Лазерное устройство и способ маркировки объекта
Номер патента: 24205
Опубликовано: 31.08.2016
Авторы: Ричард Бернард Дж., Кюкендаль Петер Дж., Гилмартин Брэд Д., Армбрустер Кевин Л., Райан Даниэль Дж.
Формула / Реферат
1. Лазерное устройство, содержащее по меньшей мере два лазерных блока (10), послойно собранных в стопу, причем каждый лазерный блок (10), сконфигурированный с возможностью испускать лазерный пучок, содержит
лазерные трубки (12) с активным газом, расположенные вдоль петлевидного контура, механически соединенные одна с другой и образующие общее трубчатое пространство;
соединительные элементы (20) для соединения взаимно примыкающих лазерных трубок (12);
возбуждающие средства (70), возбуждающие активный газ в лазерных трубках (12) для генерирования лазерного излучения;
помещенные в соединительные элементы (20) зеркала (22) для переноса лазерного излучения между лазерными трубками (12);
частично отражающий выходной компонент (42) для выведения лазерного пучка;
полностью отражающее заднее зеркало (44) и
интегральный выходной фланец (40), установленный между двумя лазерными трубками (12) и присоединенный к ним, при этом указанный фланец содержит заднее зеркало (44), установленное на первой поверхности (56) указанного фланца (40), и выходной компонент (42), установленный на второй поверхности (58) указанного фланца (40),
отличающееся тем, что интегральный выходной фланец (40) каждого лазерного блока (10) дополнительно содержит выходное зеркало (46), установленное на его третьей поверхности (60) для отклонения лазерного пучка, проходящего сквозь выходной компонент (42), в центральное пространство (8), окруженное лазерными трубками (12), а в центральном пространстве (8), окруженном лазерными трубками (12), установлено сканирующее устройство (80), содержащее по меньшей мере одно подвижное зеркало (82) для отклонения в заданных направлениях лазерных пучков, выводимых через выходные компоненты (42) лазерных блоков (10).
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что слой, в котором находятся лазерные трубки (12) по меньшей мере одного из лазерных блоков (10), имеет форму плоской плиты.
3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что частично отражающие выходные компоненты (42) лазерных блоков (10) сконфигурированы с возможностью испускать параллельные лазерные пучки.
4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что лазерные трубки (12) каждого лазерного блока (10) установлены по замкнотому контуру, окружающему центральное пространство (8).
5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что лазерные трубки (12) каждого лазерного блока (10) установлены по треугольному, прямоугольному, квадратному или U-образному контуру.
6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что лазерные блоки (10) имеют одинаковую форму.
7. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что в каждом из соединительных элементов (20) лазерных блоков (10) имеется внутренняя полость, сообщающаяся по текучей среде по меньшей мере с двумя взаимно примыкающими лазерными трубками (12), присоединенными к соединительному элементу (20).
8. Устройство по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что соединительные элементы (20) лазерных блоков (10) объединены между собой в каждой угловой зоне лазерного устройства (1).
9. Способ маркировки объекта, отличающийся тем, что для нанесения маркировки используют лазерное устройство по любому из пп.1-8, при этом лазерные пучки лазерных блоков (10) направляют посредством выходного зеркала (46), установленного на третьей поверхности (60) интегрального выходного фланца (40), в центральное пространство (8), окруженное лазерными трубками (12), отклоняют лазерные пучки в заданных направлениях посредством сканирующего устройства (80), установленного в центральном пространстве (8), и осуществляют маркировку объекта лазерными пучками, отклоненными посредством сканирующего устройства (80).

Текст
Лазерное устройство, содержащее по меньшей мере два лазерных блока (10), послойно собранных в стопу, причем каждый лазерный блок содержит лазерные трубки (12), сообщающиеся между собой по текучей среде и образующие общее трубчатое пространство; соединительные элементы(20, 21) для соединения взаимно примыкающих лазерных трубок с образованием петлевидного контура; помещенные в соединительные элементы зеркала (22) для переноса лазерного излучения между лазерными трубками (12), заднее зеркало (44) и частично отражающий выходной компонент(42) для выведения лазерного пучка. В каждом лазерном блоке интегральный выходной фланец(40) содержит заднее зеркало, частично отражающий выходной компонент и выходное зеркало(46), которое отклоняет лазерный пучок, проходящий сквозь выходной компонент, на сканирующее устройство (80), находящееся в центральном пространстве (8), окруженном лазерными трубками. Изобретение относится также к способу маркировки объекта.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: АЛЛЬТЕК АНГЕВАНДТЕ ЛАЗЕРЛИХТ ТЕХНОЛОГИ ГМБХ Область техники Изобретение относится к лазерному устройству, раскрытому в п.1, и к способу маркировки объекта,раскрытому в п.10. Предшествующий уровень техники Из уровня техники известны лазерные устройства, которые содержат газоразрядные баллоны,обычно имеющие трубчатую форму и именуемые лазерными трубками или просто трубками, и имеют,как показано на фиг. 1, сложенную конструкцию. Такая конструкция позволяет получить образованное трубками трубчатое пространство большой длины. Поскольку выходная мощность лазерного устройства определяется длиной трубчатого пространства, конкретно расстоянием между задним (глухим) зеркалом и выходным компонентом, эта лазерная конструкция способна обеспечить значительную выходную мощность. Подобный лазер может, например, использоваться для маркировки объекта лазерным пучком,выводимым из лазерного устройства. В US 5115446 описана несущая конструкция для фланцев и других элементов двух ветвей траектории лазерного пучка. Несущая конструкция имеет геометрически центральную плоскую зону, которая расположена между геометрически центральных плоских зон двух ветвей траектории лазерного пучка и параллельно им, так что несущая конструкция содержит фланцы первой и второй указанных ветвей. Сущность изобретения Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании лазерного устройства,преимущественно для маркировки объекта, которое является компактным и обеспечивает высокое качество маркировки. Изобретение направлено также на создание экономичного способа маркировки объекта. Согласно изобретению данные задачи решены посредством лазерного устройства с признаками,включенными в п.1, и способа с признаками, включенными в п.10 прилагаемой формулы. Предпочтительные варианты раскрыты в зависимых пунктах. Лазерное устройство согласно изобретению содержит по меньшей мере два лазерных блока, послойно собранных в стопу. При этом каждый лазерный блок, сконфигурированный с возможностью испускать лазерный пучок, содержит: лазерные трубки для активного газа, механически соединенные одна с другой и образующие общее трубчатое пространство, соединительные элементы для соединения взаимно примыкающих лазерных трубок, возбуждающие средства, возбуждающие активный газ в лазерных трубках для генерирования лазерного излучения, помещенные в соединительные элементы зеркала для переноса лазерного излучения между лазерными трубками, полностью отражающее заднее зеркало и частично отражающий выходной компонент для выведения лазерного пучка. При осуществлении способа маркировки объекта посредством описанного лазерного устройства лазерные пучки лазерных блоков направляют в свободное центральное пространство, окруженное лазерными трубками. В этом свободном центральном пространстве могут быть установлены одно или более отклоняющих средств, чтобы отклонять лазерные пучки в зону нахождения маркируемого объекта. Лазерное устройство согласно изобретению может являться газовым лазером, в частности СО 2 лазером, в котором газ, находящийся в резонаторе (в лазерных трубках), содержит СО 2. Принцип действия таких лазерных устройств хорошо известен специалистам, так что его подробное описание не приводится. Лазерное устройство может, в частности, представлять собой маркировочную головку, т. е. преимущественно применяться для маркировки или гравирования объекта лазерным пучком. Трубки каждого из лазерных блоков образуют общее трубчатое пространство, которое может именоваться также резонатором лазерного блока. Другими словами, каждый лазерный блок содержит резонатор, образованный лазерными трубками, которые могут сообщаться между собой по текучей среде. В резонаторы введен активный газ, который возбуждается посредством возбуждающих средств,чтобы генерировать в резонаторах, т. е. в лазерных трубках, лазерное излучение. Заднее зеркало, которое предпочтительно является полностью отражающим, установлено на первом конце общего трубчатого пространства лазерного блока. Выходной компонент, например в виде частично отражающего зеркала, установлен на противоположном, втором конце общего трубчатого пространства. Таким образом, резонатор задается задним зеркалом и выходным компонентом, находящимися на его противоположных, в осевом направлении, концах. Часть лазерного излучения, присутствующего в трубчатом пространстве, выводится в виде лазерного пучка через выходной компонент. Одна из базовых идей изобретения состоит в создании лазерного устройства, содержащего множество индивидуальных лазерных блоков, у каждого из которых имеется выход для выведения лазерного пучка. Таким образом, лазерные блоки образуют базовые блоки для построения многопучкового лазера. Лазерные блоки накладывают друг на друга с образованием стопы, т. е. упорядоченного набора лазерных блоков. Такой набор лазерных блоков позволяет сформировать на маркируемом объекте маркировку на основе точечной матрицы. В зависимости от количества собранных в стопу лазерных блоков можно получить любое количество кодовых точек или линий. Собранные в стопу лазерные блоки могут обеспечить получение монолитного линейного набора. У каждого лазерного блока имеется индивидуальный выход для выведения лазерного пучка. Эти выходы индивидуальных лазерных блоков предпочтительно упорядочены в виде линейного набора или линии. Желательно, чтобы лазерные блоки согласно изобретению были, по существу, двумерными, т. е. плоскими модулями, газоразрядные баллоны которых находятся в одной плоскости. Двумерная геометрическая форма лазерных блоков (базовых конструктивных блоков лазерного устройства) позволяет собирать блоки в стопу и, тем самым, формировать их упорядоченный набор. Таким образом, желательно, чтобы индивидуальные трубки лазерного блока находились в одной плоскости, т. е. трубки первого лазерного блока находятся в первой плоскости, трубки второго лазерного блока находятся во второй плоскости и т. д. Другими словами, трубки каждого лазерного блока могут быть размещены в индивидуальной, отдельной плоскости (в отдельном слое). Это дает плоскую конструкцию для каждого лазерного блока, так что они могут быть легко собраны в стопу с образованием очень компактного лазерного устройства в виде стопы из множества лазерных блоков. Благодаря плоской конструкции лазерных блоков можно минимизировать расстояние между индивидуальными лазерными пучками. Особенно желательно, чтобы слой, в котором находятся лазерные трубки по меньшей мере одного из лазерных блоков, имел форму плоской плиты. Двумерная структура плиты, лежащей, по существу, в одной плоскости, позволяет легко собрать стопу лазерных блоков. В другом предпочтительном варианте частично отражающие выходные компоненты лазерных блоков, которые, в частности, являются частично отражающими зеркалами, сконфигурированы с возможностью выводить параллельные лазерные пучки. Параллельные лазерные пучки, выведенные из лазерных блоков, можно затем отклонять посредством отклоняющих средств, чтобы добиться желательной формы и/или желательного разрешения маркировки, наносимой на объект. Мощность лазерного устройства принципиально зависит от длины трубчатого пространства (резонатора), образующего полость лазерного устройства, внутри которого лазерное излучение отражается между задним зеркалом на одном конце и частично отражающим выходным компонентом на противоположном конце. Чтобы получить компактное и мощное лазерное устройство, желательно расположить лазерные трубки каждого лазерного блока, содержащие активный газ, в форме открытого (незамкнутого) или замкнутого кольца, окружающего свободное центральное пространство между трубками. Благодаря кольцеобразному контуру, образованному лазерными трубками, свободное пространство по меньшей мере частично окружено ими. В частности, свободное пространство задается трубками, находящимися по меньшей мере на двух его боковых гранях и доступно по меньшей мере через одну или обе торцевые грани. За счет складывания резонатора вокруг свободного центрального пространства длина резонатора по сравнению с линейным резонатором может быть увеличена без увеличения общей длины лазерного устройства. Кроме того, кольцевой контур формирует в лазерном устройстве свободное пространство, в которое могут быть помещены дополнительные компоненты лазерного устройства. Этими дополнительными компонентами могут быть, например, электронные компоненты, такие как драйверы для возбуждающих средств, линзы или дополнительные зеркала для отклонения лазерных пучков. Данные компоненты можно безопасно размещать в полости, находящейся в центральной зоне лазерного устройства. Кольцевое размещение позволяет также реализовать эффективное охлаждение трубок. Чтобы сформировать свободное пространство в центральной области лазерного устройства, трубки располагают по сложенному контуру или кольцу, задающему границы свободного пространства. Трубки могут быть прямыми (линейными) трубками, т. е. их продольные оси представляют собой прямые линии. Между взаимно примыкающими лазерными трубками могут быть образованы угловые зоны. Таким образом, форма резонатора лазерного блока может быть описана также, как многоугольное кольцо, которое может быть замкнутым или разомкнутым, т. е. имеющим разрыв между двумя своими трубками. Согласно изобретению угол, образованный каждыми двумя взаимно примыкающими лазерными трубками лазерного блока, предпочтительно превышает аналогичный угол в известной сложенной конструкции лазерных трубок, показанной, например, на фиг. 1. Желательно, чтобы этот угол превышал 60,более желательно, чтобы он составлял по меньшей мере 90. Кроме того, согласно изобретению углы между взаимно примыкающими лазерными трубками равны друг другу. В угловых зонах между лазерными трубками каждого лазерного блока находятся соединительные элементы (угловые фланцы), присоединенные в каждом случае к двум взаимно примыкающим трубкам. В соединительные элементы помещены зеркала для переноса лазерного излучения между трубками. Соединительные элементы, которые могут именоваться также промежуточными угловыми фланцами,предпочтительно содержат керамический материал. В дополнение, в каждом лазерном блоке могут иметься концевые фланцы, присоединенные к трубкам на противоположных осевых концах общего трубчатого пространства. Соответствующие концевые фланцы содержат выходной компонент и заднее зеркало. Очень компактное лазерное устройство, в частности для маркировки объекта, можно получить, если сконфигурировать лазерные блоки с возможностью испускать лазерные пучки в свободное центральное пространство, окруженное лазерными трубками. С этой целью в каждом лазерном блоке может быть предусмотрено отклоняющее зеркало, которое отклоняет лазерный пучок, проходящий сквозь выходной компонент в направлении свободного центрального пространства. Отклоняющее зеркало, которое может именоваться также выходным зеркалом, предпочтительно находится вне резонатора соответствующего лазерного блока. Вместо множества индивидуальных выходных зеркал, может быть предусмотрено общее выходное зеркало для множества лазерных блоков. Принципиальное преимущество отклонения лазерного пучка в направлении пространства, окруженного лазерными трубками, состоит в том, что внутрь лазерного устройства могут быть помещены дополнительные оптические компоненты, такие как линзы или дополнительные зеркала для отклонения и/или переформирования лазерного пучка, что приведет к очень компактной конструкции. В предпочтительном варианте изобретения лазерные трубки каждого лазерного блока установлены по треугольному, прямоугольному, квадратному или U-образному контуру. В треугольном контуре резонатор каждого лазерного блока содержит три лазерные трубки, тогда как в прямоугольном или квадратном контуре он образован четырьмя лазерными трубками. В других предпочтительных вариантах могут быть использованы пять или более трубок, установленных по многоугольному контуру. Конструкция лазерных блоков согласно изобретению с расположением трубок по контуру типа кольца позволяет оптимизировать геометрию резонатора в зависимости от требуемой мощности и ограничений на объем,определяемых конкретным приложением. U-образный контур, являющийся вариантом незамкнутого кольца, может иметь меньшую высоту и поэтому являться пригодным в приложениях, в которых высота является базовым ограничением. В другом предпочтительном варианте индивидуальные лазерные блоки имеют одинаковые формы. Одинаковые формы или контуры лазерных блоков позволяют легко собрать лазерные блоки в стопу,чтобы получить многопучковое лазерное устройство. Соседние лазерные трубки смежных лазерных блоков предпочтительно имеют одинаковую длину. Лазерные блоки могут иметь, в частности, идентичную конструкцию. Еще в одном предпочтительном варианте в свободное центральное пространство помещено множество перестраивающих зеркал для уменьшения расстояния между лазерными пучками индивидуальных лазерных блоков и/или для перестройки (изменения взаимного положения) лазерных пучков. Особенно желательно, чтобы имелось по меньшей мере одно перестраивающее зеркало на каждый лазерный блок. В другом предпочтительном варианте используется сканирующее устройство, которое содержит по меньшей мере одно подвижное зеркало для отклонения в заданных направлениях лазерных пучков, выводимых через выходные компоненты лазерных блоков. Чтобы одновременно отклонять все лазерные пучки всех лазерных блоков, сканирующее устройство может использовать одно или более зеркал. В особенно предпочтительном варианте сканирующее устройство установлено в свободном центральном пространстве, окруженном лазерными трубками. Это позволяет создать компактное лазерное устройство, в котором сканирующее устройство находится в безопасном положении, внутри свободного центрального пространства, окруженного лазерными трубками. Сканирующее устройство перенаправляет лазерные пучки через соответствующее отверстие из внутреннего объема лазерного устройства в наружное пространство, например для маркировки объекта, находящегося снаружи лазерного устройства. Согласно изобретению желательно, чтобы для создания в каждом лазерном блоке общего трубчатого пространства в каждом из соединительных элементов лазерных блоков имелась внутренняя полость,сообщающаяся по текучей среде по меньшей мере с двумя взаимно примыкающими лазерными трубками соответствующего лазерного блока, присоединенными к соединительному элементу. Внутренняя полость может иметь форму трубки с первым торцевым отверстием на ее первом осевом конце и вторым торцевым отверстием на втором осевом конце. Первый осевой конец полости может быть соединен с первой лазерной трубкой, а ее второй осевой конец - со второй лазерной трубкой. В дополнение, внутренняя полость, сформированная в соединительном фланце, может иметь третье отверстие в угловой части фланца, и в этом отверстии может быть закреплено зеркало для отражения лазерного излучения между лазерными трубками. Соединительные (угловые) элементы каждого лазерного блока могут быть установлены друг на друга и соединены посредством соединительных средств. Однако в предпочтительном варианте соединительные элементы лазерных блоков интегрированы в общую несущую конструкцию, сформированную в угловой зоне лазерного устройства с образованием соответствующих угловых элементов. Цельный корпус общей несущей конструкции охватывает несколько лазерных блоков. Такие цельные угловые конструкции обеспечивают снижение временных затрат и производственных расходов. В особенно предпочтительном варианте лазерные трубки каждого лазерного блока образуют петлевидный контур и каждый лазерный блок содержит интегральный выходной фланец, установленный между двумя лазерными трубками и присоединенный к ним. Данный фланец содержит выходной компонент и заднее зеркало соответствующего лазерного блока. Замкнутый петлевидный (кольцевой) контур лазерных блоков повышает стабильность и обеспечивает компактность конструкции. Интегральный выходной фланец находится в угловой зоне между двумя лазерными трубками каждого лазерного блока. Эти лазерные трубки могут именоваться концевыми лазерными трубками общего трубчатого пространства лазерного блока. Интегральный выходной фланец, который может именоваться также соединительным элементом, содержит по меньшей мере два зеркала: заднее зеркало и выходной компонент. Интегральный выходной фланец может обеспечивать или не обеспечивать связь по текучей среде между присоединенными к нему трубками. В предпочтительном варианте заднее зеркало каждого лазерного блока расположено на первой стороне интегрального выходного фланца, а выходной компонент на его второй стороне. Вторая сторона предпочтительно ориентирована под углом к первой стороне. Первая сторона может быть, в частности,расположена перпендикулярно первой лазерной трубке, присоединенной к интегральному выходному фланцу, а вторая сторона - перпендикулярно второй лазерной трубке, присоединенной к этому фланцу. Желательно, чтобы интегральный выходной фланец каждого лазерного блока содержал также установленное на его третьей стороне выходное зеркало для отклонения в заданном направлении лазерного пучка, проходящего сквозь выходной компонент. Выходное зеркало, которое может, в частности, являться третьим зеркалом интегрального выходного фланца каждого лазерного блока, может быть установлено таким образом, чтобы отклонять лазерный пучок, выводимый через частично отражающий выходной компонент, в свободное центральное пространство, окруженное лазерными трубками. В предпочтительном варианте интегральный выходной фланец каждого лазерного блока содержит первый корпус, к которому присоединены концевые лазерные трубки резонатора, и второй корпус, соединенный с первым. Между первым и вторым корпусами образован зазор, в котором размещены заднее зеркало и/или выходной компонент. Заднее зеркало и/или выходной компонент предпочтительно образуют с первым корпусом газонепроницаемое соединение и задают осевой конец общего трубчатого пространства. Первый и/или второй корпуса образуют полость для лазерного пучка, выводимого через частично отражающий выходной компонент. Выходное зеркало, предпочтительно прикрепленное ко второму корпусу в его угловой (скошенной) части, отклоняет лазерный пучок в направлении свободного центрального пространства. Согласно изобретению желательно, чтобы трубчатое пространство (резонатор) лазерных блоков в каждом случае являлся замкнутой газовой системой. Это, в частности, означает, что резонатор каждого лазерного блока является полностью замкнутой полостью и что отсутствует какой-либо постоянный поток газа через резонатор. Газ, находящийся в резонаторе, т. е. в общем трубчатом пространстве, заменяется только через определенные временные интервалы, когда лазерное устройство не функционирует. Поэтому отсутствуют как вход, так и выход для газа, которые требовались бы в случае постоянного потока газа через трубчатое пространство, и не требуется никакого пространства для оборудования, прокачивающего газ через систему. Возбуждающее средство по меньшей мере для одной из лазерных трубок предпочтительно содержит по меньшей мере один электрод, например радиочастотный. Такие электроды могут, в частности,проходить по длине лазерных трубок. По соображениям эффективности и для обеспечения однородного возбуждения газа в лазерной трубке к электродам могут быть подключены радиочастотные (РЧ) индукторы. РЧ индуктор может быть выполнен, например, в виде спиральной обмотки. Однако с этим решением связана проблема, состоящая в том, что РЧ индуктор со спиральной обмоткой существенно увеличивает размеры лазера и является дорогостоящим. Согласно изобретению особенно компактная и плоская конструкция лазерного устройства может быть получена, если по меньшей мере один электрод и/или РЧ индуктор выполнен с плоской обмоткой. В конструкции с плоской обмоткой и обмотка, и электрод могут находиться на одной плоской поверхности. В предпочтительном варианте обмотка может быть спиральной. Особенно желательно, чтобы возбуждающее средство по меньшей мере для одной из лазерных трубок содержало по меньшей мере два электрода, проходящих по длине соответствующей лазерной трубки. Эти электроды могут находиться, в частности, на противоположных сторонах лазерных трубок. Например, могут иметься верхний и нижний электроды, проходящие по длине лазерной трубки. Перечень фигур, чертежей Изобретение будет далее описано со ссылками на прилагаемые чертежи. На фиг. 1 показано расположение лазерных трубок лазерного устройства согласно уровню техники. На фиг. 2 представлен вариант лазерного устройства согласно изобретению с установленными друг на друга индивидуальными угловыми элементами. На фиг. 3 представлен вариант лазерного устройства согласно изобретению с интегрированными угловыми конструкциями. На фиг. 4 представлен вариант лазерного устройства согласно изобретению, содержащий перестраивающие зеркала и сканирующее устройство. На фиг. 5 представлен вариант лазерного устройства согласно изобретению, содержащий телескопы и сканирующее устройство. На фиг. 6 представлен вариант лазерного устройства согласно изобретению, содержащий охлаждающие плиты, прикрепленные к лазерному устройству, чтобы охлаждать лазерные трубки. На фиг. 7 представлен вариант лазерного устройства согласно изобретению, содержащий воздушную завесу. На фиг. 8 показано лазерное устройство по фиг. 7 с установленными корпусными деталями. На фиг. 9 представлен вариант лазерного устройства согласно изобретению с U-образными лазерными блоками и воздушной завесой. На фиг. 10 показано лазерное устройство по фиг. 4 или 5 с установленными корпусными деталями. На фиг. 11 представлен вариант электрода согласно изобретению. На всех чертежах идентичные или соответствующие компоненты идентифицированы посредством идентичных обозначений. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения На фиг. 1 иллюстрируется сложенная конфигурация лазерных трубок 12' лазерного устройства 1' согласно уровню техники. Лазерное устройство 1' содержит единственный лазерный блок, который испускает единственный лазерный пучок. Лазерные трубки 12' расположены вплотную и почти параллельно одна другой, чтобы получить малое поперечное сечение. На фиг. 2 представлен первый вариант лазерного устройства 1 согласно изобретению. Лазерное устройство 1 содержит множество лазерных блоков 10, установленных друг за другом (или друг на друга) и параллельно друг другу. В представленном варианте лазерное устройство 1 содержит 9 лазерных блоков 10, что обеспечивает разрешение 9 пикселей в направлении, поперечном направлению движения маркируемого объекта. Лазерное устройство 1 может, в частности, являться лазерным устройством для маркировки объекта посредством множества лазерных пучков, т. е. оно может также рассматриваться как маркировочная головка для маркировки объекта. Каждый индивидуальный лазерный блок 10 содержит лазерные трубки 12, которые могут быть изготовлены, например, из оксида алюминия. Лазерные трубки 12 лазерного блока 10 образуют часть общего трубчатого пространства, которое может рассматриваться также как резонатор соответствующего лазерного блока 10. Трубки 12 по меньшей мере частично окружены возбуждающими средствами 70 в форме радиочастотных электродов 71 (см. фиг. 11), служащих для возбуждения активного газа, находящегося в лазерных трубках 12. Электроды 71 проходят, по существу, по всей длине этих трубок. На внутренней стороне лазерных трубок, обращенной к свободному центральному пространству 8, может находиться внутренний электрод 71, а на их наружной стороне - наружный электрод 71. Лазерное устройство 1 имеет форму куба с четырьмя боковыми гранями и двумя торцевыми гранями. Во внутренней области лазерного устройства 1 образовано свободное центральное пространство 8,которое окружено по боковым граням кубического лазерного устройства 1 лазерными трубками 12 лазерных блоков 10. В представленном варианте каждый лазерный блок 10 содержит 4 лазерные трубки 12, расположенные в форме прямоугольника. Однако вместо прямоугольной формы резонатор может иметь также форму квадрата, U-образную или треугольную форму. Вместо резонатора, имеющего четыре стороны,возможен резонатор только с тремя сторонами или более чем с четырьмя сторонами. При этом конструкция может быть оптимизирована в зависимости от требуемой мощности и ограничений на объем, определяемых конкретным приложением. Лазерные трубки 12 каждого лазерного блока 10 находятся в отдельных, индивидуальных плоских слоях. У каждой трубки 12 имеется продольная ось. Продольные оси трубок 12 одного лазерного блока 10 лежат в одной общей плоскости. Лазерные блоки 10, по существу, идентичны, причем они установлены друг на друга (или друг за другом) и взаимно параллельно. Лазерные блоки 10 соединены друг с другом посредством соответствующих соединительных средств, таких как болты, винты и т. д. В трех из четырех углов каждого лазерного блока 10 находятся соединительные элементы 20, 21, предпочтительно в форме керамических треугольников, которые служат для соединения взаимно примыкающих лазерных трубок 12. Каждый из соединительных элементов 20, 21 снабжен зеркалом 22 для отражения лазерного излучения от одной трубки 12 к примыкающей к ней трубке 12, обеспечивая связь по лазерной энергии между трубками 12. У каждого из соединительных элементов 20, 21 имеется корпус 24, к которому прикреплены трубки 12. Зеркало 22 также крепится к корпусу 24. Каждый лазерный блок 10 содержит, на осевом конце одной из трубок 12, заднее зеркало 44. Кроме того, каждый лазерный блок содержит выходной компонент 42, установленный на осевом конце другой трубки 12. Заднее зеркало 44 и выходной компонент 42 образуют осевые концы общего трубчатого пространства, т. е. резонатора лазерного блока 10. Выходной компонент 42 является частично отражающим зеркалом, которое отражает часть лазерного излучения в трубчатое пространство и выводит из него лазерный пучок. Лазерный пучок каждого лазерного блока 10 выводится в угловой зоне этого блока 10, так что из угловой (краевой) зоны кубического лазерного устройства 1 выводится упорядоченный набор лазерных пучков. Другими словами, выходные пучки лазерных блоков взаимно параллельны и лежат в одной плоскости, отходящей от одного края куба, формируя многопучковый выход 2 лазерного устройства 1. В варианте по фиг. 2 две лазерные трубки 12 каждого лазерного блока 10, которые могут именоваться концевыми лазерными трубками, связаны между собой интегральным выходным фланцем 40. Другими словами, четвертый угол блока сконструирован так, что на одной его поверхности 58 находится заднее зеркало 44, а на другой поверхности 56 - частично отражающий выходной компонент 42. Интегральный выходной фланец 40 лазерного блока 10 имеет первый, внутренний корпус 50 и второй, наружный корпус 52. Между первым и вторым корпусами 50, 52 сформирована (в форме зазора) внутренняя полость 62. В зазоре 62 размещены заднее зеркало 44 и выходной компонент 42. В первом корпусе 50 выполнены также два сквозных отверстия для приема двух взаимно примыкающих трубок 12. В угловой зоне интегрального выходного фланца 40 находится выходное зеркало 46 для отражения лазерного пучка, выводимого через выходной компонент 42, в заданном направлении. Выходное зеркало 46 установлено так, что лазерный пучок отражается в направлении свободного центрального пространства 8 лазерного устройства 1. Выходное зеркало 46 присоединено ко второму корпусу 52 интегрального выходного фланца 40. Более конкретно, выходное зеркало 46 установлено на третьей поверхности 60,которая образует острые углы с первой и второй поверхностями 56, 58. Третья поверхность 60 является угловой поверхностью второго корпуса 52. Для соединения смежных лазерных блоков 10 используется монтажный (соединительный) фланец 54. В первом корпусе 50 интегрального выходного фланца 40 выполнено выходное отверстие 48, через которое лазерный пучок, отклоненный выходным зеркалом 46, может проходить в свободное центральное пространство 8. Выходные отверстия 48 лазерных блоков 10 формируют индивидуальные выходные лазерные пучки лазерных блоков 10. Каждый соединительный элемент 21 имеет дополнительную входную часть для подсоединения трубки 14 (см. фиг. 4), служащей газовым резервуаром. Эта трубка свободна от возбуждающего средства и является дополнительным газовым балластом для лазерных трубок 12 лазерного блока 10. В предпочтительном варианте каждый из лазерных блоков 10 содержит по меньшей мере одну такую трубкугазовый резервуар. Трубка 14 расположена в составе лазерного блока 10 параллельно одной из лазерных трубок 12. Ее размеры могут отличаться от размеров лазерных трубок 12; например, она может иметь больший диаметр. На фиг. 3 представлен второй вариант лазерного устройства 1 согласно изобретению. Данное лазерное устройство 1 не имеет дополнительных газовых балластных трубок, а лазерные пучки лазерных блоков 10 направлены наружу, а не в свободное центральное пространство 8, окруженное лазерными трубками 12. Кроме того, угловые элементы 20 и интегральные выходные фланцы 40 индивидуальных лазерных блоков 10 объединены в интегральные угловые элементы 34, 64, проходящие вдоль нескольких или всех лазерных блоков 10. Следует понимать, что элементы, показанные на различных чертежах,можно комбинировать различными способами. Лазерное устройство 1, показанное на фиг. 3, содержит три находящихся на кромках кубического лазерного устройства 1 угловых элемента 34, к которым подсоединены лазерные трубки 12 каждого лазерного блока 10. Угловые элементы 34 имеют цельный корпус 24 с выполненными в нем отверстиями, с которыми могут сопрягаться лазерные трубки 12. Отверстия для подсоединения трубок 12 сгруппированы в два столбца. К корпусу 24 прикреплено общее для всех модулей зеркало 22 для переноса лазерного излучения между лазерными трубками 12 каждого из лазерных блоков 10. В четвертом углу кубического лазерного устройства 1 находится угловой элемент 64, содержащий множество интегральных выходных фланцев 40. У углового элемента 64 имеется цельный корпус 66,перекрывающий несколько или все лазерные блоки 10. Угловой элемент 64 содержит множество выходных компонентов 42 и множество задних зеркал 44. Корпус 66 выполнен, как единственная деталь, расположенная вдоль кромки кубического лазерного устройства 1. Другой вариант лазерного устройства 1 согласно изобретению представлен на фиг. 4. Лазерное устройство согласно этому варианту, в основном, соответствует лазерному устройству по фиг. 2. В дополнение, лазерное устройство 1 содержит устройство 90 попиксельного преобразования, содержащее набор перестраивающих зеркал 92, которые используются для преобразования линейной конфигурации лазерных пучков в другую конфигурацию и/или для уменьшения расстояния между пучками индивидуальных лазерных блоков 10. В предпочтительном варианте каждому лазерному блоку 10 соответствует по меньшей мере одно перестраивающее зеркало 92. В устройство 90 попиксельного преобразования, находящееся внутри куба, вводятся пучки в составе упорядоченного набора индивидуальных выходных пучков. В свободном центральном пространстве 8 лазерного устройства 1 находится, кроме того, сканирующее устройство 80. Оно содержит два подвижных зеркала 82, каждое из которых установлено на гальванометрический привод (сканер) 84. На подвижные зеркала 82 направляют лазерные пучки из лазерных блоков 10. Гальванометрические сканеры используются, чтобы перемещать пучок в поле зрения выходной оптики согласно требованиям конкретного приложения. В дополнение, может использоваться набор линз 96, размещенный, например, между выходными отверстиями 48 для лазерных пучков и перестраивающими зеркалами 92. Кроме того, могут иметься одно или более дополнительных отклоняющих зеркал 94 для отражения лазерных пучков в составе упорядоченного набора. На фиг. 5 иллюстрируется конструкция другого варианта лазерного устройства 1 согласно изобретению. Как и раньше, лазерное устройство 1 (в данном случае печатающая головка) имеет кубический профиль, причем лазерные пучки выводятся в одном углу между двумя гранями куба. Массив лазеров образован стопой прямоугольных двумерных базовых лазерных блоков (модулей) 10. В центральном пространстве 8 находится радиочастотный драйвер 6 для приведения в действие возбуждающих средств 70 лазерных трубок 12. На траектории лазерных пучков, между выходными отверстиями 48 и сканирующим устройством 80 размещены телескопы 98. К тем наружным сторонам кубического лазерного устройства 1, на которых закреплены лазерные трубки 12, прикреплены охлаждающие блоки 76. В охлаждающих блоках 76 выполнено множество каналов, по которым может циркулировать хладагент. На фиг. 6 представлено лазерное устройство 1 по фиг. 3 с прикрепленными к лазерным трубкам 12 возбуждающими средствами 70 и охлаждающими блоками 76. На каждой стороне кубического лазерного устройства 1 имеется охлаждающий блок 76, который охлаждает лазерные трубки 12 различных лазерных блоков 10. В охлаждающие блоки 76 могут быть интегрированы возбуждающие средства 70, например электроды 71. На фиг. 7 и 8 представлен еще один вариант лазерного устройства 1 согласно изобретению. Показана стопа двумерных лазерных блоков 10 в квадратной конфигурации с защитным кожухом в зоне 2 выведения пучков излучения. Этот защитный кожух может содержать воздушный нож (воздушную завесу) 4, который (которая) использует воздух под повышенным давлением, чтобы предотвратить попадание частиц пыли и влаги на выходную оптику лазеров. Показан также находящийся на задней части устройства входной элемент для прикрепления шланга 7. На фиг. 8 устройство показано с установленными наружными корпусными деталями 5 и со шлангом 7. На фиг. 7 устройство показано со снятыми боковыми корпусными деталями 5, чтобы проиллюстрировать установку драйверов 6 для возбуждающих средств 70 в центральной части куба, образованного печатающей головкой. На фиг. 9 представлен другой вариант, в котором, вместо квадратных блоков, используется стопа Uобразных блоков (модулей) 10. U-образный блок может иметь меньшую высоту и поэтому являться пригодным в приложениях, в которых высота является ограничением для увеличения количества модулей. Для повышения стабильности лазерной головки между концевыми фланцами, т. е. между выходным фланцем 41, содержащим выходной компонент 42, и задним фланцем 43, содержащим заднее зеркало 44,установлены опорные средства 18. На фиг. 10 проиллюстрирован наружный вид маркировочной головки с установленным внутри нее сканирующим устройством. Лазерные пучки лазерных блоков направлены во внутреннее пространство лазерного устройства 1 и перенаправляются сканирующим устройством для их выведения через отверстие на передней стороне 3, т. е. данное отверстие служит выходом 2 для многопучкового излучения лазерного устройства 1. На фиг. 11 представлено возбуждающее средство 70 согласно изобретению. Оно представляет собой электрод 71, имеющий одну или более обмоток 72 в виде спиралей, лежащих в одной плоскости. Обмотки 72 лежат на несущей пластине 74. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Лазерное устройство, содержащее по меньшей мере два лазерных блока (10), послойно собранных в стопу, причем каждый лазерный блок (10), сконфигурированный с возможностью испускать лазерный пучок, содержит лазерные трубки (12) с активным газом, расположенные вдоль петлевидного контура, механически соединенные одна с другой и образующие общее трубчатое пространство; соединительные элементы (20) для соединения взаимно примыкающих лазерных трубок (12); возбуждающие средства (70), возбуждающие активный газ в лазерных трубках (12) для генерирования лазерного излучения; помещенные в соединительные элементы (20) зеркала (22) для переноса лазерного излучения между лазерными трубками (12); частично отражающий выходной компонент (42) для выведения лазерного пучка; полностью отражающее заднее зеркало (44) и интегральный выходной фланец (40), установленный между двумя лазерными трубками (12) и присоединенный к ним, при этом указанный фланец содержит заднее зеркало (44), установленное на первой поверхности (56) указанного фланца (40), и выходной компонент (42), установленный на второй поверхности (58) указанного фланца (40),отличающееся тем, что интегральный выходной фланец (40) каждого лазерного блока (10) дополнительно содержит выходное зеркало (46), установленное на его третьей поверхности (60) для отклонения лазерного пучка, проходящего сквозь выходной компонент (42), в центральное пространство (8),окруженное лазерными трубками (12), а в центральном пространстве (8), окруженном лазерными трубками (12), установлено сканирующее устройство (80), содержащее по меньшей мере одно подвижное зеркало (82) для отклонения в заданных направлениях лазерных пучков, выводимых через выходные компоненты (42) лазерных блоков (10). 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что слой, в котором находятся лазерные трубки (12) по меньшей мере одного из лазерных блоков (10), имеет форму плоской плиты. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что частично отражающие выходные компоненты(42) лазерных блоков (10) сконфигурированы с возможностью испускать параллельные лазерные пучки. 4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что лазерные трубки (12) каждого лазерного блока (10) установлены по замкнотому контуру, окружающему центральное пространство (8). 5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что лазерные трубки (12) каждого лазерного блока (10) установлены по треугольному, прямоугольному, квадратному или U-образному контуру. 6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что лазерные блоки (10) имеют одинаковую форму. 7. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что в каждом из соединительных элементов(20) лазерных блоков (10) имеется внутренняя полость, сообщающаяся по текучей среде по меньшей мере с двумя взаимно примыкающими лазерными трубками (12), присоединенными к соединительному элементу (20). 8. Устройство по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что соединительные элементы (20) лазерных блоков (10) объединены между собой в каждой угловой зоне лазерного устройства (1). 9. Способ маркировки объекта, отличающийся тем, что для нанесения маркировки используют лазерное устройство по любому из пп.1-8, при этом лазерные пучки лазерных блоков (10) направляют посредством выходного зеркала (46), установленного на третьей поверхности (60) интегрального выходного фланца (40), в центральное пространство (8), окруженное лазерными трубками (12), отклоняют лазерные пучки в заданных направлениях посредством сканирующего устройства (80), установленного в центральном пространстве (8), и осуществляют маркировку объекта лазерными пучками, отклоненными посредством сканирующего устройства (80).
МПК / Метки
МПК: H01S 3/23, H01S 3/07, H01S 3/03
Метки: устройство, способ, маркировки, объекта, лазерное
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/11-24205-lazernoe-ustrojjstvo-i-sposob-markirovki-obekta.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Лазерное устройство и способ маркировки объекта</a>
Предыдущий патент: Производные гетероциклических амидов в качестве антагонистов p2x7 рецептора
Следующий патент: Всасывающая головка для подводного горного инструмента
Случайный патент: Валковая мельница