DE69809413T2

DE69809413T2 - Lasermarkierungssystem und energiesteuerungsverfahren

Info

Publication number: DE69809413T2
Application number: DE69809413T
Authority: DE
Inventors: A. Brodsky; F. Welch; Yong Yim
Original assignee: SDL Inc
Current assignee: Viavi Solutions Inc
Priority date: 1997-05-27
Filing date: 1998-05-26
Publication date: 2003-05-08
Anticipated expiration: 2018-05-27
Also published as: EP0984844A1; US6160568A; JP2009050916A; WO1998053949A1; JP4628455B2; JP2002501436A; US6489985B1; EP0984844B1; DE69809413D1; JP4500374B2

Description

Diese Erfindung betrifft allgemein ein Lasermarkierungssystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und insbesondere Faserlasermarkierungssysteme, die kontinuierlich (CW = continuous wave) oder gepulst betrieben werden, um Oberflächen von Gegenständen mit Information oder Daten zu markieren, die im folgenden allgemein unter dem Begriff "Zeichen zusammengefasst sind, welcher z. B. alphanumerische Informationen, Buchstaben, Wörter, persönliche Angaben oder Firmenzeichen ("Logos"), Handelsnamen, eingetragenen Warenzeichen, die Daten- oder Batchcodes, Zahlen, Symbole, Muster, Artikelkodierung oder Artikelidentifikation, persönliche Unterschriften und dergleichen umfasst. Sie betrifft auch ein Verfahren zur Energiesteuerung bei einem Lasermarkierungssystem zum Anbringen von Zeichen auf einer Oberfläche eines Artikels.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Lasermarkierungssysteme zum Aufbringen von Zeichen auf Oberflächen von Artikeln sind schon seit 1971 bekant. Eine Hauptanwendung der Lasermarkierung von Artikeln zur Kennzeichnung des Artikels oder des Produktes oder des Produktpackages, besonders bei Herstellungsbahnen mit hohem Ausstoß, ist die vorteilhafte Möglichkeit, diese Waren quasi "im Vorübergehen" zu kennzeichnen und Daten über das Produkt, wie Herstellungsdatum, Lagerbeständigkeit, Herkunft, Modell und/oder Seriennummer, Produkthistorie etc. bereit zu stellen. Der Verwendung von Lasern zur Markierung mit Zeichen ist vorteilhaft, da diese im Allgemeinen die Integrität des Artikels oder des Produktes oder seiner Verpackung nicht beeinflussen und dabei gleichzeitig nicht leicht entfernbar sind.
Ein Beispiel für herkömmliche Lasermarkierungssysteme sind CW- oder gepulste CO&sub2;- Laser und Yttriumaluminiumgranat (YAG), z. B. Nd:YAG-Laser, bei denen die Markierung durch die Hitze des angewandten Laserstrahles bewirkt wird. Die Wellenlängen der Pulse liegt innerhalb des sichtbaren oder Infrarot-Spektrums. Ein Muster oder ein anzubringendes Zeichen wird durch eine Maske im Laserstrahl oder durch einen fokussierten Laserstrahl gebildet, der verschoben oder gescant wird, um das erwünschte Zeichen oder das Muster zu bilden. Solche Laser werden auch für Gravurarbeiten, zum Löten und Schweißen verwendet, wobei im Fall des Markierens die Oberflächenschicht des Materials aufgeschmolzen, entfernt oder verdampft wird, um ein erkennbares Zeichen oder Muster zu erzeugen. Auch kann diese Art der Artikelmarkierung mittels einer chemischen Reaktion an der Artikeloberfläche erreicht werden, wobei auf der Oberfläche des Artikels bestimmte Beschichtungsagenzien, die transparent sein können, eine sichtbare Kontraständerung unter dem Einfluss eines Laserstrahles oder der Laserpulse durchmachen. CO&sub2;-Laser sind hauptsächlich für die Markierung von Plastikoberflächen, wie IC Schaltungen, eingesetzt worden. Der Laserstrahl des Lasers wird durch eine kupferne Matrize geführt, um das Zeichen auf der Plastikoberfläche zu bilden. Wegen der im Lauf der Jahre erfolgten Miniaturisierung der IC Schaltungen sind allerdings CO&sub2;- Laser in vielen Fällen nicht mehr verwendbar, da Zeichen hoher Qualität und guter Sichtbarkeit bei dieser bestimmten Anwendung nicht mehr zufriedenstellend sind. Jedoch werden preisgünstige OC&sub2; Systeme mit geringerer Markierungsqualität und Verwendung von X-Y Galvanometervorrichtungen immer noch bei solchen Anwendungen eingesetzt, die keine hohe Qualitätsmarkierung erfordern.
YAG Laser werden heute weitgehend für die IC Schaltungsmarkierung sowie für viele andere Markierungsanwendungen eingesetzt. YAG Laser haben kürzere Betriebswellenlängen, die das Anbringen von Zeichen auf härteren Oberflächen, wie Keramiken, ermöglichen. Der Lichtstrahl in den YAG Markierungssystemen wird in einer, zwei oder drei Dimensionen über ein Paar bewegbarer Spiegel gesteuert oder gescant, die drehbar vorgesehen sind, um einen Laserstrahl in orthogonalen Richtungen abzulenken, um einen zweidimensionalen Scan des Lichtstrahls auf der zu kennzeichnenden Oberfläche durchzuführen, z. B. eine X-Y Galvanometervorrichtung oder eine Computer gesteuerte X-Y Galvanometervorrichtung. Beispiele für zweidimensionale Scanner werden in den U.S. Patenten 5.225.923; 5.329.090; 5.719.372 und 5.724.412 beschrieben. Zeichen werden auf die Oberfläche eines zu markierenden Artikels mit hoher Auflösung und Markierungsklarheit auf verhältnismässig kleineren Oberflächen aufgebracht, wie im Fall kleinerer IC Schaltungen. Ein spezifisches Beispiel eines YAG Lasersystems für diese Art der Markierung ist der Nd:YAG Abtastlaser "Laser Marker SL475E", der von der NEC Corporation Japan hergestellt wird. Die Markierungsparameter dieses Systems sind wie folgt: (1) Laseroszillator: SL114K, (2) Laserart: CW-Nd:YAG Laser, (3) Ausgabe: 50 W oder mehr, (4) Zahl der Markiersymbole: 40, (5) Markierungsverfahren: Ein-Strich oder Vektor, (6) Leistung an markierter Oberfläche: 1 W, (7) Abtastgeschwindigkeit: 100 mm/s, (8) Bite-Größe: 30 um; und (9) Q-Switch Frequenz: 3 kHz.
Der Nachteil bei diesen CO&sub2;- und YAG-Lasermarkierungssystemen ist in den meisten Fällen die Notwendigkeit unterschiedlicher, kostspieliger Kühler oder Wasserkühleinheiten und entsprechende Kühlersteuerungen und Energieversorgung, um ausreichendes Kühlen der CW betriebenen Diodenlaser-Serien zum Pumpen des YAG Stabs oder CW betriebenen CO&sub2;-Markierungslaser zu gewährleisten. Die Kühler sind bei den CO&sub2;- Markierungslasern wegen der niedrigen Effizienz bei der Umwandlung von Lampenpumplicht in einen CW Laserausgang erforderlich.
Weiter wird die Modulation dieser Markierungslaser im Allgemeinen mittels Modulierens der am optischen Ausgang ausgegebenen Strahlen durchgeführt, wie mit einem akustooptischen Modulator, um geeignete Pulse zum Bilden der Markierungsstriche oder der Vektoren zu erzeugen, die zusammen intelligente Zeichen auf der Artikeloberfläche bilden. Infolgedessen werden 20% bis 30% der Energie im modulierten Ausgangssignal wegen dieser Art der externen Modulation verschwendet. Der CW Betrieb dieser Laser ist eine Energieverschwendung, erfordert ständige Wartung der Laser und verringert ihre gesamte Lebensdauer. Im Pulsmodus gibt es eine große Puls-zu-Puls Schwankung der YAG Markierungslaser, da die an der markierten Oberfläche ankommende Energie ungleichförmig ist. Außerdem hat der externe Modulator, neben seinen hohen Kosten, auf diesem Gebiet nur eine begrenzte Lebensdauer und muss dann ersetzt zu werden, und ist zusammen mit seiner RF Steuerung ein zusätzlicher Kostenfaktor für das Markierungslasersystem. Weiter erfordern die YAG Lasersysteme, die für Markierung benutzt werden, zunächst eine Pulsunterdrückung, d. h. wenn der Laser ausgeschaltet wird, muss das Licht "abgewürgt" werden. Auch nehmen diese Systeme mit ihren dazugehörigen Kühleinheiten und großen Energieversorgungsteilen und großen Laserköpfen eine beträchtliche Bodenfläche in einer Produktionsanlage ein.
Die WO-A-96/41404 offenbart ein optisches Faserlasersystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, und umfasst eine Lasersignalquelle, eine Verteilerstruktur zum Aufteilen des ursprünglichen, von der Lasersignalquelle ausgegebenen Lasersignals in mehrere Lasersignale, eine Leistungsverstärkungseinrichtung, einen Strahlkombinierer, und ein Steuerungssystem. Die mehreren Lasersignale werden durch die Leistungsverstärkungseinrichtung verstärkt, die ein optischer Faserverstärker sein kann, der mittels Diodenlaser gepumpt wird. Diese Druckschrift offenbart keinen optischen Scanner und keinen Faserlaser als Ausgabeeinrichtung.
Es besteht daher ein Bedarf für ein weniger kostspieliges Markierungslasersystem, das nach Verlangen Markierungsenergie auf Bedarf liefert, d. h. nicht fortwährend und ununterbrochen gepumpt werden muss, um die Markierungprozesse durchzuführen, und eine minimale Bodenfläche einnimmt.
Es ist eine primäre Aufgabe dieser Erfindung, ein Faserlasersystem bereit zu stellen, das für die Zeichenmarkierung "Energie auf Bedarf" liefert. Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Laser-gepumptes Faserlasermarkierungsystem bereit zu stellen, das kompakter und kleiner als vorhergehende Lasersysteme ist, um damit bei zu markierenden Oberflächen ein sichtbares Zeichen auf der Oberfläche erzeugen. Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein Lasermarkierungssystem bereit zu stellen, das keine erste Pulsunterdrückung erfordert.
Es ist ferner eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein erstes Hochleistungslasermarkierungssystem bereit zu stellen, das eine doppelt ummantelte Faser als Markierungslaser einsetzt, wobei seine optische Abgabeleistung moduliert wird, um das Markierungszeichen durch Modulation oder EIN/AUS Schalten seines Pumplasers, z. B. einer Halbleiter-Diodenlaserquelle, zu bilden. Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung, ein Lasermarkierungssystem bereit zu stellen, das hohe Leistungen bei der Oberflächenmarkierung erzielt, mit geringen Oberflächentiefen von erheblich weniger als ungefähr 27 um.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Entsprechend dieser Erfindung umfasst ein Lasermarkierungssystem die in Anspruch 1 definierten Merkmale und ein Verfahren die in Anspruch 22 angegebenen Schritte, unter Verwendung des Lasermarkierungssystems von Anspruch 1.
Das System ist in der Lage, mit hohem Kontrast auf einer Vielzahl der unterschiedlichen Materialien zu markieren, mit Modulationsraten von ungefähr 20 kHz und verschiedenen Pulsspitzenausgängen, z. B. von etwa 1 Kilowatt zu ungefähr 5 Kilowatt, und bis zum CW Betrieb, der besonders geeignet ist, dünne oberflächenbestückte "Packages" zu markieren. Ein Hauptvorteil des Faserlasermarkierungssystem über Dioden gepumpte und Blitzlampen gepumpte YAG Lasermarkierungssysteme ist die Fähigkeit, die Modulation über die Halbleiterlaserdiode am Eingang zum Markierungslaser durch zu führen, anstatt den optischen Energiestrahl am Ausgang des Markierungslasers, wie z. B. durch einen akustooptischen Modulator modulieren zu müssen, der keinen Puls mit konstanter optischer Energie über der Pulsbreite bereit stellt und die Energiemenge im modulierten Lichtstrahlausgang verringert. Beschrieben wird ferner eine Schaltung, um den EIN-Zeit- Anstieg eines Stromsignaleingangs für Betrieb der Lasersdiodenpumpquelle zu dämpfen oder zu verringern, um die EIN-Zeit-Qualität des optischen Markierungsausganges zu verbessern, der durch den doppelten ummantelten Fasermarkierungslaser erzeugt wird.
Zum Zeitpunkt des Abfassens dieses Dokuments wird davon ausgegangen, dass das hierin beschriebene Fasermarkierungslasersystem das einzige kommerziell erhältliche kontinuierliche Single-Mode-Fasermarkierungslasersystem ist.
Im Lasermarkierungssystem gemäß dieser Erfindung ist die optische Energie, die für Markierung bereitgestellt wird, Energie-nach-Bedart, d. h. die Diodenpumplaser für den Fasermarkierungslaser werden ein- und ausgeschaltet, wenn Energie zum Bilden der Markierungsstriche und -vektoren benötigt wird, indem der Markierungsausgang während der EIN-Zeit Periode durchgefahren wird. Da die Laserdiodenpumpe nicht im CW Modus betrieben wird, ist die Lebenszeit der Pumpquelle - bei gleicher Betriebsdauer - verlängert.
Ein anderer Vorteil des Faserlasermarkierungssystems dieser Erfindung ist, dass die modulierte Laserdiodenquelle bei zufälligen EIN-Zeiten mit Pulsen jedweder möglicher Länge oder Höhe moduliert werden kann, die jederzeit mit dem Fasermarkierungslaser erzeugt werden, wenn notwendig nach Bedarf. In Q-Switch YAG Lasern wird der gepulste Ausgang durch den Q-Switch dadurch begrenzt, dass er nur mit Periodenpulsen von ungefähr der gleichen Pulsbreite funktioniert.
Ein weiterer Vorteil des Faserlasers der Erfindung über diodengepumpte YAG Markierungssysteme ist, dass das Laserdiodenpumpen des Faserlasers entlang der Länge der Faser geschieht, die z. B. irgendwo zwischen ungefähr 20 Metern und 50 Metern liegen kann, also einer Länge, die hundert mal größer ist als die Länge eines YAG Stabs ist, der z. B. zwischen 1 cm und 3 cm lang sein kann. Infolgedessen ist die Wärme, die bei einem über Laserdioden gepumpten YAG erzeugt wird, viel größer und kann leicht eine thermische Linsenwirkung im YAG Stab verursachen, was zu einer Verzerrung des YAG Single-Mode-Betriebs führt, indem entweder der Modus im YAG Stab seitlich verschoben wird, oder durch Betreiben in anderen Moden als dem fundamentalen Modus. Diese Verschiebung und Mehrmodus-Betrieb wird durch Änderungen des Brechungsindizes des YAG Stabs aufgrund der ungleichmäßigen Wärmeentwicklung entlang der Länge des Stabs wegen der Unterschiede, in der optischen Energie entlang der Stablänge verursacht. Dieses Phänomen kann zu Puls-zu-Puls-Schwankungen in der Pulsenergie und der Modenqualität führen, wenn die Pulsbreite oder die Pulshöhe beim Betreiben des YAG Markierungslasers von Puls zu Puls verändert wird. Bei der Verwendung eines Single Mode Fasermarkierungslasers dieser Erfindung tritt keine Modenverzerrung auf, da der Modenkernwellenleiter der Faser, der z. B. im Bereich von 3 um bis 6 um im Durchmesser beträgt, fortwährend den Single Mode Betrieb beibehält.
Eine andere Eigenschaft des Fasermarkierungslasersystems dieser Erfindung ist seine Zuverlässigkeit, das Intensitätsniveau des optischen Markierungsausgangs aufrecht zu erhalten, was mittels Rückkopplung beim Steuern des Stromniveaus beim Betrieb der Laserdiodenpumpquelle erfolgt. Wenn es eine Abweichung in der Intensität des Markierungsausganges gibt, so sorgt die Rückkopplungssteuerung für eine Zunahme des Stromes zur Steuerschaltung der Pumplaserquelle, um den Markierungssausgang des Fasermarkierungslasers auf sein ursprüngliches Intensitätsniveau zu erhöhen.
Eine weitere Eigenschaft des Fasermarkierungslasersystems dieser Erfindung ist ein kontinuierlicher Single Mode Markierungssausgang, der dadurch flexibel ist, dass der Ausgang direkt im optischen Eingang eines Scanners eingekoppelt wird, und zwar ohne Notwendigkeit einer anfänglichen Ausrichtung oder nachfolgenden Wiederausrichtung im Feld, wie dies bei den YAG Lasermarkierungssystemen der Fall ist, bei denen periodische Wiederausrichtung des optischen Resonators des YAG Markierungslasers und des Ausganges bzgl. dem Scanner-Eingang notwendig ist.
Die Leistungsfähigkeit und die Wirksamkeit des Faserlasermarkierungssystems im Vergleich mit YAG Markierungssystemen ist dadurch bedeutend besser, dass (1) die Zahl der Laserdiodenpumplaser erheblich geringer ist, was die Systemzuverlässigkeit erhöht, (2) die Effizient der optischen erheblich höher ist, (3) die Betriebsspannung mit etwa 2 Volt bis 5 Volt DC viel niedriger ist, (4) keine Verbrauchsmaterialen als Ersatz benötigt werden, wie z. B. Laserdiodenpumpquellen oder Blitzlampen, die beiden YAG Systemen wegen ihres CW Betriebs verhältnismäßig schnell durchbrennen, und (5) die bestimmten Laserdioden, die als Pumpquellen wegen ihrer höheren Wellenlänge, z. B. 915 nm für die Pumpquellen bei den Systemen dieser Erfindung, gegenüber den 810 nm bei den YAG Pumpssystemen, eine verbesserte Zuverlässigkeit aufweisen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform durchfährt der optische Scanner den Fasermarkierungslaserausgang in mehreren Dimensionen, um Strich zu machen, die zusammen ein erkennbares Zeichen auf der Objektoberfläche bilden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Pumplaserquelle eine Laserdiodenquelle oder eine laserdiodengepumpte Faserlaserquelle.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Lasermarkierungssystem einen Faserlaser als ein Lichtquellensystem zum Erzeugen eines Ausgangsmarkierungsstrahls mit einer schnellen Anstiegszeit von weniger als 1 ms; eine Pumplaserquelle zum optischen Pumpen des Faserlasers; und eine Pumplaserschaltung zum Minimieren der Einschaltverzögerung des Lasers, so dass kein externer Modulator erforderlich ist, um den Ausgangsmarkierungsstrahl zu modulieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Markierungssystem eine dotierte optische Faser mit einem Ausgangsende für den Markierungsausgang, das flexibel und bewegbar ist, so dass es leicht mit einem Scanner des Markierungssystems ausrichtbar ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das auf einem Faserlaser basierende Lasermarkierungssystem eine optische Faser mit einem Seltenerd-dotierten Kern aufweist und über eine Laserdiodenquelle gepumpt wird und als ein Faserlaser fungiert; eine Einrichtung zum Modulieren der Laserdiodenquelle, um deren optischen Ausgang zu modulieren und diesen in die optische Faser einzukoppeln; das Licht, das durch diese Laserdiodenquelle erzeugt wurde, wird entlang der Länge des Faserkerns absorbiert und stellt einen Lasermarkierungsausgang bereit; der Markierungsausgang des Faserlasers wird in Response zur Modulation der Laserdiodenquelle moduliert, um eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Markierungsstrichen zu bilden, die auf einem zu markierenden Artikel ein Muster und dadurch ein erkennbares Zeichen bilden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Faserlaser ein Single-Mode Faserlaser.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Faserlaser eine Doppelmantelfaser.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das auf einem Faserlaser basierende Lasermarkierungssystem eine Einrichtung, um in vorbestimmter räumlicher Anordnung Markierungsstriche zu bilden, die intelligente Zeichen auf der Artikeloberfläche bilden; und eine Einrichtung, um das Anregungsniveau und die zeitliche Steuerung des Betriebs der Laserdiodenquelle zu steuern, so dass die Striche in der vorbestimmten räumlichen Anordnung und bei einem vorbestimmten Markierungsausgangsleistungsniveau auftreten, so dass ein erwünschter Markierungskontrast an und eine erwünschte Markierungstiefe in der Artikeloberfläche und abhängig vom Material der Artikeloberfläche erzeugt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Lasermarkierungssystem einen Hochleistungsfasermarkierungslaser mit einer Faser mit einem dotierten Single Mode Kern, der einen optischen Ausgang zum Markieren bereitstellt; eine Laserdiodenquelle, die einen gekoppelten optischen Ausgang zum Pumpen des Faserlasers bereitstellt; eine Steuerschaltung, um ein elektrisches Signal bereit zu stellen, um das an der Laserdiodenquelle anliegende Stromsignal zu steuern und dementsprechend das optische Ausgangsintensitätsniveau, das dem Fasermarkierungslaser bereit gestellt wird; eine Einrichtung zum Messen des Intensitätsniveaus des Fasermarkierungslasers; und eine Rückkopplungseinrichtung, um das gemessene Intensitätsniveau mit einem erwünschten Niveau zu vergleichen und das aktuelle Niveau anzupassen, um das optische Ausgangsintensitätsniveau auf dem erwünschten Niveau zu halten.
Andere Aufgaben und Lösungen werden zusammen mit einem volleren Verständnis der Erfindung offensichtlich, wenn sie unter Bezugnahme auf folgende Beschreibung und Ansprüche und in Verbindung mit den nachfolgenden Figuren betrachtet werden.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm des Lasermarkierungssystems mit dieser Erfindung.
Fig. 2 ist eine spezielle Ausführungsform der Erfindung von Fig. 1.
Fig. 3 ist ein Querschnitt einer doppelt ummantelten Faser, die bei der Anwendung der Erfindung bei einem Lasermarkierungssystem bevorzugt wird.
Fig. 4 ist eine graphische Ansicht einer Schaltung zur Kompensation der EIN-Zeit des Strom-Signals zur Pumplaserquelle des Lasermarkierungssystems, das diese Erfindung umfasst, und seines darauffolgenden stabilen Zustands bis zur Signallöschung.
Fig. 5A-5D sind Serien von EIN-Zeit Anstiegen für den Schaltung von Fig. 4, sowohl der Stromsteuersignale I(s), als auch der optischen Ausgangssignale P&sub0;(s).
Fig. 5A ist ein Fall, in dem das optische Ausgangssignal P&sub0;(s) 8 W beträgt und der Schaltung von Fig. 4 nicht eingesetzt wird.
Fig. 5B ist ein Fall, in dem das optische Ausgangssignal P&sub0;(s) 8 W beträgt und der Schaltung von Fig. 4 eingesetzt wird.
Fig. 5C ist ein Fall, in dem das optische Ausgangssignal P&sub0;(s) 4 W beträgt und der Schaltung von Fig. 4 eingesetzt wird.
Fig. 5D ist der Fall, in dem das optische Ausgangssignal P&sub0;(s) 2 W beträgt und der Schaltung von Fig. 4 eingesetzt wird.
Fig. 6 ist eine tatsächliche graphische Darstellung eines Markierungsprofils, das in einer Artikeloberfläche mit dem Fasermarkierungslasersystem der vorliegenden Erfindung gebildet wird.
Fig. 7 ist eine tatsächliche graphische Darstellung eines Markierungsprofils, das in einer Artikeloberfläche mit einem Nd:YAG Markierungslasersystem aus dem Stand der Technik gebildet wird.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN EN DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt ein Lasermarkierungssystem 10, das einen Faserlaser 16 in Verbindung mit einer Pumpquelle 12 einsetzt. Pumpquelle 12 kann eine einzelne Hochleistungslaserdiode, einen einzelnen Laserdiodenstab, eine Mehrzahl von Laserdiodenarrays Serien mit kombinierten optischen Ausgängen, oder eine Faserlaserquelle umfassen, um einen Ausgang bereit zu stellen, der einen Pumplichtstrahl oder Lichtpulse 14 zum Eingeben in Faserlaser 16 enthält. Faserlaser 16 ist eine doppelte ummantelte Faser mit einem Single Mode Kern, der symmetrisch durch eine innere Multi Mode Pumpenummantelung mit einer einem äußeren Mantel umgeben wird, wie sie in U.S. Patent 3.808.549 gezeigt werden, oder eine doppelte ummantelte Faser der Art, die in U.S. Patent 4.815.079 gezeigt wird und eine rechteckige innere Pumpummantelung hat, die beide hierin durch Bezugnahme beinhaltet sind. Die doppelt ummantelte Faser kann auch von der Art sein, die in der U.S. Anmeldung, Serien-Nr. 09/050.386, eingereicht am 30. März 1998 auf den vorliegenden Anmelder, offenbart wird, die eine polygonartige innere Pumpummantelung aufweist, wie z. B. in Form eines D oder eines Oktagons, oder der Art, die in der veröffentlichten europäischem Patentanmeldung Nr. 0776074, veröffentlicht am 28. Mai 1997, beschrieben wird, die eine sternförmige oder unregelmäßige innere Pumpummantelung aufweist.
Der Ausgangslichtstrahl oder die Pulse 18 von Faserlaser 16 werden als ein Eingang in die Fokussier- und Steuervorrichtung 20 des Lichtstrahls eingekoppelt. Vorrichtung 20 fokussiert den Markierungslichtstrahl 18 in einem Fokussierpunkt einer Bildebene an der Oberfläche des zu markierenden Gegenstandes, wobei der Lichtstrahl in zwei Dimensionen in der Bildebene gescant wird. Solch eine Vorrichtung 20 ist in der Technik weithin bekannt. Beispiele sind in U.S. Patenten 5.225.923; 5.719.372; und 5.734.412 beschrieben. Ein Computer 24, einschließlich seiner Hauptsteuereinheit (main controller) (wie z. B. im U.S. Patent 5.719.372 gezeigt; dort aber mit Steuerung des Pumplasers anstatt von Q-Switch) wird über Leitungen 26 an die Pumpquelle 12 angeschlossen, um den EIN/AUS-Betrieb der Quelle 12 sowie die Amplitude, die Frequenz oder die Pulsrate und die EIN-Zeit des an die Quelle 12 gelieferten Stromsignals zu steuern, was im Detail später beschrieben wird. Der Computer 24 ist über Leitungen 28 auch mit der Strahlfokussier-/Steuervorrichtung 20 zum Steuern des zweidimensionalen Betriebes des X und Y Galvanometerspiegelpaares in der Vorrichtung, um Vektor oder Striche durch das Durchfahren des gescanten Lichtstrahls 22 zu bilden, wobei eine Serie solcher Striche eine intelligente Markierung, wie Zeichen, auf der Oberfläche des zu markierenden Artikels erzeugen. Es wird angemerkt, dass die Vorrichtung 20 eine (X-X) Abtastvorrichtung für eine Dimension oder auch eine (X-Y-Z) Abtastvorrichtung für drei Dimensionen sein kann. Der Lichtstrahl 22 von der Vorrichtung 20 wird in zwei Dimensionen in einer Bildebene auf der Artikeloberfläche durch das Paar der Galvanometerspiegel abgelenkt, wie in der Technik bekannt ist und in den drei vorher zitierten U.S. Patenten erklärt wird, und wie in Fig. 1 des U.S. Patents 5.734.412 veranschaulicht wird. Computer 24 kann ein herkömmlicher PC sein und eine Markierungsschaltung und eine Timing Board und Betriebssoftware umfassen, die über die Markierungsschaltung Koordinateninformationen an die Leitungen 28 weiter gibt, um die Galvanometerspiegel zu justieren und zu scannen, um Strichpfade für die Bildung der Zeichen, wie Buchstaben oder Symbole, die auf der Artikeloberfläche gebildet werden sollen, zu bilden. Als Beispiel würde der Buchstabe "A" drei Striche aufweisen: die zwei seitlichen, unter einem Winkel zueinander stehenden Striche und den Querstrich. Das Computerprogramm stellt Koordinateninformationen für jeden dieser Striche bereit, damit - während die Steuerung Stromsignale an die Pumpquelle 12 ausgibt, um den Pumpstrahl oder die Pulse 14 EIN/AUS zu schalten - die Vorrichtung 20 entsprechend den Lasermarkierungslichtstrahl 22 mittels der Galvanometerspiegel scant, um die drei Striche des Buchstabens "A" zu bilden. Zwischen der Bildung jedes dieser Striche, die den Buchstaben "A" bilden, können der gescante Laserstrahl oder der Ausgang 22 beendet werden oder ausgelöscht werden, indem der Betrieb der Pumpquelle 20 eingestellt wird, während die Galvanometerspiegel zum Koordinatenpunkt in Position gebracht oder für den Anfang des nachfolgend zu bildenden Striches des Buchstaben "A" neu in Position gebracht werden.
Eine wichtige Eigenschaft des Lasermarkierungssystems 10 ist, dass es einen Lasermarkierer mit Markierungsenergie auf Bedarf (nach Bedarf) bereit stellt, während die vorherigen Lasermarkierungssysteme, die YAG Laser einsetzen, Dauerbetrieb mit Unterbrechung des Markierungslichtstrahls durch einen Modulator z. B. für Q-Switch erfordern, sowie eine Ausblutschaltung, um Restenergie im Laserraum vor Beginn des nachfolgenden Strichs oder der Markierung abzuleiten ("auszubluten"). Auch die, die CO&sub2;-Markierungslaser einsetzen, erfordern Dauerbetrieb mit Pulsbreitenmodulation. Ferner erfordern auch diese Gas- und Festkörperlaservorrichtungen im Allgemeinen irgendeine Art Kühlung wie gekühlte Kühler als notwendige und zusätzliche Ausrüstung, sowie ihr Spannungsversorgungsteil, um die CO&sub2;-Laser oder die YAG Diodenpumplaser für den CW Betrieb zu kühlen. System 10 beseitigt die Notwendigkeit solcher zusätzlicher Zusatzausrüstung und seine Steuerung durch einen Hochleistungsfasermarklerungslaser, der 9 W bis 20 W oder mehr Energie für das Markieren einer Artikeloberfläche erzeugt, wird bewirkt, indem allein die von der Pumpquelle 12 an den Fasermarkierungslaser 16 gelieferte Energie moduliert wird. Die Pumpquelle 12 kann im Energie-bei- Bedarf-Modus moduliert werden, damit die Striche oder Vektoren gebildet werden, die Zeichen für die Markierung enthalten, oder im CW Betrieb betrieben werden. Die Verwendung eines Modulators, wie eines akustooptischen Modülators in einem Q-Switch YAG Lasersystem für eines gepulsten Ausgang, außerhalb und innerhalb der Achse des Ausganges für die Markierung, ist nicht notwendig oder erforderlich. Solche Modulatoren sind vom Standpunkt der Stabilität der erzeugten Ausgangspulse und der Zuverlässigkeit der RF Steuerung für den Q-Switch nicht wünschenswert und erfordern häufige Wartung und erhöhen die Kosten des Markierungssystems, da sie die Energie des Ausgangsmarkierungslichtstrahls oder der Pulse bis zu 20% bis 30% verringern können.
Im Betrieb gibt der Computer 24 ein Muster von Steuerpulsen an die Pumpquelle 12 aus, während er die Lichtstrahllenkvorrichtung 20 anweist, um die Markierungslichtstrahlenergie über die zu markierende Artikeloberfläche in zwei Dimensionen zu verschieben. Die quadratischen oder die rechteckigen Pulse, die an die Pumpquelle 12 ausgegeben werden, liefern einen Ausgang 14, der bewirkt, dass der Markierungslaser 16 die Schwelle erreicht und eine Serie von Lichtpulsen erzeugt, die in etwa proportional zur Amplitude der elektrischen Pulse und den entsprechenden Lichtpumpquellenpulsen sind, aber wegen der Responsverzögerung des Faserlasers bis mehrere hundert Mikrosekunden verzögert sind. Die Pulsbreite und die Pulsfrequenz oder -rate der Pumpquelle 12 können verändert werden, um den Arbeitszyklus des Markierungslasers 16 und die Energiemenge zu ändern, die bei der Markierung im gescanten Markierungslichtstrahl 22 an der Artikeloberfläche angewendet wird. Das Amplitudenniveau der Pulse zur Pumpquelle 12 kann eingestellt werden, um einen Ausgangslichtpuls des Markierungslasers 16 bereit zu stellen, der ein Prozent bis zu 100% des Arbeitszyklus andauert, ohne ein übermäßiges Energieniveau anzuwenden, das Brennen oder aber unterschiedliche Kontrastniveaus bei der Bildung von Zeichenstrichen oder Vektoren verursachen kann.
Ein weiterer Vorteil des Faserlasermarkierungssystems 10 ist, dass es Notwendigkeit besteht, jede Restenergie vor Anfang des Markierungsprozesses und der Übertragung zu entladen, falls der erste Strich oder der Vektor. Der Ausgangspumppuls oder ein Lichtstrahl 14 mit zuerst höherer Intensität im System 10 können mit zusätzlicher Energie oder Amplitude versehen werden, um einen schnelleren Anstieg in der Besetzungsinversion beim Faserlaser 16 zu erreichen, damit keine Lücken oder fehlende Strichteile nach Markierung des ersten Zeichenstrichs auftreten. Alternative kann eine "Dummy"- Markierung zu Beginn des Markierungsprozesses bereit gestellt werden, um die Störung eines Teils des ersten zu druckenden Strichs zu kompensieren, wenn der Markierungslichtstrahl-Sweep unmittelbar vor dem Anfang des Ausganges des Markierungslichtstrahls beginnt. Dieses Versagen, beim ersten Strich im ganzen Ausmaß zu markieren, kann in erster Linie an einer Abweichung in oder einer Verzögerung zwischen der Anwendung, der EIN-Zeit des Pumplasers 12 und des Ausgangs des Markierungslasers 16, wobei diese Verzögerung unterschiedlich ist, und länger, wenn das Markierungssystem 10 während eines Zeitabschnitts, wie eine Sekunde oder mehr, untätig gewesen ist, verglichen mit einem CW-Dauerbetrieb oder mit einem kontinuierlichen Pulsbetrieb mit Pulsabständen von wenigen 100 us. Im letzten Fall gibt es eine Restpopulationsinversion im Fasermarkierungslaser, so dass das Energieniveau des Markierungsausgangs 18 früher erreicht wird, als beim Fall, bei dem sich die ganze Energie in der Faser des System verteilt hat, das während eines Zeitabschnitts untätig war. So kann die Steuerung von System 10 einen Dummy-Puls nach einem vorbestimmten Zeitabschnitt bereit stellen, in dem das System untätig gewesen ist, um den ersten Markierungsstrich eines Zeichens zu bilden, der die Kombination des Dummy-Markierungspuls zusammen mit der Beendigung des Pulses für den ersten Zeichenstrich umfasst.
Fig. 2 veranschaulicht eine ausführlichere Ausführungsform dieser Erfindung. Das Lasermarkierungssystem 30 enthält eine Halbleiterlaserquelle 32, die aus einem Laserdiodearray gebildet sein kann, wie im SDL Modell Nr. 6460-P6, hergestellt durch SDL, Inc., San Jose, CA, das einen Lichtausgang von ungefähr 17 Watt bereitstellt. Für höheren Lichtausgang können einige Halbleiterlaseranordnungen, die mehrere lichtemittierende Elemente haben, kombiniert werden, beispielsweise durch Einsatz eines Drehspiegels, um einen einzelnen Ausgang zu erzeugen, der bis zu 28 W oder mehr von Pumpausgangsleistung aufweist, wie in den U.S. Patenten 5.168.401 und 5.268.978 veranschaulicht wird. Diese Arten der Vorrichtungen können ein Kühlen erfordern, um eine konstante Umgebungstemperatur zu erreichen, wie z. B. durch den Einsatz einer thermoelektrischen Kühlvorrichtung, die in der Technik bekannt ist. Diese Kühlvorrichtungen sind extrem klein; wenn sie mit den Kühlem verglichen werden, die bei Gas- oder Fest- Stoff basierenden Markierungsquellen benutzt werden, und werden als Teil des Laserquellenpakets bereit gestellt.
Der optische Ausgangslichtstrahl 37 von der Laserquelle 32 wird kollimiert und dann durch die jeweiligen Linsen sphärischer Natur des Linsensatzes 34 fokussiert, unn den Lichtstrahl 37 in das Eingangsende der doppelt ummantelten Faser 6 zu leiten, und insbesondere in die innere Pumpummantelung 36B der Faser. Die doppelt ummantelte Faser 6 umfasst einen Kern 36A, der mit einem Seltenerd-Material wie Yb dotiert ist, wie in der Technik wohl bekannt ist. Der Kern 36A kann ein Glas enthalten und einen Durchmesser von ungefähr 3 um haben, während die innere Pumpummantelung 36B einen Durchmesser von beispielsweise ungefähr 100 um oder 200 um haben kann. Die innere Pumpummantelung 36B ist aus einem Material, wie Glas, das einen höheren Index als der Kern 36A aufweist. Die innere Ummantelung 36B wird durch eine äußere Ummantelung 36C umgeben, die einen höheren Brechungsindex als die innere Ummantelung hat 368, um das Pumplicht 37 innerhalb der Ummantelung 36B zu enthalten. Wie in der Technik weithin bekannt ist, wird Pumplicht hin und her an der Grenzfläche der Ummantelungen 36B und 36C reflektiert, während das Pumplicht die ganze Faser entlang propagiert, so dass das reflektierte Licht beim Durchqueren des Seltenerd-Kerns 36A absorbiert wird. Ein Beispiel des Querschnitts von Faser 6 ist in Fig. 3 veranschaulicht und wird in der U.S. Patentanmeldung mit Serien-Nr. 09/050.386, supra, offenbart.
Um einen Laserresonator zu bilden, wird ein Spiegel 36M am Eingangsende der Faser 6 vorgesehen, die beschichtet wird, um für Pumplicht 37 transparent zu sein, aber für die Laserwellenlänge von Faser 6 in hohem Grade reflektierend zu sein. Das Ausgangsende 36F von Faser 6 wird in hohem Grade poliert, um eine teilweise reflektierende innere Oberfläche zu bilden, mit z. B. einem Reflexionsvermögen von ungefähr 4% Bei der Laserwellenlänge. Somit bilden die polierte Facette 36F und der Spiegel 36M den Laserresonator für den doppelt ummantelten Fasermarkierungslaser 6. Der Ausgangslichtstrahl des Markierungslasers 6 wird durch eine Linse 41 kollimiert, um bei 44 in eine Eingangsöffnung in den zweidimensionalen Scanner 40 geleitet zu werden. Ein Metallring 39 wird auf das Ausgangsende des Markierungslasers 36 gepasst, an dem ein Linsenrahmen 38 zum Haltern des Objektivs 41 angebracht ist. Ein kleiner Teil des Ausgangslichtstrahls 44 wird über einen Lichtstrahlteiler 46 aufgespaltet, um eine optische Rückkopplung für eine Regelsteuerung für das Steuern der an die Diodenlaserpumpquelle 32 ausgegebenen Energie bereit zu stellen, um den Ausgang 44 auf einem vorbestimmten Intensitätsniveau zu halten, unabhängig davon, ob die Pumpquelle 32 im CW- oder im Pulsmodus betrieben wird. Mehr über diese Steuerung wird später gesagt.
Es muss erwähnt werden, dass Linsenrahmen 38 und Lichtstrahlteiler in Fig. 2 zwecks Klarheit in skizzierter Form gezeigt werden. Jedoch sind diese Bestandteile, die an das Ende von Faser 6 angebracht sind, tatsächlich alle in einem einzigen röhrenförmigen Gehäuse untergebracht und bilden ein Gehäuseende am Ende eines Teils der flexiblen Länge der Faser, die den Fasermarkierungslaser 6 enthält. So wird das vordere Ende dieses röhrenförmigen Gehäuses leicht an einer Eingangsöffnung 40A des Scanners 40 angebracht und bleibt damit fortwährend in der korrekten optischen Ausrichtung mit dem Scanner-Eingang. Keine späteren Feldanpassungen sind für diese Einrichtungen erforderlich, wie dies im Fall von YAG Markierungslasersystemen zutrifft, in denen es erforderlich ist, den gepulsten Ausgang mit korrekter optischer axialer Ausrichtung mit den Abtastspiegeln von Scanner 40 auszurichten.
Als spezielles Beispiel der Arbeits-Wellenlängen des Systems 30 arbeitet die Halbleiterlaserquelle 32 mit einer Emissionswellenlänge innerhalb des Bereiches ungefähr 900 nm bis 930 nm, z. B. 915 nm, der innerhalb des Absorptionsbandes von Yb liegt. Faser- Markierungslaser 6 arbeitet bei einer Wellenlänge von etwa 1100 nm bis 1110 nm. Die Faserlänge für Laser 6 wird ausreichend lang gewählt, um eine volle Ausnützung des Pumplichtes entlang der Länge der Faser zu erreichen. Mit der Verwendung eines Pumplasers, wie des SDL Modells Nr. 6460-P6, mit einer Laserdiodenreihe mit mehreren Lichtemittern mit einem Ausgang von 17 W, kann mit dem doppelt ummantelten Hochleistungsfaserlaser 6 ein Leistungsniveau von 9 W erzielt werden. Wenn eine Mehrzahl gestapelter Reihen eingesetzt wird, betrüge ihr kombinierter Ausgang als Quelle 32 ungefähr 15 W. In einer bereits beschriebenen Konfiguration erzeugt eine 13,5 W Laserdiodenpumpquelle 32, die bei einer Wellenlänge von 807 nm arbeitet, eine Ausgangsleistung von 5 W im transversalen CW Single-Mode-Betrieb bei 1064 nm aus einer 45 bis 50 Meter langen doppelt ummanteltem Yb dotierten Faser. Die Anstiegseffizienz betrug 51%, obgleich die gesamte Effizienz bei der optischen Umwandlung nur 40% wegen Verlusten an der optischen Schnittstelle zwischen Quelle 32 und Faser 6 betrug. Diese Umwandlungseffizienz ist jedoch bis 60% verbessert worden. Der Lichtstrahl in System 30 kann bis auf 1 um auf Punktgröße fokussiert werden, aber Durchmesser um 15 um oder mehr sind für die meisten Markierungsanwendungen geeignet, mit entsprechenden Helligkeiten von 109 W/cm² steradian aufgrund der beugungsbegrenzten eingeschränkten Qualität des Ausgangstrahls 44 aus der Ausgangsfacette 36F der doppelt ummantelten Faser 36.
Es sollte erwähnt werden, dass anstelle der Verwendung des Linsensatzes 34, der Ausgang von einer Diodenlaserreihe über Faserkopplung in die doppelt ummantelte Faser 36 eingekoppelt werden kann, wofür Kopplungsfasern der individuellen Emitter zusammengebracht werden können, um ein Bündel zu bilden, das mit der Eingangsöffnung oder NA der inneren Ummantelung 36B der doppelt ummantelten Faser 36 übereinstimmt, so wie im U.S. Patent 5.268.978 beschrieben. Ferner können auch die Quellfasern an ihren Ausgangsenden verschweißt sein und das geschmolzene Ende im geschmolzenen Zustand gezogen sein und an einem Punktgeschnitten sein, um die NA des Eingangsendes der inneren Ummantelung 3613 der doppelt ummantelten Faser 36 anzupassen.
Es sollte ferner erwähnt werden, dass für den Fall, dass der Hochleistungsbetrieb des Markierungslasers 36 SRS oder hohe Raman-Verstärkung liefert, Umverteilen des Laserspitzenausgangs bei 1110 nm in andere Ausgangswellenlängen erfolgen kann, wozu Fasergitterfilter in dem Resonator verwendet werden können, um das SRS auszufiltern, oder die Faser 36 kann um den Kern in einem bestimmten Biegewinkel gebogen sein, um das Aussenden von Raman Wellenlängen zu erlauben. Auch das Ko-Dotieren des Kerns 36A, z. B. mit Er:Yb, kann die Raman Streuung herabsetzen.
Zweitens wird die doppelt ummantelte Faser wegen der Ummantelung im Wesentlichen entlang ihrer gesamten Länge gepumpt, so dass mehr Energie in den Faserkern einer Faser absorbiert werden kann, die genügt, das Pumplicht fast ganz zu absorbieren, und so ein leistungsfähigeres Verstärkungsmedium bereit stellt, als das mit einer Single Mode Faser möglich ist. Auch ist bei einem YAG System die Pumplänge entlang des YAG Stabs materiell betrachtet kleiner, so dass eine viel größere thermische Last besteht, die Änderungen verursacht oder den Brechungsindex des YAG Stabs verschiebt, was zu Modenverzerrung und Pulsausgängen führt, die durch optische Ungleichmäßigkeit in der Puls-zu-Puls Energie gekennzeichnet sind: Auch erhöht die Verwendung der doppelt ummantelten Faser als Lasermarkierungsenergiequelle die gesamte optische Umwandlungseffizienz auf 60% oder mehr, was höher ist, als bei herkömmlichen Single- Mode (TEM&sub0;&sub0;) Lasermarkierungssysteme mit CO&sub2;- und YAG-Lasern.
Drittens: wenn eine Faser der Art, die in der U.S. Patentanmeldung mit Serien-Nr.. 091050.386, supra, beschrieben ist und in Fig. 3 veranschaulicht ist, verwendet wird, so kann eine größere Menge Pumpenergie in einer verhältnismäßig kürzeren Länge einer doppelt ummantelten Faser absorbiert werden. Diese Art von Polygon-artiger innerer Pumpummantelungskonfiguration ist eine bevorzugte Ausführungsform für die doppelt ummantelte Faser bei dieser bestimmten Markierungsanwendung, da die Ummantelungskonfiguration 80 in Fig. 3 bewirkt, dass das sich ausbreitende Pumplicht entlang der Grenzfläche häufig und unter vielen unterschiedlichen Winkeln reflektiert wird und den Kern 36A öfter durchquert, was die Menge von Pumplichtabsorption im Kern 36A bei einer kürzeren Länge der doppelt ummantelten Faser erhöht. Jedoch funktionieren auch andere Polygonkonfigurationen. Die Konfiguration von Fig. 3 ist jedoch einfacher als andere Polygonkonfigurationen herzustellen, die in der Technik für die innere Pumpummantelung vorgeschlagen werden.
Viertens ermöglicht die große NA der inneren Pumpummantelung 36B ein besseres Anpassen des Längenverhältnisses der Pumplaserquelle 32 mit dem Eingangsende der inneren Pumpummantelung 36B, was zu einer leistungsfähigeren Kopplung zwischen der Pumplaserquelle und der Faser führt.
Fünftens verringert das System 30, das durch einen einzelnen Lasersstab, oder eine andere Hochleistungslaserquelle, die zu Abgabeleistungen von 15 W bis 30 W und mehr in der Lage ist, gepumpt wird, die Komplexität des Systems, während es die Lebensdauer gegenüber CO&sub2;- und YAG-Lasersystemen verlängert, und weder ein schwerfälliges Netzteil, noch einen Kühler und separaten Laserkopf erfordert, wie es die Single Mode (TEM&sub0;&sub0;) Lasermarkierungsquellen verwenden, die CO&sub2;- oder YAG-Laser einsetzen.
Wieder auf Fig. 2 Bezug nehmend, ist der zweidimensionale Scanner 40 eine Vorrichtung, die auf dem Markt vorhanden ist, und in der Ausführungsform hier ist der optische Scankopf, Modell Nr. HPM1OA, von der General Scanning, Inc., Watertown, MA erhältlich. Der Lasermarkierungsausgangslichtstrahl 44 wird an einer Eingangsöffnung des Scanners 40 und, durch die Verwendung eines Paar reaktionsschneller Galvanometerspiegel, einer je für die X und Y Achsen, empfangen. Der fokussierte Ausgangslichtstrahl 42 des Scanners 40 kann in zwei Dimensionen gescant werden und in einem Punkt 66 in der Bildebene fokussiert werden, die die Oberfläche 62 eines zu markierenden Artikels 60 ist. Artikel 60 kann auf einem Förderleitsystem 63 in Position gebracht werden, das eine Serie von Artikeln 60 verschiebt, die einzeln in Position gebracht werden, um unter dem abgelichteten Lichtstrahl 42 mit Markierungszeichen 64 versehen zu werden, wie in der Technik bekannt ist. Der Arbeitsbereich des Scanners 40 in der Bildebene kann ein Quadrat oder ein Rechteck sein, das in auf einer Seite von ungefähr 60 nm bis ungefähr 180 nm, abhängig von der gewählten Flachfeldlinse, die am Ausgang des Scanner 40 eingesetzt wird, verändert werden kann. In Fig. 2, ist der fokussierte und gescante Lichtstrahl 42 beim Fertigstellen des zweiten Strichs 65 des Buchstabens "D" gezeigt, nachdem der erste Strich 64 bereits durchgeführt wurde.
Die Abgabeleistung des Laserstrahls 42 liegt zwischen 5 W bis 20 W oder mehr und ist in der Lage, eine dünne Deckschicht der Oberfläche 62 des Artikels 60 zu verdampfen. Artikel 60, kann zum Beispiel eine integrierter Schaltungschip sein, der ein Plastikharzmaterial mit einem Füller, wie Kohlenstoff oder dergleichen enthält. Der gescante Lichtstrahl 42 verdampft eine dünne Deckschicht der Harzumkapselung, die eine exponierte untere Oberfläche verlässt, die einen sichtbar anderen reflektierten Kontrast als die Oberfläche 62 aufweist, so dass das Zeichen mit bloßem Auge erkennbar ist und eine dauerhafte Markierung bereit stellt, die nicht leicht entfernt werden kann und nicht verschmutzt. Keine zusätzlichen Printmedien oder Tinte sind beim Prozess notwendig. Was noch wichtiger ist: starker, tiefer Materialabbau der Umkapselung ist nicht notwendig oder wünschenswert. Hochleistungs- CO&sub2;- oder YAG-Lasermarkierungssysteme entfernen häufig Material von den Oberflächen, um die Markierungszeichen zu bilden, und bilden dabei Löcher und Rillen im Artikel, die 50 um bis 100 um tief in die Artikeloberfläche hineinreichen. Beim System 30 sind die Löcher oder Rillen, welche die Striche des Zeichen 65 bilden, im Bereich von etwa 6 um bis 27 um tief, wobei der höhere Wert nur in den Fällen auftritt, in denen sich Zeichenstriche berühren oder kreuzen. Der Rückstand aufgrund der größeren Löcher- oder Rillenbildung mit Hochleistungs-CO&sub2;- oder YAG-Lasermarkierungssystemen ist bedeutend und erfordert Vakuumreinigung an der markierten Stelle. Auf der anderen Seite verdampft der Markierungslichtstrahl beim System 30 eine bedeutende Menge an Material von der Oberfläche, die für einen reflektierten Kontrast ausreicht, um sichtbare erkennbare Zeichen auf der Artikeloberfläche zu bilden. Somit ist eine übermäßige Vakuumreinigung nicht eine Bedingung im Faserlasermarkierungssystem nach dieser Erfindung.
Während sich das vorangehende Beispiel auf eine Anwendung bei einem integrierten Chip bezieht, kann das Lasermarkierungssystem 30 zum Kennzeichnen anderer Materialien, wie Metalle, Keramik, Holz, Glas und anderer Plastiken eingesetzt werden und ist folglich nicht auf diese oben beschriebene Anwendung begrenzt.
Weiter auf Fig. 2 Bezug nehmend, enthält die Steuerung 50 das für Lasermarkierungssystem 30 einen PC 51, der eine herkömmliche Schaltung mit einschließt, um digitale Signalsteuerung für den Scanner 40 über Leitungen 59 bereit zu stellen. Standardmäßige Steuerfunktionen für das Scan-System sind Fachleuten bekannt und es kann auf sie über die Schnittstelle des Computers RS-232 zugegriffen werden, unter Verwendung von Software, die durch den Scanner-Hersteller bereitgestellt wird und PC-MARKTM oder PC-MARK MTTM und JOB EDITORTM, sowie als Maschinen- und Benutzerschnittstelle- Software, die RJETM, WINLASETM und WINICTM heißt und von SDL, Inc., San Jose, CA erhältlich ist.
Ein wichtiges Charakteristikum dieser Erfindung ist die Rückkopplungs-Steuerschaltung, um den Strom der Laserquelle 32 zu steuern, besonders wenn System 30 im Pulsmodus arbeitet oder im Energie-bei-Bedarf Modus, indem die Laserpumpquelle 32 zur Bildung der Striche oder Zeichen einschaltet wird. System 30 stellt ein stabiles Markierungsenergieniveau bereit, dass unabhängig von der Pulsrate oder der Frequenz und dem Arbeitszyklus ist und zu einem kontinuierlichen Markierungskontrastniveau auf der Artikelolberfläche führt. Dies ist ein wichtiger Faktor und eine Errungenschaft bei einem Lasermarkierungssystem, das durch einen Fasermarkierungslaser gekennzeichnet ist, der durch seine optische Pumpquelle moduliert wird, indem die Pumpquelle statt des Ausgangslichtstrahls des Markierungslasers, z. B. mit einem akustooptischen Modulator, moduliert wird. In Fig. 2 wird die Intensität der Markierung 44 zu diesem Zweck über Licht- und Signalrückkopplung kontrolliert, um den Strom zu steuern, der an die Laserquelle 32 geliefert wird, um diese zu betreiben. Die Steuerung 50 umfasst den Steuerschaltkreis 52 für das Empfangen eines Rückkopplungssignals auf der Leitung 58 vom Photodetektor 48. Der Photodetektor 48 empfängt einen kleinen Teil des Markierungsausgangs 44 über Strahlteiler 46, der zur Ausgangsintensität des vollen Ausgangs proportional ist. Der Photodetektor 48 stellt ein elektrisches Signal über Leitung 58 an den Steuerschaltkreis 52 bereit, der ein Ansteuerungsstromsignal für die Laserquelle bereit stellt 32, das zur Intensität des Ausgangs 44 proportional ist. Wie später detaillierter beschrieben wird, wird die Höhe des Antriebssignals dadurch ermittelt, dass das Rückkopplungssignal von Photodetektor 48 mit einer Referenz verglichen wird.
Während diese Art der Steuerung gut funktioniert, wenn ein Ausgang bei 44 des Markierungslasers 6 vorhanden ist, so ist dies nicht immer der Fall, es sei denn, das System 30 wird im CW Modus betrieben. Aber einer der Vorteile des Systems 30 ist der Betrieb in einem Pulsmodus, so dass die Markierungsenergie nur auf Bedarf bereit gestellt wird, d. h. wenn ein Zeichenstrich gebildet werden soll.
Jedoch in den Fällen, in denen Energie-bei-Bedarf Modus angewandt wird, d. h. in einer von zwei Situationen, in denen entweder die Laserpumpquelle im Pulsmodus betrieben wird, um einen Strich oder Vektor als eine Serie von Markierungen zu bilden, oder der Laser EIN und AUS geschalten wird, am Anfang beziehungsweise am Ende jedes Zeichenstrichs oder Vektors. In jeder dieser Situationen, gibt es am Anfang jedes Puls- oder Energiesignals keinen Ausgang 44, der an die Steuerschaltung zur Inbetriebnahme der Laserpumpquelle 32 bereitgestellt wird. Folglich kann es zu diesem Zeitpunkt keine optische Rückkopplung für den Überwachungs- und Kontrollausgang 44 über Steuerschaltkreis 52 geben. Um daher eine erhöhte, schnellere EIN-Zeit des Ausganges 44 bereit zu stellen, der ferner eine geringere Verzögerung zwischen dem Betrieb der Laserpumpquelle und dem Markierungslaser 6 bereit stellt und darüber hinaus eine EIN- Zeit hat, die eine steilere Rampe nach oben bis zur vollen Intensität aufweist, wird der Pulssteuerschaltkreis 90, der in Fig. 4 gezeigt wird, verwendet. Ein Zweck von Schaltung 90 ist es, eine möglichst kurze augenblickliche Einschalt-Zeit für den Fasermarkierungslaser bereit zu stellen, sobald ein Einschalt-Signal zur Laserpumpquelle 32 geschickt wird, d. h. eine stärker quadratische Puls-EIN-Zeit bei der Erzeugung des Markierungsausgangs 44. Ein anderer wichtiger Zweck von Schaltung 90 ist, das Überschießen zu dämpfen, das am Anfang der Anstiegszeit jeder Einschalt-Zeit im Ausgang 44 des Fasermarkierungslasers 6 vorhanden ist. Bei dieser Beschreibung bezeichnet "EIN- Zeit" durchgängig den charakteristischen Anstieg, den der Strom zur Laserpumpquelle bis zu einem maximalen Niveau benötigt, und den charakteristischen Anstieg zum aufrecht erhaltenen Intensitätsniveau des Markierungsausgangs 44, der durch den Fasermarkierungslaser 36 erzeugt wird. "EIN-Zeit Periode" bedeutet die Zeitspanne, während der der Fasermarkierungslaser 66 oder die Laserpumpquelle einen Ausgang erzeugt.
Mit Bezug auf Fig. 4 zeigt der Pulssteuerschaltkreis 90 die Halbleiterlaserpumpquelle 92 mit einem anliegenden Stromsignal I(s), das über die Leitung 104 durch die Strom- Steuerschaltung 102 bereitgestellt wird. Der optische Ausgang der Quelle 92 wird als Eingang für den doppelt ummantelten Fasermarkierungslaser 94 bereit gestellt, der eine Zeitverzögerungs- oder Populationsinversionsfunktion 93 aufweist und einen stimulierten Laserbetrieb 95 liefert, um eine optische Abgabeleistung P&sub0;(s) bei 96 zu erzeugen. Wie vorher angedeutet, wird ein Teil des Ausgangs 96 zur Steuerung der Intensität dieses Ausgangs rückgekoppelt, unabhängig von Frequenz oder Arbeitszyklus des Lichtausgangs. Signalumwandlung vom optischem zum elektrischen Signal und Verstärkung wird durch Schaltung 98 bewirkt, und dieses elektrische Rückkopplungssignal wird über Leitung 99 als Eingang zum Komparator 100 eingegeben, um einen Vergleich mit einem Referenzsignal R(s) bei 101 durchzuführen. Dieser Schaltkreis stellt bis jetzt bereit: Einrichtungen für die Überwachung der Ausgangsintensität des Markierungslasers 94 und zum Bereitstellen eines Signals von Komparator 100 an die Steuerschaltung 102, um ein geeignetes Ansteuerungsstromsignal I(s) zu erzeugen, um eine stabile Intensität während der Dauer des optischen Ausgangssignals P&sub0;(s) aufrecht zu erhalten. Wie jedoch vorher angedeutet wurde, ist aufgrund der Verzögerung 93 kein anfänglicher Ausgang bei 96, um eine Bestimmung einer anfänglichen Strommenge zum Starten für eine EIN-Zeit der Laserpumpquelle 92 zu ermitteln. Infolgedessen verursacht das Betreiben der Laserpumpquelle 92 ein Überschießen des optischen Ausgang bei 96 beim Beginn der optischen Abgabeleistungs-EIN-Zeit des Markierungslasers 94. Auch hinsichtlich der Verzögerung zwischen der EIN-Zeit von Quelle 92 und der optischen Abgabeleistung des Markierungslasers 94 ist es wünschenswert, diese Verzögerung so klein wie möglich zu machen, sowie eine Anstiegszeit der EIN-Zeit für die Pumpquelle 92 bereit stellen, die sich optisch in eine entsprechend steile Anstiegszeit des Anfangs der optischen Abgabeleistung-EIN-Zeit des Markierungslasers 94 übersetzen lässt. Weiter ist die Anstiegszeit von Ausgang 44 nicht quadratisch. Jedoch stellt die Übersteuerungsschaltung 105 von Schaltung 90 eine Lösung für das Verbessern jeder dieser Punkte bereit.
Die Übersteuerungsschaltung 105 enthält eine Kompensationsschaltung 106 und eine nichtlineare Vorrichtung 108, um eine kleine Übersteuerung der EIN-Zeit des Stromsignals I(s) bereit zu stellen, d. h. während der Anstiegszeit des Signals I(s). Schaltung 106 ist eine Schaltung, die auf die schnelle Anstiegszeit des Signals I(s) innerhalb eines vorbestimmten Zeitabschnitts, wie im Bereich von etwa 50 us bis ungefähr 80 us, reagiert und ein Ausgangssignal an die nichtlineare Vorrichtung 108 ausgibt. Die Vorrichtung 108 kann aus einem Paar gegenüberliegender verbundener bipolarer Dioden bestehen, die eine Vorwärts- und Rückwärts-Bias-Spannungsschwelle haben, mit einem dazwischen liegenden Schwellenlückenbereich, in dem kein Strom als Signalausgang in die Rückkopplungsleitung 99 ausgegeben wird. Somit erlaubt die Übersteuerungsschaltung 105 zum Teil der Stromsteuerschaltung 102 mit ihrem EIN-Zeit Signal I(s) zu beginnen, und zwar mit der schnellsten Rate, bevor ein optischer Ausgang 96 begonnen hat und stellt vor dem Ende der Stromanstiegszeit über die Leitung 104 ein elektrisches Signal für die Vorrichtung 108 bereit stellt, das auf dem Stromsignal I(s) basiert, das über seinem Schwellwert ist, um während dieses Zeitabschnitts einen Dissipationspuls auf die Rückkopplungsleitung 99 zum Komparator 100 zu erzeugen. Komparator 100 beginnt wegen dieses dämpfenden Signals 109 zu arbeiten, was bewirkt das anfängt, dass die Anstiegsrate des Stromsignals I(s) vor dem Erreichen des Höchstwertes gedämpft wird. Bis das dämpfende Signal 109 dissipiert wird, ist der maximale optische Ausgang bei 96 des Faserlasers 94 über die Schaltung 98 abgefragt worden, und das Rückkopplungssignal über Leitung 99 von Schaltung 98 übernimmt die Funktion der Rückkopplung zum Komparator 100.
Die Fig. 5A-5D zeigt eine Serie von Pulsdiagrammen, worin Kurven 110A-110D Stromsignal I(s) sind, mit jeweiligen Höchstwerten von ungefähr 20 A, 20 A, 10 A und 5 A, und Kurven 112A-112D optische Ausgangssignale Po(s), mit entsprechenden Ausgangsenergien 8 W, 8 W, 4 W und 2 W. Fig. 5A ist der Fall ohne nichtlineare Vorrichtung 108 und Fig. 5B-5D sind die Fälle, in denen eine nichtlineare Vorrichtung 108 in der Übersteuerungsschaltung 105 bei den jeweiligen optischen Ausgangsenergien von 8 W, 4 W und 2 W vorliegt. Es sollte angemerkt werden, dass eine Eigenschaft des optischen Ausgangssignals, P&sub0;(s), von der angenommen wird, dass sie in allen Fällen aufgrund von Nichtlinearitäten und anderer Ungleichmäßigkeiten der doppelt ummantelten Faser zustande kommt, die Resonanz oder die Kräuselung 114A-114D an der Oberseite des Anstieges des optischen Signals während der EIN-Zeit ist, eine Resonanz, die über eine kurze Zeit in einen Zustand stabiler Pulsleistung gedämpft wird. Der Zeitabstand dieser Resonanz kann bis 100 us klein sein und ist im Allgemeinen kleiner als 500 us. Es ist herausgefunden worden, dass diese Resonanz 114A-114D keinen erheblichen Effekt auf der Leistung des Markierungsprozesses hat, besonders da der Kräuselungszeitabschnitt kleiner als die Trägheitszeit ist, die benötigt wird, um die Galvanometerspiegel im Scanner 40 zu verschieben und in Position zu bringen.
Beachtet werden sollte der Unterschied bezüglich der EIN-Zeit der Signale I(s) und P&sub0;(s) in Fig. 5A bei 8 W verglichen mit diesen gleichen Signalen in Fig. 5B bei 8 W. Die Unterschiede sind dreifacher Natur, wie vorher angemerkt. Erstens ist die Anstiegszeit des Stromsignals in Fig. 5A zeitlich länger, als in Fig. 5B. Zweitens ist in Fig. 11A die Verzögerung zwischen der Anstiegszeit des Stromsignals 110A und dem optischen Ausgangssignal 112A in Fig. 5A länger als die Verzögerung 115B in Fig. 5B. Drittens hat der Anstieg des optischen Ausgangssignals 112A bei 116A eine stärker geneigte Steigung als der Anstieg des optischen Ausgangssignals 112B bei 1168. Der Anstieg 1168 des Signals 1128 ist nahezu vertikal. Dasselbe trifft für die Fälle der Fig. 5C und 5D zu. Die Übersteuerungsschaltung 105 steuert den Mittelwert des großen Überschießens 113, das bei Fig. 5A gezeigt ist, der anfänglichen Signalresonanz 114Ä, um ungefähr innerhalb 10% der Signalamplitude oder darunter zu liegen, durch Betreiben des Komparators 100, um das Stromsteuersignal I(s) unter dem Einfluss der Rückkopplung des Ausgangs 96 vor den Schaltkreisoperationen zu dämpfen. Im Fall von Fig. 5A, kann das durchschnittliche Überschießen ein Faktor von 1% Spitze sein und dann beruhigt sich das Signal 112A auf einen stabilen Gleichgewichtswert von ungefähr 8 W. Wie an den Fig. 5B-5D erkennbar ist, ist die maximale Ausgangsresonanz erheblich kleiner als bei Fig. 5A und zeigt eine Abhängigkeit von der Größe des Stromsignals I(s).
Übersteuerungsschaltung 105 arbeitet in der folgenden Weise. Wenn der Kontroller, wie die Steuerung 50 in Fig. 2, ein Aktivierungssignal für das Beginnen des Markierungsprozesses bereit stellt, veranlässt der Steuerschaltkreis 52 die Steuerschaltung 102, ein Stromsignal I(s) bereit zu stellen, um die Laserpumpquelle 92 zu aktivieren. Da es kein optisches Ausgangssignal P&sub0;(s) gibt, erfolgt der Anstieg des Stromsignals I(s) zunächst schnell bis ein Punkt erreicht wird, via Eingabe dieses Signals an die Übersteuerungsschaltung 105 mit genügender Höhe, um die Schwelleder Vorrichtungsschaltung 108 zu erreichen und ein Signal auf der Rückkopplungsleitung 99 zum Komparator bereit zu stellen. Dieses geschieht vor dem Anfang der EIN-Zeit des optischen Ausgangssignals 96 auf, wie z. B. in Fig. 5B ersichtlich ist. In Fig. 5B ist ersichtlich, dass der Stromsignalanstieg bei 1188 nun nicht so steil ist. Über dem Rest der Anstiegszeit des Stromsignals I(s) fährt die Übersteuerungsschaltung solange fort, ein gedämpftes Signal via Komparator 100 bereit zu stellen, bis die EIN-Zeit des optischen Ausgangssignals 1128 beendet ist und optische Rückkopplung über den Komparator 100 eingesetzt wird, um den Gleichgewichtszustand des Signalausganges zu steuern. Mit anderen Worten: der Komparator 100 beginnt die. Analyse mit Vergleichswerten viel früher während der Anstiegszeit des Stromsignals I(s), und vor dem Vorliegen einer Rückkopplung des optischen Signalausgangs bei 96.
Ein wichtiges Merkmal des Fasermarkierungslasers dieser Erfindung ist ein erheblich verringertes Rauschen im optischen Ausgang des Faserlasers, wenn dieses mit dem der YAG Lasermarkierungssysteme verglichen wird. Der Markierungsausgang ist entlang der Länge des Markierungsstrich oder Vektors im Vergleich mit dem YAG Laser konstanter. Das Puls-zu-Puls Rauschen bei Q-Switch ist bei einem YAG Lasersystem sehr viel verrauschter. Dieses spiegelt sich in den tatsächlichen Markierungsprofilen für einen Strich wieder, die in den Fig. 6 und 7 gezeigt werden, die durch ein Lasersystem 30 dieser Erfindung und durch ein Nd:YAG System gebildet wurden. In diesen Abbildungen werden die Querschnittsprofile der resultierenden Markierung im Fall desselben Artikels gezeigt, der eine Plastikartikeloberfläche aufweist. Wie in Fig. 6 gezeigt, ist die Markierungstiefe, die durch den Fasermarkierungslaser erzeugt wird, deutlich gleichförmiger über die Breite der Markierungstiefe und viel kleiner in der Gesamttiefe als beim YAG Markierungslaser. Vornehmlich ist die durchschnittliche Markierungstiefe beim Faserlaser kleiner als 8 um, mit einem Höchstwert, der nur ungefähr ein Halbmal, größer als die durchschnittliche Markierungstiefe ist, während die durchschnittliche Markierungstiefe beim YAG Markierungslaser über 10 um beträgt, mit Spitzenwerten, die zwei bis dreimal größer als die durchschnittliche Markierungstiefe sind, und die am Anfang und am Ende des Markierungsprofils erscheinen. Infolgedessen ist das Markierungsprofil des YAG Markierungslasers nicht so präzise wie das, das mit dem Fasermarkierungslaser gemäß dieser Erfindung erreicht wird, welches wegen der Verbesserung in der Gleichförmigkeit des Markierungsprofils eine insgesamt verbesserte Sichtbarkeit der Markierung für den Betrachter bereit stellt, als das YAG Markierungssystem.
Es wird angemerkt, dass im Betrieb des Lasermarkierungssystems dieser Erfindung, wenn das System seit dem letzten Markierungsbefehl bis zum einer Sekunde oder länger im Leerlauf gewesen ist, es eine Tendenz für dem Beginn des ersten Markierungsbefehls durch die Steuerung gibt, keinen ausreichenden optischen Ausgang 96 bereit zu stellen, um die volle Länge des ersten Markierungsstrichs zu erzeugen. Danach weisen bei kontinuierlichen Durchfahren des Markierungslichtstrahls durch den Scanner und die Modulation des Pumplasers 92 die Markierungsstriche die für die Erzeugung der Zeichen im wesentlichen die ganze richtige Länge auf. Korrektur der zu kurzen Länge des ersten Strichs kann in solch einem Fall dadurch kompensiert werden, dass ein erster Dummy-Puls durch die Steuerung an die Steuerschaltung vor Beginn des ersten Markierungsbefehls bereit gestellt wird. Dieser Dummy-Puls stellt zusammen mit der Beendigung des ersten Markierungsstrichbefehls, um einen Strompuls an Pumplaser 92 bereit zu stellen, einen optischen Ausgang bei 96 des Faserlasers 94 bereit, der genügt, um eine volle und komplette Markierungslänge des Ausgangsstrichs für ein auf die Artikeloberfläche zu druckendes Zeichen zu bilden. Auch liegt es im Rahmen dieser Erfindung, in den Fällen, in denen das Lasermarkierungssystem 90 während eines Zeitabschnitts, wie eine Sekunde oder mehr untätig geblieben ist, einen Vorbereitungspuls an die Laserdiodenquelle 92 vor Einführung des ersten Markierungsbefehls auszugeben, und zwar über die Stromsteuerschaltung 102 unter der Steuerung des Systemsteuerung, um den ersten Strich eines Markierungszeichens zu drucken. Dieser Vorbereitungspuls ist der kurze Puls, der ausreicht, die Laserpumpquelle 92 zu veranlassen, einen Lichtpuls hoher Intensität und kurzer Dauer für den doppelt ummantelten Faserlaser zu erzeugen, um eine Ausgangspopulationsinversion in der Faser wenige Mikrosekunden vor der Einführung des ersten Markierungsbefehls oder in einem Zeitabschnitt bereit zu stellen, bevor sich die Restenergie des Vorbereitungspulses in der Faser zerstreut hat. Während die Energie in der Faser 94 einen Lichtausgang in Form von ASE oder sogar eines Lichtpulses mit niedrigerer Energie bereit stellen kann, ist die Energie nicht ausreichend, um eine Markierung auf der zu markierenden Artikeloberfläche zu erzeugen. Jedoch stellt das Vorhandensein der Restenergie in der Faser ein "Kopfstartsignal" für den einleitenden Markierungsstrich bereit, um die volle Länge des ersten Markierungsstrichs durchzuführen.

Claims

1. Ein Lasermarkierungssystem umfassend:

ein Hochleistungsfasermarkierungsverstärkungsmedium bestehend aus einer doppelt ummantelten Faser (36), die einen dotierten Kern (36A) besitzt, der durch eine innere Pumpummantelung (36B) umgeben ist und einen optischen Ausgang für einen Markierungsvorgang bereitstellt;

eine Hochleistungslaserquelle (32) zum Pumpen der doppelt ummantelten Faser, wobei ein Ausgang der Laserquelle optisch als ein Eingang an die innere Pumpummantelung (36B) gekoppelt ist;

dadurch gekennzeichnet, dass

das Lasermarkierungssystem weiter umfasst:

einen optischen Scanner (40), der angekoppelt ist, um den Ausgangsstrahl von dem Fasermarkierungslaser zu empfangen, um diesen Ausgang über eine Oberfläche eines zu markierenden Artikels zu scannen, und eine Einrichtung (50), um den Betrieb des Scanners synchron mit einer Modulation der Laserpumpquelle (32) zu steuern, um den Markierungsvorgang zu initiieren und den optischen Markierungsausgang in mehreren Dimensionen zu durchfahren und zu modulieren, um Striche zu bilden, die wahrnehmbare Zeichen umfassen, und

in der das Hochleistungsfasermarkierungsverstärkungsmedium ein Faserlaser ist, der durch die Hochleistungslaserquelle gepumpt wird.

2. Das Lasermarkierungssystem nach Anspruch 1, bei welchem die innere Pumpummantelung der doppelt ummantelten Faser eine nicht-kreisförmige Geometrie aufweist.

3. Das Lasermarkierungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die doppelt ummantelte Faser eine innere Pumpummantelung mit einer Querschnittskonfiguration hat, die wie ein Polygon geformt ist.

4. Das Lasermarkierungssystem nach Anspruch 3, bei welchem der Polygon die Form eines Oktagons aufweist.

5. Das Lasermarkierungssystem gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, bei welchem die Steuereinrichtung eine Einrichtung umfasst, um die Anstiegszeit des Stromsignaleingangs zum Betrieb der Laserpumpquelle zu dämpfen, um damit die Anstiegsqualität des optischen Markierungsausganges zu verbessern.

6. Das Lasermarkierungssystem gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, bei welchem die Laserpumpquelle einen Halbleiterlaser oder einen Faserlaser umfasst, der durch einen Halbleiterlaser gepumpt wird.

7. Das Lasermarkierungssystem nach Anspruch 6, bei welchem der Halbleiterlaser wenigstens eine Laserdiodenanordnung ist, die eine Mehrzahl von lichtemittierenden Elemente aufweist; und Einrichtungen umfasst, um den Ausgang der lichtemittierenden zum Eingeben in die doppelt ummantelte Faser zu kombinieren.

8. Das Lasermarkierungssystem gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, bei welchem der Fasermarkierungslaser Flexibilität im Hinblick auf die stabile Ausrichtung des Ausgangsstrahls mit einem optischen Eingang zu dem Scanner, so dass keine weitere Nachjustierung erforderlich ist.

9. Das Lasermarkierungssystem gemäß den Ansprüchen 1 bis 8, bei welchem der Fasermarkierungslaser in weniger als ungefähr 0,5 Millisekunden nach dem Ausschalten der Pumplaserquelle ausgeschalten wird.

10. Das Lasermarkierungssystem nach Anspruch 9, bei welchem die Pumplaserquelle eine Diodenlaserquelle oder eine mit einem Diodenlaser gepumpte Faserlaserquelle umfasst.

11. Das Lasermarkierungssystem nach Anspruch 10, bei welchem die Diodenlaserquelle wenigstens eine balkenartige Diodenlaseranordnung umfasst.

12. Das Lasermarkierungssystem nach Anspruch 10, bei welchem die Diodenlaserpumpquelle in einem Energie-nach-Bedarf Modus betrieben wird, in dem die Diodenlaserpumpquelle immer dann eingeschaltet oder moduliert wird, wenn eine Markierungssequenz mit einen Markierungsausgang beliebiger Länge und Pulshöhe gestartet werden soll

13. Gas Lasermarkierungssystem gemäß den Ansprüchen 1 bis 12, bei welchem der Faserlaser eingerichtet ist, um den Ausgangsmarkierungslichtstrahl mit einer schnellen Anstiegszeit von weniger als 1 Millisekunde bereitzustellen, und wobei das Lasermarkierungssystem einen Pumplaserschaltkreis umfasst, um die Einschaltverzögerung des Lasers herabzusetzen, damit kein externer Modulator zum Modulieren des Ausgangsmarkierungslichtstrahls erforderlich ist.

14. Das Lasermarkierungssystem gemäß den Ansprüchen 1 bis 12, bei welchem der Faserlaser ein Ausgangsende als einen flexiblen und beweglichen Markierungsausgang bereit stellt, der somit leicht mit dem Scanner am Markierungssystem ausrichtbar ist.

15. Das Lasermarkierungssystem nach Anspruch 14, bei welchem der Faserlaser ein Single-Mode Faserlaser ist.

16. Gas Lasermarkierungssystem nach Anspruch 14, bei welchem ein zweidimensionales Scannen bereit gestellt wird, indem der Faserlaserausgang zum Scannen in einer ersten Richtung und der Scanner zum Scannen in einer zweiten Richtung verschoben werden.

17. Das Lasermarkierungssystem nach Anspruch 14, bei welchem ein zweidimensionales Scannen bereit gestellt wird, so dass der Scanner den Faserlaserausgang in zwei Dimensionen bewegen kann, um eine zu markierende Oberfläche zu scannen.

18. Das Lasermarkierungssystem nach Anspruch 10 weiter umfassend:

eine Einrichtung zum Steuern des Anregungsniveaus und zur zeitlichen Steuerung des Diodenlaserquelle, so dass Striche in einer vorbestimmten räumlichen Relation und mit einer vorbestimmten Höhe an Markierungsausgangsleistung auftreten, um einen gewünschten Markierungskontrast bei einer Endmarkierungstiefe in der Artikeloberfläche zu erhalten, die von dem Oberflächenmaterial des zu markierenden Artikels abhängig ist.

19. Das Lasermarkierungssystem nach Anspruch 10, weiter umfassend:

eine Steuerschaltung, um ein elektrisches Signal zum Steuern der Höhe des Stroms bereit zu stellen, mit dem die Diodenlaserquelle versogt wird, und dementsprechend der Höhe der optischen Ausgangsintensität, mit der der Fasermarkierungslaser versorgt wird;

eine Einrichtung zum Ermitteln der Intensitätshöhe beim Fasermarkierungslaser; und

eine Rückkopplungseinrichtung, um die ermittelte Intensitätshöhe mit einem erwünschten Niveau zu vergleichen und die Stromhöhe anzupassen, um die Höhe der optischen Ausgangsintensität auf dem erwünschten Niveau zu halten.

20. Das Lasermarkierungssystem nach Anspruch 19, ferner eine Übersteuerungsschaltung in der Rückkopplungseinrichtung umfassend, um eine anfängliche Dämpfung beim Anlegen des elektrischen Signals bereit zu stellen.

21. Das Lasermarkierungssystem nach Anspruch 20, wobei die anfängliche Dämpfung die Anstiegszeit des elektrischen Signals verkürzt, wenn sich das elektrische Signal seinem Höchstwert nähert.

22. Ein Verfahren zur Steuerung der Energieanregung bei einem Lasermarkierungssystem zum Aufbringen von Zeichen auf eine Oberfläche eines Artikels, mit den Schritten:

Bereitstellen eines Lasermarkierungssystems gemäß Anspruch 1:

Modulieren der als Diodenpumplaser bereitgestellten Hochleistungslaserquelle mit einem Pumpsignal in Abhängigkeit von dem auf der Artikeloberfläche anzubringenden Zeichen, das repräsentativ für ein vorbestimmtes Intensitätsniveau ist;

Überwachen des Markierungsausgangs; um dessen Intensitätsniveau zu ermitteln;

Vergleichen der Höhe der Markierungsausgangsintensität mit dem vorbestimmten Intensitätsniveau; und

Ändern des Pumpsignals nach dem Vergleich auf einen Wert, der repräsentativ für das vorbestimmte Intensitätsniveau ist.

23. Das Lasermarkierungssystem nach Anspruch 1, bei welchem die Einrichtung (50) eingerichtet ist, um vor einer ersten Markierungsanweisung einen Dummy-Puls auszugeben.

24. Das Lasermarkierungssystem nach Anspruch 1, bei welchem die Einrichtung (50) dazu eingerichtet ist, vor dem Beginn eines ersten Markierungsbefehls die Hochleistungslaserquelle (32) zu veranlassen, einen Lichtpuls hoher Intensität zu erzeugen.

25. Ein Lasermarkierungssystem gemäß Anspruch 12 mit einer Übersteuerungsschaltung (105), umfassend:

eine Ausgleichsschaltung (106) für eine Reaktion auf eine Anstiegszeit eines Stromsignals; und

eine nicht-lineare Vorrichtung (108), die mit einem Ausgang der Ausgleichsschaltung verbunden ist, um das anfängliche Dämpfen bei der Anwendung des Stromsignals bereit zu stellen.