Установка для маркировки изделий Советский патент 1987 года по МПК G02B27/44 

Изобретение относится к маркировке изделий с -применением лазерного излучения и может быть использовано для одномоментного нанесения марки, состоящей из заданной конфигурации точек или для одномоментной пробивки заданного набора отверстий.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повьшение быстродействия при сохранении КПД.

На фиг. 1 изображена схема установки; на фиг. 2 - сечения фазовых зонных элементов; на фиг. 3 - амплитудные маски фазовых зонных элементов и вид марок, создаваемых установками, содержащими эти элементы (плотность почернения на маске пропорциональна высоте рельефа).

Установка включает (фиг. 1) лазер 1, работающий в импульсном или непрерывном режиме, и фазовую отражающую зонную пластинку 2, направляющую лазерное излучение на маркируемое изделие 3 и создающую требуемую марку 4. При этом отражающая зонная пластинка 2 имеет форму и рельеф зри которые описываются выражением

z(u,v)| -{ff+ (u-u;)2 + (v-v; )2. л1 1 1 Ш Л

-U 31пУ I - J .

2 cos9

при

2 ir / ч/IN 2 н i , V

- (L-1)arctg2(u ,v)-j- , (2)

де z(u,v) - высота рельефа в точке (u,v) оптического элемента;

u,v - координаты точки элемента в системе координат с осью Ои, направленной противоположно проекции падающего луча, и началом координат в центре элемента, расположенного в области + +v2 : R2 ,

угол падения излучения на оптический элемент, т.е. угол между падающим лучом и нормалью к плоскости оптического элемента;

радиус падающего на элемент пучка;

1,2,...,N - номер точки в марке; N - число точек в марке;

де

б R

5

0

0

f:

,2.

,М

arctg2(u ,v) - угол между осью Ои и радиус-вектором точки (и , v), измеренный в радианах и находящийся в интервале (0,2 ir); и и cos9 ;

расстояние от i-й точки марки до плоскости оптического элемента; координаты проекции i-й точки марки на плоскость оптического элемента;

натуральное число; длина волны излучения лазера 1; Aj - дробная часть числа А.

Установка работает следующим образом.

Луч лазера 1 направляется на фазовую отражающую зонную пластинку 2 и отражается от нее на маркируемое изделие 3. На зонной пластинке волновой 5 фронт излучения формируется так, что после отражения от пластинки на маркируемом изделии создается изображение в виде требуемой марки 4. Таким образом, оптический элемент 2 преобразует волновой фронт падающего излучения в волновой фронт, обеспечивающий создание марки. Оптический элемент расположен в плоскости Ouv, причем центр элемента находится в начале координат,. Требуемая марка состоит из N точек, находящихся соответственно на расстояниях f; от плоскости Ouv. Проекции точек марки на плоскость Ouv имеют координаты u;,v, (i 1,...,N). Во все точки марки фокусируется одинаковая энергия. Поверхность элемента 2 разбита на части G;. Каждая часть элемента фокусирует падающее на нее излучение в отдельную с точку марки. Форма рельефа рассчитывается так, что всё падающее на отдельную часть элемента излучение направляется в выбранн то точку марки при произвольном заданном угле падения излучения на элемент. Части выбраны в виде секторов. При; этом часть G; содержит точки (u,v), удовлетворяющие условию (2). Такое разбиение обеспечивает равномерное распределение энергии по точкам марки для пучка с осесимм:етричным распределением интенсивности.

Чтобы после отражения от части G; элемента 2 излучение сфокусировалось

5

0

0

5

в i-ю точку марки 4, его эйконал в плоскости Ouv должен быть равен (здесь (u,v)е G; )

(u,v) + (u-U;)2 + (v-V;)2 +

+ const.

Излучение большинства мощных лазерных источников, используемых в настоящее время, имеет плоский волновой фронт. Лазерный луч падает под

z(u,v)

+ (u-u; ) + (v-v; ) -u sin6 +const

2 cose

Цри использовании монохроматического излучения с длиной волны / эйконал определен с точностью до вели- чин, кратных Д Поэтому, подбирая величину const, можно получить отражающую поверхность профилированной зонной пластинки, высота рельефа которой не превышает m , 2cos0 и которая формирует то же самое поле. Высота рельефа такой пластинки определяется выражением (1),

Кроме того, может быть выбрано разбиение на произвольные части G, .

13039774

углом б к оси Oz (ось Oz перпендикулярна плоскости Ouv, а ось Ои направлена противоположно проекции падающего луча на плоскость Ouv). Отсюда г . эйконал падающего волнового фронта в плоскости Ouv

b(.u,v) -U sin 9 .

Уравнение гладкой зеркальной поверхности (u,v), преобразующей эйконал в b(u,v) в эйконал q;(u,v), есть

2 cose

При этом можно достигнуть любого распределения интенсивности по точкам марки для произвольного заданного распределения интенсивности освещающего пучка.

В качестве примера создана установка, в которой оптический фазовый элемент изготовлен методом намывного рельефа с марками в виде букв и цифр (фиг. 2 и 3). Установка содержит лазер (( 10,6 мкм), расстояние от элемента до маркируемого изделия f равно 300 мм.

/

Фиг.1

iniiJ2cose

QOt/e. 2

Составитель В. Кравченко Редактор М. Петрова Техред И.Попович Корректор А. Обручар

Заказ 1307/47 Тираж 522Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ф«1.3