Аппарат и способ для маркировки объекта

АППАРАТ И СПОСОБ ДЛЯ МАРКИРОВКИ ОБЪЕКТА Изобретение относится к аппарату для маркировки объекта. Аппарат содержит маркировочный блок для маркировки объекта с помощью лазерного луча, транспортирующее устройство для транспортировки объекта, устройство для определения положения транспортируемого объекта с помощью ультразвуковых волн, содержащее по меньшей мере один лазерный блок для генерирования импульсного лазерного луча, направляемого на транспортируемый объект и способного вызывать на поверхности объекта колебания, посредством которых генерируются ультразвуковые сигналы от объекта, и по меньшей мере один ультразвуковой датчик для приема ультразвуковых сигналов от объекта. При этом предусмотрены вычислительные средства для вычисления положения объекта на основе получаемых ультразвуковых сигналов, причем лазерный луч для маркировки направляется на объект на основе вычисленного указанными вычислительными средствами положения объекта. Изобретение относится также к способу маркировки объекта при помощи указанного аппарата.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: АЛЛЬТЕК АНГЕВАНДТЕ ЛАЗЕРЛИХТ ТЕХНОЛОГИ ГМБХ Область техники Настоящее изобретение относится к устройству в соответствии с ограничительной частью п.1 формулы изобретения. Изобретение относится также к способу определения положения объекта с помощью ультразвуковых волн в соответствии с п.7 формулы изобретения. Устройство содержит по меньшей мере один ультразвуковой датчик для получения ультразвуковых сигналов от объекта и вычислительные средства для вычисления положения объекта на основе полученных ультразвуковых сигналов. Предшествующий уровень техники Хорошо известно определение расстояния до объекта с помощью ультразвуковых сигналов. Принципиальный метод, используемый в ультразвуковом измерении расстояний, заключается в передаче ультразвукового импульса в рабочую среду и измерении времени прохождения между временем передачи и временем получения эха от удаленной мишени. Среди множества возможностей применения ультразвуковые измерения расстояний могут использоваться в маркировочных устройствах, с помощью которых,например, средние линии заполнения единичных бутылок маркируются штрихкодом. Для нанесения хорошо читаемого штрихкода лазерным устройством важно точно определять положение маркируемого объекта. Обычно объект перемещается относительно маркировочного аппарата на конвейерной ленте. Наложение ультразвуковых сигналов, отраженных движущимися объектами, может вызывать затруднения в правильном определении единичного объекта, особенно из-за того, что скорость движения объекта на конвейерной ленте относительно маркировочного аппарата должна быть как можно более высокой. Другая проблема может возникать при использовании обычных ультразвуковых преобразователей, выполняющих функцию передатчика и приемника. Поэтому ультразвуковой преобразователь не может быть использован для приема сигналов мгновенно после выключения возбуждения или напряжения передачи,так как пьезоэлектрический кристалл имеет определенное время затухания. Поэтому количество измерений расстояния, которое может быть выполнено в пределах определенного интервала времени, ограничено вследствие неспособности элемента преобразователя передавать и принимать одновременно. В патентном документе US 5646907A описаны способ и система на плавучей платформе для детектирования объектов на поверхности или под поверхностью воды. Луч высокой мощности направляют к водной поверхности, и когда он падает на объект, плавающий на водной поверхности или под ней, импульсы давления генерируются либо на поверхности объекта, либо на водной поверхности. Импульсы давления вызывают в воде характерные обратные импульсы, которые детектируются подводным акустическим детектором для обнаружения объектов и, возможно, их классификации. Сущность изобретения Задачей настоящего изобретения является создание системы для быстрого и надежного определения положения объекта с помощью ультразвуковых волн, которая позволяет в значительной мере устранить упомянутые недостатки. Решение поставленной задачи достигается в устройстве для определения положения, обладающем признаками по п.1 формулы изобретения. Предпочтительно примеры осуществления изложены в зависимых пунктах, а также в последующем описании, в частности, со ссылками на прилагаемые чертежи. В соответствии с изобретением устройство для определения положения объекта упомянутого типа отличается тем, что предусмотрен по меньшей мере один лазерный блок для генерирования импульсного лазерного луча, причем этот импульсный лазерный луч направлен на объект и способен вызывать на поверхности объекта колебания, посредством которых объект возбуждается для генерирования ультразвуковых сигналов. Основная идея изобретения состоит в том, чтобы генерировать ультразвуковые сигналы непосредственно на объекте, положение которого должно определяться. Сам объект становится элементом ультразвукового передатчика без каких-либо акустических элементов преобразователя. Это может достигаться посредством оптоакустического эффекта, причем энергия лазерного луча,падающего на поверхность объекта, поглощается локальной областью на поверхности. Это может приводить по меньшей мере к одному из следующих явлений в зависимости от характеристик являющегося мишенью объекта, в частности его поверхности. Локальная область может нагреваться и вызывать тепловое расширение, посредством которого генерируются колебания. В результате объектом излучаются ультразвуковые волны, которые могут детектироваться ультразвуковым датчиком. Колебания могут не ограничиваться локальной областью, они могут распространяться даже на большую часть объекта, что приводит к более интенсивному излучению ультразвуковых сигналов. Далее, возможно также, что падение импульсного лазерного луча может вызывать выброс единичных частиц из поверхности. При этом могут генерироваться короткие и интенсивные ультразвуковые сигналы. Характеристики импульсного лазерного луча могут регулироваться в соответствии с объектом или с условиями его поверхности или с другими обстоятельствами в аспекте, например времени излучения,энергии отдельного лазерного импульса и частоты последовательности импульсов лазерного луча. Выгодным образом не требуется дополнительных блоков ультразвуковой передачи. Благодаря этому устраняется наложение эхосигналов, отраженных от различных объектов, что нормально имело бы место при использовании обычного блока ультразвуковой передачи. Элемент преобразователя и, соответственно, ультразвуковой элемент может работать исключительно в режиме приема, что позволяет определять положение объектов, перемещаемых конвейерной лентой,даже при высокой производительности прохода объектов вследствие того, что отсутствует время затухания между передачей и приемом элемента преобразователя. Объектами могут быть общеизвестные предметы, такие как стеклянные бутылки, куски металла,пищевые продукты или другие материалы, такие как бумага и картон. Поэтому определение описанным выше образом положения объектов, перемещаемых конвейерной лентой в маркировочных устройствах,позволяет правильно определять их положение даже при высокой скорости движения объектов. По меньшей мере один лазерный блок для генерирования импульсного лазерного луча не ограничивается определенными типами лазеров. Предпочтительно используется газовый лазер или твердотельный лазер, в частности лазер CO2 или Nd:YAG. В примере выполнения устройства по изобретению по меньшей мере один лазерный блок выполнен с возможностью генерирования больше одного лазерного луча, причем частота световых волн этих лазерных лучей различна. Так, например, один лазерный блок может содержать эксимерный лазер, который использует различные комбинации благородного газа и химически активного газа для генерирования лазерных лучей с различной длиной волны. Любой из общеизвестных видов лазеров может быть встроен в лазерный блок, излучающий световые волны различной частоты. Это позволяет настраивать частоту световых волн в соответствии с состоянием поверхности объектов для улучшения создаваемых ультразвуковых сигналов, вызываемых оптоакустическим эффектом. Это расширяет возможности применения в отношении используемых объектов. В общем случае возможно, что предусмотрено более одного лазерного блока, причем лазерные блоки расположены соответственно в различных положениях и генерируют импульсные лазерные лучи,направленные соответственно на один и тот же объект. Лазерные блоки могут быть расположены непосредственно напротив друг друга или просто разнесены, чтобы направлять свои лазерные лучи на объекты под различными углами. Лазерные лучи могут быть сфокусированы на одном и том же месте объекта для усиления импульса в этом месте. В необязательном варианте лазерные лучи могут падать на объект в разных местах, за счет чего ультразвуковые сигналы могут излучаться от объекта более равномерно в различных направлениях, что может улучшать определение положения объекта. Далее, изобретение относится к аппарату для маркировки объекта с помощью маркировочного блока, содержащему транспортирующее устройство для транспортировки объекта и маркировочный блок для маркировки объектов и дополнительно содержащему описанное выше устройство. Обычно транспортирующее устройство бывает выполнено в виде конвейерной ленты, на которой объекты перемещаются относительно маркировочного блока и проходят мимо него для их маркировки. Для определения положения находящихся на конвейерной ленте объектов предусмотрено устройство для определения положения этих объектов, как это описано выше. Могут использоваться различные виды маркировочных блоков, такие как этикетировочные устройства, которые маркируют объекты путем наклеивания ярлыков, нанесения печати или тиснения. В предпочтительном примере выполнения аппарата маркировочный блок выполнен с возможностью генерирования лазерного луча, причем этот лазерный луч направлен на объект для его маркировки. Для генерирования лазерного луча могут использоваться все обычные типы лазеров, такие как газовый лазер, в частности лазер CO2, аргоновый лазер, эксимерный лазер, твердотельный лазер или волоконный лазер. Подлежащий нанесению знак может представлять собой литеру, рисунок или единичные пиксели графики. Знаки могут состоять из точек и линий. Это может быть реализовано с помощью газовых лазеров, которые активизируются на короткие периоды времени для образования точек на объектах или на определенный период времени для образования линий определенной длины. Предпочтительный пример выполнения изобретения отличается тем, что предусмотрено больше одного лазерного блока, причем первый лазерный блок содержит маркировочный блок для генерирования лазерного луча, и этот лазерный луч направлен на объект с целью маркировки объекта, а второй лазерный блок предусмотрен для генерирования импульсного лазерного луча, причем этот лазерный луч направлен на объект и способен вызывать на поверхности объекта колебания, посредством которых объект возбуждается для генерирования ультразвуковых сигналов. Предпочтительно первый и второй лазерные блоки являются различными типами лазеров, причем второй лазерный блок способен генерировать лазерный луч более высокой энергии, чем лазерный луч первого лазерного блока. Пространственное расположение лазерных блоков относительно друг друга не оговаривается. Два лазерных блока могут отстоять друг от друга, причем их лазерные лучи падают на объект в различных местах его поверхности. При этом предназначенная для маркировки область поверхности не подвергается воздействию импульсного лазерного луча от второго лазерного блока, генерирующего ультразвуковой сигнал. Отдель-2 024386 ные лазерные лучи могут быть ориентированы параллельно друг другу или могут образовывать между собой различные углы. Дополнительно может быть предусмотрено больше одного маркировочного блока, чтобы снизить время маркировки для дальнейшего повышения производительности. В другом предпочтительном примере выполнения аппарата по изобретению по меньшей мере один лазерный блок может эксплуатироваться в первом рабочем режиме, в котором генерируется импульсный лазерный луч, причем этот импульсный лазерный луч направлен на объект и способен вызывать на поверхности объекта колебания, посредством которых объект возбуждается для генерирования ультразвуковых сигналов, и может эксплуатироваться во втором рабочем режиме, в котором объект маркируется лазерным лучом, генерируемым по меньшей мере одним лазерным блоком, работающим во втором рабочем режиме. В этом примере выполнения изобретения требуется всего один лазерный блок для маркировки объектов с одной стороны, а также для генерирования ультразвуковых сигналов передачи для определения положения объектов. Это упрощает систему и может снижать стоимость. Так, например, в первом рабочем режиме лазерный блок может генерировать импульсный лазерный луч, причем лазерный луч пульсирует с высокой пиковой мощностью посредством модуляции добротности лазера. Лазерный пик короткого импульса имеет большее ударное воздействие для генерирования ультразвуковых сигналов, при котором частицы могут выбрасываться из поверхности объекта и/или может повышаться температура в области падения луча. В отличие от этого лазерный блок может быть переключен на режим непрерывной волны с постоянной выходной мощностью, при котором объект маркируется лазерным лучом, сканирующим в этом режиме. Модуляция добротности может производиться активным образом посредством механического устройства, такого как шторка или диск прерывателя, или это может быть модулятор какого-либо вида, такой как акустооптическое устройство или электрооптическое устройство типа ячейки Поккельса или ячейки Керра. Возможна также пассивная модуляция добротности, в которой переключателем добротности является насыщаемый поглотитель - материал, пропускная способность которого увеличивается, когда интенсивность света превышает определенный порог. Синхронизация волн может также использоваться для изменения рабочего режима лазерного блока. Для этого прибора могут использоваться все обычные виды лазерных типов, которые способны работать в различных рабочих режимах, причем генерируемый лазерный луч может быть предназначен для маркировки объекта в первом рабочем режиме и для генерирования ультразвуковых сигналов путем падения на объекты во втором рабочем режиме. Для лазерного блока типичным лазером может быть лазер с модуляцией добротности, например,лазер Nd:YAG, в котором пиковая мощность импульсного лазерного луча намного выше средней мощности. Предпочтительно предусмотрено регулировочное устройство для регулировки лазерного луча, генерируемого по меньшей мере одним лазерным блоком, для направления лазерного луча на объект, который перемещается транспортирующим устройством, на основе информации о положении движущегося объекта, которая передается от вычислительных средств на регулировочное устройство. Лазерный луч может позиционироваться путем перемещения или поворота лазерного блока или путем отклонения лучаX-Y, которое может осуществляться, например, гальваническими сканерами. Информация о положении, вычисленном вычислительными средствами, может передаваться любым известным видом связи, таким как электронный кабель или путем передачи электрических сигналов или оптических сигналов между передатчиком, встроенным в вычислительное устройство, и соответствующим приемником, образующим часть регулировочного устройства. Регулировочное устройство должно быть способно обеспечивать, чтобы наносимый маркировочным блоком знак был нанесен на правильный участок и/или на правильное место на поверхности объекта. Регулировочное устройство может быть также выполнено с возможностью верньерной регулировки импульсного лазерного луча, генерирующего ультразвуковые сигналы для определения положения вычислительными средствами. Перечень чертежей Далее изобретение будет описано со ссылкой на единственный чертеж. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения На фигуре показана схема аппарата 15 по изобретению для маркировки объекта в первом примере. Аппарат 15 содержит маркировочный блок и устройство 10 для определения положения объекта с помощью ультразвуковых волн. Два лазерных блока 20, 22 с газовыми лазерами генерируют импульсные лазерные лучи 85, которые отражаются двумя гальванометрическими сканерами для установления требуемого направления луча. При падении на поверхность 55 объекта 50, предпочтительно стеклянной или пластмассовой бутылки,энергия лазерного луча этих импульсных лазерных лучей 85 вызывает интенсивный локальный нагрев в точках 57 падения. Это приводит к локальным колебаниям, при которых излучается ультразвуковой сигнал 70. Сигнал 70 может быть детектирован ультразвуковым датчиком 30, предпочтительно преобразующим элементом. Получаемые ультразвуковые сигналы 70 преобразуются в электрические сигналы, которые передаются на вычислительные средства 40. Вычислительные средства 40 выполнены с возможностью вычисления положения объекта 50, перемещаемого по стрелке 8 транспортирующим устройством 64, например конвейерной лентой. Вычисленное положение объекта 50 на транспортирующем устройстве 64 инициирует установку направления лазерного луча 80, излучаемого маркировочным блоком 25 на точку на поверхности 55 объекта 50, где должна быть написана отметка или знак 52. Дополнительно, при необходимости, могут быть отрегулированы также импульсные лазерные лучи 85, излучаемые лазерными блоками 20, 22. В зависимости от характеристик поверхности 55 движущегося объекта 50 это может быть сделано путем гравировки или клеймения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Аппарат для маркировки объекта (50), содержащий маркировочный блок (25) для маркировки объекта (50) с помощью лазерного луча (80); транспортирующее устройство (64) для транспортировки объекта (50); устройство (10) для определения положения транспортируемого объекта (50) с помощью ультразвуковых волн, содержащее по меньшей мере один лазерный блок (20, 22) для генерирования импульсного лазерного луча (85), направляемого на транспортируемый объект (50) и способного вызывать на поверхности (55) объекта (50) колебания, посредством которых генерируются ультразвуковые сигналы(70) от объекта (50), и по меньшей мере один ультразвуковой датчик (30) для приема ультразвуковых сигналов (70) от объекта (50); вычислительные средства (40) для вычисления положения объекта на основе получаемых ультразвуковых сигналов (70), причем лазерный луч (80) для маркировки направляется на объект (50) на основе вычисленного указанными вычислительными средствами положения объекта (50). 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один лазерный блок (20, 22) для генерирования импульсного лазерного луча (85) выполнен с возможностью подстройки длины волны лазерного луча (85). 3. Аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что предусмотрено более одного лазерного блока (20,22), причем лазерные блоки (20, 22) расположены в различных положениях и генерируют импульсные лазерные лучи (85), направленные на один и тот же объект (50). 4. Аппарат по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что первый лазерный блок (20) предусмотрен для маркировочного блока для генерирования лазерного луча (80), который направлен на объект (50) для маркировки объекта (50), а второй лазерный блок (22) предусмотрен для генерирования импульсного лазерного луча (85), который направлен на объект (50) и способен вызывать на поверхности (55) объекта(50) колебания, посредством которых объект (50) возбуждается для генерирования ультразвуковых сигналов (70). 5. Аппарат по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что по меньшей мере один лазерный блок (20,22) может эксплуатироваться в первом рабочем режиме, в котором генерируется импульсный лазерный луч, направленный на объект (50) и способный вызывать на поверхности (55) объекта (50) колебания,посредством которых генерируются ультразвуковые сигналы (70), и во втором рабочем режиме, в котором объект (50) маркируется лазерным лучом (80), генерируемым по меньшей мере одним лазерным блоком (20, 22), работающим во втором рабочем режиме. 6. Аппарат по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что предусмотрено регулировочное устройство для регулировки лазерного луча (80), генерируемого по меньшей мере одним лазерным блоком (20), для направления лазерного луча (80) на объект (50), который перемещается транспортирующим устройством(64), на основе информации о положении движущегося объекта (50), передаваемой от вычислительных средств (40) на регулировочное устройство. 7. Способ маркировки объекта (50) при помощи аппарата по любому из пп.1-6, в котором транспортируют подлежащий маркировке объект (50) с помощью транспортирующего устройства (64); генерируют импульсный лазерный луч (85) посредством по меньшей мере одного лазерного блока(20, 22); направляют импульсный лазерный луч (85) на транспортируемый объект (50); вызывают при помощи импульсного лазерного луча (85) на поверхности (55) транспортируемого объекта (50) колебания, посредством которых объект (50) возбуждается для генерирования ультразвуковых сигналов (70); принимают ультразвуковые сигналы (80) от объекта (50) по меньшей мере одним ультразвуковым датчиком (30); вычисляют на основе полученных ультразвуковых сигналов (70) положение подлежащего маркировке объекта (50); маркируют объект (50) по меньшей мере одним лазерным лучом (80), который направляют на объект (50) на основе вычисленного положения объекта (50).