專利名稱：利用激光給容器作標記的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用激光給包括容器主體突片部分的容器作標記，尤其涉及在預(yù)定時間、例如制造處理暫停時間內(nèi)能快速完成所需量的標記處理。
作為容器制作、或在某些情況下作為容器填充或密封操作的一部分，出于各種目的需要在容器上設(shè)置標記，包括標識內(nèi)容物、制作或使用的地點或日期、容器或容器部件的制造者、容器的類型或材料、提供商標、廣告、促銷等等。在某些情況下，彩票、競賽形式的宣傳信息、或其它有價值的標記或記號被設(shè)置或標記在容器或容器部件上。
許多裝置和方法已經(jīng)用于標記容器。在一些情況下使用凸印或凹印。例如經(jīng)沖壓的凸印或凹印對于不同的字母或符號等情形會需要大量的不希望的庫存工具，特別是無論何時需要改換工具(諸如改變要凹印或凸印的標記或符號、或在維護或修理時)都要關(guān)閉生產(chǎn)線并拆卸沖壓機。當(dāng)較頻繁地改換符號時，例如當(dāng)容器上的標記被用作最好具有很大差別的可能的標記或記號的競賽或彩票的一部分時(例如，只有某些人是“大獎”的獲得者時)，這種停機特別麻煩。另外，很難準確地控制凸印或凹印的深度，有時，太深的凸印或凹印會引起泄漏或損壞容器。
因此，應(yīng)提供制作容器或部件標記的方法，該方法允許以較高頻率改變標記或記號、但不必為此停止或減慢生產(chǎn)線。另外，該制作容器或部件標記的方法在避免保存大量工具或模具的同時可以避免產(chǎn)生諸如標記過深的容器質(zhì)量問題。
另一個用于在容器或容器部件上設(shè)置標記的方法包括一個或多個印制處理。接觸或壓力印制有時用于在需要設(shè)置大量相同標記的容器上裝飾或設(shè)置標記。但是，在由于許多部件的形狀或位置(諸如容器開啟突片)、或因為改變?nèi)萜魉≈茥l目的結(jié)構(gòu)需要停止生產(chǎn)線和部分地拆卸接觸印制裝置以便以較高的頻率改變標記時(例如，用于彩票或競賽)，接觸印制被認為對于很多部件是不實用的。
在某些情況中，可用例如噴墨處理的非接觸印制方法印制容器部件。雖然通過控制噴墨可以較頻繁地改變標記，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，已往噴墨處理和設(shè)備的可靠性較差，需要經(jīng)常維護和修理。還發(fā)現(xiàn)噴墨處理易受到不希望的墨水分布或位置的影響，例如產(chǎn)生妨礙印制處理的墨水霧，從而在金屬容器上產(chǎn)生不希望的標記、或?qū)е略O(shè)備故障。在一些情形中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在使用噴墨處理時，多達20％或更多的潛在生產(chǎn)時間要用于清潔、維護和/或修理。還發(fā)現(xiàn)，墨水難以牢靠地粘結(jié)到容器或容器部件上。另外，當(dāng)噴墨處理或其它印制處理與競賽彩票或提供其它有價證券或標志有關(guān)時，由于噴墨處理只能產(chǎn)生表面標記(不在容器本身上形成凹痕)，于是，為了認領(lǐng)競賽或彩票獎金存在著偽造或改變標記的極大可能性。此外，為了保證質(zhì)量、以免標記字符或記號變形，噴墨處理難以實現(xiàn)高速度。
因此，應(yīng)在減少與噴墨或其它印制處理有關(guān)的清潔、維護和修理時間的同時，特別是在允許較快地改變標記的同時，在容器或容器部件上產(chǎn)生高質(zhì)量標記。
前述容器標記過程中的某些或所有的問題對于金屬容器或容器部件、諸如鋁合金飲料容器(例如，可從Broomfield,Colorado的Ball公司得到的容器)或它們的突片或其它部件特別麻煩。與例如塑料容器或容器部件相比，至少由于金屬容器的表面較硬、熔點或軟化點較高，標記難以粘結(jié)到金屬表面，所以對金屬容器進行標記較難。因此，在某些容器材料中使用的裝置和方法不能強制地用于其它容器材料。在大多數(shù)情況下，容器標記的功能或目的將很少使用那些費用實際超過常用方法的標記方法。所以，應(yīng)當(dāng)提供一種能經(jīng)濟地最好不使用過高成本或不超過常規(guī)容器標記生產(chǎn)、密封或處理費用的用于標記容器的方法和裝置。
本發(fā)明能夠使用激光對金屬容器或容器部件(包括例如容器主體、容器端部和容器突片)進行標記。在一個實施例中，激光器提供快速動作的光束轉(zhuǎn)向和控制，以便在較短的時間周期內(nèi)(例如，小于100毫秒，最好小于常規(guī)部件生產(chǎn)暫停時間的50毫秒)標記較多的字母或符號(例如，6個或更多，最好是9個或更多)，于是不必停止或減慢當(dāng)前容器或部件的生產(chǎn)進程或生產(chǎn)設(shè)備。
在一個實施例中，通過減小一個或多個轉(zhuǎn)向鏡的質(zhì)量可實現(xiàn)激光束的高速轉(zhuǎn)向。盡管減小了與較小反射鏡尺寸有關(guān)的光束尺寸或孔徑，但得到的裝置能施加足夠的功率強度以在金屬(例如，鋁)容器部件上形成可見標記。
優(yōu)選地，激光以高強度激光脈沖施加到容器區(qū)或部件。每個脈沖形成可見燒蝕區(qū)或點，點圖案共同構(gòu)成所需的符號或圖像。于是，為了在小于預(yù)定時間周期內(nèi)可完成字母或符號的所需數(shù)目，裝置必需能在預(yù)定時間周期內(nèi)施加用于形成全部所需字符的所有脈沖。在一個實施例中所提供的激光裝置能至少以12千赫茲(kHz)的頻率施加脈沖、同時提供足夠的能量以使所有這些脈沖在金屬容器部件上產(chǎn)生所需的點燒蝕。


圖1是本發(fā)明實施例的帶有標記突片的容器端部的局部透視圖；圖2A是說明本發(fā)明實施例的突片坯件標記裝置的部件的方塊圖；圖2B是圖2A所示裝置的轉(zhuǎn)向部件的方塊圖；圖3是本發(fā)明實施例的部分被標記的突片坯件的局部平面視圖；圖4是說明本發(fā)明實施例標記方法的流程圖。
盡管本發(fā)明可用于在容器或容器的許多部分進行標記、以及標記許多容器形狀和類型，但圖1表示一個具有位于容器開啟突片上的標記114的容器112的實例。在所示實施例中，突片116包含位于突片116中間的手指抓握部分的覆蓋或薄板區(qū)(web region)118，在這個實施例中，薄板區(qū)118的一部分承載標記114。圖1表示突片116沿向上的箭頭112到達垂直位置，顯露出突片的下側(cè)面(圖1中可見的表面)，在突片抬起的過程中，在金屬罐端部126形成開口124。在圖1的實施例中，圖1可看到的突片的下側(cè)面通常在容器打開前是看不到的，即該側(cè)面保持與容器端部126的外(公共)表面相鄰。突片的上表面在圖1看不到，但在打開容器之前可以看到。所以，圖1的實施例可用于提供獎金或其它廣告標記或用于在容器打開前不必或不需看到標記的情況。不過，本發(fā)明也可用于標記容器的其它表面，這些表面包括突片上除中心薄板118外的下側(cè)部分、突片的上表面部分、容器端部126的內(nèi)或外表面部分(和/或圖1局部視圖中未示出的相對端部)、和/或容器主體128的內(nèi)或外表面。
當(dāng)需要在容器開啟突片116的一個或多個區(qū)域設(shè)置標記時，在一個實施例中，該標記同突片的形成一起設(shè)置。在許多情況下，通過將突片坯件的薄板送入成形設(shè)備而制成突片，該成形設(shè)備用已知的金屬件加工方法將大致扁平的突片坯件制成所需形狀突片。所用的金屬件加工方法的一些實例包括沖壓、精壓、折疊和剪切。為了便于說明，與突片沖壓或突片成形有關(guān)的方法應(yīng)認為包括這些或其它已知的突片成形方法和設(shè)備。
在圖3所示的實施例中，突片坯件312具有足以在其預(yù)定縱向長度318a、b、c、d、e上(即，沿縱向或y方向的長度)形成三個突片的寬度314(即，橫向或x方向)。雖然突片坯件312可以有很大的長度、例如薄板長度可以是3000米或更長，但是突片坯件312是有確定尺寸的，具體地它具有寬度314且每個預(yù)定長度318a、318e包含足夠形成多個突片的材料，在所示實施例中包括足夠形成三個突片的材料。所以，預(yù)定長度318a用于形成一個包含三個橫向排列區(qū)324a、b、c的突片。
在一個實施例中，突片坯件312以間斷的方式輸送或前進到突片沖壓裝置。根據(jù)這種間斷地輸送，在第一(或“前進”)周期中，突片坯件312以等于預(yù)定長度318a、b、c、d、e的縱向距離前進。而后，突片坯件312在第二(或“暫停”)周期基本保持靜止，在該周期內(nèi)在突片坯件的一個或多個預(yù)定長度上進行沖壓或其它操作，以形成例如三個突片。于是，突片裝置的每個循環(huán)包括前進和暫停周期。這些循環(huán)一個接一個地重復(fù)，最好在沖壓機的每個循環(huán)或行程中制成多個突片(例如，三個突片)。應(yīng)該理解，沖壓機可以在任一個循環(huán)中具有多個工位或操作，即第一預(yù)定長度318a進行例如剪切的第一操作，而上述預(yù)定長度318b、318c、318d進行例如精壓、折疊等其它操作。
優(yōu)先地，突片沖壓循環(huán)時間較短，例如限定循環(huán)時間小于150毫秒、最好小于100毫秒，在至少一個實施例中，循環(huán)時間為87毫秒(相當(dāng)于沖壓機每分鐘具有700個沖程)。在一個實施例中，暫停時間是循環(huán)時間的2/3，所以暫停時間應(yīng)為例如100毫秒，最好為50毫秒或更小。
在一個實施例中，所需的標記形成在到達沖壓操作之前的突片坯件上(即，在突片坯件任何給定區(qū)上的標記在該區(qū)到達沖壓裝置之前形成)。與沖壓操作配合地進行標記操作，便于將突片上的標記對準或定位到所制成的突片的所需區(qū)域。
為避免其它可能與在循環(huán)前進階段中使用的較高加速度曲線相關(guān)的標記的變形，優(yōu)選在每個循環(huán)的靜止或暫停階段至少制成一些標記、最好基本上制成所有的標記。因此，在這個實施例中，暫停時間限定了在突片坯件312的任何所需預(yù)定長度318a、318b、318c、318d、318e上進行所需標記的時間長度(或“窗口”)。根據(jù)本發(fā)明，利用激光將標記326a-f制作在突片坯件312上。激光最好是脈沖光，每個脈沖可形成單個斑點或圓點，多個斑點定位在一起而形成所需字符或其它標記的形狀或圖像。例如，對常用作突片坯件的鋁合金來說，可知，施加功率強度至少為4-5瓦特/毫米2的激光脈沖足以滿足進行鋁燒蝕所需的功率、從而提供可見斑點。在一個實施例中，突片可由從例如America或Kaiser Aluminium鋁業(yè)公司得到的商標為5042等合金構(gòu)成。因此，本發(fā)明能夠施加激光脈沖，每個脈沖具有產(chǎn)生可見圓點的足夠能量，就例如用于調(diào)節(jié)較大反射鏡在字符或字符組之間移動等時間的非施加標記脈沖或空白時間來說，在可得到的用于標記的暫停時間內(nèi)，具有足夠數(shù)量的脈沖，以形成所需數(shù)量和尺寸的字符(具有所需的質(zhì)量或分辯率)。
在一個實施例中，該裝置以12 kHz速率施加脈沖并至少產(chǎn)生具有要求質(zhì)量的6個字符，最好至少產(chǎn)生9個字符，在1英寸(2.5cm)的橫向?qū)挾?34上形成高度332為0.125英寸(3mm)的字符或字母。
除了在時間窗口內(nèi)提供足夠數(shù)量的圓點以形成所需的字符尺寸和質(zhì)量外，本發(fā)明還根據(jù)需要在具有1英寸橫向?qū)挾?34和0.125英寸縱向長度332的突片坯件面積、即0.125平方英寸的面積上定位這些圓點。
圖2A表示能夠在小于100毫秒、最好小于50毫秒的時間窗口內(nèi)進行上述標記的設(shè)備實施例。圖2所示的裝置部分212用于產(chǎn)生脈沖激光束214，裝置部分216使脈沖激光束214轉(zhuǎn)向并沿通道輸出激光束218，以便對光束脈沖定位，從而形成上述標記326。激光器包括位于反射鏡224a、b之間、用于限定激光諧振腔的光源/泵浦部件222。優(yōu)選地，安全閥226在例如故障或容器破裂的情況下用于中斷光輸出。遮光器228提供脈沖或間斷形式的光。在一個實施例中，Nd:YAG激光器提供40-50瓦特的輸出(施加功率)，該輸出功率的80％施加給突片坯件目標。優(yōu)選地，該激光器能產(chǎn)生較穩(wěn)定的激光脈沖、即一個脈沖與下一個脈沖相比其功率變化較小，所有脈沖應(yīng)具有足以充分蒸發(fā)或燒蝕金屬目標以形成可見斑點標記的功率。能用于這方面的激光器裝置可從0rlando,Florida的Lee Laser公司得到。冷卻單元232經(jīng)耦合234到達激光產(chǎn)生部位212以保持激光產(chǎn)生單元的適當(dāng)操作溫度。計算機236最好是具有Pentium或PentiumⅡ處理器的工作站型計算機，它輸出用于分別控制下文將詳細說明的x方向電流計242a和y方向電流計242b。可用于這一目的的電流計的實例包括從Watertown,MA.的Cambridge Technolog公司得到的電流計。突片坯件312最好以防振動方式、例如將導(dǎo)向/前進部件244連接到填充混凝土的或其它高質(zhì)量基座或隔振安裝件等較防振的基座246、并與激光器保持所需的距離。在這種狀態(tài)下，突片坯件部分312在暫停周期內(nèi)能夠保持靜止，以進行標記。如上所述，在每個循環(huán)的前進周期中，當(dāng)突片坯件從突片坯件卷或類似提供源拉出時，利用驅(qū)動輥或類似裝置使突片坯件向沖壓單元248前進。
在圖2B的實施例中，第一轉(zhuǎn)向電流計(例如，y方向電流計242a)連接到可動的、例如可繞樞軸轉(zhuǎn)動的反射鏡254。電流計242a連接到反射鏡254，以使反射鏡254繞樞軸258沿箭頭方向256轉(zhuǎn)動(樞軸258垂直于圖2B視圖的紙平面)，這樣，接收激光脈沖的反射鏡254以大小基于反射鏡轉(zhuǎn)動位置的角度反射脈沖(以便提供第一反射激光脈沖)。第一反射激光脈沖由與第二電流計242b(例如，x方向電流計242b)連接的第二反射鏡260接收，從而允許第二反射鏡260可選擇地繞第二樞軸262(樞軸262平行于圖2B視圖的紙平面)轉(zhuǎn)動，以便將脈沖激光束反射到突片坯件312的所需部分(以便提供第二反射激光脈沖)。在圖2B的視圖中，y方向反射鏡254的樞軸轉(zhuǎn)動位置確定縱向或y方向322上的光束位置，而x方向反射鏡260繞第二軸的轉(zhuǎn)動位置確定橫向或x方向316上的激光脈沖位置。
為了按需要在整個橫向?qū)挾?34和縱向長度332上定位激光脈沖，以便在暫停周期內(nèi)、例如在50毫秒內(nèi)形成要求的字符組326a、326b、326c，反射鏡260、具體是x方向反射鏡260(負責(zé)在較大的x范圍進行定位)必需極快速地移動?？芍?，以前的轉(zhuǎn)向裝置不能以合理的成本提供這種快速的反射鏡定位。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，利用較小質(zhì)量的反射鏡可實現(xiàn)反射鏡的快速定位。在一個實施例中，該反射鏡主要通過提供較小的表面或反射鏡的反射面積而實現(xiàn)較輕的結(jié)構(gòu)。在一個實施例中，反射鏡具有5 mm的標稱尺寸或直徑，例如，正方形或矩形至少具有長度小于或等于5mm的一個邊。小質(zhì)量反射鏡提供有助于反射鏡快速移動的低慣量。優(yōu)選地，每個反射鏡對相應(yīng)電流計的慣量小于0.2g/cm2，優(yōu)選小于0.1g/cm2，更優(yōu)選地，小于或等于0.08g/cm2。
由于轉(zhuǎn)向反射鏡的反射表面積減小，所以能有效施加到突片坯件上的激光光束尺寸或孔徑也較小。在一個實施例中，到達突片坯件312的光束直徑小于5mm，優(yōu)選小于3mm。
為了把以12kHz速率施加的激光脈沖定位到所需位置，必須也以12kHz的速率提供控制電流計的x和y方向控制信號238a、238b。應(yīng)對計算機236進行配置(編程)以輸出控制信號，從而以這一速率進行所需定位，并進行控制以檢索、產(chǎn)生或選擇根據(jù)特殊應(yīng)用的需要(例如，用于某些競賽或宣傳的隨機或偽隨機的標記)所需的字符或標記326a-326d，并使字符或標記的快速選擇足以在沖壓裝置248的每個循環(huán)內(nèi)提供新的選擇組。雖然，至少從理論上說可以通過增加突片坯件312到達一個或兩個反射鏡的距離而增加光束位置的橫向?qū)挾?34或縱向長度332，但是這種距離增加也加大了光束的發(fā)散，因而影響了施加到突片坯件上的功率強度。例如，減小發(fā)散50％(例如，通過更靠近突片坯件而定位)，則突片坯件上的斑點尺寸被減小到斑點直徑的一半，于是施加的功率減半，但由于面積正比于半徑的平方，所以功率強度加倍。不過，借助靠近突片坯件來提高功率強度，要求反射鏡更加快速地移動、以便保持相同的標記速度(對于給定的字符排列區(qū))。因此，在一個實施例中，突片坯件312的定位使得施加到這個突片坯件的激光脈沖斑點尺寸具有3mm的直徑、和4-5瓦特/毫米2的功率強度。
在圖4所示的操作中，在沖壓循環(huán)的一個部分中，在步驟412，計算機236選擇將在突片坯件上標記的下九個字符。在步驟414，當(dāng)?shù)竭_沖壓循環(huán)的暫停周期時，突片坯件保持靜止，在步驟416，在計算機產(chǎn)生控制信號的同時啟動激光輸出、以便在所需相應(yīng)的x和y位置發(fā)出激光脈沖、從而提供所需的可見標記。在步驟418，在制成所需標記后，激光脈沖中斷，并在步驟422，在循環(huán)的前進期間，突片坯件以預(yù)定的縱向增量向沖壓設(shè)備前進。之后，按需要重復(fù)該循環(huán)424，以便提供所需數(shù)量的標記的突片、或直到突片坯件用完。
從本申請?zhí)峁┑男畔⒅锌煽吹皆S多優(yōu)點。本發(fā)明能夠以較快的速度進行容器或容器部件的標記，尤其是能充分快速地與其它容器或容器部件的制作處理保持同步，從而使標記工作不會減慢或妨礙這種處理。本發(fā)明能實用、方便地改變標記或使標記用戶化，包括使一系列容器或部件中的每個容器或容器部件具有不同的標記。本發(fā)明能夠快速地進行標記，且不會使標記變形或失真、以及削弱、刺穿或破壞容器或容器部件。本發(fā)明在例如突片制作的暫停時間的較短時間周期中、優(yōu)選在100毫秒內(nèi)、最好在50毫秒內(nèi)，在突片制作過程中，實用、方便地提供六個或更多、最好提供九個或更多的清晰可辨的、0.125英寸高或更大、分布或橫跨突片坯件寬度定位的字符。本發(fā)明能夠在小于100毫秒、最好在小于50毫秒的時間周期內(nèi)、引導(dǎo)具有足夠功率的激光脈沖定位以在橫跨一英寸寬度和0.125英寸縱向長度的范圍內(nèi)標記或燒蝕金屬。本發(fā)明為容器或容器部件提供的標記比其它標記制作方法和裝置提供的標記更可靠且不需過多維護，并能在不需停止或減慢容器或容器部件的制作裝置或過程的前提下改變標記。本發(fā)明適于進行競賽、彩票或其它宣傳活動，這些活動中在部件或容器上提供的標記最好設(shè)置在與容器連接的突片底表面上，以便在打開容器之前、例如用戶根據(jù)檢驗存在于突片上的獎金標記而確認得到頭獎(指示一個這種標記)之前不能看到該標記。由于被標記的字母、標記，符號等可在軟件中(即無需預(yù)定或生成模具等)完全地(潛在地)設(shè)計/制作，所以，宣傳、游戲等的設(shè)計，得到一個指令或其他開始事件與開始生產(chǎn)之間的前導(dǎo)時間，與基于硬件進行凸印或凹印的制作相比，明顯地縮短了制作的時間。
本發(fā)明的許多變化和改型可以被使用。雖然在本發(fā)明提供的有效的方法和裝置中所包括的激光器以12 kHz的速率施加充足功率的脈沖，但具有其它激光器的方法和裝置也可使用本發(fā)明，其激光器具有較高的脈沖速率和較高的功率，最好每個(或大體上每個)脈沖施加足夠的功率以燒蝕或蒸發(fā)鋁或其它金屬、從而提供可見的標記。盡管已說明了基于電流計的光束轉(zhuǎn)向的方法和裝置，但也可使用包含替換或另加到基于電流計的轉(zhuǎn)向的聲光轉(zhuǎn)向裝置等其它轉(zhuǎn)向裝置，該轉(zhuǎn)向裝置能夠至少提供部分地不取決于反射鏡或其它部件質(zhì)量的轉(zhuǎn)向，所以可更快地轉(zhuǎn)向。雖然已結(jié)合為激光轉(zhuǎn)向提供控制或控制信號說明了計算機，但也可使用提供控制信號的其它方法和裝置，這包括數(shù)字信號處理器(DSP)，至少由于該處理器速率對總線速度依賴的消除或減小，它能以較高速率提供用于產(chǎn)生控制信號的電位。
雖然實施例說明了對用于突片的坯件作標記，但本發(fā)明還可在諸如端部或端蓋、主體或側(cè)壁部分、容器底部等金屬容器的其它部分上制作標記。
雖然圖1示出了特定容器的端部形狀，但本發(fā)明還可用于各種金屬容器，它們包括飲料容器、食品容器、氣霧劑容器等。本發(fā)明敘述了對鋁容器或容器部件進行標記，但本發(fā)明也能用于對諸如鋼容器的其它容器進行標記。本發(fā)明敘述了有關(guān)金屬容器的金屬燒蝕或蒸發(fā)部分，但本發(fā)明也可用于燒蝕或蒸發(fā)金屬容器上的某些或全部涂層、以借助對比的彩色或紋理提供可見標記。例如，可提供具有用彩色涂層覆蓋的(例如，通過印刷或涂布)金屬容器或容器部件，利用本發(fā)明選擇性地除去或蒸發(fā)掉這種涂層的某些部分，從而至少顯露出下面的金屬部分(或其它涂層)。在這種情況下可以使用諸如CO2激光器的低功率激光器。
雖然圖1的實施例中的突片的手指抓捏區(qū)具有薄板，但本發(fā)明也可用于在手指抓捏區(qū)具有手指孔、且標記位于突片其它部分的突片。
雖然本發(fā)明可用于諸如宣傳或競賽標記、廣告、商標等可被用戶觀察或看到的標記，但本發(fā)明還可以用于諸如隱藏在突片或其它容器部件的折疊下面的被隱藏的標記。作為一個實例，隱藏標記可用于安全或檢驗的目的，例如檢驗獎金指示標記是真實的和非偽造的。上文已經(jīng)說明本發(fā)明可在靜止或暫停期間提供標記，但本發(fā)明也可在突片坯件或其它目標基底的移動過程中、特別是當(dāng)標記是保密或內(nèi)部標記或是不需由普通用戶正常地觀看或使用的標記時(即某些變形可以被接受)制作一些或全部標記。
雖然本發(fā)明利用兩個分離的反射鏡進行光束轉(zhuǎn)向，但本發(fā)明也可用單個反射鏡進行光束轉(zhuǎn)向(例如，單個反射鏡可相對兩個獨立的可控軸轉(zhuǎn)動，和/或單個反射鏡是可彎曲或可變形的)。雖然本發(fā)明在任何給定循環(huán)內(nèi)利用單個激光器書寫全部所需標記(當(dāng)需要以低成本提供標記時是非常有用的)，但本發(fā)明也可用于具有兩個或多個激光器的系統(tǒng)，以便書寫不同字符或字符的不同部分，從而在給定時間內(nèi)書寫更多的字符。雖然本發(fā)明可在每個循環(huán)中提供六個清晰的字符、優(yōu)選地提供九個清晰的字符，但本發(fā)明也可以提供更多或更少的字符。
一般地，可使用本發(fā)明的某些方面而不使用其它方面。例如，可快速地標記字符或其它標志、而不在每個循環(huán)中隨機或不隨機地改變標志。例如，關(guān)于快速改變或修改所提供標志或標記的特征，本發(fā)明可提供表示制造時間和/日期、填充、密封等的標記。雖然本發(fā)明提供用于宣傳、廣告、識別或類似目的的標記，但利用本發(fā)明也可制作至少是局部功能或結(jié)構(gòu)的線、槽、或其它形式的標記，以在容器端部等處產(chǎn)生開口限定刻痕。雖然本發(fā)明可在突片坯件形成、剪切或附著到容器或容器端部之前在突片坯件上制作標記，但本發(fā)明也可提供其它順序的標記制作步驟，例如在折疊之后和剪切之前、在剪切之后和粘附到容器之前、或在粘附到容器之后制作標記。
在各個實施例中，本發(fā)明包括如上所述的包含各實施例、它們的變形組合及子設(shè)備的部件、方法、處理、系統(tǒng)和/設(shè)備。在各個實施例中，本發(fā)明包括上文或上述各實施例中未表示和/或說明的裝置和處理，未表示或說明的方面可以是已有的諸如用于使制作容易和減小制作成本的裝置或處理。
上述討論已經(jīng)說明了本發(fā)明的說明書和附圖所要達到的目的。該討論并不將本發(fā)明限定于上述的一種形式或幾種形式。雖然，本發(fā)明說明書包括一個或多個實施例以及某些變化和改進，但在理解本發(fā)明之后可知，凡是在本發(fā)明范圍內(nèi)的變化和改進均應(yīng)屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識范圍之內(nèi)。所附的權(quán)利要求書將構(gòu)成包含變化實施例允許范圍。
權(quán)利要求
1．一種制作上面具有可選擇的圖案的金屬容器的方法，其步驟包括提供容器主體和容器端部；控制激光束，以便至少在所述容器主體部件和所述容器端部的部件之一的所需區(qū)域進行燒蝕，其中，所述的可選擇圖案設(shè)置在所述的所需區(qū)域。
2．一種如權(quán)利要求1的方法，其中，所述的所需區(qū)域位于所述容器端部部件上，所述容器端部部件是容器開啟突片。
3．一種如權(quán)利要求2的方法，還包括步驟在所述圖案設(shè)置在所述的所需區(qū)域后，將所述容器開啟突片安裝到所述容器端部。
4．一種如權(quán)利要求2的方法，其中，所述突片通過限定暫停時間而制成，在該暫停時間中，包含被制成所述突片的區(qū)域的工件基本上是靜止的，其中，所有所述的用于至少一個突片的圖案由所述激光在所述暫停時間中制成。
5．一種如權(quán)利要求2的方法，其中，所述突片通過限定暫停時間而制成，在該暫停時間中，包含被制成所述突片的區(qū)域的工件基本上是靜止的，其中所述工件具有一寬度，其中第一組的N個突片沿所述寬度形成，N大于一，其中用于所述第一組N個突片的所有的所述圖案由所述激光在所述暫停時間中制作。
6．一種如權(quán)利要求5的方法，其中，N至少是3。
7．一種如權(quán)利要求5的方法，還包括步驟在所述第一組N個突片上制作圖案后，控制所述激光、以便在小于150毫秒的周期內(nèi)制作用于第二組N個突片的所有的所述圖案。
8．一種如權(quán)利要求1的方法，其中，控制所述激光的步驟包括利用計算機輸出控制信號以控制所述激光的路徑。
9．一種如權(quán)利要求1的方法，其中，控制所述激光的步驟包括利用數(shù)字信號處理器輸出控制信號以控制所述激光的路徑。
10．一種如權(quán)利要求1的方法，其中，所述圖案至少包括第一組M個字符，其中所述的M個字符由所述激光在小于100毫秒的周期內(nèi)制作。
11．一種如權(quán)利要求10的方法，其中，至少一個所述字符的高度至少是0.125英寸。
12．一種如權(quán)利要求10的方法，其中，控制步驟包括控制所述激光、以便能任意地選擇M個字符。
13．一種如權(quán)利要求10的方法，還包括重復(fù)所述的控制激光的步驟，以便至少制作第二組M個字符，其中，所述的第二組M個字符可任意地選擇、以便與所述第一組M個字符不同。
14．一種如權(quán)利要求13的方法，其中，制作所述第一組M個字符與制作所述第二組M個字符之間的時間周期小于150毫秒。
15．一種如權(quán)利要求1的方法，其中，所述圖案至少限定一英寸的寬度范圍，利用所述激光在50毫秒周期內(nèi)制作所述圖案。
16．一種如權(quán)利要求1的方法，其中，所述容器主體部件和所述容器端部部件之一由金屬構(gòu)成，所述激光至少施加充足的功率以燒蝕足夠的金屬量而雕刻所述金屬、從而制成可見的標記。
17．一種如權(quán)利要求16的方法，其中，所述金屬包括鋁合金。
18．一種用于標記鋁容器一部分的設(shè)備，包括輸出激光束的裝置，所述的輸出裝置限定第一孔徑；移動裝置，至少將所述鋁容器移動通過標記工位；轉(zhuǎn)向裝置，將所述標記工位區(qū)域中的激光束偏轉(zhuǎn)以燒蝕鋁，從而在小于100毫秒時間周期內(nèi)、在所述鋁容器的所述部分上至少形成九個字符。
19．一種如權(quán)利要求18的設(shè)備，其中，所述孔徑使得在目標上產(chǎn)生約3mm的光束直徑。
20．一種如權(quán)利要求18的設(shè)備，其中，所述轉(zhuǎn)向裝置包括至少一個第一可動反射鏡，所述反射鏡的標稱尺寸小于5mm，所述第一反射鏡可轉(zhuǎn)動一定的角度，至少足以在一英寸的橫向范圍內(nèi)定位所述字符。
21．一種如權(quán)利要求18的設(shè)備，其中，所述轉(zhuǎn)向裝置包括至少一個第一可動反射鏡，還包括控制裝置，該控制裝置使所述反射鏡在連續(xù)的多個位置定位，其中至少兩個連續(xù)定位在小于0.1毫秒的間隔產(chǎn)生。
22．一種如權(quán)利要求18的設(shè)備，其中，所述轉(zhuǎn)向裝置包括聲光轉(zhuǎn)向裝置。
23．一種如權(quán)利要求18的設(shè)備，其中，所述輸出激光束的裝置包括以具有至少12kHz脈沖頻率的脈沖形式輸出所述激光束的裝置。
24．一種用于在鋁容器的一部分上形成標記的設(shè)備，包括激光系統(tǒng)，用于輸出激光；光路偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，用于接收所述激光，并沿光路將激光定位到位于標記工位的所述鋁容器的部分；驅(qū)動裝置，至少在所述激光對所述鋁容器部分標記之后，將所述的鋁容器部分從所述工位移開。
25．一種如權(quán)利要求24的設(shè)備，其中，所述激光系統(tǒng)將所述激光輸出為脈沖序列。
26．一種如權(quán)利要求24的設(shè)備，其中，所述激光在所述標記工位至少提供至少足夠燒蝕充分鋁的功率，從而在所述容器的所述部分上產(chǎn)生可見的標記。
27．一種如權(quán)利要求24的設(shè)備，其中，所述光路偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括將激光反射到所述標記工位的反射鏡。
28．一種如權(quán)利要求24的設(shè)備，其中，所述激光在所述標記工位具有3 mm的直徑。
29．一種如權(quán)利要求24的設(shè)備，其中，所述光路偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括第一反射鏡，用于接收所述激光；電流計，它連接到所述第一反射鏡，用于根據(jù)第一控制信號將所述第一反射鏡定位，從而沿第一反射光路將所述激光反射到第二反射鏡；電流計，它連接到所述第二反射鏡，用于根據(jù)第二控制信號將所述第二反射鏡定位，從而沿第二反射光路將所述激光反射到所述標記工位。
30．一種如權(quán)利要求29的設(shè)備，其中，所述第一反射鏡和第二反射鏡均具有不大于5mm的標稱尺寸。
31．一種如權(quán)利要求24的設(shè)備，其中，所述的容器部分是容器開啟突片。
32．一種如權(quán)利要求24的設(shè)備，還包括形成突片的裝置，該裝置限定暫停時間，在暫停時間期間，包含用于形成所述突片部分的突片坯件基本上是靜止的，在所述暫停時間內(nèi)，用于至少一個突片的全部所述標記由所述激光制作。
33．一種如權(quán)利要求24的設(shè)備，還包括形成突片的裝置，該裝置限定暫停時間，在暫停時間期間，包含用于形成所述突片部分的突片坯件基本上是靜止的，其中所述突片坯件具有一寬度，其中第一組N個突片沿所述工件寬度形成，N大于一，其中用于所述第一組N個突片的所有的所述圖案由所述激光在所述暫停時間中制作。
34．一種如權(quán)利要求33的設(shè)備，其中，N至少是3。
35．一種如權(quán)利要求34的設(shè)備，還包括控制裝置，該裝置在所述第一組N個突片上制作標記后，控制所述所述激光光路、以便在小于150毫秒的周期內(nèi)制作用于第二組N個突片的所有的所述標記。
36．一種如權(quán)利要求24的設(shè)備，其中，所述標記至少包括第一組M個字符，其中所述的M個字符由所述激光在小于100毫秒的周期內(nèi)制作。
37．一種如權(quán)利要求36的設(shè)備，其中，至少一個所述字符的高度至少是0.125英寸。
38．一種如權(quán)利要求36的設(shè)備，其中，所述光偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括控制所述激光的裝置，以便能任意地選擇所述的M個字符。
39．一種如權(quán)利要求36的設(shè)備，還包括控制所述激光光路的裝置，以便至少制作第二組M個字符，其中，所述的第二組M個字符可任意地選擇，以便與所述第一組M個字符不同。
40．一種如權(quán)利要求39的設(shè)備，其中，制作所述第一組M個字符與制作所述第二組M個字符之間的時間周期小于150毫秒。
41．一種如權(quán)利要求24的設(shè)備，其中，所述標記至少限定一英寸的寬度，利用所述激光在約50毫秒周期內(nèi)制作所述標記。
42．一種如權(quán)利要求31的設(shè)備，其中，所述突片的結(jié)構(gòu)的第一區(qū)域至少可由人手抓捏，所述第一區(qū)域至少被部分地覆蓋。
43．一種如權(quán)利要求42的設(shè)備，其中，至少一些所述標記定位在所述第一區(qū)域。
44．一種如權(quán)利要求31的設(shè)備，其中，所述突片的結(jié)構(gòu)具有一個下表面，該下表面在打開所述容器之前通常是不可見的，至少一些標記定位在所述的下表面上。
45．一種如權(quán)利要求24的設(shè)備，其中，所述的容器部分被涂覆，提供所述的標記包括燒蝕所述涂層的選擇部分以制成可見標記。
46．一種用于在鋁突片上形成標記的設(shè)備，所述突片的結(jié)構(gòu)安裝到容器上以便打開所述容器，所述設(shè)備包括突片形成裝置，用于接收長條形鋁突片坯件、并輸出制成的突片，所述突片坯件具有寬度和縱向軸，所述寬度足以在預(yù)定長度的所述突片坯件上構(gòu)成具有三個突片的組，所述突片形成裝置包括使所述突片坯件在暫停周期內(nèi)保持靜止的裝置，在暫停周期中，至少在所述突片坯件的第一區(qū)域上執(zhí)行突片的一個成形處理，所述突片形成裝置還包括使突片坯件以等于預(yù)定長度的量向前輸送的裝置，其中，在所述突片形成裝置的多個循環(huán)的每一個中均輸出三個突片，所述突片形成裝置的每個循環(huán)包含所述保持裝置和所述向前輸送裝置的操作；一個編程的計算機，至少輸出第一和第二控制信號；激光系統(tǒng)，至少以12kHz的頻率輸出激光脈沖序列；第一反射鏡，設(shè)置用于接收所述激光；第一電流計，它連接到所述第一反射鏡，用于根據(jù)第一控制信號將所述第一反射鏡定位，從而沿第一反射光路將所述激光反射到第二反射鏡，其中所述第一反射鏡對所述第一電流計的慣量小于0.1g/cm2；第二電流計，它連接到所述第二反射鏡，用于根據(jù)第二控制信號將所述第二反射鏡定位，從而沿第二反射光路將所述激光反射到與所述第一部分隔開的所述突片坯件的第二部分，其中所述第二反射鏡對所述第二電流計的慣量小于0.1g/cm2；其中，在所述第二部分的所述激光具有3mm直徑，每個所述激光脈沖在所述第二部分至少提供足夠的功率以充分地?zé)g鋁，從而制成可見標記；其中，所述第一反射鏡和所述第二反射鏡均具有小于5mm的標稱尺寸；其中，用于所述第一組三個突片的全部所述標記由所述激光在所述暫停時間內(nèi)制作，所述暫停時間小于100毫秒，所述標記至少包含高0.125英寸的第一組的9個字符，所述的9個字符在橫向?qū)挾戎辽傧薅?英寸的所述突片坯件的寬度內(nèi)定位，所述的9個字符可任意地選擇；所述設(shè)備還包括用于控制所述突片坯件的移動和所述激光光路的裝置，以便在制成了用于所述第一組3個突片的所述第一組的9個字符之后，在小于150毫秒的周期內(nèi)，制作用于所述第二組3個突片的所述第二組的9個字符，其中所述第二組的9個字符可任意選擇以便與所述第一組的9個字符不同。
47．一種向用戶推銷的方法，包括步驟利用激光在多個容器開啟突片上制作標記，包括至少在所述多個突片的第一個下表面上至少制作第一獎金標記；將所述多個突片與多個相應(yīng)的容器連接，其中至少連接第一突片，以使在打開所述容器之前看不到所述下表面；根據(jù)核對所述第一突片上的獎金標記給用戶頒發(fā)所述獎金。
全文摘要
利用激光(218)給金屬容器(112)的部分(118)或部件(116)設(shè)置標記(114)或標志。使用高速激光轉(zhuǎn)向,在所選擇的較短的時間周期內(nèi),在橫向和縱向范圍上對激光或激光脈沖定位,以避免減慢、停止或干擾其它容器或容器部件的制作處理?？稍?0－100毫秒內(nèi)給用于容器開啟突片的突片坯件(116)設(shè)置6－9個或更多的可見字符。該脈沖產(chǎn)生的尺寸和分辨率足以形成清晰、美觀的任何標準印制機字符、以及其它的標志、設(shè)計、結(jié)構(gòu)、背景和類似特征。
文檔編號B21D51/38GK1313801SQ99809872
公開日2001年9月19日 申請日期1999年7月15日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月16日
發(fā)明者蒂莫西·J·米勒, 愛德華·C·米勒 申請人:鮑爾公司