BE1028021B1 - Optical device for marking transparent parts - Google Patents
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Abstract
Dispositif optique et système pour le marquage interne de pièces transparentes comme des contenants ou récipients transparents, qui n’entraine pas de contamination et qui soit suffisamment rapide pour pouvoir être intégré dans une ligne de conditionnement afin de permettre un marquage de ceux-ci. Le système comprenant un dispositif optique comprend des moyens de séparation 30 pour séparer un faisceau laser pulsé 11 en un premier 31 et un deuxième 32 faisceaux laser séparés, des moyens de déflection 60 pour diriger le premier 31 et ledit deuxième 32 faisceaux lasers séparés en direction de la surface 3 de la pièce 2, et des moyens de focalisation 70 configurés pour focaliser le premier 31 et le deuxième 32 faisceaux laser séparés en-dessous de la surface 3 et à l’intérieur de la paroi 4 de la pièce transparente 2.Optical device and system for the internal marking of transparent parts such as containers or transparent containers, which does not cause contamination and which is fast enough to be able to be integrated into a packaging line to allow marking thereof. The system comprising an optical device comprises separation means 30 for separating a pulsed laser beam 11 into a first 31 and a second 32 separate laser beams, deflection means 60 for directing the first 31 and said second 32 separate laser beams in the direction of the surface 3 of the part 2, and focusing means 70 configured to focus the first 31 and the second 32 laser beams separated below the surface 3 and inside the wall 4 of the transparent part 2.
Description
Dispositif optique pour le marquage de pieces transparentes Domaine techniqueOptical device for marking transparent parts Technical area
[0001] Selon un premier aspect, l’invention se rapporte à un dispositif optique pour le marquage de pièces transparentes. Selon un deuxième aspect, l'invention se rapport à un système comprenant ledit dispositif. Selon un troisième aspect, l'invention se rapport à un procédé de marquage interne de pièces transparentes. Etat de la technique[0001] According to a first aspect, the invention relates to an optical device for the marking of transparent parts. According to a second aspect, the invention relates to a system comprising said device. According to a third aspect, the invention relates to a method for internal marking of transparent parts. State of the art
[0002] Le conditionnement de certains produits nécessite souvent de mettre en œuvre des moyens permettant d'assurer leur traçabilité. La traçabilité est particulièrement importante dans une démarche d'assurance de la qualité.The packaging of certain products often requires the implementation of means to ensure their traceability. Traceability is particularly important in a quality assurance process.
[0003] Pour assurer une bonne traçabilité des produits conditionnés, il est de plus en plus nécessaire de procéder à un marquage individuel de ceux-ci. Un marquage individuel signifie que chaque produit est identifiable grâce à des moyens d'identification uniques. Des moyens d'identification uniques sont par exemple : une série de caractères, un code-barres, un QR-code,…To ensure good traceability of packaged products, it is increasingly necessary to carry out individual marking thereof. An individual marking means that each product is identifiable thanks to unique means of identification. Unique means of identification are for example: a series of characters, a barcode, a QR-code, etc.
[0004] Dans le domaine pharmaceutique, lorsque le produit conditionné est un liquide, il est préféré d’avoir un contenant transparent, permettant de vérifier la présence du liquide par simple inspection visuelle. Un marquage individuel de chaque contenant transparent est de préférence réalisé directement après son remplissage. Cela permet de réduire le risque d’erreurs pouvant intervenir lors des étapes de conditionnement ultérieures ainsi que lors des étapes d'identification effectuées lors d’un contrôle qualité. Lors du marquage d’un contenant ou récipient, il est important que la méthode employée nendommage pas ni ne contamine le produit contenu. Cela est d’autant plus critique dans le domaine de l’industrie pharmaceutique.[0004] In the pharmaceutical field, when the packaged product is a liquid, it is preferred to have a transparent container, allowing the presence of the liquid to be verified by simple visual inspection. An individual marking of each transparent container is preferably carried out directly after its filling. This helps reduce the risk of errors that may occur in subsequent packaging steps as well as in the identification steps performed during quality control. When marking a container or receptacle, it is important that the method used does not damage or contaminate the product it contains. This is all the more critical in the field of the pharmaceutical industry.
[0005] Des dispositifs laser pour réaliser une ablation sélective de la surface d'une pièce sont connus, permettant de marquer ladite pièce. Malheureusement, un tel marquage en surface est souvent mal adapté aux matériaux transparents.Laser devices for carrying out selective ablation of the surface of a part are known, making it possible to mark said part. Unfortunately, such a surface marking is often poorly suited to transparent materials.
Résumé de l’inventionSummary of the invention
[0006] Selon un premier aspect, un des buts de la présente invention est de proposer un dispositif pour le marquage de pièces transparentes comme par exemple des contenants ou récipients transparents, qui n’entraine pas de contamination et qui permette un marquage suffisamment rapide pour pouvoir être intégré dans une ligne de conditionnement.[0006] According to a first aspect, one of the aims of the present invention is to provide a device for the marking of transparent parts such as, for example, transparent containers or receptacles, which does not cause contamination and which allows sufficiently rapid marking for be able to be integrated into a packaging line.
[0007] À cet effet, les inventeurs proposent un dispositif optique pour le marquage interne d’une pièce transparente délimitée par une paroi présentant une surface externe, le dispositif optique comprenant : - une source laser pulsée, configurée pour émettre un faisceau laser pulse ayant une durée de pulse comprise entre 100 fs et 10 ps ; - des moyens de séparation pour séparer le faisceau laser issu de la source laser en un premier et un deuxième faisceaux laser séparés ; - des moyens de déflection pour diriger le premier et le deuxième faisceaux lasers séparés en direction de la surface de la pièce ; - des moyens de focalisation pour focaliser le premier et le deuxième faisceaux laser séparés à l’intérieur de la paroi de la pièce transparente.[0007] To this end, the inventors propose an optical device for the internal marking of a transparent part delimited by a wall having an external surface, the optical device comprising: a pulsed laser source, configured to emit a pulse laser beam having a pulse duration of between 100 fs and 10 ps; - Separation means for separating the laser beam from the laser source into a first and a second separate laser beam; - Deflection means for directing the first and second separated laser beams towards the surface of the part; - focusing means for focusing the first and second laser beams separated inside the wall of the transparent part.
[0008] Le dispositif optique de l'invention permet un marquage interne, évitant ainsi toute contamination. Grâce au marquage de plusieurs lignes lors d’un même balayage de la surface de la pièce transparente par les faisceaux laser séparés, il est possible d’augmenter sensiblement la vitesse de marquage de la pièce en diminuant le nombre de balayages nécessaire par rapport à des dispositifs utilisant un seul faisceau laser de marquage. Grâce à la grande rapidité du dispositif de l'invention pour le marquage interne de pièces transparentes, il devient possible de marquer des pièces transparentes en mouvement ayant une vitesse de défilement constante. Ainsi le dispositif de l'invention peut aisément être installé dans une ligne de production sans nécessiter de gros travaux d'intégration et sans modification de la cadence de celle-ci.The optical device of the invention allows internal marking, thus avoiding any contamination. Thanks to the marking of several lines during the same scan of the surface of the transparent part by the separate laser beams, it is possible to significantly increase the marking speed of the part by reducing the number of scans required compared to devices using a single laser beam marking. Thanks to the great speed of the device of the invention for the internal marking of transparent parts, it becomes possible to mark moving transparent parts having a constant scrolling speed. Thus the device of the invention can easily be installed in a production line without requiring major integration work and without modifying the rate thereof.
[0009] Le dispositif de l'invention permet de créer une modification de l'indice de réfraction de la pièce transparente aux points de focalisation des faisceaux laser séparés ou dans leur périphérie. Lors d’un balayage de ces faisceaux laser séparés et focalisés sous la surface de la pièce, il est observé la modification de l'indice de réfraction de la pièce transparente selon une ligne.The device of the invention makes it possible to create a modification of the refractive index of the transparent part at the focal points of the separate laser beams or in their periphery. When scanning these separate and focused laser beams below the workpiece surface, the refractive index of the transparent piece is observed to change along a line.
[0010] Le dispositif de l’invention permet une bonne résolution et un bon contraste de marquage interne grâce à l’utilisation de moyens de séparation de faisceau laser. En effet, ces moyens de séparation permettent le marquage de plusieurs lignes simultanément lors d’un seul balayage de la surface de la pièce par les moyens de déflection. Il en résulte que les lignes marquées simultanément sont parfaitement en phase, c’est-à-dire qu’elles ont des dimensions identiques et des extrémités semblables mais décalées par la distance interligne.The device of the invention allows good resolution and good internal marking contrast through the use of laser beam separation means. Indeed, these separation means allow the marking of several lines simultaneously during a single scan of the surface of the part by the deflection means. As a result, the lines marked simultaneously are perfectly in phase, that is, they have identical dimensions and similar ends but offset by the interline distance.
[0011] De cette manière la présente invention solutionne les problèmes de marquage interne de pièces transparentes, de manière sûre et fiable, par la création de changement d'indice de réfraction. Cela permet d'obtenir des marquages à haute résolution et donc dotés d’un bon contraste pour une lecture rapide et fiable des marquages.In this way, the present invention solves the problems of internal marking of transparent parts, in a safe and reliable manner, by creating a change in refractive index. This results in high resolution markings with good contrast for fast and reliable reading of markings.
[0012] Une pièce transparente présente de préférence un coefficient de transmission (transmittance) d’au moins 10 % dans les longueurs d’onde du visible et/ou du proche infra-rouge, par exemple entre 400 nm et 2 um, plus préférentiellement d’au moins 50 %. Par exemple une pièce transparente est un contenant, par exemple un corps de seringue, un flacon, une fiole. Des matériaux transparents constituant la pièce transparente sont par exemple, du verre, du verre sablé, du quartz, voir des matériaux polymères comme le polystyrène (PS) ou le polyméthacrylate de méthyle (PMMA). Les matériaux transparents à marquer par changement d'indice de réfraction sont préférentiellement amorphes. Préférentiellement, le coefficient de transmission est supérieur à 25 %, de manière plus préféré il est supérieur à 50 %, de manière encore plus préféré il est supérieur à 90% sur la gamme de longueur d’onde 400 nm — 2 um. Un tel coefficient de transmission est de préférence définit selon la direction du premier ou du deuxième faisceau laser séparés. Un coefficient de transmission est un terme connu de l'homme du métier. Des matériaux transparents selon l'invention peuvent également être des matériaux opaques ou semi-transparents (semi-réfléchissant). Dans le cas d’un matériau transparent, un coefficient de transmission supérieur à 10 % doit permettre à l’œil humain sain de pouvoir distinguer des formes ou une source lumineuse au travers d’une telle pièce transparente.A transparent part preferably has a transmission coefficient (transmittance) of at least 10% in the visible and / or near infrared wavelengths, for example between 400 nm and 2 μm, more preferably at least 50%. For example a transparent part is a container, for example a syringe body, a vial, a vial. Transparent materials constituting the transparent part are, for example, glass, sandblasted glass, quartz, or even polymeric materials such as polystyrene (PS) or polymethyl methacrylate (PMMA). The transparent materials to be marked by changing the refractive index are preferably amorphous. Preferably, the transmission coefficient is greater than 25%, more preferably it is greater than 50%, even more preferably it is greater than 90% over the wavelength range 400 nm - 2 µm. Such a transmission coefficient is preferably defined according to the direction of the first or of the second separated laser beam. A transmission coefficient is a term known to those skilled in the art. Transparent materials according to the invention can also be opaque or semi-transparent (semi-reflective) materials. In the case of a transparent material, a transmission coefficient greater than 10% must allow the healthy human eye to be able to distinguish shapes or a light source through such a transparent part.
[0013] De préférence, ladite surface externe de la paroi de la pièce est la surface par laquelle les faisceaux laser séparés pénètrent dans la pièce.Preferably, said outer surface of the wall of the part is the surface through which the separated laser beams enter the part.
[0014] Les moyens de déflection sont par exemple un scanner ou une tête galvanométrique.The deflection means are for example a scanner or a galvanometric head.
[0015] De préférence, les moyens de focalisation sont une lentille F-theta ou un objectif/lentille télécentrique.Preferably, the focusing means are an F-theta lens or an objective / telecentric lens.
[0016] Ainsi, les vitesses de marquage obtenues avec le dispositif selon l'invention sont pleinement compatibles avec les productivités demandées dans les secteurs industriels. Par exemple, le dispositif de l'invention permet de graver des codes 2D (QR code) de 16 lignes x 16 colonnes lisibles par caméra en moins de 0,05s. Grâce au dispositif de marquage interne de l'invention, il est possible de réaliser un marquage avec un code 2D (QR code) de 16 lignes x 16 colonnes à une cadence de 15 pièces transparentes par seconde.[0016] Thus, the marking speeds obtained with the device according to the invention are fully compatible with the productivities required in industrial sectors. For example, the device of the invention makes it possible to burn 2D codes (QR code) of 16 lines x 16 columns readable by camera in less than 0.05 s. Thanks to the internal marking device of the invention, it is possible to carry out a marking with a 2D code (QR code) of 16 lines x 16 columns at a rate of 15 transparent pieces per second.
[0017] Cette cadence est typique des besoins en traçabilité en vue du suivi de la production et du suivi des circuits de distribution de l'industrie pharmaceutique.This rate is typical of the traceability needs with a view to monitoring production and monitoring the distribution channels of the pharmaceutical industry.
[0018] Les inventeurs proposent expérimentalement que la distribution spatiale (directions X, Y) d'indice de réfraction est constituée d'une superposition de profils de type sinus selon la direction transverse X. Ils l'interprètent à l'aide de la théorie simplifiée des ondes couplées due à Kogelnik. Cette dernière suppose et n'est d'ailleurs valide que si la modulation de l'indice est constante selon la direction Z. Par ailleurs cette théorie n'est strictement applicable dans ce cas qu'à des réseaux de Bragg avec une densité de lignes supérieure à 500 traits/mm.The inventors experimentally propose that the spatial distribution (X, Y directions) of refractive index consists of a superposition of sinus type profiles in the transverse direction X. They interpret it using theory simplified coupled waves due to Kogelnik. The latter supposes and is moreover valid only if the modulation of the index is constant in the direction Z. Moreover, this theory is strictly applicable in this case only to Bragg gratings with a density of lines greater than 500 lines / mm.
[0019] Des modulations d'indice à fonction diffractive réalisées par le dispositif selon la présente invention sont d'amplitude variable selon la direction Z correspondant à la direction de propagation du faisceau laser de marquage dans la pièce transparente.Diffractive function index modulations produced by the device according to the present invention are of variable amplitude in the Z direction corresponding to the direction of propagation of the marking laser beam in the transparent part.
[0020] Cette inhomogénéité peut être expliquée par l'auto-focalisation du faisceau laser qui modifie de manière spatialement non linéaire la modulation d'indice dans la région de focalisation. Une telle distribution de modulationThis inhomogeneity can be explained by the self-focusing of the laser beam which modifies in a spatially nonlinear manner the index modulation in the focusing region. Such a modulation distribution
> BE2020/5490 d'indice ne constitue pas un réseau de Bragg et nécessite l'utilisation de modèles d'ondes couplées rigoureuses pour sa description. Ces modèles mettent d'ailleurs en évidence des comportements diffractifs très différents de ceux obtenus par des réseaux de Bragg, tels que la diffraction multi-ordre. Ceci est particulièrement vrai pour des structures diffractives à basse fréquence spatiale comme celles produites par le dispositif selon la présente invention, c’est-à-dire avec une densité de lignes comprise entre 25 et 200 traits/mm.> BE2020 / 5490 of index does not constitute a Bragg grating and requires the use of rigorous coupled wave models for its description. These models also demonstrate diffractive behaviors that are very different from those obtained by Bragg gratings, such as multi-order diffraction. This is particularly true for low spatial frequency diffractive structures such as those produced by the device according to the present invention, that is to say with a line density between 25 and 200 lines / mm.
[0021] L'invention peut être utilisée pour: - l'industrie de la décoration : il est possible de réduire le temps de traitement du verre à quelques secondes pour de larges surfaces, ce qui rend la productivité attractive pour les industries du parfum ou des boissons (vins, alcools, ) ; - les applications antifraude : il est possible d'écrire des codes individuels de manière fiable à plus de 20 codes par seconde, voire à plus de 50 codes par seconde et de lire avec la même fiabilité ces signatures invisibles mais hautement contrastées à l'aide d'un système de vision à faible coût à la fois sur des lignes de production comme avec de nouveaux lecteurs à main et il est possible aussi d'inclure des données " cachées " dans des décorations complexes associées à des dispositifs de lecture adaptés; - le marquage normatif : il est possible d'écrire des références normatives qui sont indépendantes de la qualité du verre et qui peuvent être interprétées visuellement ou lues par des systèmes de vision simples. De plus il est possible de proposer un marquage direct dans les industries pharmaceutiques, chimiques, et de la boisson, sans modifier les propriétés mécaniques, donc sans microfissures, afin de maintenir l'intégrité du verre; - dans le domaine du marquage à l'intérieur d'un substrat en verre, plus particulièrement dans des flacons, dans des bouteilles de parfum, dans du vitrage automobile, dans du verre trempé ; - dans le domaine de l'identification d'un support de données par l'utilisation d'un identifiant qui peut être inséré sur la partie transparente du support (centre du disque) ou dans le packaging afin de garantir l'originalité du support, l'identifiant pouvant être une marque, un code ou le mélange des deux.The invention can be used for: - the decoration industry: it is possible to reduce the glass processing time to a few seconds for large surfaces, which makes the productivity attractive for the perfume industries or drinks (wines, spirits,); - anti-fraud applications: it is possible to write individual codes reliably at more than 20 codes per second, or even at more than 50 codes per second and to read with the same reliability these invisible but highly contrasted signatures using a low-cost vision system both on production lines as with new hand-held readers and it is also possible to include "hidden" data in complex decorations associated with suitable reading devices; - normative marking: it is possible to write normative references which are independent of the quality of the lens and which can be interpreted visually or read by simple vision systems. In addition, it is possible to offer direct marking in the pharmaceutical, chemical and beverage industries, without modifying the mechanical properties, and therefore without microcracks, in order to maintain the integrity of the glass; - in the field of marking inside a glass substrate, more particularly in flasks, in perfume bottles, in automobile glazing, in tempered glass; - in the field of the identification of a data medium by the use of an identifier which can be inserted on the transparent part of the medium (center of the disc) or in the packaging in order to guarantee the originality of the medium, the identifier being able to be a mark, a code or the mixture of the two.
[0022] Le dispositif selon l'invention permet le remplissage du marquage interne ou de l'identifiant par une structure diffractive, ce qui présente l'avantage que les trajets de la lumière à travers l'objet transparent sont modifiés mais que la transparence de l'objet à marquer n'est pas supprimée, contrairement à une structure qui serait diffusante.The device according to the invention allows the filling of the internal marking or of the identifier by a diffractive structure, which has the advantage that the paths of the light through the transparent object are modified but that the transparency of the object to be marked is not deleted, unlike a structure which would be diffusing.
[0023] Une source laser femtoseconde est une source laser pulsée, émettant des impulsions très courtes. Chaque impulsion a une durée très courte, typiquement de l'ordre de 10 à quelques centaines de femtosecondes.A femtosecond laser source is a pulsed laser source, emitting very short pulses. Each pulse has a very short duration, typically of the order of 10 to a few hundred femtoseconds.
[0024] L'utilisation d'impulsions si courtes pour le marquage offre deux avantages principaux : - enraison de la très courte durée d'impulsion, aucun effet thermique n'apparaît durant le traitement, résultant en une haute qualité du marquage, sans création de microfissures ; et - en raison de la très haute puissance crête des impulsions, la puissance crête étant définie comme étant le rapport entre l'énergie d'une impulsion et sa durée, il est possible d'atteindre un marquage à l'intérieur de la pièce transparente sans endommager la surface de celle-ci.The use of such short pulses for the marking offers two main advantages: - due to the very short pulse duration, no thermal effect appears during the treatment, resulting in a high quality of the marking, without creation microcracks; and - due to the very high peak power of the pulses, the peak power being defined as being the ratio between the energy of a pulse and its duration, it is possible to achieve a marking inside the transparent part without damaging the surface thereof.
[0025] Selon un mode de réalisation préféré, les moyens de séparation sont configurés pour séparer le faisceau laser issu de la source laser en deux à sept faisceaux laser séparés, plus préférentiellement en trois faisceaux laser séparés.According to a preferred embodiment, the separation means are configured to separate the laser beam from the laser source into two to seven separate laser beams, more preferably into three separate laser beams.
[0026] Selon un premier mode de réalisation, un des buts de la présente invention est de proposer un dispositif pour un système de marquage interne permettant d'adapter les premier et deuxième faisceaux laser séparés en temps réel et indépendamment les uns des autres. Selon ce premier mode de réalisation, les inventeurs proposent que les moyens de séparation sont des moyens de modulation matriciels, et, plus préférentiellement, des moyens de modulation matriciels en réflexion.According to a first embodiment, one of the aims of the present invention is to provide a device for an internal marking system making it possible to adapt the first and second separated laser beams in real time and independently of each other. According to this first embodiment, the inventors propose that the separation means are matrix modulation means, and, more preferably, matrix modulation means in reflection.
[0027] Le dispositif de l'invention permet de proposer un dispositif pour un système de marquage interne de pièces transparentes permettant d’offrir une grande adaptabilité des marquages internes pouvant être inscrits. Ainsi,The device of the invention makes it possible to provide a device for an internal marking system of transparent parts making it possible to offer great adaptability of the internal markings that can be inscribed. Thereby,
l'invention permet une grande adaptabilité du marquage interne inscrits grâce à la séparation du faisceau laser pulsé par les moyens de modulation optique matriciel en un premier et un deuxième faisceaux laser séparés. Ainsi, il est possible de moduler en temps réel les dimensions et position relative des premier et deuxième faisceaux laser séparés formés par les moyens de modulation optique matriciel. Une telle adaptabilité du marquage interne pouvant être inscrit en temps réel est mise en œuvre de manière relativement simple car l'invention permet la séparation en un premier et un deuxième faisceaux séparés en amont des moyens de déflection de faisceaux.the invention allows great adaptability of the inscribed internal marking thanks to the separation of the pulsed laser beam by the matrix optical modulation means into a first and a second separate laser beam. Thus, it is possible to modulate in real time the dimensions and relative position of the first and second separated laser beams formed by the optical matrix modulation means. Such adaptability of the internal marking which can be inscribed in real time is implemented in a relatively simple manner since the invention allows the separation into a first and a second separate beams upstream of the beam deflection means.
[0028] Selon un mode de réalisation préféré du premier mode de réalisation, le moyen de modulation optique matriciel est un modulateur spatial de lumière également connu avec l’acronyme SLM. Un tel SLM peut fonctionner en réflexion ou en transmission afin d’interagir avec un faisceau source. Un SLM permet par exemple de modifier spatialement : l'amplitude et/ou la phase et/ou la polarisation d’un faisceau ayant interagit avec le moyen de modulation optique matriciel. Par exemple le modulateur optique matriciel est un modulateur de phase matriciel de type cristaux liquides sur silicium (LCOS SLM). Un SLM est de préférence du type matrice de cristaux liquides adressés électriquement.According to a preferred embodiment of the first embodiment, the matrix optical modulation means is a spatial light modulator also known with the acronym SLM. Such an SLM can operate in reflection or transmission in order to interact with a source beam. An SLM makes it possible, for example, to spatially modify: the amplitude and / or the phase and / or the polarization of a beam having interacted with the optical matrix modulation means. For example, the optical matrix modulator is a matrix phase modulator of the liquid crystal on silicon (LCOS SLM) type. An SLM is preferably of the electrically addressed liquid crystal matrix type.
[0029] Le premier mode de réalisation est particulièrement avantageux car il permet l’utilisation de moyens de modulation matriciels de surface relativement peu étendue car illuminés avec un faisceau laser pulse fixe. Grâce au positionnement des moyens de modulation matriciels en amont des moyens de déflection, leurs programmation est particulièrement aisée car illuminés avec un faisceau fixe. Si les moyens de modulation matriciels étaient positionnés en aval des moyens de déflection, il faudrait moduler en temps réel les moyens de modulation matriciels afin d’avoir une séparation de faisceaux pour toutes les positions de déflection des premier et deuxième faisceaux sur ceux-ci.The first embodiment is particularly advantageous because it allows the use of matrix modulation means of relatively small area because illuminated with a fixed pulse laser beam. Thanks to the positioning of the matrix modulation means upstream of the deflection means, their programming is particularly easy because they are illuminated with a fixed beam. If the matrix modulation means were positioned downstream of the deflection means, the matrix modulation means would have to be modulated in real time in order to have beam separation for all deflection positions of the first and second beams thereon.
[0030] Selon un autre mode de réalisation préféré du premier mode de réalisation, les moyens de modulation matriciels sont des moyens de modulation de phase matriciels, plus préférentiellement des moyens de modulation de phase matriciels en réflexion.According to another preferred embodiment of the first embodiment, the matrix modulation means are matrix phase modulation means, more preferably matrix phase modulation means in reflection.
[0031] Le moyen de modulation optique matriciel est un élément optique actif qui permet de moduler spatialement un rayonnement laser. Ainsi le moyen de modulation matriciel, permet de modifier la forme ou lintensité du faisceau en modulant sélectivement l'interaction du faisceau laser source avec la matrice de pixels du moyen de modulation optique matriciel. L'affichage d’une carte de modulation de phase par le moyen de modulation optique matriciel permet de séparer par diffraction, un premier et un deuxième (une pluralité de) faisceaux à partir d’un seul faisceau laser pulsé (collimaté). De préférence, le moyen de modulation optique matriciel permet une modulation de la phase en réflexion, et donc la diffraction du faisceau source en un premier et un deuxième (une pluralité de) faisceaux par réflexion. Un avantage du premier mode de réalisation est d'utiliser un moyen de modulation optique matriciel qui n’induit qu’une divergence négligeable sur la pluralité de faisceaux diffractés, ce qui ne nécessite pas d'utiliser des moyens de collimation/focalisation entre les moyens de modulation optique matriciels et les moyens de déflection afin de pouvoir transporter les premier et deuxième (la pluralité de) faisceaux jusqu’à la pièce à usiner.The matrix optical modulation means is an active optical element which makes it possible to spatially modulate laser radiation. Thus, the matrix modulation means makes it possible to modify the shape or the intensity of the beam by selectively modulating the interaction of the source laser beam with the matrix of pixels of the optical matrix modulation means. The display of a phase modulation map by the optical matrix modulation means makes it possible to separate by diffraction, a first and a second (a plurality of) beams from a single pulsed (collimated) laser beam. Preferably, the matrix optical modulation means allows modulation of the phase in reflection, and therefore the diffraction of the source beam into a first and a second (a plurality of) beams by reflection. An advantage of the first embodiment is to use a matrix optical modulation means which induces only a negligible divergence on the plurality of diffracted beams, which does not require the use of collimation / focusing means between the means. matrix optical modulation and the deflection means in order to be able to transport the first and second (the plurality of) beams to the workpiece.
[0032] Selon un autre mode de réalisation préféré du premier mode de réalisation, les moyens de modulation de phase matriciels en réflexion sont un LCOS, en ce qu'ils sont aptes à séparer ledit faisceau laser pulse polarisé linéairement en premier et deuxième (en une pluralité de) faisceaux laser séparés.According to another preferred embodiment of the first embodiment, the reflection matrix phase modulation means are an LCOS, in that they are capable of separating said linearly polarized pulse laser beam in first and second (in a plurality of) separate laser beams.
[0033] Selon une deuxième mode de réalisation, les moyens de séparation comprennent un élément optique diffractif fixe pour la mise en forme de faisceau. La mise en forme du faisceau laser correspond à une séparation du faisceau laser en un premier et un deuxième (en une pluralité de) faisceaux laser séparés. Un élément optique diffractif fixe est par exemple un DOE, acronyme connu de l'homme du métier.According to a second embodiment, the separation means comprise a fixed diffractive optical element for beam shaping. The shaping of the laser beam corresponds to a separation of the laser beam into a first and a second (in a plurality of) separate laser beams. A fixed diffractive optical element is for example a DOE, an acronym known to those skilled in the art.
[0034] Selon un mode de réalisation préféré du deuxième mode de réalisation, l’élément optique diffractif fixe est un élément optique diffractif en transmission.[0034] According to a preferred embodiment of the second embodiment, the fixed diffractive optical element is a diffractive optical element in transmission.
[0035] Selon un autre mode de réalisation préféré du deuxième mode de réalisation, l'élément optique diffractif fixe est un premier élément optique diffractif fixe en réflexion.According to another preferred embodiment of the second embodiment, the fixed diffractive optical element is a first diffractive optical element fixed in reflection.
[0036] Selon un autre mode de réalisation préféré du deuxième mode de réalisation, les moyens de séparation comprennent en outre un deuxièmeAccording to another preferred embodiment of the second embodiment, the separation means further comprise a second
? BE2020/5490 élément optique diffractif fixe en réflexion de sorte que le faisceau laser décrive au moins une réflexion sur chacun des premier et deuxième éléments optique diffractifs en réflexion, plus préférentiellement au moins deux réflexions sur chacun des premier et deuxième éléments optique diffractifs en réflexion.? BE2020 / 5490 fixed diffractive optical element in reflection so that the laser beam describes at least one reflection on each of the first and second diffractive optical elements in reflection, more preferably at least two reflections on each of the first and second diffractive optical elements in reflection.
[0037] Au moins deux réflexions du faisceau laser pulsé sur deux éléments optiques diffractifs permet d’avoir un meilleur contrôle de la séparation du faisceau laser pulsé en un premier et un deuxième (une pluralité de) faisceaux laser séparés. Aussi, cela permet d’avoir un meilleur contrôle de la profondeur de champ lorsque le premier et le deuxième (la pluralité de) faisceaux laser séparés sont ensuite focalisés. Lorsque cela est souhaité, ce mode de réalisation de l'invention permet d'obtenir une profondeur de champ beaucoup plus grande en comparaison avec la profondeur de champ obtenue lors d'une seule interaction du faisceau avec un élément optique diffractif.[0037] At least two reflections of the pulsed laser beam on two diffractive optical elements allows better control of the separation of the pulsed laser beam into a first and a second (a plurality of) separate laser beams. Also, it allows for better control of the depth of field when the first and second (the plurality of) separate laser beams are then focused. When desired, this embodiment of the invention makes it possible to obtain a much greater depth of field in comparison with the depth of field obtained during a single interaction of the beam with a diffractive optical element.
[0038] De préférence, les moyens de déflection comprennent un scanner pour déplacer les premier et deuxième faisceaux laser séparés selon deux directions X et Y orthogonales.Preferably, the deflection means comprise a scanner for moving the first and second laser beams separated in two orthogonal X and Y directions.
[0039] De manière encore plus préférée, les moyens de déflection comprennent en outre un télescope motorisé positionné entre ledit scanner et les moyens de focalisation de sorte qu'il permette de modifier la position des points de focalisation relativement auxdits moyens de focalisation. Le télescope motorisé permet d'ajuster la focalisation des faisceaux laser séparés dans la paroi afin de permettre le marquage interne de pièces dont la position par rapport aux moyens de focalisation peut varier. Le télescope motorisé peut également permettre de modifier la profondeur de focalisation à l’intérieur de la paroi de la pièce par rapport à la surface externe de la pièce. Le télescope motorisé permet d'ajuster la position des points de focalisation par rapport à la surface de la paroi de la pièce. Ceci est particulièrement avantageux lorsqu'il est désiré de garantir un marquage interne d’une pièce propre, sans formation de débris ou d’endommagement d’une surface de la paroi de la pièce.Even more preferably, the deflection means further comprise a motorized telescope positioned between said scanner and the focusing means so that it makes it possible to modify the position of the focusing points relative to said focusing means. The motorized telescope makes it possible to adjust the focusing of the laser beams separated in the wall in order to allow the internal marking of parts whose position relative to the focusing means may vary. The motorized telescope can also be used to change the depth of focus inside the room wall relative to the outside surface of the room. The motorized telescope makes it possible to adjust the position of the focal points relative to the surface of the room wall. This is particularly advantageous when it is desired to ensure an internal marking of a clean part, without the formation of debris or damage to a surface of the part wall.
[0040] De préférence, le dispositif optique de l'invention comprend des moyens de gestion de taille de faisceau positionnés entre la source et les moyens de séparation.Preferably, the optical device of the invention comprises beam size management means positioned between the source and the separation means.
[0041] Selon un deuxième aspect, un des buts de la présente invention est de proposer un système pour le marquage interne de pièces transparentes.According to a second aspect, one of the aims of the present invention is to provide a system for the internal marking of transparent parts.
[0042] A cet effet, les inventeurs proposent un système comprenant : - un dispositif optique selon le premier aspect ; - la pièce transparente à marquer.To this end, the inventors propose a system comprising: an optical device according to the first aspect; - the transparent part to be marked.
[0043] Les différentes variantes et avantages décrits pour le dispositif optique selon le premier aspect de l'invention s'applique au système selon le deuxième aspect, mutatis mutandis.The different variants and advantages described for the optical device according to the first aspect of the invention apply to the system according to the second aspect, mutatis mutandis.
[0044] De préférence, - les moyens de séparation sont configurés pour séparer le faisceau laser issu de la source laser en trois faisceaux laser séparés ; - les moyens de déflection et de focalisation sont configurés et la pièce est positionnée de sorte que les premier, deuxième et troisième faisceaux laser séparés sont alignés lorsqu'ils entrent en interaction avec la surface externe de la pièce. Alignés signifie que les impacts des premier, deuxième et troisième faisceaux sur la surface de la pièce forment une droite.Preferably, - the separation means are configured to separate the laser beam from the laser source into three separate laser beams; the deflection and focusing means are configured and the part is positioned so that the first, second and third separate laser beams are aligned when they interact with the outer surface of the part. Aligned means that the impacts of the first, second and third beams on the surface of the part form a straight line.
[0045] De préférence, - les moyens de séparation sont configurés pour séparer le faisceau laser issu de la source laser en trois faisceaux laser séparés ; - les moyens de déflection et de focalisation sont configurés et la pièce est positionnée de sorte que les premier, deuxième et troisième faisceaux laser séparés sont focalisés dans la paroi de la pièce avec une distance entre les points de focalisation des faisceaux laser séparés comprise entre 5 um et 40 um, de préférence 10 um et 25 um, par exemple égale à 15 um.Preferably, - the separation means are configured to separate the laser beam from the laser source into three separate laser beams; - the deflection and focusing means are configured and the part is positioned so that the first, second and third separate laser beams are focused in the wall of the part with a distance between the focal points of the separate laser beams between 5 µm and 40 µm, preferably 10 µm and 25 µm, for example equal to 15 µm.
[0046] De préférence, les moyens de focalisation sont configurés pour focaliser les faisceaux lasers séparés dans la pièce, à une distance de la surface comprise entre 50 um et 200 um, par exemple 100 um.Preferably, the focusing means are configured to focus the laser beams separated in the room, at a distance from the surface of between 50 μm and 200 μm, for example 100 μm.
[0047] De préférence, le système comprend en outre : - des moyens de détection d’une position en profondeur de la surface externe de la pièce ;Preferably, the system further comprises: - means for detecting a position in depth of the external surface of the part;
- Un télescope motorisé pour ajuster la profondeur des points de focalisation des faisceaux laser séparés dans la paroi par rapport à la surface externe de la pièce, en fonction de la position en profondeur, - des moyens de contrôle pour contrôler le télescope motorisé à partir d'une information reçue des moyens de détection d’une position en profondeur de la surface externe de la pièce. Une position en profondeur est une direction selon la direction Z.- A motorized telescope to adjust the depth of the focal points of the laser beams separated in the wall with respect to the external surface of the part, according to the position in depth, - control means for controlling the motorized telescope from information received from the means for detecting a position in depth of the external surface of the part. A depth position is a direction along the Z direction.
[0048] De préférence, le système comprend en outre : - des moyens de vision pour analyser un marquage interne d’une pièce transparente ; - des moyens de tri pour diriger une pièce transparente vers : o une première direction, une pièce transparente lorsque celle-ci est jugée conforme par les moyens de vision, o une deuxième direction, une pièce transparente lorsque celle-ci est jugée non-conforme par les moyens de vision.Preferably, the system further comprises: - viewing means for analyzing an internal marking of a transparent part; - sorting means for directing a transparent part towards: o a first direction, a transparent part when it is judged compliant by the viewing means, o a second direction, a transparent part when it is judged non-compliant by means of vision.
[0049] De préférence, les moyens de vision comprennent en outre : - des moyens d’éclairage de la pièce configurés pour émettre un faisceau lumineux d'inspection, - une caméra configurée pour détecter lors du passage de la pièce dans le faisceau lumineux d'inspection, un signal lumineux issu du marquage interne de la pièce transparente.Preferably, the viewing means further comprise: - room lighting means configured to emit an inspection light beam, - a camera configured to detect when the part passes through the light beam d inspection, a light signal from the internal marking of the transparent part.
[0050] De préférence, le système comprend en outre : - des moyens de convoyage de la pièce transparente.Preferably, the system further comprises: - means for conveying the transparent part.
[0051] Selon un troisième aspect, les inventeurs proposent un procédé pour le marquage interne d’une pièce transparente comprenant les étapes suivantes : a. fournir une pièce transparente à marquer délimitée par une paroi présentant une surface externe ; b. fournir un dispositif optique selon le premier aspect ou un système selon le deuxième aspect ; c. activer le dispositif optique de sorte à diriger et focaliser les premier et deuxième faisceaux lasers séparés à l’intérieur de la paroi de la pièce transparente ;According to a third aspect, the inventors propose a method for the internal marking of a transparent part comprising the following steps: a. providing a transparent part to be marked delimited by a wall having an external surface; b. providing an optical device according to the first aspect or a system according to the second aspect; vs. activate the optical device so as to direct and focus the first and second separate laser beams within the wall of the transparent part;
d. balayer la surface de la pièce avec les premier et deuxième faisceaux lasers séparés en actionnant les moyens de déflection de sorte à marquer la pièce transparente en une pluralité de lignes, en modifiant sélectivement à l'intérieur de la paroi de la pièce transparente, son indice de réfraction.d. scan the surface of the part with the first and second separate laser beams by actuating the deflection means so as to mark the transparent part in a plurality of lines, by selectively modifying inside the wall of the transparent part, its index refraction.
[0052] Les différentes variantes et avantages décrits pour le dispositif optique selon le premier aspect de l’invention et pour le système selon le deuxième aspect s'appliquent au procédé selon le troisième aspect, mutatis mutandis.The different variants and advantages described for the optical device according to the first aspect of the invention and for the system according to the second aspect apply to the method according to the third aspect, mutatis mutandis.
[0053] De préférence, les moyens de déflection sont configurés pour marquer la pièce transparente avec une pluralité de lignes essentiellement parallèles entre elles avec un pas entre elles essentiellement constant et compris entre 5 um et 40 um.Preferably, the deflection means are configured to mark the transparent part with a plurality of lines essentially parallel to each other with a pitch between them which is essentially constant and between 5 μm and 40 μm.
[0054] De préférence les faisceaux laser séparés sont focalisés à l’intérieur de la paroi ayant une épaisseur d, les faisceaux laser séparés sont focalisés à une distance sous la surface essentiellement égale à la moitié de ladite épaisseur d.Preferably the separated laser beams are focused within the wall having a thickness d, the separated laser beams are focused at a distance below the surface substantially equal to half of said thickness d.
Brève description des figuresBrief description of the figures
[0055] Ces aspects ainsi que d’autres aspects de l'invention seront clarifiés dans la description détaillée de modes de réalisation particuliers de l'invention, référence étant faite aux dessins des figures, dans lesquelles: - laFig.1 montre un mode de réalisation du dispositif selon l'invention; - la Fig.2 montre un mode de réalisation préféré du dispositif selon l'invention; - la Fig.3 montre un mode de réalisation du système selon l’invention; - la Fig.4 montre un mode de réalisation préféré du système selon l'invention; - la Fig.5 montre un mode de réalisation préféré des moyens de vision selon l'invention; - la Fig.6A montre une coupe transversale de la paroi d’une pièce ayant été marquée en interne;These aspects as well as other aspects of the invention will be clarified in the detailed description of particular embodiments of the invention, reference being made to the drawings of the figures, in which: - Fig.1 shows one embodiment realization of the device according to the invention; - Fig.2 shows a preferred embodiment of the device according to the invention; - Fig.3 shows an embodiment of the system according to the invention; - Fig.4 shows a preferred embodiment of the system according to the invention; - Fig.5 shows a preferred embodiment of the viewing means according to the invention; - Fig.6A shows a cross section of the wall of a part that has been marked internally;
- laFig.6B montre une vue de dessus d’une pièce ayant été marquée en interne, l'emplacement de la coupe de la Fig. 6A y étant indiqué. - les Figs. 7, 8A, 8B, 9A, 9B montrent des modes de réalisation des moyens de séparation compris dans le dispositif.- Fig. 6B shows a top view of a part that has been marked internally, the location of the cut in Fig. 6A being indicated therein. - Figs. 7, 8A, 8B, 9A, 9B show embodiments of the separation means included in the device.
Les dessins des figures ne sont pas à l’échelle. Généralement, des éléments semblables sont dénotés par des références semblables dans les figures. La présence de numéros de référence aux dessins ne peut être considérée comme limitative, y compris lorsque ces numéros sont indiqués dans les revendications. Description détaillée de certains modes de réalisation de l’inventionThe drawings of the figures are not to scale. Generally, like elements are denoted by like references in the figures. The presence of reference numbers in the drawings cannot be considered as limiting, including when these numbers are indicated in the claims. Detailed description of certain embodiments of the invention
[0056] Les figures 1, 2, 3, 4, 5, 6A, 6B sont définies selon des coordonnées cartésiennes dans l’espace. Ces coordonnées cartésiennes dans l’espace sont définies par trois vecteurs non coplanaires X ÿ,Z que nous appellerons ici directions X, Y, Z respectivement. Les directions X, Y, Z sont toutes orthogonales entre elles.Figures 1, 2, 3, 4, 5, 6A, 6B are defined according to Cartesian coordinates in space. These Cartesian coordinates in space are defined by three non-coplanar vectors X ÿ, Z which we will call here directions X, Y, Z respectively. The directions X, Y, Z are all orthogonal to each other.
[0057] La figure 1 montre un exemple de mode de réalisation du dispositif 1 selon l'invention. Le dispositif 1 est configuré pour marquer une pièce 2 comprenant une paroi 4 délimitée par une surface externe 3. Le dispositif 1 permet de marquer la pièce à l’intérieur de la paroi 4 transparente de la pièce 2. La portion de paroi 4 à marquer à l’intérieur est orientée selon les directions X, Y. La définition de l’orientation de la paroi selon un plan ne signifie pas que seules des parois essentiellement droites peuvent être marquées par le dispositif 1 de l'invention. Par exemple, des pièces avec des parois 4 délimitées par une surface 3 courbe, présentant un rayon de courbure peuvent être marquées par le dispositif 1 selon l'invention.FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the device 1 according to the invention. The device 1 is configured to mark a part 2 comprising a wall 4 delimited by an external surface 3. The device 1 makes it possible to mark the part inside the transparent wall 4 of the part 2. The wall portion 4 to be marked inside is oriented in the X, Y directions. The definition of the orientation of the wall according to a plane does not mean that only essentially straight walls can be marked by the device 1 of the invention. For example, parts with walls 4 delimited by a curved surface 3, having a radius of curvature can be marked by the device 1 according to the invention.
[0058] Le dispositif 1 de la figure 1 montre une source laser 10 configurée pour émettre un faisceau laser 11. Les moyens de séparation 30 sont configurés pour séparer (selon la direction Y) le faisceau laser 11 en un premier 31 et un deuxième 32 faisceau laser séparés. Ces premier 31 et deuxième 32 faisceaux laser séparés sont ensuite dirigés en direction de la surface externe 3 de la pièce 2 par des moyens de déflection 60. Les moyens de déflection 60 représentés en Figure 1 sont configurés pour modifier les directions de propagation des premier 31 et deuxième 32 faisceaux laser séparés selon les directions X et Y. Des moyens de focalisation 70 sont positionnés entre les moyens de déflection 60 et la pièce 2 afin de permettre une focalisation des premier 31 et deuxième 32 faisceaux laser séparés à l’intérieur de la pièce transparente 2. Afin de réaliser le marquage à l’intérieur de la paroi 4, les premier 31 et deuxième 32 faisceaux laser séparés sont focalisés en-dessous de la surface 3, c’est-à-dire à l’intérieur de la paroi 4. Selon un mode de réalisation préféré, les moyens de déflection de la figure 1 comprennent un scanner 61 pour déplacer lesdits premier 31 et deuxième 32 faisceaux laser séparés selon deux directions X et Y orthogonales.The device 1 of Figure 1 shows a laser source 10 configured to emit a laser beam 11. The separation means 30 are configured to separate (in the Y direction) the laser beam 11 into a first 31 and a second 32 separate laser beam. These first 31 and second 32 separate laser beams are then directed towards the outer surface 3 of the part 2 by deflection means 60. The deflection means 60 shown in Figure 1 are configured to modify the directions of propagation of the first 31. and second 32 laser beams separated in the X and Y directions. Focusing means 70 are positioned between the deflection means 60 and the part 2 in order to allow focusing of the first 31 and second 32 laser beams separated inside the chamber. transparent part 2. In order to carry out the marking inside the wall 4, the first 31 and second 32 separate laser beams are focused below the surface 3, that is to say inside the wall 4. According to a preferred embodiment, the deflection means of FIG. 1 comprise a scanner 61 for moving said first 31 and second 32 laser beams separated in two orthogonal X and Y directions.
[0059] La figure 2 montre un autre mode de réalisation du dispositif 1 de l’invention semblable au mode de réalisation de la figure 1. Dans le mode de réalisation de la figure 2, les moyens de déflection 60 comprennent : - un scanner 61 pour déplacer lesdits premier 31 et deuxième 32 faisceaux laser séparés selon deux directions X et Y orthogonales ; - un télescope motorisé 62 positionné entre le scanner 61 et les moyens de focalisation 70 de sorte qu'il permette de modifier la position des points de focalisation relativement auxdits moyens de focalisation 70. Le mode de réalisation de la figure 2 permet un ajustement de la profondeur de marquage à l’intérieur de la paroi 4 de la pièce 2, grâce à l’ajustement de la distance (profondeur) de focalisation des premier 31 et deuxième 32 faisceaux laser séparés par rapport à la surface externe 3 de la pièce 2. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux car il permet de conserver une distance fixe entre les moyens de focalisation 70 et la surface externe 3 de la pièce 2.Figure 2 shows another embodiment of the device 1 of the invention similar to the embodiment of Figure 1. In the embodiment of Figure 2, the deflection means 60 include: - a scanner 61 for moving said first 31 and second 32 separated laser beams in two orthogonal X and Y directions; a motorized telescope 62 positioned between the scanner 61 and the focusing means 70 so that it makes it possible to modify the position of the focusing points relative to said focusing means 70. The embodiment of FIG. 2 allows adjustment of the marking depth inside the wall 4 of the part 2, thanks to the adjustment of the distance (depth) of focusing of the first 31 and second 32 laser beams separated from the outer surface 3 of the part 2. This embodiment is particularly advantageous because it makes it possible to maintain a fixed distance between the focusing means 70 and the external surface 3 of the part 2.
[0060] La figure 3 montre un mode de réalisation du système 100 selon le deuxième aspect de l'invention. Le système 100 de l'invention comprend en plus du dispositif optique 1, des moyens de convoyage 50 de la pièce transparente 2 pour permettre le défilement de la pièce transparente 2 de sorte qu’elle soit exposée aux premier 31 et deuxième 32 faisceaux laser séparés. Le système 100 de l'invention montré en figure 3 comprend des moyens de détection 80 d'une position en profondeur (selon la direction Z) de la surface externe 3 de la pièce 2. Ces moyens de détection 80 sont connectés à des moyens de contrôle 85 pour contrôler ledit télescope motorisé afin de pouvoir ajuster la profondeur des points de focalisation des faisceaux laser séparés 31, 32 dans ladite paroi 4 par rapport à la surface externe 3 de la pièce 2, en fonction de ladite position en profondeur. Les moyens de détections sont par exemple une caméra permettant de définir une position d’un objet selon la direction Z, en particulier la position de la surface externe 3 de la pièce 2. Ainsi, les moyens de convoyage 50 permettent de transporter une pièce 2 au niveau des moyens de détection 80, puis au niveau du dispositif optique 1 afin que la pièce soit marquée à l’intérieur par un marquage interne 5. La position du marquage interne 5 pouvant facilement être ajustée grâce au contrôle de la profondeur de focalisation permise par les informations reçue des moyens de détection 80. La figure 3 montre une première pièce 2 au niveau des moyens de détection 80, une deuxième pièce 2 au niveau du dispositif 1 puis une troisième pièce 2 ayant été marquée à l’intérieur de la paroi 4 par le dispositif 1. Les première, deuxième et troisième pièces sont convoyées par les moyens de convoyage 50. La figure 3 illustre un déplacement des pièces 2 par les moyens de convoyage selon la direction Y.FIG. 3 shows an embodiment of the system 100 according to the second aspect of the invention. The system 100 of the invention comprises, in addition to the optical device 1, means 50 for conveying the transparent part 2 to allow the movement of the transparent part 2 so that it is exposed to the first 31 and second 32 separate laser beams. . The system 100 of the invention shown in FIG. 3 comprises means 80 for detecting a position in depth (in the Z direction) of the external surface 3 of the part 2. These detection means 80 are connected to means of control 85 to control said motorized telescope in order to be able to adjust the depth of the focal points of the separated laser beams 31, 32 in said wall 4 with respect to the external surface 3 of the part 2, as a function of said depth position. The detection means are for example a camera making it possible to define a position of an object in the Z direction, in particular the position of the external surface 3 of the part 2. Thus, the conveying means 50 make it possible to transport a part 2. at the level of the detection means 80, then at the level of the optical device 1 so that the part is marked on the inside by an internal marking 5. The position of the internal marking 5 can easily be adjusted thanks to the control of the permitted depth of focus by the information received from the detection means 80. FIG. 3 shows a first part 2 at the level of the detection means 80, a second part 2 at the level of the device 1 then a third part 2 having been marked inside the wall 4 by the device 1. The first, second and third parts are conveyed by the conveying means 50. FIG. 3 illustrates a movement of the parts 2 by the conveying means in the direction Y.
[0061] Le mode de réalisation de la figure 4, comprend en plus du mode de réalisation de la figure 3, des moyens de vision 90 permettant d’analyser un marquage interne 5 d’une pièce transparente 2 ayant été marqué par le dispositif optique 1. Le mode de réalisation de la figure 4 comprend en outre des moyens de tri 110 pour déplacer sélectivement une pièce transparente 2 vers une première direction 111, lorsque celle-ci est jugée conforme par lesdits moyens de vision 90, ou vers une deuxième direction 112 lorsque celle-ci est jugée non- conforme par lesdits moyens de vision 90. Les moyens de vision 90 comprennent par exemple des moyens de lecture d’un QR code. Les moyens de vision 90 représenté en figure 4 comprennent des moyens d’éclairage 93 de la pièce 2 configurés pour émettre un faisceau lumineux d'inspection 94, une caméra 96 configurée pour détecter lors du passage de la pièce 2 dans le faisceau lumineux d'inspection 94, un signal lumineux 95 issu du marquage interne 5 de la pièce transparente 2. En fonction du signal lumineux 95 détecté par la caméra 96 et transmis aux moyens de tri 110, les moyens de tri 110 permettent de diriger les pièces 2 vers la première 111 ou vers la deuxième direction 112.The embodiment of Figure 4, comprises in addition to the embodiment of Figure 3, viewing means 90 for analyzing an internal marking 5 of a transparent part 2 having been marked by the optical device 1. The embodiment of FIG. 4 further comprises sorting means 110 for selectively moving a transparent part 2 towards a first direction 111, when the latter is judged to be compliant by said viewing means 90, or towards a second direction. 112 when the latter is deemed to be non-compliant by said viewing means 90. The viewing means 90 for example comprise means for reading a QR code. The viewing means 90 shown in FIG. 4 comprise lighting means 93 of the part 2 configured to emit an inspection light beam 94, a camera 96 configured to detect during the passage of the part 2 in the light beam of inspection 94, a light signal 95 from the internal marking 5 of the transparent part 2. Depending on the light signal 95 detected by the camera 96 and transmitted to the sorting means 110, the sorting means 110 make it possible to direct the parts 2 towards the first 111 or towards the second direction 112.
[0062] La figure 5 montre une vue détaillée des moyens de vision 90. Les moyens de vision 90 permettent une lecture d’un marquage interne 5 d’une portion 4 de la pièce 2 lorsque celui-ci présente des propriétés optique diffractive et/ou de réfractive. Grâce aux propriétés du marquage interne 5, il est possible de lire avec un contraste très élevé le marquage interne 5, ce qui permet une lecture très fiable de celui-ci. Ceci est possible en éclairant le marquage interne avec un faisceau lumineux d’inspection 94 dont la direction décrit un angle avec 5 la surface externe 3 de la pièce supérieur à 10°, voir supérieur à 20°. Grâce aux propriétés réfractives et/ou diffractive du marquage interne 5, celui-ci modifie sélectivement la direction de propagation du faisceau lumineux d'inspection 94. La portion du faisceau lumineux d'inspection 94 dont la direction est modifiée par le marquage interne 5 devient un signal lumineux 95 issue du marquage interneFigure 5 shows a detailed view of the viewing means 90. The viewing means 90 allow reading of an internal marking 5 of a portion 4 of the part 2 when the latter has diffractive optical properties and / or refractive. Thanks to the properties of the internal marking 5, it is possible to read the internal marking 5 with a very high contrast, which allows a very reliable reading of the latter. This is possible by illuminating the internal marking with an inspection light beam 94, the direction of which describes an angle with the external surface 3 of the part greater than 10 °, or even greater than 20 °. Thanks to the refractive and / or diffractive properties of the internal marking 5, the latter selectively modifies the direction of propagation of the inspection light beam 94. The portion of the inspection light beam 94 whose direction is modified by the internal marking 5 becomes a 95 light signal from the internal marking
5. Ce signal lumineux 95 est alors dirigé vers la caméra 96 (par exemple un capteur CCD). L’angle du faisceau lumineux d’inspection 94 avec la surface externe 3 de la pièce devrait être choisi en fonction des propriétés réfractive et/ou diffractive du marquage interne 5 souhaité. Préférentiellement, langle du faisceau lumineux d'inspection 94 avec la surface externe 3 est définit dans un plan selon les directions ZY.5. This light signal 95 is then directed towards the camera 96 (for example a CCD sensor). The angle of the inspection light beam 94 with the external surface 3 of the workpiece should be chosen depending on the refractive and / or diffractive properties of the desired internal marking 5. Preferably, the angle of the inspection light beam 94 with the external surface 3 is defined in a plane along the ZY directions.
[0063] La figure 6A montre une coupe transversale d’une pièce 2 selon les directions ZY. Cette coupe transversale est une coupe transversale du marquage interne 5 montré en figure 6B. Les portions de marquage interne 5 représentées en figure 6A montrent que le dispositif 1 et le système 100 selon l'invention permettent la formation de volumes en trois dimensions à l’intérieur de la paroi ayant des propriétés structurelles différentes. Par exemple les portions de matériaux transparents modifiés par le marquage interne 5 sont dans une phase amorphe différente de la phase amorphe du matériau de la pièce situé tout autour. Les portions de marquage interne obtenues ont souvent une forme — ovoïde. De telles portions de marquage interne ont par exemple des dimensions: - largeur 6, selon une direction X ou Y, dimension minimal correspond à la plus petite portion d’un marquage interne 5 ; la largeur est alors comprise entre 10 et 20 um ; - profondeur 7, selon une direction Z, dimension correspond à la profondeur des portions de marquage interne 5, cette dimensions est relativement constante pour toutes les portions d’un marquage interne 5. Cette dimension de préférence inférieure à 150 um, de façon plus préférée inférieure à 100 um.[0063] Figure 6A shows a cross section of a part 2 in the ZY directions. This cross section is a cross section of the internal marking 5 shown in Figure 6B. The internal marking portions 5 shown in Figure 6A show that the device 1 and the system 100 according to the invention allow the formation of three-dimensional volumes inside the wall having different structural properties. For example, the portions of transparent materials modified by the internal marking 5 are in an amorphous phase different from the amorphous phase of the material of the part located all around. The internal marking portions obtained often have a shape - ovoid. Such internal marking portions have for example dimensions: - width 6, in an X or Y direction, minimum dimension corresponds to the smallest portion of an internal marking 5; the width is then between 10 and 20 µm; - depth 7, in a direction Z, dimension corresponds to the depth of the internal marking portions 5, this dimension is relatively constant for all the portions of an internal marking 5. This dimension is preferably less than 150 μm, more preferably less than 100 µm.
Les portions de marquage interne 5 peuvent centrées selon l'épaisseur d de la pièce. L'épaisseur d de la pièce est définie selon la direction Z. Par exemple, pour ne pas endommager les surfaces d’une portion 4 de pièce d’épaisseur 1 mm, il est souvent choisi de réaliser le marquage interne 5 dans une zone de portion 4 situé à au moins 200 um d’une surface externe 3 de la portion 4 de pièce, de manière plus préférée à au moins 300 um. Ainsi le risque de formation de débris lors de la formation du marquage interne 5 est très fortement réduit.The internal marking portions 5 can be centered according to the thickness d of the part. The thickness d of the part is defined in the Z direction. For example, in order not to damage the surfaces of a portion 4 of a 1 mm thick part, it is often chosen to carry out the internal marking 5 in a zone of portion 4 located at least 200 µm from an outer surface 3 of part portion 4, more preferably at least 300 µm. Thus the risk of debris formation during the formation of the internal marking 5 is very greatly reduced.
[0064] La figure 6B montre un marquage interne 5 vue à partir de la surface externe 3 de la pièce 2. La figure 6B représente la formation d’un marquage interne de type QR code avec inscription d’une ligne (d’une colonne) de pixels lors d’un balayage par les moyens de déflection 60 sur la surface 3 des premier 31 et deuxième 32 faisceaux lasers séparés. Ces lignes (colonne) sont ainsi marquées sélectivement en fonction de l'information que l’on souhaite que contienne le marquage interne 5. Ainsi sur la figure 6B, le balayage des premier 31 et deuxième 32 faisceaux lasers séparés a été réalisé selon la direction Y pour réaliser une ligne (colonne). Une première ligne (colonne) a été inscrite comprenant trois pixels marqués (représentés par des traits fins) séparés par des pixels non-marqués. Chaque pixel marqué l’a été par les premier 31 et deuxième 32 faisceaux lasers séparés, ce qui est représenté par les traits épais. Après un déplacement des premier 31 et deuxième 32 faisceaux lasers séparés selon la direction X, une deuxième ligne a ensuite été inscrite comprenant quatre pixels adjacents marqués, deux pixels non-marqués puis un pixel marqué. Après un subséquent déplacement des premier 31 et deuxième 32 faisceaux lasers séparés selon la direction X, une troisième ligne a ensuite été inscrite comprenant un pixel non-marqué, un pixel marqué, un pixel non-marqué puis quatre pixels adjacents marqués. Un pas 8 définit l’espacement selon la direction X entre le barycentre des pixels ou des lignes marqués. Un tel pas 8 est par exemple compris entre 25 um et 80 um, de préférence entre 30 um et 60 um.FIG. 6B shows an internal marking 5 seen from the external surface 3 of the part 2. FIG. 6B represents the formation of an internal marking of the QR code type with the inscription of a row (of a column ) of pixels during a scan by the deflection means 60 on the surface 3 of the first 31 and second 32 separate laser beams. These lines (column) are thus selectively marked as a function of the information that it is desired to contain the internal marking 5. Thus in FIG. 6B, the scanning of the first 31 and second 32 separate laser beams has been carried out in the direction Y to create a row (column). A first row (column) has been entered comprising three marked pixels (represented by thin lines) separated by unmarked pixels. Each marked pixel has been marked by the first 31 and second 32 separate laser beams, which is represented by the thick lines. After moving the first 31 and second 32 laser beams separated in the X direction, a second line was then written comprising four adjacent marked pixels, two non-marked pixels then one marked pixel. After a subsequent displacement of the first 31 and second 32 laser beams separated in the X direction, a third line was then written comprising an unmarked pixel, a marked pixel, an unmarked pixel and then four adjacent marked pixels. A step 8 defines the spacing in the X direction between the barycenter of the marked pixels or lines. Such a pitch 8 is for example between 25 μm and 80 μm, preferably between 30 μm and 60 μm.
[0065] La Figure 7 montre des moyens de séparation 30 comprenant un premier élément optique diffractif en réflexion 37 et un deuxième élément optique diffractif en réflexion 38. Le premier 37 et le deuxième 38 éléments optiques diffractifs en réflexion comprennent chacun un réseau de diffraction pour diffracter un faisceau laser en réflexion. Le faisceau laser pulsé 11 est dirigé vers le réseau de diffraction du premier 37 élément optique diffractif en réflexion, le faisceau diffracté et réfléchi est alors dirigé vers le deuxième élément optique en réflexion 38 ou il est à nouveau diffracté et réfléchi en un premier 31 et un deuxième 32 faisceaux laser séparés. Dans un autre mode de réalisation des moyens de séparation de la Fig. 7, le faisceau laser pulse 11 est réfléchi et diffracté au moins deux fois sur chacun des premier 37 et deuxième 38 éléments optiques diffractifs en réflexion de sorte qu’un premier 31 et un deuxième 32 faisceaux laser séparés sont générés par les moyens de séparation 30. Au moins deux réflexions du faisceau pulsé 11 permettent un meilleur contrôle de la séparation des premier 31 et deuxième 32 faisceaux laser séparés, et, en particulier, un meilleur contrôle de la profondeur de champ lorsque les premier 31 et deuxième 32 faisceaux laser séparés sont ensuite focalisés par les moyens de focalisation 70 à l’intérieur de la portion 4 de la pièce 2.Figure 7 shows separation means 30 comprising a first reflective diffractive optical element 37 and a second reflective diffractive optical element 38. The first 37 and the second 38 reflective diffractive optical elements each comprise a diffraction grating for diffract a laser beam in reflection. The pulsed laser beam 11 is directed towards the diffraction grating of the first diffractive optical element 37 in reflection, the diffracted and reflected beam is then directed towards the second optical element in reflection 38 where it is again diffracted and reflected in a first 31 and a second 32 separate laser beams. In another embodiment of the separation means of FIG. 7, the pulse laser beam 11 is reflected and diffracted at least twice on each of the first 37 and second 38 reflective diffractive optical elements so that a first 31 and a second 32 separate laser beams are generated by the separation means 30 At least two reflections of the pulsed beam 11 allow better control of the separation of the first 31 and second 32 separate laser beams, and, in particular, better control of the depth of field when the first 31 and second 32 separate laser beams are then focused by the focusing means 70 inside the portion 4 of the part 2.
[0066] La Figure 8A montre des moyens de séparation 30 comprenant un élément optique diffractif en transmission 36. Un élément diffractif en transmission 36 comprend un réseau de diffraction sur au moins l’une de ses surfaces. Par exemple, un élément diffractif en transmission 36 est constitué d’un matériau transparent au faisceau laser pulsé 11. L'élément diffractif en transmission 36 permet de diffracter le faisceau laser pulsé 11 en un premier 31 et un deuxième 32 faisceaux laser séparés.[0066] Figure 8A shows separation means 30 comprising a transmission diffractive optical element 36. A transmission diffractive element 36 comprises a diffraction grating on at least one of its surfaces. For example, a transmission diffractive element 36 is made of a material transparent to the pulsed laser beam 11. The transmission diffractive element 36 makes it possible to diffract the pulsed laser beam 11 into a first 31 and a second 32 separate laser beams.
[0067] La figure 8B montre des moyens de séparation 30 comprenant un élément optique diffractif en réflexion 37. Un élément diffractif en réflexion 37 comprend un réseau de diffraction sur sa surface de réflexion. L'élément diffractif en réflexion 37 permet de diffracter le faisceau laser pulsé 11 en un premier 31 et un deuxième 32 faisceaux laser séparés.FIG. 8B shows separation means 30 comprising a reflection diffractive optical element 37. A reflection diffractive element 37 comprises a diffraction grating on its reflecting surface. The reflective diffractive element 37 makes it possible to diffract the pulsed laser beam 11 into a first 31 and a second 32 separate laser beams.
[0068] La Figure 9A montre des moyens de séparation 30 comprenant des moyens de modulation matriciels en transmission 35. Par exemple un filtre à cristaux liquides. Des moyens de modulation matriciels en transmission 35 comprennent une matrice de pixels pouvant être traversée par le faisceau laser pulse 11. Par exemple, la matrice de pixel est configurée pour afficher une carte de modulation de phase (un motif diffractif) permettant de diffracter le faisceau laser pulsé 11 lors de la transmission de celui-ci au travers de la carte de modulation de phase affichée, en un premier 31 et un deuxième 32 faisceau laser séparés.FIG. 9A shows separation means 30 comprising transmission matrix modulation means 35. For example a liquid crystal filter. Matrix modulation means in transmission 35 comprise a matrix of pixels which can be traversed by the pulse laser beam 11. For example, the pixel matrix is configured to display a phase modulation map (a diffractive pattern) making it possible to diffract the beam. pulsed laser 11 during transmission thereof through the displayed phase modulation map, in a first 31 and a second 32 separate laser beam.
[0069] La figure 9B montre des moyens de séparation 30 comprenant des moyens de modulation matriciels en réflexion 39. Par exemple une matrice de cristaux liquide sur silicium (LCOS). Des moyens de modulation matriciels en réflexion 39 comprennent une matrice de pixels permettant de réfléchir le faisceau laser pulsé 11. Par exemple, la matrice de pixel est configurée pour afficher une carte de modulation de phase (un motif diffractif) permettant de diffracter le faisceau laser pulsé 11 lors de la réflexion de celui-ci sur la carte de modulation de phase affichée, en un premier 31 et un deuxième 32 faisceaux laser séparés.FIG. 9B shows separation means 30 comprising reflection matrix modulation means 39. For example a matrix of liquid crystals on silicon (LCOS). Reflection matrix modulation means 39 comprise a pixel matrix making it possible to reflect the pulsed laser beam 11. For example, the pixel matrix is configured to display a phase modulation map (a diffractive pattern) making it possible to diffract the laser beam. pulsed 11 during the reflection thereof on the displayed phase modulation map, in a first 31 and a second 32 separate laser beams.
[0070] La présente invention a été décrite en relation avec des modes de réalisations spécifiques, qui ont une valeur purement illustrative et ne doivent pas être considérés comme limitatifs. D'une manière générale, la présente invention nest pas limitée aux exemples illustrés et/ou décrits ci-dessus. L'usage des verbes « comprendre », « inclure », « comporter », ou toute autre variante, ainsi que leurs conjugaisons, ne peut en aucune façon exclure la présence d’éléments autres que ceux mentionnés. L'usage de l’article indéfini « un », « une », ou de l’article défini « le », «la» ou « l’ », pour introduire un élément n’exclut pas la présence d’une pluralité de ces éléments. Les numéros de référence dans les revendications ne limitent pas leur portée.The present invention has been described in relation to specific embodiments, which have a purely illustrative value and should not be considered as limiting. In general, the present invention is not limited to the examples illustrated and / or described above. The use of the verbs "to understand", "to include", "to include", or any other variant, as well as their conjugations, can in no way exclude the presence of elements other than those mentioned. The use of the indefinite article "a", "a", or of the definite article "the", "the" or "the", to introduce an element does not exclude the presence of a plurality of these elements. Reference numbers in the claims do not limit their scope.
[0071] En résumé, l'invention peut également être décrite comme suit. Dispositif optique et système pour le marquage interne de pièces transparentes comme des contenants ou récipients transparents, qui n’entraine pas de contamination et qui soit suffisamment rapide pour pouvoir être intégré dans une ligne de conditionnement afin de permettre un marquage de ceux-ci. Le système comprenant un dispositif optique comprend des moyens de séparation 30 pour séparer un faisceau laser pulsé 11 en un premier 31 et un deuxième 32 faisceaux laser séparés, des moyens de déflection 60 pour diriger le premier 31 et ledit deuxième 32 faisceaux lasers séparés en direction de la surface 3 de la pièce 2, et des moyens de focalisation 70 configurés pour focaliser le premier 31 et le deuxième 32 faisceaux laser séparés en-dessous de la surface 3 et à l'intérieur de la paroi 4 de la pièce transparente 2.In summary, the invention can also be described as follows. Optical device and system for the internal marking of transparent parts such as containers or transparent containers, which does not cause contamination and which is fast enough to be able to be integrated into a packaging line to allow marking thereof. The system comprising an optical device comprises separation means 30 for separating a pulsed laser beam 11 into a first 31 and a second 32 separate laser beams, deflection means 60 for directing the first 31 and said second 32 separate laser beams in the direction of the surface 3 of the part 2, and focusing means 70 configured to focus the first 31 and the second 32 laser beams separated below the surface 3 and inside the wall 4 of the transparent part 2.
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- 2021-06-30 FR FR2107063A patent/FR3111829B3/en active Active
Patent Citations (5)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG | Patent granted |
Effective date: 20210823 |