标记装置

摘要

本发明涉及一种用于标记物体的标记装置，包括具有多个用于施加标记至物体的标记设备（40，40a，40b）的标记头部（20）及在标记操作中为物体提供相对于标记头部前进方向的位移的驱动机械结构。标记头部除多个标记设备外还包括多个传感器设备，传感器设备（50）设在标记设备前进方向的下游，这样当物体在前进方向上相对于标记头部移动时，标记设备施加的标记可被传感器检测到。本发明还涉及一种标记物体的方法。

权利要求

1.一种用于标记物体(8)的标记装置，包括：

-标记头部(20)，其具有多个用于在物体(8)上施加标记的标记设备(40)及-驱动机械装置，用于在标记操作中提供在前进方向(16)上物体(8)相对于标记头部(20)的相对位移，其中，

-所述标记头部(20)除了包括多个标记设备(40)之外，还包括多个传感器设备(50)，-所述传感器设备(50)设于前进方向(16)中标记设备(40)的下游，从而当物体(8)相对于标记头部(20)在前进方向(16)上移动时，由标记设备(40)施加的标记可被传感器设备(50)检测到，其特征在于：-标记头部(20)可关于垂直于前进方向(16)和待标记物体(8)表面的方向上旋转，这样可适应不同的标记分辨率，其中标记设备(40)和传感器设备(50)设置在标记头部(20)内互相对应固定的位置上。

2.如权利要求1所述的标记装置，其特征在于：

标记头部(20)包括多个接收空间(24)，标记设备(40)和传感器设备(50)设置在接收空间(24)内。

3.如权利要求2所述的标记装置，其特征在于：

接收空间(24)被设成多行(30)和多列(32)，从而形成了接收空间(24)的二维阵列(22)。

4.如权利要求3所述的标记装置，其特征在于:

设有接收空间(24)的行(30)和列(32)互相垂直延伸。

5.如权利要求3或4所述的标记装置，其特征在于:

接收空间(24)的阵列(22)相对于前进方向(16)倾斜，其中行(30)在相对于前进方向(16)的横向方向中延伸，并且连续行(30b)的接收空间(24)相对于前一横行(30a)的接收空间(24)在横向方向中偏移。

6.如权利要求1所述的标记装置，其特征在于：

标记头部(20)包括具有多个接收孔(26)的接收板(28)，接收孔中设有标记设备(40)和传感器设备(50)。

7.如权利要求2所述的标记装置，其特征在于：

标记设备(40)和传感器设备(50)具有对应的连接器部分(49)，用于可变地与标记头部(20)的接收空间(24)耦合。

8.如权利要求1所述的标记装置，其特征在于：

多个标记设备(40)和传感器设备(50)包括至少一个集成标记和传感器的设备(90)，其包括带有连接至用于标物体(8)的标记单元的至少一个第一光纤(56)以及连接至用于检测物体(8)上的标记的传感器单元至少一个第二光纤(57)的套圈(42)。

9.一种标记物体(8)，其中，

-标记由多个标记设备(40)施加，并且，

-标记操作中，物体(8)前进方向(16)上可相对于标记设备(40)移动，并且-由标记设备(40)施加的标记被多个传感器设备(50)检测到，其中传感器设备(50)设在前进方向(16)中标记设备(40)的下游，其特征在于：-标记头部(20)可在垂直于前进方向(16)和待标记物体(8)表面的方向上旋转，这样可适应不同的标记分辨率，其中标记设备(40)和传感器设备(50)设置在标记头部(20)内互相对应固定的位置上。

说明书

标记装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种如权利要求1前序所述的用于标记物体的标记装置。本发明还涉及一种如权利要求10前序所述的用于标记物体的方法。

背景技术

[0002] 已知的标记装置包含了一具有多个用于在物体上施加标记的标记设备的标记头部及一用于在标记操作中提供在前进方向中物体相对于标记头部的相对位移的驱动机械装置。

[0003] 已知的方法中，尤其是由上述标记装置执行的方法中，多个标记设备施加标记且在执行标记操作中物体在前进方向中相对于标记设备移动。

[0004] 已知的标记装置和标记方法中普遍存在一问题，那就是一台或多台标记设备在标记操作中无法运行或不正确运行。一台或多台标记设备不运行或故障将对已施加的标记产生不利影响，从而标记可能缺少一个或多个像素。

[0005] 标记中的缺陷在标记装置某一运行时间中也许不会被操作员察觉到，由从而一定数量的已标记物体可能由于标记质量不够而不得不被丢弃。

发明内容

[0006] 因此，本发明的目的在于提供一种允许高质量的标记的标记装置和方法。

[0007] 通过本发明具有如权利要求1所述特点的标记装置和具有如权利要求10所述特点的标记方法能解决该目的。优选实施例可在从属权利要求中给出。

[0008] 本标记装置的特征在于除多个的标记设备外，标记头部还包括多个传感器设备，传感器设备设置在标记设备前进方向的下游，从而当物体相对于标记头部在前进方向中移动时由标记装置施加的标记可被传感器设备检测到。

[0009] 本方法的特征在于标记设备施加的标记可被多个设置在标记设备前进方向下游的传感器设备检测到。

[0010] 本发明的一基本原理在于提供了一种集成标记和传感器装置，用于在物体上施加标记并检测所施加的标记的存在。该集成标记和传感器装置也可被称为集成标记和扫描装置，允许高质量的标记，由于不运行或损坏的标记设备会被传感器设备中的一个立刻检测到，从而标记装置可能停止运行，并通报操作员。

[0011] 本发明另一基本原理在于在普通标记头部内设置了一可称为集成标记和传感器装置或集成标记和扫描装置的传感器装置和标记装置。优选地，标记设备和传感器设备在标记头部中被设置彼此相对固定的位置上。

[0012] 所述标记设备尤其是用于标记、打印或使用至少一个激光束雕刻物体的标记设备。一优选实施例中，标记设备包括了与激光设备耦合的带有光纤的套圈。然而，标记设备也可以包括其他种类的标记设备比如喷墨喷嘴、热敏打印设备、针打印设备、微型移印设备、喷水器，和/或放电印刷设备。标记头部也可包括不同的种类的标记设备。

[0013] 传感器设备可例如包括带有设置于其中的光纤的套圈，PIN二极管、光电二极管、光电晶体管、微型天线、电容式传感器单元、电感式传感器单元和/或是化学传感器单元。所述传感器设备可以尤其是光学传感器。传感器设备可被设置为检测在物体上的颜色轮廓。

[0014] 在一优选实施例中，标记装置是一台用于通过至少一激光束打印或在物体上雕刻的打印装置。

[0015] 在对标记或打印物体的方法中，物体尤其是通过依次运行单独的标记设备来进行标记或打印，也就是说，施加标记是逐线或是逐个像素的。在同样的方法中，传感器设备也是依次运行，从而当物体相对于标记头部移动时，一个标记可被逐线或逐个像素地扫描。

[0016] 本发明一优选实施例中，标记头部包括多个接收空间，接收空间中设有标记设备和传感器设备。优选地，每一所述标记设备和传感器设备配置为与标记头部接收空间连接。

[0017] 为了标记设备和传感器设备的灵活设置，优选地接收空间适用于选择性地接收标记设备和传感器设备。也就是说，一个接收空间可能选择性地配置有一个标记设备或是一个传感器设备。一优选实施例中，接收空间具有同等配置，从而标记设备和传感器设备的位置可以轻松地改变，尤其是互换。

[0018] 另一优选实施例中，标记设备和传感器设备具有对应的连接器部分，用于易变地或选择性地与标记头部接收空间耦合或啮合。换句话说，标记设备和传感器设备都配置为与标记头部接收空间啮合。这提供了一个非常灵活的标记装置，因为标记设备和传感器设备的设置可简单地适用到特定的标记任务中去。

[0019] 优选地，如本发明的接收空间被设置成多行和多列，这样形成了接收空间的二维阵列。当标记和扫描物体时，标记设备和传感器设备可运行为逐个像素地施加标记及逐个像素地扫描已标记物体。为了标记和/或扫描速度的提高或者标记和/或扫描分辨率的提高，多行和多列尤其可以被采用。多行也允许专门为标记设备使用至少一行并且专门为传感设备使用一连续行。

[0020] 作为优选配置，接收空间设置于其中的行和列互相垂直延伸。换句话说，优选地，接收空间被设置成带有接收空间的矩形图案的二维阵列。该接收空间的矩形图案也被称为接收空间的正交图案或配置，其包括了多行和多列，接收空间设置在该多行和多列中，其中行和列互相垂直延伸。优选地，二维阵列的行在横向方向中延伸，就是说，横向延伸至前进方向的方向。更尤其优选地，接收空间具有相等的间距，也就是说，在一行和/或一列的方向中，相邻接收空间的中心点之间的距离相等。这一常规图案提供了一统一的标记和/或扫描的分辨率。

[0021] 本发明一另优选实施例中，接收空间阵列相对于前进方向倾斜，从而行在相对于前进方向的横向方向中延伸，并且连续行的接收空间在横向方向中相对于先前行的接收空间偏移，尤其是在与前进方向垂直的方向上。这样一个倾斜或倾向的阵列位置可提高标记头部的分辨率。

[0022] 更尤其优选地，带有接收空间矩形图案的阵列是倾斜的。在矩形图案阵列倾斜的位置中，独立接收空间的行横向但不垂直地延伸至前进方向。因而，由于行垂直延伸至列，接收空间的列同样横向延伸至前进方向。接收空间阵列因此从列与前进方向对齐位置被旋转或倾斜至列相对于前进方向轻微倾斜或倾侧的位置。一优选的倾斜角度在小于10°的范围内，更优选地小于5°°。

[0023] 优选地，标记头部是一页宽式标记头部，也就是说，标记头部具有与待标记物体的宽度相对应的宽度，其中物体的宽度定义为物体横向的尺寸，尤其是垂直于前进方向的方向。与前进方向垂直的方向也可称为正交方向。因此物体可通过在前进方向中移动标记头部而不需要在横向方向或正交方向中叠加标记头部的进一步移动而被标记。前进方向也可称为物体移动方向，尤其为一条直线方向。

[0024] 一优选实施例中，接收空间设置为一常规的矩形图案，并且连续行的接收空间相对于先前行的接收空间的偏移量小于一行接收空间的间距。

[0025] 接收空间的间距，也可称为设备间距，是两个相邻接收空间的中心点之间的距离。该偏移量对应于标记线或扫描线的间距，标记线或扫描线的间距为两相邻标记线或扫描线在横向方向中，尤其是正交方向上的距离。另外，偏移量也可被描述为邻近或相邻行的两个对应的接收空间之间在正交方向中的距离，或者可被描述为一列的两个相邻接收空间之间在正交方向中的距离。因此，优选地，接收空间以一种标记线间距或扫描线间距小于设备间距的方式而设。

[0026] 更优选地，阵列倾斜一角度，该角度下矩形图案的至少一行的至少一部分接收空间在前进方向上与至少一先前行的至少一部分接收空间对齐。该实施例中，可放置一标记设备或传感器设备，从而虽然阵列为倾斜的，但它们在产品移动方向上是对齐的。这为检测由标记设备结合一与非倾斜阵列相比具有增强分辨率的倾斜阵列后施加的标记提供了可能。

[0027] 为了可变地适应标记的分辨率，优选地，标记头部可绕在垂直于前进方向的轴旋转，尤其是垂直于待标记物体的表面。转动的标记头部允许对标记装置分辨率的灵活的调节。此外，具有了转动的标记头部后，建立一个传感器设备在前进方向与标记设备对齐的标记头部的倾斜角是可能的。

[0028] 优选地，为了标记头部的精确移动，设有一电机尤其是步进电机来旋转标记头部，尤其是以定义为0°至90°之间的小步距角旋转标记头部。该小步距角尤其是在小于1°，更优选地小于0.1°。该电机可优选为电动机。

[0029] 优选地，标记头部包括了一具有多个接收孔的接收板，在接收孔内设有标记设备和传感器设备。接收孔可尤其是贯通孔。

[0030] 另一优选实施例中，标记设备和传感器设备包括了带有光纤端的套圈。每一包括了套圈的标记设备和传感器设备的结合提供了一非常灵活的标记装置，在标记装置中标记设备和传感器设备可以一灵活的方式设置在接收空间中。标记设备和传感器设备的套圈可嵌入至标记头部的接收孔内，从而每一套圈在定义的位置上与接收板耦合。

[0031] 为了在接收孔内紧密地且可移动地持有套圈，优选地接收板至少一个表面设有捕捉垫。优选地捕捉垫包括一弹性聚合物，尤其是一橡胶或弹性体。捕捉垫优选地由氟橡胶制成或包含了氟橡胶 材料。套圈被推过捕捉垫，然后被捕捉垫保持在一个如其靠近套圈嵌入后的位置。通过简单地从接收板的一侧推回可以移除套圈。

[0032] 标记设备的套圈及传感器设备的套圈优选地具有相同或相对应的连接器部分，从而标记头部的接收空间可选择性地配有标记设备或传感器设备。

[0033] 标记设备或传感器设备的套圈包括至少一个设置于其中的光纤。在标记设备的情况下，所述至少一个光纤与照明单元，例如用于通过激光束标记或雕刻物体的激光相耦合。在传感器设备的情况下，所述至少一个光纤与用于检测通过光纤接收的光的传感器单元相耦合。

[0034] 本发明另一优选实施例的特征在于多个标记设备和传感器设备包括至少一个集成标记和传感器设备，该设备包括一具有至少一个与用于标记物体的标记单元连接的第一光纤及至少一个与用于检测物体上标记的传感器单元连接的第二光纤的套圈。

[0035] 标记单元尤其为可发射用于标记物体的激光束的激光器。传感器单元尤其为光学传感器单元，例如光电传感器或光电探测器。光电传感器或光电探测器可比如是光电二极管、光电晶体管或光敏电阻。

[0036] 集成标记和传感器设备允许在一像素中的，也就是在标记头部的一个接收空间中的被施加的标记的集成标记及校验。标记可通过第一光纤，也被称为传送光纤，而被施加，并且标记的呈现可被第二光纤，也被称为接收光纤，而被检测到。根据本发明，接收光纤设置在前进方向中传送光纤的下游。

[0037] 集成标记和传感器设备尤其可被作为用于在标记操作中辨识失效像素或光纤断点的在线像素监测仪。

[0038] 第二光纤可用于检测从第一光纤反射来的激光束来校验标记是否做成。

[0039] 集成标记和传感器设备也可用作为测量激光束功率的功率监测仪。因此，一条光纤的一端上可以施加镜面涂层。传送光纤中的一部分功率可被指定至检测器单元或传感器单元来确定激光束的功率。检测到的功率可用于为恒定功率控制和/或验证码提供反馈，也就是说，对于施加标记呈现的校验，尤其是羽状呈现，或者用于校验标记已被制作或一个斑点已被打印的反馈功率。

[0040] 尤其是集成标记和传感器设备中，优选地在套圈的前端设有至少一个透镜。该透镜可反射一部分从第一光纤发射出的光，从而反射光可被第二光纤接收。

附图说明

[0041] 以下附图对本发明做了进一步的描述：

[0042] 图1示出本发明标记装置；

[0043] 图2示出本发明标记头部的透视图；

[0044] 图3示出接收空间的空阵列；

[0045] 图4示出接收空间阵列，其配有多个标记设备和多个传感器设备；

[0046] 图5示出倾斜的接收空间阵列，其配有多个标记设备和多个传感器设备；

[0047] 图6示出使用如图5的阵列而被标记的物体；

[0048] 图7示出可旋转的标记头部的横截面图；

[0049] 图8示出多重标记或扫描选项的基本原理图；

[0050] 图9示出被嵌入至标记头部的接收空间的套圈的透视图；

[0051] 图10示出具有传送光纤和接收光纤的套圈的透视图。

[0052] 尤其实施方式

[0053] 所有附图中，所有相同的部件都具有相同的附图标记。

[0054] 图1示出了标记装置10的基本结构。标记装置10包括了一具有多个标记设备40和传感器设备50的标记头部20。装置10还包括一控制驱动单元12，用于控制标记设备40和传感器设备50。该控制驱动单元12通过一脐带14与标记头部20连接。该脐带14中设有多个光纤。

[0055] 图2示出了标记头部20的基本实施例，尤其可为打印头部。标记头部20包括一壳体21，壳体21在实施例中具有圆柱体外形。

[0056] 标记头部20包括多个设置在二维阵列22内的接收空间24。接收空间24配有单独的标记设备40和传感器设备50。传感器设备50也可称为扫描设备。

[0057] 图3示出了接收空间24的空阵列22。接收空间24被设成相互垂直延伸的横行30和竖列32。也就是说，接收空间24设置成矩形或正方形，也称为矩阵，尤其为二维矩阵。

[0058] 此外，接收空间24具有相同距离或相同间距，从而可形成一常规阵列。相邻的接收空间24的间距，更特别地为在一行30中或一列32中的两相邻接收空间24的中心点的距离，被称为设备间距34。接收空间24在横行方向中和竖列方向中具有相同的设备间距34。接收空间24的阵列22具有矩形外形。

[0059] 标记头部20包括具有多个形成接收空间24的接收孔26的接收板28。接收板28可比如为金属板，尤其为钢板。每一接收孔26横截面基本为圆形，尤其为贯通孔。接收孔26具有相同的直径27。

[0060] 除了接收空间24的阵列22外，还设有多个用于容纳备用标记设备和/或备用传感器设备的备用接收空间25。备用接收空间25也可形成为接收板28上的接收孔，如图3所示，尤其可位于阵列22外。

[0061] 图4为具有接收空间24的标记头部20，其中接收空间24配有多个标记设备40和传感器设备50。

[0062] 标记设备40包括了多个设置在单独子阵列23的标记设备40a、40b、40c。标记设备40a、40b、40c可为执行不同标记任务的不同种类。例如，标记设备40a可为喷墨喷嘴，标记设备40b可为二氧化碳激光套环以及标记设备40c可为激光二极管套环。喷墨喷嘴可用于在PVC帽上打印。二氧化碳激光套环可用于在相对于标记设备40距离不同的物体8上打印。激光二极管套环可用于在纸上打印。

[0063] 传感器设备50，例如传感器套圈，被设置在物体8的前进方向16中标记设备40的下游。传感器设备50配置为由标记设备40所施加的标记可被传感器设备50校验到。因此，传感器设备50至少一部分与标记设备40在前进方向16中对齐。传感器设备50也可被设置在单独的与标记设备40的子阵列23相对应的子阵列23内。

[0064] 特别地，多个传感器设备50以一种每个传感器设备50与标记设备40的一个对齐的方式被放置。也就是说，每一标记设备40设有或涉及至少一个用于对各自的标记设备40所施加的标记进行校验的传感器设备50。标记头部20内的传感器设备50的数量因此等于或大于标记设备40的数量。在这一配置下，每一标记设备40的标记可单独被校验或监控。

[0065] 除了标记设备40和传感器设备50外，测量设备60被设置在其中一个接收空间24之中。测量设备60配置为测量物体8在前进方向16上的速度。

[0066] 此外，标记头部20包括了一检测设备70，用于检测待标记物体8的存在。

[0067] 图5示出了一与图4中描述的阵列相似的接收空间24的倾斜阵列22。图4中，接收空间24配有多个标记设备40和多个传感器设备50。

[0068] 图4和图5配置之间的基本不同在于图5中阵列22是倾斜于或倾向于前进方向16。倾斜位置被尤其地定义为行30和列32的矩形图案从列32对齐于前进方向16的位置倾斜至列32相对于前进方向16倾斜或斜的位置。。

[0069] 阵列22或标记头部20的倾斜位置分别增加了标记或扫描的最大可能分辨率。一优选实施例中，如图5所示，阵列22被倾斜一定角度，从而分辨率由行30的数量乘以列32的数量所定义，也就是由行30和列32的数量的数学乘积定义。因此，阵列22倾斜一定角度，其连续横行30b的接收空间24与先前横行30a的接收空间24略有偏差，尤其是从而接收空间24在横向上重叠。

[0070] 使用接收空间24的倾斜阵列22，标记设备40和传感器设备50分别提高了横向标记的分辨率。尤其是被定义为横向上两相邻标记线或扫描线的距离的标记线间距或扫描线间距比设备间距34小。

[0071] 图6描述了被图5中标记头部20标记或打印的物体8。

[0072] 另一优选实施例并未在附图中明确描述，标记头部20倾向于一位置，该位置中某些接收空间24在前进方向16上与其他接收空间24对齐。为了校验由标记设备40施加的标记，还设有传感器设备50，从而它们在各自的阵列22的倾斜标记头部20内与标记设备40对齐。该倾斜阵列22允许了多重标记或扫描选择的原理将之后在附图8中描述。

[0073] 图7示出了包含了带有接收孔26的接收板28的标记头部20的横截面，其中设有标记设备40和传感器设备50（未示出）。

[0074] 接收孔26形成为贯通孔。每一标记设备40包括了一套圈42，其中设有光纤56的至少一光纤端。在对应的方式中，传感器设备50也可包括套圈42，尤其每一传感器设备可具有与标记设备40的形状相对应的形状，从而接收孔26可选择性地配有标记设备40和传感器设备50。

[0075] 为了旋转标记头部20和接收板28，还设有一电机64，尤其为步进电机。一传动装置66，本实例中为传送带，设置在电机64的输出轴和标记头部20之间，用于将输出轴的可旋转运动传送至标记头部20或接收板28。

[0076] 图8图表式地描述了阵列22不同的倾斜角度。图8左边的示例中，阵列22倾斜一角度，其中一列32的每一接收空间24相对于同一列32的其他接收空间24偏移，从而每一像素时只存在一个标记或扫描角度是有可能的。也就是说，如果一列32的接收空间24配有标记设备40，标记设备40会相对于同一列32中的任意其他标记设备40偏移。这样的配置下可得到已给标记头部20的最大分辨率。

[0077] 中间的实例中，阵列22倾斜一定角度，其中可存在一任意像素的双重标记或扫描。也就是说，一列32的接收空间24对应于另一列32的接收空间24，从而一个且相同的像素可被设置在不同列32中的两个不同的标记设备40标记，或者传感器设备50可以被设置在一个与标记设备40对齐的位置中，用于对由标记设备40施加的标记进行校验。

[0078] 阵列22下一示例倾斜了一定的角度，该角度下存在三重标记或扫描。也就是说，一列32的接收空间24对应另两列32的接收空间24，这样一个相同的像素可被三个设置在不同列32的不同标记设备40标记或被设置在与至少一个标记设备40对其的位置上的传感器设备50标记。

[0079] 右边的示例描述了处于非倾斜位置的阵列22。

[0080] 图9图示了套圈42一实施例的透视图，其组成了标记设备40和传感器设备50的部分。套圈42配置为与接收空间24匹配啮合，尤其是与标记头部20的接收孔26匹配啮合。

[0081] 套圈42具有一大体上圆柱形的壳体，并且可以例如包括金属，陶瓷，塑料或玻璃材料。优选地，套圈42还包括钢和氧化锆。

[0082] 套圈42的主体43具有一连接部或连接器部分49，用来与标记头部20的接收空间24啮合。连接器部分49具有一大体上圆柱形的外形，用于与标记头部20的接收板28中提供的圆柱形接收孔26匹配啮合。套圈42的主体43还包括一用于与接收板28平滑表面相接触的邻接面45的套管44。

[0083] 至少一光纤56被设置在套圈42内，用于接收从物体8反射的光或向其传输光或辐射。所述至少一光纤56沿着套圈纵向轴设置。

[0084] 如果套圈42作为标记设备40的部分，优选地，至少一个光纤56配置为将激光束传输至物体8表面作为激光标记操作，尤其是激光雕刻操作。因此，光纤56可与激光器耦合，这样一激光束是可通过光纤56可传送至物体8表面作为对物体8标记。

[0085] 如果套圈42作为传感器设备50的部分，优选地，至少一个光纤56配置为接收从物体8反射来的光。该光可为任意种类电磁辐射，例如，可见光或红外线光。所述至少一个光纤56可与传感器单元连接，用于检测光纤56接收的光。

[0086] 图10示出了设有两光纤56，57的套圈42。具有两光纤56,57的套圈42可形成为集成标记设备和传感器的设备90的部分，其中两光纤之一，第一光纤56，为标记光纤或传送光纤，而另一光纤，第二光纤57，则为传感器光纤。

[0087] 该双光纤套圈42在同一像素中，也就是说，在标记头部20同一接收空间24内设有标记单元和校验单元。可通过与激光器耦合的第一光纤56施加标记，并且标记的存在可被第二光纤57检测到，其优选地与传感器单元耦合。

[0088] 当套圈42既被用作为标记设备40又被用作为传感器设备50时，优选地传感器设备50的光纤直径比标记设备40的光纤直径大，从而即便传感器设备50并未与标记设备40对齐时也可检测到标记。