida (40) integrada y el acoplador de salida (42)está dispuesto en una segunda cara (58) de la brida de salida (40) integrada,

caracterizado porque

la brida de salida (40) integrada de cada unidad láser (10) comprende un espejo de salida (46) dispuesto en unatercera cara (60) para desviar el rayo láser que pasa a través del acoplador de salida (42) en un espacio central (8)rodeado por los tubos resonadores (12), y

un dispositivo de exploración (80) está dispuesto en el espacio central (8) rodeado por los tubos resonadores (12), eldispositivo de exploración (80) que incluye al menos un espejo móvil (82) para desviar los rayos láser acoplados através de los acopladores de salida (42) de las unidades láser (10) en direcciones predeterminadas.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11007186.

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: 12 de Febrero de 2014.

Clasificación Internacional de Patentes:

B23K26/06 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). › 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.
B23K26/14 B23K 26/00 […] › con una corriente de fluido asociada al haz de rayos, p. ej. un chorro de gas; Boquillas para tal fin (B23K 26/12 tiene prioridad).
H01S3/00 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01S DISPOSITIVOS QUE UTILIZAN EL PROCESO DE AMPLIFICACION DE LUZ MEDIANTE EMISION ESTIMULADA DE RADIACIÓN [LASER] PARA AMPLIFICAR O GENERAR LUZ; DISPOSITIVOS QUE UTILIZAN EMISION ESTIMULADA DE RADIACION ELECTROMAGNETICA EN RANGOS DE ONDA DISTINTOS DEL ÓPTICO. › Láseres, es decir, dispositivos que utilizan la emisión estimulada de la radiación electromagnética en el rango de infrarrojos, visible o ultravioleta (láseres de semiconductores H01S 5/00).
H01S3/03 H01S […] › H01S 3/00 Láseres, es decir, dispositivos que utilizan la emisión estimulada de la radiación electromagnética en el rango de infrarrojos, visible o ultravioleta (láseres de semiconductores H01S 5/00). › de tubos láser de descarga en el gas.
H01S3/041 H01S 3/00 […] › para láser de gas.
H01S3/07 H01S 3/00 […] › consistentes en una pluralidad de partes, p. ej. segmentos (H01S 3/067 tiene prioridad).
H01S3/0975 H01S 3/00 […] › utilizando una excitación inductiva o capacitiva.
H01S3/223 H01S 3/00 […] › siendo poliatómico el gas activo, es decir, conteniendo más de un átomo (H01S 3/227 tiene prioridad).
H01S3/23 H01S 3/00 […] › Disposiciones de varios láseres no previstas en H01S 3/02 - H01S 3/14, p. ej. disposición en serie de dos medios activos separados (comprendiendo únicamente láseres de semiconductor H01S 5/40).

PDF original: ES-2452529_T3.pdf

Fragmento de la descripción:

Dispositivo láser y procedimiento para marcar un objeto La invención se refiere a un dispositivo láser de acuerdo con la reivindicación 1 y a un procedimiento para el marcado de un objeto de acuerdo con la reivindicación 10. Hay dispositivos láser conocidos en el estado de la técnica que tienen una pluralidad de conductos de descarga de gas, comúnmente de forma tubular y llamados como tubos resonadores o tubos, que se doblan, como se muestra en la figura 1. El diseño plegado proporciona un espacio tubular largo formado por los tubos. Como la potencia de salida de un dispositivo láser se determina por la longitud del espacio tubular, en particular, la distancia entre un espejo trasero y un acoplador de salida, este diseño láser puede proporcionar una potencia de salida considerable. Este láser, por ejemplo, puede ser utilizado para el marcado de un objeto con un rayo láser acoplado mediante el dispositivo láser.

El documento US 5.115.446 divulga una estructura de soporte para bridas y otros elementos de dos trayectorias de rayos láser. La estructura de soporte tiene una zona plana central geométrica que está colocada entre y paralelo a las zonas planas centrales geométricas de las dos trayectorias de rayos láser, de modo que la estructura de soporte incluye las bridas de la primera y segunda trayectorias de rayos láser.

Es un objeto de la presente invención proporcionar un dispositivo láser, en particular, para el marcado de un objeto, que sea compacto y que proporcione una buena calidad de marcado. Es un objeto adicional proporcionar un procedimiento económico para el marcado de un objeto.

El objeto se resuelve según la invención mediante un dispositivo láser que tiene las características de la reivindicación 1 y un procedimiento con las características de la reivindicación 10. Realizaciones preferidas se proporcionan en las reivindicaciones dependientes.

El dispositivo de láser de acuerdo con la invención comprende al menos dos unidades láser, que están apiladas en capas, estando configurada cada unidad láser para emitir un rayo láser, y comprendiendo cada unidad láser: una pluralidad de tubos resonadores para un gas que se excita, estando los tubos resonadores conectados mecánicamente entre sí y formando un espacio tubular común, elementos de conexión para la conexión de tubos resonadores adyacentes, medios de excitación para los tubos resonadores para excitar el gas en los tubos resonadores para la generación de una luz láser, espejos dispuestos en la elementos de conexión para reflejar la luz láser entre los tubos resonadores, un espejo trasero totalmente reflectante y un acoplador de salida parcialmente reflectante para el acoplamiento de un rayo láser.

El procedimiento para el marcado de un objeto se realiza con un dispositivo láser como se describió anteriormente. Los rayos láser de las unidades láser se dirigen a un espacio central libre rodeado por los tubos resonadores. En el espacio central libre de tubos resonadores, uno o más medios de desviación están dispuestos para desviar los rayos láser a la región del objeto a marcar.

El dispositivo láser de la invención puede ser un láser de gas y, en particular, un dispositivo láser de CO2, en el que el gas en los resonadores o tubos resonadores incluye CO2. Los principios de tales dispositivos láser son bien conocidos en la técnica, de manera que se omite aquí una descripción detallada de los mismos.

El dispositivo láser puede ser, en particular, un cabezal de marcado, y se utiliza preferentemente para el marcado o grabado de un objeto con un rayo láser. Los tubos de las unidades láser forman, cada uno, un espacio tubular común, que también se puede denominar como un resonador de la unidad láser. En otras palabras, las unidades láser comprenden en cada caso un resonador que incluye una pluralidad de tubos que pueden estar en comunicación fluida, que están conectados de manera fluida entre sí.

Un gas excitable se recibe en los resonadores. El gas se excita mediante medios de excitación para generar luz láser dentro de los resonadores y de los tubos resonadores, respectivamente.

El espejo trasero, en particular un espejo totalmente reflectante, está dispuesto en un primer extremo del espacio tubular común de una unidad láser. El acoplador de salida, en particular, un espejo parcialmente reflectante, está dispuesto en un segundo extremo opuesto del espacio tubular común de la unidad láser. Por lo tanto, el resonador se define en extremos axiales opuestos mediante el espejo trasero y el acoplador de salida. Una parte de la luz láser en el espacio tubular se acopla cuando el rayo láser pasa a través del acoplador de salida.

Una idea básica de la invención es proporcionar un dispositivo láser que tenga una pluralidad de unidades láser individuales, teniendo, cada una, una salida de rayo láser para un rayo láser. Por lo tanto, las unidades láser constituyen bloques de construcción básicos de un láser de múltiples rayos. Las unidades láser están apiladas en la parte superior entre sí, proporcionando de este modo una matriz de unidades láser. La matriz de unidades láser permite crear una marca de matriz de puntos en un objeto a marcar. Dependiendo del número de unidades láser apiladas, se puede producir cualquier número de puntos o líneas de código. Las unidades láser apiladas pueden proporcionar una matriz lineal monolítica.

Cada unidad láser tiene una salida de rayo láser individual. Las salidas láser de las unidades láser individuales están

dispuestas preferiblemente en una matriz lineal o en una línea.

Se prefiere según la invención que las unidades láser sean básicamente estructuras bidimensionales o unidades planas en las que los conductos de descarga de gas están dispuestos en un solo plano. La forma geométrica bidimensional de las unidades láser como los bloques de construcción básicos del dispositivo láser permite el apilamiento de los bloques y, por lo tanto, crea una matriz.

Por consiguiente, se prefiere que los tubos individuales de una unidad láser están dispuestos en un plano. Es decir, los tubos de la primera unidad láser están dispuestos en un primer plano y los tubos de una segunda unidad láser están dispuestos en un segundo plano, y así sucesivamente. En otras palabras, los tubos de cada unidad láser pueden estar dispuestos en un plano o capa individual separada. Esto proporciona un diseño plano de cada unidad láser, de modo que las unidades láser pueden apilarse fácilmente, formando de este modo un dispositivo láser muy compacto con una pluralidad de unidades láser apiladas. Debido al diseño plano de las unidades láser, se puede minimizar la distancia entre los rayos láser individuales.

Se prefiere particularmente que la capa, en la que están dispuestos los tubos resonadores de al menos una de las unidades láser, sea una placa plana. La estructura bidimensional de la placa, que se extiende en un plano, permite el apilamiento de las unidades láser de una manera fácil.

En otra realización preferida de la invención, los acopladores de salida parcialmente reflectantes de las unidades láser, que son, en particular, espejos parcialmente reflectantes, están configurados para emitir rayos láser paralelos. Los rayos láser paralelos acoplados fuera de las unidades láser pueden desviarse también mediante unos medios de desviación para proporcionar una forma y/o una resolución deseadas de una marca que se aplica sobre un objeto.

La potencia de un dispositivo láser está determinada fundamentalmente por la longitud del espacio o resonador tubular, que forma una cavidad del dispositivo láser en el que la luz láser se refleja entre un espejo trasero en un extremo y un acoplador de salida parcialmente reflectante en el extremo opuesto. Para proporcionar un dispositivo láser compacto y potente, los tubos resonadores que contienen la descarga de gas de cada unidad láser están dispuestos en forma de un anillo cerrado que rodea un espacio central libre entre los mismos. Sin embargo, en principio, también podría proporcionarse un anillo abierto. Debido al patrón en forma de anillo de los tubos resonadores, el espacio libre está por lo menos parcialmente rodeado por los tubos. En particular, el espacio libre está definido en al menos dos caras laterales mediante los tubos y es accesible a través de al menos una o ambas de las caras del cabezal.

Al plegar el resonador alrededor de un espacio central libre, la longitud del resonador se puede aumentar sin aumentar la longitud global del dispositivo láser, en comparación con un resonador lineal. Además, el patrón en forma de anillo proporciona un espacio libre en el dispositivo láser, en el que se pueden... [Seguir leyendo]

Reivindicaciones:

1. Dispositivo láser que comprende al menos dos unidades láser (10) , que se apilan en capas, estando configurada cada unidad láser (10) para emitir un rayo láser respectivo, y comprendiendo cada unidad láser (10) :

- una pluralidad de tubos resonadores (12) para un gas a excitar, estando dispuestos los tubos resonadores (12) en un bucle y estando conectados mecánicamente entre sí y formando un espacio tubular común,

- unos elementos de conexión (20) para la conexión de tubos resonadores (12) adyacentes,

-unos medios de excitación (70) para los tubos resonadores (12) para excitar el gas en los tubos resonadores (12) para generar una luz láser,

- unos espejos (22) dispuestos en los elementos de conexión (20) para reflejar la luz láser entre los tubos resonadores (12) ,

- un acoplador de salida (42) parcialmente reflectante para acoplar el rayo láser respectivo,

- un espejo trasero (44) , y

- una brida de salida (40) integrada conectada entre dos tubos resonadores (12) , comprendiendo la brida de salida (40) integrada el acoplador de salida (42) y el espejo trasero (44) , en el que el espejo trasero (44) está dispuesto en una primera cara (56) de la brida de salida (40) integrada y el acoplador de salida (42) está dispuesto en una segunda cara (58) de la brida de salida (40) integrada,

caracterizado porque la brida de salida (40) integrada de cada unidad láser (10) comprende un espejo de salida (46) dispuesto en una tercera cara (60) para desviar el rayo láser que pasa a través del acoplador de salida (42) en un espacio central (8) rodeado por los tubos resonadores (12) , y

un dispositivo de exploración (80) está dispuesto en el espacio central (8) rodeado por los tubos resonadores (12) , el dispositivo de exploración (80) que incluye al menos un espejo móvil (82) para desviar los rayos láser acoplados a través de los acopladores de salida (42) de las unidades láser (10) en direcciones predeterminadas.

2. Dispositivo láser de acuerdo con la reivindicación 1,

caracterizado porque la capa, en la que están dispuestos los tubos resonadores (12) de al menos una de las unidades láser (10) , es una placa plana.

3. Dispositivo láser de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2,

caracterizado porque los acopladores de salida (42) parcialmente reflectantes de las unidades láser (10) están configurados para emitir rayos láser paralelos.

4. Dispositivo láser de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3,

caracterizado porque los tubos resonadores (12) de cada unidad de láser (10) están dispuestos en forma de un anillo cerrado que rodea el espacio central (8) entre los mismos.

5. Dispositivo láser de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4,

caracterizado porque las unidades láser (10) están configuradas para emitir sus rayos láser en el espacio central (8) rodeadas por los tubos resonadores (12) .

6. Dispositivo láser de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5,

caracterizado porque los tubos resonadores (12) de cada unidad láser (10) están dispuestos en un patrón triangular, rectangular o

cuadrado.

7. Dispositivo láser de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6,

caracterizado porque las unidades láser (10) tienen formas iguales.

8. Dispositivo láser de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7,

caracterizado porque los elementos de conexión (20) de las unidades láser (10) comprenden, cada uno, una cavidad interior que está en comunicación fluida con los al menos dos tubos resonadores (12) adyacentes conectados al elemento de conexión (20) .

9. Dispositivo láser de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8,

caracterizado porque una pluralidad de elementos de conexión (20) de las unidades láser (10) están integrados en una estructura de soporte común (34) formada en una zona de esquina del dispositivo láser (1) .

10. Procedimiento para el marcado de un objeto con un dispositivo láser, en particular de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9,

que comprende al menos dos unidades láser (10) , que se apilan en capas, estando configurada cada unidad láser

(10) para emitir un rayo láser respectivo, y comprendiendo cada unidad de láser (10) :

- una pluralidad de tubos resonadores (12) para un gas que se va a excitar, estando dispuestos los tubos resonadores (12) en un bucle y estando en comunicación fluida entre sí y que forman un espacio tubular común (8) ,

- unos elementos de conexión (20) para la conexión de los tubos resonadores (12) adyacentes,

-unos medios de excitación (70) para los tubos resonadores (12) para excitar el gas en los tubos resonadores (12) para generar una luz láser,

- unos espejos (22) dispuestos en los elementos de conexión (20) para reflejar la luz láser entre los tubos resonadores (12) ,

- un acoplador de salida (42) parcialmente reflectante para acoplar el rayo láser respectivo,

- un espejo trasero (44) , y

caracterizado porque

- los rayos láser de las unidades láser (10) están dirigidos mediante un espejo de salida (46) colocado en una tercera cara (60) de la brida de salida (40) integrada a un espacio central (8) rodeado por los tubos resonadores (12) ,

- los rayos láser son desviados mediante un dispositivo de exploración (80) dispuesto en el espacio central

(8) en direcciones predeterminadas, y

- el objeto se marca con los rayos láser desviados por el dispositivo de exploración (80) .

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