Brevet FR3062341A1 — publié le 20180803

La présente invention concerne un dispositif de marquage laser. Dans le domaine pharmaceutique, notamment, il est connu d'apposer des marquages sur des contenants pour pouvoir en garantir l'authenticité. Plusieurs techniques existent, comme l'impression d'un matricule, l'apposition d'un code-barres, le marquage chimique, etc. Ces méthodes permettent de marquer rapidement une grande série de contenants mais présentent l'inconvénient d'être falsifiables en réimprimant par exemple un code-barres, et d'être altérables car le marquage est placé à l'extérieur du contenant. En outre, le marquage chimique n'est pas adapté à tous les usages et peut s'avérer toxique pour l'homme. Une autre technique connue consiste à graver une marque avec un laser dans l'épaisseur de contenant. La marque ainsi réalisée ne peut être altérée par la suite car elle est inaccessible, dans l'épaisseur de la paroi du contenant. Ce procédé nécessite de focaliser précisément le faisceau laser dans la paroi du contenant. Pour cela, le contenant doit être statique par rapport à la tête de marquage. En effet, il existe des dispositifs de marquage laser à défilement continu, tel que représenté sur la figure 1. Ces dispositifs utilisent un barillet I circulaire en périphérie duquel sont fixés les contenants à marquer. Une tête de marquage laser II est positionnée à l'extérieur du barillet I et tire sur les contenants. Ce type de dispositif ne permet pas un marquage précisément positionné dans la paroi du contenant. En effet, la zone de marquage est définie par rapport à un contenant de dimensions précises. Or, les dimensions des contenants présentent des variations dues à leurs tolérances de fabrication. Ces variations dimensionnelles décalent la distance focale entre la tête de marquage laser et la zone de marquage sur le contenant. Ce décalage de la distance focale décale la marque réalisée au laser. La marque ainsi réalisée n'est alors pas placée de manière optimale dans la paroi du contenant, ce qui fragilise la paroi et peut, à terme l'endommager. De plus, l'utilisation d'un barillet circulaire nécessite de paramétrer le laser en fonction de l'avance circulaire des contenants, ce qui est complexe et peut engendrer des décalages du marquage. En conséquence, pour gérer les variations dimensionnelles des contenants et s'adapter à leur avance circulaire sur le barillet, il est souvent nécessaire d'immobiliser chaque contenant devant la tête de marquage, pour pouvoir effectuer un marquage de qualité. Ainsi, bien que le marquage laser permette de réaliser des marques quasi-inviolables, l'immobilité imposée du contenant lors du marquage ne 3062341 2 permet pas d'utiliser cette technique sur de grandes séries, à une cadence industrielle, tout en conservant une qualité de marquage optimale. Dans ce contexte technique, la présente invention a pour objectif de fournir un dispositif de marquage laser permettant de garantir une position optimale 5 du marquage sur le contenant tout en permettant de marquer des contenants à une cadence compatible avec les productivités demandées dans le secteur industriel. Selon une définition générale, l'invention concerne un dispositif de marquage laser de contenants qui comprend (i) des moyens de marquage laser comprenant au moins une tête de marquage laser permettant de focaliser un faisceau 10 laser sur une zone de marquage de chaque contenant pour marquer la zone de marquage par modification locale de l'indice de réfraction du matériau du contenant, et (ii) des moyens de défilement linéaire en continu des contenants devant la tête de marquage laser. Le dispositif comprend des moyens d'asservissement de la, ou de chaque, tête de marquage laser permettant de déplacer le faisceau laser en fonction 15 du défilement linéaire continu des contenants pour que la distance focale du faisceau laser soit sensiblement constante dans un référentiel lié à la tête de marquage laser. Ainsi, les moyens de marquage laser permettent de réaliser un marquage quasi-inviolable dans la paroi du contenant. Les moyens de défilement linéaire en continu permettent de faire défiler les contenants devant les moyens de marquage 20 laser à une cadence industrielle, par exemple de l'ordre de neuf cent contenants par minutes. Les moyens d'asservissement permettent de coordonner les moyens de marquage laser avec les moyens de défilement pour garantir la constance de la distance focale du faisceau laser dans un référentiel lié à la tête de marquage. Cette disposition technique est particulièrement avantageuse car la constance de la distance 25 focale en fonction du défilement des contenants permet de garantir la qualité optimale du marquage de chaque contenant. De plus, les moyens d'asservissement permettent un marquage dynamique réalisé alors que le contenant est en mouvement. En d'autres termes, les moyens d'asservissement permettent d'assurer le fonctionnement synergétique des moyens de défilement linéaire et de la tête de 30 marquage laser, pour permettre de réaliser des marquages de qualité optimale sur des contenants en mouvement à une cadence de défilement industrielle. Ainsi, l'invention fournit un dispositif de marquage laser permettant de garantir une position optimale du marquage sur le contenant tout en permettant de marquer des contenants à une cadence compatible avec les productivités demandées 35 dans le secteur industriel. 3062341 3 Les moyens de défilement linéaire en continu comprennent au moins une courroie sur laquelle est disposé au moins un élément de support d'un contenant. Le ou chaque élément de support présente une surface d'appui de la zone de marquage interposée entre le contenant et la tête de marquage laser. 5 La surface d'appui est positionnée à une côte définie dans le référentiel de la tête de marquage laser. Ainsi, la cote entre la tête de marquage et la surface d'appui est connue et sensiblement constante. Le positionnement de la surface d'appui entre la tête de marquage laser et la zone de marquage du contenant permet que la seule tolérance 10 de fabrication pouvant faire varier la distance entre la tête de marquage et la zone de marquage, est la tolérance de fabrication de la surface d'appui. Ainsi, entre la tête de marquage et la zone de marquage, la chaîne de cote ne contient que la surface d'appui. En d'autre termes, le positionnement de la surface d'appui de côte connue entre la tête de marquage laser et la zone de marquage laser permet au dispositif 15 selon l'invention de s'affranchir des variations dimensionnelles du contenant. Le, ou chaque, élément de support comprend au moins un sabot adapté pour recevoir un contenant et comprend des moyens de maintien du contenant. Les moyens de maintien peuvent comprendre un dispositif d'aspiration permettant de maintenir le contenant par dépression. 20 Le maintien par dépression permet de plaquer le contenant contre la surface d'appui. De plus, le maintien par dépression permet d'utiliser un sabot de géométrie standardisée, sans utiliser d'empreintes ou de garde corps qui peuvent endommager le contenant si celui-ci présente une dimension supérieure aux dimensions prévues pour l'empreinte et le garde corps. 25 Le dispositif selon l'invention comprend des moyens de synchronisation de la tête de marquage laser avec les moyens de défilement linéaire en continu, pour permettre l'émission d'un faisceau laser par la tête laser dès qu'un contenant est positionné en regard de la tête de marquage laser dans une zone de tir du faisceau laser. 30 Les moyens de synchronisation peuvent comprendre au moins un capteur de mouvement de la courroie. Les moyens de synchronisation peuvent comprendre au moins un capteur de présence d'un élément de support dans la zone de tir du faisceau laser. Le capteur de présence peut être une barrière optique permettant de 35 déclencher le faisceau laser dès qu'un élément de support franchit le rayon lumineux de la barrière optique. 3062341 4 Les moyens de synchronisation peuvent comprendre au moins un codeur adapté pour déclencher le faisceau laser et ajuster la vitesse de déplacement de la courroie en fonction des données du capteur de mouvement de la courroie et du capteur de présence. 5 La tête de marquage laser peut être adaptée pour focaliser le faisceau laser successivement sur différents points de la zone de marquage pour marquer l'ensemble de la zone de marquage à une vitesse supérieure à 0,1 mm2 par seconde. Les moyens d'asservissement peuvent comprendre au moins un miroir mobile. 10 Les moyens de marquage laser peuvent comprendre au moins une source laser Ytterbium femtoseconde. La, ou chaque, source laser Ytterbium femtoseconde peut comprendre au moins une diode laser. Les moyens de marquage laser peuvent comprendre au moins un 15 amplificateur de faisceau laser. Les moyens de marquage laser peuvent comprendre au moins un élément de guidage de faisceau laser. Ledit au moins un élément de guidage peut comprendre au moins une fibre optique. 20 Ledit au moins un élément de guidage peut comprendre au moins un miroir. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront clairement de la description détaillée ci-après de deux modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemple non limitatif, en référence aux 25 dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique de dessus d'un dispositif de l'art antérieur, la figure 2 est une vue de dessus d'un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention, 30 la figure 3 est une vue en perspective d'un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention, la figure 4 est une vue en coupe d'un élément de support selon l'invention, la figure 5 est une vue en coupe, de coté, de la tête de marquage 35 laser et d'un élément de support lors du marquage d'un contenant, 3062341 5 la figure 6 est une vue partielle, en perspective de la zone de tir lors du marquage d'un contenant, la figure 7 est une vue partielle, en perspective, illustrant le trajet du faisceau laser, 5 - la figure 8 est une vue en perspective d'un dispositif selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. En référence aux figures 2 à 7, l'invention concerne un dispositif 1 de marquage laser de contenants 2 qui comprend des moyens de marquage laser comprenant une tête de marquage laser 3 et des moyens de défilement linéaire en 10 continu des contenants 2 devant la tête de marquage laser 3. Le dispositif comprend des moyens d'asservissement de la tête de marquage laser 3 permettant de déplacer un faisceau laser 5 en fonction du défilement linéaire continu des contenants 2 pour que la distance focale 51 du faisceau laser 5 soit sensiblement constante dans un référentiel lié à la tête de marquage laser 3. 15 La tête de marquage laser 3 permet de focaliser le faisceau laser 5 sur une zone de marquage 21 de chaque contenant 2 pour marquer la zone de marquage 21 par modification locale de l'indice de réfraction du matériau du contenant 2. Le contenant 2 peut par exemple être un flacon ou une seringue en verre ou en matériau plastique opaque ou transparent. 20 Les moyens d'asservissement permettent de déplacer le faisceau laser à l'intérieur d'une zone de tir. Les moyens d'asservissement comprennent un ou plusieurs miroirs mobiles 35. Selon les modes de réalisation ici présentés, la tête de marquage laser 3 est adaptée pour focaliser le faisceau laser 5 successivement sur différents points de 25 la zone de marquage 21 pour marquer l'ensemble de la zone de marquage 21 à une vitesse supérieure à 0,1 mm2 par seconde. Les moyens de défilement linéaire en continu comprennent une courroie 6. Selon les modes de réalisation ici présentés, la courroie 6 est tendue entre trois roues 7 pour former un triangle. Les roues 7 sont des roues dentées adaptées 30 pour mettre en mouvement la courroie 6. Une roue 71 est motorisée pour entrainer le déplacement de la courroie 6. La conformation en triangle de la courroie 6 permet à la courroie 6 de présenter une zone de défilement 61 des contenants 2, sensiblement linéaire. Le défilement linéaire est une disposition avantageuse du dispositif 1 qui 35 contrairement aux dispositifs de l'art antérieur tels que représenté sur la figure 1, n'utilise pas un défilement circulaire sur un barillet I. Le défilement linéaire permet de 3062341 6 s'affranchir des imprécisions dues à la courbure du barillet I, et permet donc de réaliser un marquage de meilleure qualité. Selon les modes de réalisation ici présentés, la courroie 6 est réalisée dans un matériau polymère avec une armature métallique. L'armature métallique 5 permet de limiter la déformation de la courroie pour réduire les imprécisions de positionnement pouvant nuire à la qualité du marquage. Selon les modes de réalisation ici présentés, plusieurs éléments de support de contenants 2 sont fixés à la courroie 6. Selon les modes de réalisation ici présentés, les éléments de support 10 sont des sabots 8 présentant une section sensiblement en U avec une paroi d'appui 81 et deux parois latérales 82. La paroi d'appui 81 présente une surface d'appui 81a et une fenêtre 81b. De plus, selon les modes de réalisation ici présentés, les sabots 8 peuvent présenter un retour inférieur 84 et un retour supérieur 85. Le retour inférieur 84 et le retour supérieur 85 peuvent contribuer au maintien d'un 15 contenant 2 sur chaque sabot 8. Comme on peut notamment l'observer sur la figure 5 la paroi d'appui 81 est positionnée contre la courroie 6. Ainsi, en condition d'utilisation la paroi d'appui 81 est interposée entre la tête de marquage laser 3 et la zone de marquage 21 du contenant 2. Tel que cela sera développé ultérieurement, il s'agit d'une disposition 20 particulièrement avantageuse de l'invention. En outre, le sabot 8 présente des cotes dont les tolérances de fabrication sont définies et connues. Ainsi, l'épaisseur de la paroi d'appui 81 présente une cote A définie et connue. De même, l'épaisseur de chaque paroi latérale 82 présente une cote B définie et connue. 25 La connaissance de la cote A de la paroi d'appui 81 permet de connaître et définir la cote C entre la surface d'appui 81a et la tête de marquage laser 3. Tel que cela sera précisé ultérieurement la connaissance précise de la cote C entre la tête de marquage laser 3 et la surface d'appui 81a est une disposition particulièrement avantageuse de l'invention. 30 Chaque sabot 8 présente des moyens de maintien des contenants 2. Selon les modes de réalisation ici présentés, les moyens de maintien comprennent un dispositif d'aspiration 85 permettant de maintenir le contenant 2 contre la surface d'appui 81a par dépression. Cette disposition technique permet au dispositif 1 selon l'invention de s'affranchir de l'usage de sabots présentant une empreinte adaptée 35 pour recevoir un contenant de dimension précise ou présentant un garde corps. Le dispositif d'aspiration 85 permet aux sabots 8 d'être standardisés pour accueillir 3062341 7 plusieurs types de contenants. De plus, le dispositif d'aspiration 85 permet de maintenir un contenant sans l'endommager, contrairement aux gardes corps et empreintes qui peuvent endommager un contenant ne présentant pas les dimensions prévues. 5 En outre, le dispositif 1 comprend des moyens de synchronisation de la tête de marquage laser 3 avec les moyens de défilement linéaire en continu, pour permettre l'émission d'un faisceau laser 5 par la tête de marquage laser 3 dès qu'un contenant 2 est positionné en regard de la tête de marquage laser 3 dans la zone de 10 tir du faisceau laser 5. Selon les modes de réalisation ici présentés, les moyens de synchronisation comprennent un capteur de mouvement de la courroie 6. Dans les exemples ici présentés, le capteur de mouvement est intégré à un codeur 91 relié à la roue motorisée 71. De plus, les moyens de synchronisation comprennent capteur de 15 présence 92 positionné à l'entrée de la zone de tir pour détecter la présence d'un sabot 8 dans la zone de tir. Selon les exemples ici présentés, le capteur de présence 92 est une barrière optique permettant de déclencher le faisceau laser 5 dès qu'un sabot 8 franchit le rayon lumineux de la barrière optique. Le codeur 91 est adapté pour déclencher le faisceau laser 5 et ajuster la 20 vitesse de déplacement de la courroie 6 en fonction des données du capteur de mouvement de la courroie 6 et du capteur de présence 92. En outre, les moyens de marquage laser peuvent comprendre, une source laser Ytterbium femtoseconde pompée par diodes lasers et un amplificateur de faisceau laser. Le faisceau laser ainsi émis et amplifié peut être guidé, comme 25 représenté sur la figure 7, par des miroirs 93 et par une fibre optique (non représentée) jusqu'à la tête de marquage laser 3, pour être focalisé en un faisceau laser 5 permettant de marquer une contenant 2 En condition d'utilisation, le dispositif 1 peut être relié à un convoyeur d'entrée 11 et un convoyeur de sortie 12, comme représenté sur la figure 2. 30 Les contenant 2 sont acheminés par le convoyeur d'entrée 11, puis chaque contenant 2 est positionné dans un sabot 8. Chaque contenant 2 est plaqué contre la surface d'appui 81a par le dispositif d'aspiration 85. La zone de marquage 21 est placée en regard de la fenêtre 81b. Les sabots 8 défilent en continu le long de la courroie 6. Le codeur 91 35 permet d'ajuster la vitesse de la courroie. La géométrie des sabots 8 est prévue pour que ce soit une paroi latérale 82 du sabot 8 qui franchisse en premier la barrière 3062341 8 optique du capteur de présence 92. En connaissance de la cote B de la paroi latérale et de la vitesse de déplacement de la courroie 6 portant le sabot 8, le codeur 91 peut enclencher le faisceau laser 5 dont la durée d'impulsion est connue. En référence à la figure 5, le faisceau laser 5 émis part de la tête de 5 marquage laser 3, traverse la fenêtre 81b et marque la zone de marquage 21 du contenant. Le marquage est réalisé par focalisation du faisceau laser 5 à une distance focale D précise par rapport à la tête de marquage laser 3. La connaissance, de la cote C entre la tête de marquage laser 3 et la surface d'appui 81a permet de focaliser le faisceau laser 5 à une distance définie, 10 connue et sensiblement invariable. Ainsi, la distance focale D correspond au pont idéal de focalisation dans la zone de marquage 21, sans que les tolérances de fabrication du contenant 2 ne changent la distance entre la tête de marquage laser 3 et la zone de marquage 21. De plus, les moyens d'asservissement permettent de déplacer le faisceau laser 5 en fonction du déplacement du sabot 8, en conservant une distance 15 focale D sensiblement constante. Ainsi, le dispositif permet de réaliser un marquage laser en mouvement, en garantissant le positionnement optimal du marquage dans la paroi du contenant et en s'affranchissant des contraintes liés aux variations dimensionnelles des flacons. Ces dispositions permettent au dispositif 1 selon l'invention de fonctionner à une cadence industrielle, de l'ordre par exemple de neuf 20 cent contenants marqués par minutes La figure 8 présente un deuxième mode de réalisation du dispositif 1 reprenant les caractéristiques techniques du premier mode de réalisation, et auquel est ajouté une deuxième tête de marquage 3 et donc un deuxième capteur de présence 92. Ce deuxième mode de réalisation peut permettre par exemple de 25 réaliser deux marquages distincts sur un même contenant 2. Ainsi, l'invention fournit un dispositif de marquage laser permettant de garantir une position optimale du marquage sur le contenant tout en permettant de marquer des contenants à une cadence compatible avec les productivités demandées dans le secteur industriel. 30 Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution représentée ci-dessus, mais elle embrasse au contraire toutes les formes de réalisation. REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de marquage laser de contenants (2) caractérisé en ce qu'il comprend (i) des moyens de marquage laser comprenant au moins une tête de 5 marquage laser (3) permettant de focaliser un faisceau laser sur une zone de marquage de chaque contenant (2) pour marquer la zone de marquage (21) par modification locale de l'indice de réfraction du matériau du contenant (2), et (ii) des moyens de défilement linéaire en continu des contenants (2) devant la tête de marquage laser (3), le dispositif (1) comprenant des moyens d'asservissement de la, 10 ou de chaque, tête de marquage laser (3) permettant de déplacer le faisceau laser (5) en fonction du défilement linéaire continu des contenants (2) pour que la distance focale (D) du faisceau laser (5) soit sensiblement constante dans un référentiel lié à la tête de marquage laser (3). 15 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de défilement linéaire en continu comprennent au moins une courroie (6) sur laquelle est disposé au moins un élément de support d'un contenant (2), le ou chaque élément de support présentant une surface d'appui (81a) de la zone de marquage (21) interposée entre le contenant (2) et la tête de marquage laser (3). 20 3. Dispositif (1) selon la revendication 2 caractérisé en ce que la surface d'appui (81a) est positionnée à une côte (C) définie dans le référentiel de la tête de marquage laser (3). 25 4. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que le, ou chaque, élément de support comprend au moins un sabot (8) adapté pour recevoir un contenant (2) et comprend des moyens de maintien du contenant (2). 30 5. Dispositif (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de maintien comprennent un dispositif d'aspiration (85) permettant de maintenir le contenant (2) par dépression. 6. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, 35 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de synchronisation de la tête de marquage laser (3) avec les moyens de défilement linéaire en continu, pour permettre l'émission d'un faisceau laser (5) par la tête laser dès qu'un contenant (2) est 3062341 10 positionné en regard de la tête de marquage laser (3) dans une zone de tir du faisceau laser (5). 7. Dispositif (1) selon les revendications 2 et 6, caractérisé en ce que les 5 moyens de synchronisation comprennent au moins un capteur de mouvement de la courroie (6) 8. Dispositif (1) selon les revendications 2 et 6 caractérisé en ce que les moyens de synchronisation comprennent au moins un capteur de présence (92) d'un 10 élément de support dans la zone de tir du faisceau laser (5). 9. Dispositif (1) selon les revendications 6 à 8 caractérisé en ce que les moyens de synchronisation comprennent au moins un codeur (92) adapté pour déclencher le faisceau laser (5) et ajuster la vitesse de déplacement de la courroie (6) 15 en fonction des données du capteur de mouvement de la courroie (6) et du capteur de présence (92). 10. Dispositif (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les moyens d'asservissement comprennent au moins un miroir 20 mobile (35).