Int. Cl. 6 : B23K 26/ kfecha de presentación: k Solicitante/s: MACSA ID, S.A. Girona, Manresa, Barcelona, ES

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1 k 19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 11 k Número de publicación: k Número de solicitud: k Int. Cl. 6 : B23K 26/08 B6C 9/46 k 12 SOLICITUD DE PATENTE A1 22 kfecha de presentación: k Solicitante/s: MACSA ID, S.A. Girona, Manresa, Barcelona, ES k 43 Fecha de publicación de la solicitud: k 72 Inventor/es: Ibáñez Barón, José Miguel y Sans i Ravellat, Ramón k 43 Fecha de publicación del folleto de la solicitud: k 74 Agente: Durán Moya, Carlos k 4 Título: Sistema de marcaje láser. ES A1 k 7 Resumen: Sistema de marcaje láser. Que cuenta con medios de generación de haz láser, así como con una unidad de control de marcaje (1, 2, 3 y 4) para generar las distintas señales que se aplican a los medios de generación de haz láser y realizar la marcación según una matriz de puntos N xm. Se caracteriza porque los medios de generación del haz láser están determinados por al menos un diodo láser D1, D2,...Dn, por cada punto N de la matriz, siendo N los puntos verticales o puntos de raster del carácter a marcar. En otra posible realización la invención se caracteriza porque cuenta con al menos un array de diodos por cada uno de los puntos N de la matriz a marcar. En este caso el haz producido por un diodo láser del array incide sobre un concentrador que suma los distintos haces obteniéndose una mayor potencia láser. La invención puede utilizar un diodo láser o un array de diodos láser por cada uno de los puntos N x M de la matriz a marcar. Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, Madrid

2 1 ES A1 2 DESCRIPCION Sistema de marcaje láser. Campo técnico de la invención La presente invención se engloba en el campo técnico de los sistemas de marcaje de la superficie de objetos. Más concretamente la invención pertenece al sector del marcaje de superficies de objetos, incluyéndose los objetos en movimiento, mediante haces láser. La invención tiene como principal objeto reducir considerablemente el volumen y precio del sistema de marcaje. Antecedentes de la invención En el estado de la técnica es conocido el uso de sistemas de marcaje de objetos en movimiento, como pueden ser las Patentes españolas n P y n P , que describen un sistema para marcaje mediante láser que cuenta con una fuente de emisión láser, como puede ser un láser CO 2, cuyo haz incide en un deflector acustoóptico sobre el que se aplican, a través de un amplificador de radiofrecuencia de ganancia constante, diferentes valores de frecuencia para producir distintos ángulos de deflexión del rayo láser que incide en el deflector, marcándose el carácter, logotipo, textos, etc. Esta información a imprimir se introduce en una unidad de captación de información que genera una matriz digitalizada N x M de puntos correspondientes a la impresión a efectuar, y se almacena en una memoria. Los haces deflectados se aplican sobre la superficie a marcar a través de medios ópticos de focalización, cuya función consiste en focalizar el haz láser deflectado sobre la superficie a marcar. Aunque este tipo de sistemas funcionan perfectamente, presentan el inconveniente de que el tubo láser de CO 2 tiene unas dimensiones muy grandes, por lo que su ubicación en las líneas de producción es complicada. Además los tubos láser de CO 2 tienen un coste muy elevado, lo que representa un inconveniente. También cabe indicar que este tipo de sistemas presentan el inconveniente de que es necesaria la inclusión de un deflector acusto-óptico, que aparte del coste que representa, su rendimiento energético no es muy alto debido a las pérdidas de absorción y a la baja eficiencia de deflexión; yaquesepierdepotencialáser por el simple hecho de atravesar el cristal del deflector y, además, una fracción de potencia resultante no puede ser deflectada por las limitaciones intrínsecas de la deflexión acusto-óptica. Por otra parte es conocida la existencia de diodos láser que tienen como característica fundamental el hecho de que a partir de un tamaño muy reducido son capaces de generar un haz láser con un nivel de potencia considerable, y con un consumo energético muy bajo. En la actualidad no existe ningún sistema de marcación que utilice diodos láser para realizar la marcación según una matriz de puntos N x M, lo que representaría un sistema de menor volumen y menor coste. Descripción de la invención Para resolver los inconvenientes y carencias anteriormente comentados, la invención ha desarrollado un nuevo sistema de marcaje con haces láser mediante un sistema de marcaje que al igual que los convencionales comprende: - medios de generación de haz láser; -mediosópticos de focalización del haz láser sobre la superficie a marcar; - una unidad de control de marcaje para generar las distintas señales que se aplicana los medios de generación de haz láser y a los medios ópticos de focalización para realizar la marcación según una matriz de puntos N x M; y - un generador de caracteres incluido en la propia unidad de control de marcaje, y con la particularidad que se caracteriza porque los medios de generación del haz láser están determinados por al menos un diodo láser por cada punto N de la matriz, siendo N los puntos verticales o puntos de raster; o bien por al menos un diodo láser por cada uno de los N x M puntos de la matriz de marcaje; siendo M el número de puntos del ancho de la matriz. Esta disposición evita el uso de tubos láser de CO 2 que tienen unas dimensiones muy grandes y un coste elevado, y por el contrario emplea varias fuentes de láser determinadas por diodos láser, que por el contrario son mucho más económicas y presentan unas dimensiones muy reducidas y tienen un nivel de potencia suficiente para realizar la marcación y con un consumo energético muy bajo. Además, esta disposición evita el uso de deflectores acusto-ópticos, de modo que se obtiene un rendimiento energético mucho mayor dado que no existen pérdidas por absorción, ya que no se deflectan los diferentes haces producidos, pues son aplicados directamente sobre la superficie a marcar. En una realización preferida de la invención, los medios de generación del láser pueden estar determinados por un array de diodos láser con un combinador, por cada punto de la matriz, de modo que los haces generados por cada array de diodos láser, inciden en fase sobre el combinador, sumándolos (mayor potencia) y proyectando el haz resultante sobre los medios ópticos de focalización. Según esta realización preferida, la unidad de control de marcaje puede estar dotada de: - medios para activar al menos un diodo de cada array de diodos láser durante el tiempo de marcación del punto que le corresponde marcar; y/o - medios para activar todos los diodos de cada array de diodos láser durante el tiempo de marcación del punto que le corresponde marcar; y/o - medios para activar de forma independiente los distintos diodos láser que componen el array de diodos que corresponden a un punto; y/o - medios para activar simultáneamente las diferentes arrays de diodos láser durante el tiempo de marcación de puntos, marcándose durante este tiempo un línea vertical de puntos, o un carácter completo; y/o - medios para activar de forma secuencial las diferentes arrays de diodos láser, para realizar la marcación de una línea vertical de puntos. Como es sabido cada superficie a marcar requiere una energía diferente para facultar la volatilidad de dicha superficie, para ello la unidad de

3 3 ES A1 4 marcaje realiza una modulación de la energía de punto para adaptarse a los requerimientos energéticos del producto a marcar mediante la activación selectiva de varios o todos los diodos de la array y/o por medio de la modulación del tiempo de punto, es decir manteniendo el número de diodos activados durante el tiempo requerido para facultar la marcación, y/o mediante el control de la corriente de excitación de cada diodo o array de diodos. El sistema de la invención puede comprender además un sistema óptico de corrección de cada uno de los haces generados, por lo que se emplea un sistema óptico por cada haz láser para conformar el haz láser dándole las características necesarias para que posteriormente la lente de focalización genere un punto focal con la máxima redondez y el menor diámetro posible. Cada sistema óptico, está constituido básicamente por un telescopio expansor de haz y en algún caso además por una lente cilíndrica. En una realización de la invención, el sistema de focalización está constituido por un array de microlentes, es decir una pequeña lente por cada punto de marcaje. Este array de microlentes de focalización, junto con los diodos generadores de láser y el sistema óptico de corrección puede integrarse dentro del cabezal de marcaje. De acuerdo con la invención, la conducción de los haces láser desde los diodos hasta el sistema de focalización se realiza a base de líneas de fibra óptica, empleándose, por ejemplo, una línea de fibra óptica por cada diodo o por cada array de diodos, de esta forma se eliminan los elementos ópticos tradicionales de conducción de haz, eliminando los problemas y dificultades asociados a éstos, como es el hecho de realizar los correspondientes ajustes y alineaciones. En otra realización de la invención, los medios de focalización son convencionales, para lo que se ha diseñado un sistema mecánico de sujeción de los diodos láser o bien de las salidas de la fibra óptica, de forma y manera que entre dichas fibras o diodos láser se forme un cierto ángulo, para así posibilitar que después de realizarse la focalización se mantengan separados los distintos haces láser. En el caso en el que los medios de focalización están constituidos por una red de microlentes, para facultar la variación de la altura de marcaje, se incluyen medios para desplazar verticalmente todos los diodos láser o fibras ópticas de forma discreta hasta que coincida su posición con el microelemento de focalización contiguo. Por tanto para poder variar la altura de marcaje, es preciso cambiar también la posición de cada microlente de focalización. Por el contrario en el caso en el que los medios ópticos de focalización estén determinados por medios convencionales en los que el diodo láser o fibra óptica se encuentran dispuestos uno respecto a otro con un cierto ángulo, es suficiente aumentar o disminuir el ángulo de iluminación de cada diodo láser o extremo de fibra óptica, respecto a la lente de focalización. También cabe la posibilidad de que los medios de focalización estén determinados por la disposición de una pequeña lente convencional para cada haz láser, en cuyo caso el control de la altura de marcaje se realiza efectuando el desplazamiento de todos los diodos láser o fibras ópticas conjuntamente con sus correspondientes lentes. La combinación de estos últimos medios de focalización junto con los medios para controlar la altura de marcaje, es menos ventajosa que las anteriormente indicadas. Preferentemente los diodos están estructurados según una geometría predefinida que permite la salida de todos los haces láser de forma paralela. El sistema de la invención, aparte de las ventajas ya comentadas, además requiere un sistema de refrigeración de los diodos láser mucho menor que el utilizado en el láser de CO 2, pues el rendimiento energético de los diodos láser es mucho mayor. A continuación para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma,se acompañan una serie de figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención. Breve enunciado de las figuras Figura 1.- Muestra un diagrama de bloques funcional de un posible ejemplo de realización de la invención, en el que se utiliza un diodo láser por cada uno de los puntos N o un diodo láser por cada uno de los puntos N x M de la matriz. Figura 2.- Muestra un diagrama de bloques funcional de otro posible ejemplo de realización en el que se utiliza un array de diodos láser por cada uno de los puntos N a marcar o un array de diodos por cada uno de los puntos N x M de la matriz a marcar. Figura 3.- Muestra una vista frontal de un posible ejemplo de realización de un array de microlentes. Modos de realizar la invención A continuación se realiza una descripción de la invención basada en las figuras anteriormente comentadas. En la figura 1 se muestra un primer ejemplo de realización de la invención,lacualseconstituye a partir de una unidad de control del sistema 1queestá unida a una unidad de control láser 2, a un generador de caracteres 3 y a un circuito de control de producto 4. Todas las unidades descritas forman la unidad de control de marcaje que generan las distintas señales para realizar la marcación de los diferentes caracteres, según una matriz de puntos N x M, tal y como será descrito con posterioridad. La unidad de control láser 2 está conectada a al menos un diodo D1, D2,... Dn, por cada uno de los puntos verticales o puntos de raster N de la matriz. El haz láser producido por cada diodo D incide sobre un sistema óptico 7, para conformar el haz láser, que básicamente está constituido por un telescopio-expansor de haz y, en algunos casos, además si es preciso una lente cilíndrica. Seguidamente el haz láser incide sobre una microlente que constituye los medios de focalización del haz láser sobre la superficie a marcar 6. La unidad de control del producto 4 determina la velocidad que tiene el producto en la cadena de 3

4 ES A1 6 marcación y al mismo tiempo detecta cuando el producto a marcar se encuentra ubicado frente a las microlentes. De esta forma la unidad de control del sistema 1 adecua la generación de señales en base a la velocidad y al instante en el que la superficie a marcar 6 se encuentra ubicada frente a las microlentes. Además la generación de las diferentes señales es función de la información proporcionada por el generador de caracteres 3, ya que dependiendo del carácter a marcar se deben generar las diferentes señales. Contodaestainformación la unidad de control del sistema 1 gobierna el funcionamiento de la unidad de control láser que activa y desactiva los diferentes diodos D en función del carácter a marcar. Así en un ejemplo de realización de la invención la unidad de control láser a partir de la información proporcionada por la unidad de control del sistema 1, activa de forma simultánea los diodos D1 correspondientes a los diferentes puntos a marcar en cada raster, de forma que durante el tiempo de marcación de punto se marca un raster del carácter, lo que reduce considerablemente el tiempo de marcación o bien si se desea mantener el mismo tiempo de marcación que en un sistema con un único láser, se consigue una mayor energía de punto (N veces). Igualmente la unidad de control láser 2 puede estar conectada a al menos un diodo D por cada uno de los puntos de la matriz N x M a marcar, de modo que durante el tiempo de punto se faculta la marcación de todo un carácter. Esta estructura es aún más rápida en marcaje que la anterior, o bien se obtiene una mayor energía de punto (N x M veces más),queenunsistemaconunúnico láser. Evidentemente también cabe la posibilidad de realizar la activación secuencial de los diferentes diodos D, en cualquiera de los dos casos comentados anteriormente, de forma que la marcación de los diferentes puntos se realiza uno a continuación de otro, en cuyo caso la marcación conlleva un mayor tiempo que es función del número de puntos a marcar. En la figura 2 se muestra otro posible ejemplo de realización de la invención,enelqueigualmente se utiliza una unidad de control del sistema 1queestá conectada a una unidad de control láser 2, a un generador de caracteres 3 y a un circuito de control del producto 4, cuya funcionalidad es idéntica a la descrita con anterioridad. En esta realización la diferencia estriba en el hecho de que se utiliza un array de diodos A1, A2,... An, por cada uno de los puntos N que determinan un raster vertical del carácter a marcar, o bien por cada punto de los N x M puntos del carácter completo a marcar. En esta realización cada una de las arrays A se encuentra relacionada con un combinador o sumador C1, C2,...Cn de modo que los haces generados por cada uno de los diodos D1, D2,...Dn de cada una de las arrays A, inciden en fase sobre el combinador C, sumándolos y proyectando el haz resultante sobre los medios ópticos de focalización, que en el ejemplo de realización están determinados por una microlente. Por tanto, para realizar la marcación de un carácter, el funcionamiento es similar al ejemplo descrito en la figura 1, pero con la diferencia de que la unidad de control láser activa al menos un diodo de cada array de diodos láser durante el tiempo de marcación del punto que le corresponde a marcar. Evidentemente mediante este ejemplo de realización se pueden activar todos los diodos D de cada array A durante el tiempo de marcación de punto que le corresponde marcar, e igualmente activar simultáneamente las diferentes arrays de diodos láser durante el tiempo de marcación de puntos, marcándose durante este tiempo una línea vertical de puntos N. También cabe la posibilidad de disponer un array de diodos A1 por cada uno de los puntos N x M de la matriz a marcar, en cuyo caso también se pueden activar simultáneamente las diferentes arrays de diodos láser durante el tiempo de marcación de un punto, marcándose durante este tiempo un carácter completo. Además cabe la posibilidad de activar de forma secuencial las diferentes arrays A de diodos láser, en cuyo caso la marcación se realiza en un tiempo mayor, que es proporcional al número de puntos a marcar. Evidentemente se pueden activar de forma independiente los diferentes diodos láser que componen la array A de diodos que corresponden a un punto. Tanto en el ejemplo de realización de la figura 1comoeneldelafigura2sepuedecontrolar la energía de marcación, para lo que en el caso del ejemplo de la figura 1 la energía de marcación se gobierna controlando el tiempo de activación de cada uno de los diodos D1, D2,...Dn. Este mismo control puede realizarse en el ejemplo de la figura 2, en el que además la energía puede ser gobernada mediante la activación selectiva de varios diodos del array A, es decir activando el número de diodos del array que sea preciso, ya que la potencia del haz resultante que sale del combinador C depende del número de diodos láser activados en un mismo instante dentro de cada array A. Otra forma de controlar la marcación es mediante el control de la corriente de excitación de cada diodo o array de diodos. En la figura 3 se representa un ejemplo de realización de una estructura de microlentes, en el caso en el que se utilice tantos diodos láser o array de diodos como puntos N x M de la matriz. En este ejemplo se muestra una estructura de microlentes convencional y será preciso seleccionar las microlentes que se requieran para confeccionar una matriz N x M. En un ejemplo de realización se utiliza ventajosamente una estructura de microlentes que tenga la configuración N x M, utilizándose, por tanto, todas las microlentes de la estructura. La focalización puede realizarse también según los medios descritos en el apartado de descripción de la invención. En base a la descripción realizada se comprende que los diodos láser solo pueden funcionar en régimen pulsado, según se describe en la solicitud de Patente n P

5 7 ES A1 8 REIVINDICACIONES 1. Sistema de marcaje láser, que comprende: - medios de generación de haz láser; -mediosópticos de focalización del haz láser sobre la superficie a marcar; - una unidad de control de marcaje para generar las distintas señales que se aplicana los medios de generación de haz láser y a los medios ópticos de focalización para realizar la marcación según una matriz de puntos N x M; - un generador de caracteres incluido en la propia unidad de control de marcaje; caracterizado porque los medios de generación del haz láser están determinados por al menos un diodo láser por cada punto N ónxmdela matriz, siendo N los puntos verticales o puntos de raster, y M el número de puntos de ancho de la matriz. 2. Sistema de marcaje láser, según la reivindicación 1, caracterizado porque la unidad de control de marcaje activa cada diodo láser duranteeltiempodemarcación del punto que le corresponde marcar. 3. Sistema de marcaje láser, según la reivindicación 1 ó 2,caracterizado porque la unidad de control de marcaje activa cada diodo láser simultáneamente durante el tiempo de marcación del punto, marcándose en el mismo instante una línea vertical de puntos, o bien un carácter completo. 4. Sistema de marcaje láser, según la reivindicación 1 ó 2,caracterizado porque la unidad de control de marcaje activa cada diodo láser de forma secuencial.. Sistema de marcaje láser, según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de generación del láser están determinados por un array de diodos láser con un combinador, por cada punto N ó N x M de la matriz, de modo que los haces generados por cada array de diodos láser, inciden en fase sobre el combinador, sumándolos y proyectando el haz resultante sobre los medios ópticos de focalización. 6. Sistema de marcaje láser, según la reivindicación, caracterizado porque la unidad de control de marcaje cuenta con medios para activar al menos un diodo de cada array de diodos láser durante el tiempo de marcación del punto que le corresponde marcar. 7. Sistema de marcaje láser, según la reivindicación ó 6,caracterizado porque la unidad de control de marcaje cuenta con medios para activar todos los diodos de cada array de diodos láser durante el tiempo de marcación del punto que le corresponde marcar. 8. Sistema de marcaje láser, según la reivindicación, 6 ó 7,caracterizado porque la unidad de control de marcaje cuenta con medios para activar de forma independiente los distintos diodos láser que componen la array. 9. Sistema de marcaje láser, según la reivindicación, 6, 7 u 8, caracterizado porque la unidad de control de marcaje cuenta con medios para activar simultáneamente las diferentes arrays de diodos láser durante el tiempo de marcación de puntos, marcándose durante este tiempo un línea vertical de puntos. 10. Sistema de marcaje láser, según la reivindicación, 6, 7, 8 ó9,caracterizado porque la unidad de control de marcaje cuenta con medios para activar de forma secuencial las diferentes arrays de diodos láser, para realizar la marcación de una línea vertical de puntos. 11. Sistema de marcaje láser, según la reivindicación 1 ó,caracterizado porque los medios ópticos de focalización están determinados por un array de microlentes en el que cada microlente corresponde a un punto de marcaje. 12. Sistema de marcaje láser, según la reivindicación 1 ó,caracterizado porque comprenden una línea de fibra óptica para conducir cada haz láser a los medios ópticos de focalización. 13. Sistema de marcaje láser, según la reivindicación 1, y 12, caracterizado porque cuenta con un sistema mecánico de sujeción de los diodos láser o bien de las salidas de fibra óptica, de forma que entre éstos se forma un cierto ángulo para posibilitar la focalización mediante medios convencionales. 14. Sistema de marcaje láser, según la reivindicación 1, caracterizado porque por cada haz láser se dispone un sistema óptico de corrección del haz, para conformar dicho haz; estando este sistema determinado por un telescopio expansor de haz, pudiendo además incluir una lente cilíndrica. 1. Sistema de marcaje láser, según la reivindicación 1, caracterizado porque cuenta con medios de control de la marcación de la energía de punto mediante el control del tiempo de punto y/o el control de la corriente de excitación de los diodos y/o la activación selectiva de los diodos que conforman cada array. 60 6

6 6 ES A1

7 ES A1 7

8 8 ES A1

9 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA k 11 ES k 21 N. solicitud: k 22 Fecha de presentación de la solicitud: k 32 Fecha de prioridad: INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA k 1 Int. Cl. 6 : B23K 26/08, B6C 9/46 DOCUMENTOS RELEVANTES Categoría Documentos citados Reivindicaciones afectadas Y WO A (SERVICIO IND. MARCAJE Y CODIFICACION) , 1-4,,12 todo el documento. Y EP A (NCR CANADA) , todo el documento. 1-4,,12 Y US 1319 A (OPOWER et al.) , todo el documento. A EP A (XEROX Corp.) , resumen; columna 1, 1 línea 1 - columna 3, línea 14. Y EP A (A.B. DICK Comp.) , todo el documento. 1-4,12 Y WO A (EASTMAN KODAK) , todo el documento. 1-4,12 A US A (DOWLING et al.) , resumen. 1 A EP A (VIDEOJET SYSTEMS) , todo el documento. 1 Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud El presente informe ha sido realizado para todas las reivindicaciones para las reivindicaciones n : Fecha de realización del informe Examinador Página E. Rolán Cisneros 1/1