УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ МАРКИРОВКИ

Полезная модель относится к технологическому оборудованию для создания меток, размещаемых на изделии или упаковке изделия, предназначенных для идентификации этих изделий.
Известен патент на изобретение (RU 2111849 опуб. 27.05.1998), в котором описан лазерный клеймитель, содержащий последовательно установленные импульсный твердотельный лазер, блок оптических клиньев, сканирующую призму в форме параллелепипеда с двигателем, маску, поворотные зеркала и объектив. Под действием излучения лазера, возможен локальный разогрев изделия до температуры интенсивного испарения материала изделия. В результате происходит удаление материала из зоны действия лазерного излучения, и на его поверхности образуется "канавка", которая формирует изображение.
Недостатком данного решения является использование маски, через которую осуществляется засветка маркируемой области, что требует наличие широкого ассортимента масок для нанесения различных изображений и не позволяет оперативно реализовать изображение произвольного вида.
Наиболее близким к заявленному является патент на изобретение (RU 2328365 опуб. 10.07.2008), в котором представлены способ нанесения знакографической информации и система для его осуществления, заключающиеся в физико-химическом преобразовании многослойного покрытия при воздействии лазерного излучения на заготовку, установленную в системе крепления заготовки, по программе, задаваемой ЭВМ. На первоначальном этапе в системе крепления заготовки закрепляют анализирующее устройство на рабочем месте, создав определенный уровень освещенности анализирующего устройства от внешнего источника света, и устанавливают в анализирующее устройство образец. Затем выполняется считывание светотехнических параметров образца, и в соответствии с ними корректируются параметры лазерной гравировки для достижения соответствующего образцу уровня светотехнических параметров изделия. При этом положение защитной шторки определяется режимом работы источника лазерного излучения таким образом, что шторка закрывает фоточувствительный элемент на этапе выполнения лазерной гравировки, и открывает его на этапе анализа результата лазерной гравировки. На втором и последующих этапах образец заменяют заготовкой и выполняют нанесение знакографической информации в соответствии с откорректированными параметрами лазерной гравировки до достижения полученного на первом этапе результата. При этом анализирующее устройство выполняет функции анализатора и индикатора соответствия светотехнических параметров допуску.
Недостатками данного решения являются применение многослойных покрытий, сложность конструкции, дополнительные операции, предшествующие процессу нанесения знакографической информации.
Целью заявляемой полезной модели является упрощение конструкции устройства и реализация возможности создания изображений на полупроводниковых, металлических или диэлектрических тонких слоях предварительно осажденных на подложку.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для лазерной маркировки, содержится подложка для формирования метки, устройство позиционирования, шаговые двигатели, драйверы шаговых двигателей, входы которых соединены с LPT-портом ЭВМ, источник питания драйверов шаговых двигателей, приспособление для вертикального перемещения, блок питания и управления параметрами источника лазерного излучения вход которого соединен с LPT-портом ЭВМ, источник лазерного излучения, вдоль оптической оси которого размещена фокусирующая линза, в качестве источника излучения применяется твердотельный лазер непрерывного действия с оптической мощностью от 10 до 100 мВт и длиной волны в диапазоне 400-410 нм.
В соответствии с частным случаем выполнения устройство может содержать следующие конструктивные особенности.
Лазерный излучатель размещен на устройстве позиционирования.
Подложка для формирования метки размещена на устройстве позиционирования.
Подложка для формирования метки содержит предварительно нанесенный тонкий слой полупроводникового, металлического или диэлектрического материала толщиной от 50 до 200 нм.
Подложки, не поглощающие или слабо поглощающие в области длин волн излучения лазера, могут быть обращены к источнику лазерного излучения либо стороной с предварительно нанесенным тонким слоем, либо обратной стороной.
Сущность технического решения поясняется функциональной схемой Фиг.1.
Устройство для лазерной маркировки содержит подложку для формирования метки (на Фиг.1 не показана), устройство позиционирования 1, шаговые двигатели 2, драйверы шаговых двигателей 3, входы которых соединены с LPT-портом ЭВМ 4, источник питания драйверов шаговых двигателей 5, приспособление для вертикального перемещения 6, блок питания и управления параметрами источника лазерного излучения 7, вход которого соединен с LPT-портом ЭВМ, источник лазерного излучения 8, вдоль оптической оси которого размещена фокусирующая линза, отличающийся тем, что в качестве источника излучения применяется твердотельный лазер непрерывного действия с оптической мощностью от 10 до 100 мВт и длиной волны в диапазоне 400-410 нм, а в качестве подложки для формирования метки применяется стекло или иной прозрачный материал с предварительно нанесенным тонким слоем материала отличного от материала подложки.
Лазерный излучатель может быть размещен на устройстве позиционирования.
Подложка для формирования метки может быть размещена на устройстве позиционирования.
Подложка для формирования метки содержит предварительно нанесенный тонкий слой полупроводникового, металлического или диэлектрического материала толщиной от 50 до 200 нм.
Подложки не поглощающие или слабо поглощающие в области длин волн излучения лазера, могут быть обращены к источнику лазерного излучения либо стороной с предварительно нанесенным тонким слоем, либо обратной стороной.
Устройство позиционирования 1, представляет собой двухкоординатный стол, обеспечивающий линейные перемещения во взаимно перпендикулярных направлениях «X» и «Y» на величину от 0 до 10 мм или иную в зависимости от типа двухкоординатного стола.
Шаговые двигатели 2 с основным угловым шагом 1,8° и крутящим моментом 3,6 кг*см или более, обеспечивают вращение винтов координатного стола.
Драйверы шаговых двигателей 3 задают направление вращения валов шаговых двигателей 2 и осуществляют дробление шага, управление осуществляется сигналами «Направление», «Шаг» и «Разрешение» от LPT-порта ЭВМ 4.
Источник питания драйверов шаговых двигателей 5 обеспечивает подачу постоянного напряжения для питания драйверов шаговых двигателей 3 и присоединенных к ним шаговых двигателей 2.
Приспособление для вертикального перемещения 6 предназначено для вертикального перемещения закрепленного на нем источника излучения 8 относительно плоскости устройства позиционирования 1 либо подложки для формирования метки относительно источника излучения 8, расположенного на устройстве позиционирования 1.
Блок питания источника лазерного излучения и управления его параметрами 6 предназначен для питания лазерного диода и управления мощностью излучения, вход блока питания соединен с LPT-портом ЭВМ 4.
Источник лазерного излучения 8 вдоль оптической оси которого размещена фокусирующая линза, представляет собой лазер непрерывного действия с оптической мощностью от 10 до 100 мВт и длиной волны в диапазоне 400-410 нм. Источник излучения и линза установлены в массивном металлическом держателе, который, помимо всего прочего, обеспечивает термостабилизацию твердотельного лазера во время его работы.
В устройстве возможны два варианта размещения подложки для формирования метки и источника излучения относительно друг друга:
1) в случае использования отдельных подложек, конечного размера, не превышающих размеры устройства позиционирования, подложка для формирования метки располагается на устройстве позиционирования, источник излучения располагается над устройством позиционирования на приспособлении для вертикального перемещения и излучает в сторону подложки;
2) в случае использования протяженных подложек, например лент, источник излучения располагается на устройстве позиционирования, а подложка для формирования метки располагается над источником излучения на приспособлении для вертикального перемещения.
Устройство работает следующим образом. Подложка для формирования метки располагается на устройстве позиционирования, таким образом, что бы лазерный луч не попадал на ту часть подложки, где будет формироваться основное изображение. Включается блок питания и управления лазерным излучением, лазер запускается и на него подается минимальный ток, при котором осуществляется генерация излучения. Путем вращения регулировочного винта приспособления для вертикального перемещения осуществляется перемещение лазерного излучателя таким образом, чтобы сфокусированное излучение попадало на поверхность подложки. Лазер выключается, подложка выводится на начальную точку с которой начнется формирование изображения. В ЭВМ вводится предварительно подготовленный файл с координатами формируемого изображения. Лазер запускается и на него подается ток, обеспечивающий мощность излучения необходимую для успешной обработки данной поверхности. Запускается программа управления перемещением подложки и начинается перемещение подложки относительно сфокусированного лазерного луча в соответствии с координатами рисунка, записанными в файле. Кроме того, управление лазерным излучением осуществляется через ЭВМ, которая подает сигнал на вход источника питания. Под воздействием этих сигналов происходит включение, выключение лазера таким образом, чтобы перемещение подложки осуществлялось по заданной траектории, и при формировании лазерным лучом линий изображения, не связанных друг с другом, между ними не было дополнительных линий, не предусмотренных в исходном изображении.
По окончании процесса обработки лазер выключается, и подложка возвращается в исходное положение.
При использовании однотипных подложек для формирования меток допускается операцию по перемещению лазерного излучателя, для того, чтобы сфокусированное излучение попадало на поверхность подложки, провести один раз.
В случае использования протяженных подложек, например лент, подложка для формирования метки располагается над источником излучения на приспособлении для вертикального перемещения. Источник излучения расположенный на устройстве позиционирования, позиционируется таким образом, чтобы лазерный луч не попадал на ту часть подложки, где будет формироваться основное изображение. Включается блок питания и управления лазерным излучением, лазер запускается, и на него подается минимальный ток, при котором осуществляется генерация излучения. Путем вращения регулировочного винта приспособления для вертикального перемещения осуществляется перемещение подложки для формирования метки таким образом, чтобы сфокусированное излучение попадало на поверхность подложки. Лазер выключается, источник лазерного излучения выводится на начальную точку, с которой начнется формирование изображения.
В ЭВМ вводится предварительно подготовленный файл с координатами формируемого изображения. Лазер запускается и на него подается ток, обеспечивающий мощность излучения, необходимую для успешной обработки данной поверхности. Запускается программа управления перемещением лазерного излучателя, и начинается перемещение лазерного излучателя относительно поверхности подложки, находящейся в фокусе лазерного луча, в соответствии с координатами рисунка, записанными в файле. Кроме того, управление лазерным излучением осуществляется через ЭВМ, которая подает сигнал на вход источника питания. Под воздействием этих сигналов происходит включение, выключение лазера таким образом, чтобы перемещение луча осуществлялось по заданной траектории, и при переходе от одной линии изображения к другой между ними не было дополнительных линий, не предусмотренных в исходном изображении.
По окончании процесса обработки лазер выключается и лазерный излучатель возвращается в исходное положение.
Для проверки правильности технических решений, заложенных в устройство для лазерной маркировки, был собран и испытан макет устройства. Работоспособность собранного устройства подтверждается примерами.
Пример 1.
В качестве источника лазерного излучения применяют твердотельный лазер с длиной волны 405 нм. Фокусное расстояние фокусирующей линзы 4 мм. Подложку перемещают относительно лазерного излучателя.
На подложке изготавливают исходную полупроводниковую пленку. В качестве подложки используют стекло толщиной 1 мм. В качестве полупроводниковой пленки изготавливают пленку аморфного гидрогенизированного кремния (a-Si:H) толщиной 60 нм.
При лазерном воздействии используют непрерывное лазерное излучение с мощностью 50 мВт, подаваемое со стороны подложки и сфокусированное на пленке. Подложку перемещают со скоростью 2 мм/сек.
Лазерное воздействие оставляет на поверхности пленки линии шириной 3-4 мкм, хорошо различимые в оптический микроскоп (см. Фиг.2).
Пример 2.
В качестве источника лазерного излучения применяют твердотельный лазер с длиной волны 405 нм. Фокусное расстояние фокусирующей линзы 4 мм. Подложку перемещают относительно лазерного излучателя.
На подложке изготавливают исходную полупроводниковую пленку. В качестве подложки используют стекло толщиной 1 мм. В качестве полупроводниковой пленки изготавливают пленку аморфного кремния (a-Si) толщиной 100 нм.
При лазерном воздействии используют непрерывное лазерное излучение с мощностью 70 мВт, подаваемое со стороны подложки и сфокусированное на пленке. Подложку перемещают со скоростью 2 мм/сек.
Лазерное воздействие оставляет на поверхности пленки линии шириной 4-5 мкм, хорошо различимые в оптический микроскоп (см. Фиг.3).
Пример 3.
В качестве источника лазерного излучения применяют твердотельный лазер с длиной волны 405 нм. Фокусное расстояние фокусирующей линзы 4 мм. Подложку перемещают относительно лазерного излучателя.
На подложке изготавливают исходную металлическую пленку. В качестве подложки используют стекло толщиной 1 мм. В качестве металлической пленки изготавливают пленку меди толщиной 80 нм.
При лазерном воздействии используют непрерывное лазерное излучение с мощностью 70 мВт, подаваемое со стороны подложки и сфокусированное на пленке. Подложку перемещают со скоростью 2 мм/сек.
Лазерное воздействие оставляет на поверхности пленки линии шириной 20-30 мкм, хорошо различимые в оптический микроскоп (см. Фиг.4).
Настоящая полезная модель имеет достаточно простое конструктивное выполнение и обладает высокой надежностью, а также позволяет создавать изображения на полупроводниковых, металлических или диэлектрических тонких слоях, предварительно осажденных на подложку.