Изобретение относится к средствам для маркировки торцевых крышек емкостей для напитков и пищевых продуктов при помощи лазерного луча, в том числе идентификационным или верификационным двумерным штриховым кодом, на предварительно определенных частях каждой торцевой крышки, и может быть использовано преимущественно в пищевой промышленности.

Известна установка для лазерной маркировки различных объектов, содержащая последовательно установленные узел загрузки маркируемых объектов в установку, узел подачи их на средство для перемещения отдельных маркируемых объектов на маркировку и последующую выгрузку, узел лазерного маркиратора, узел выгрузки маркируемых объектов из установки (Патент РФ 2674194, МПК B41J 2/44, опубл. 2018).

Известная установка не может обеспечить качественную лазерную маркировку неориентированных маркируемых объектов ввиду отсутствия как возможности позиционирования этих объектов в необходимое для качественной лазерной маркировки положение, так и возможности формирования лазерного луча и его наведения на поверхность маркировки, обеспечивающего наведение лазерного луча в требуемом направлении относительно поверхности маркировки.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является установка для лазерной маркировки торцевых крышек емкостей для напитков и пищевых продуктов, содержащая последовательно установленные узел загрузки стопки крышек в установку, узел разделения стопки крышек на отдельные крышки и подачи их на средство для перемещения отдельных крышек на маркировку и последующую выгрузку, узел лазерного маркиратора со средствами ориентирования торцевых крышек путем изменения их положения, узел отбраковки, выполненный с возможностью контроля качества маркировки и отделения крышек, несоответствующих заданным критериям качества, узел сборки крышек в стопки и выгрузки из установки (Патент РФ № 2707302, МПК B65D 17/00, опубл. 2019).

К недостаткам известной установки можно отнести необходимость использования сложного устройства для ориентирования торцевых крышек, а также недостаточную эффективность функционирования отдельных узлов, входящих в состав установки. Известен узел лазерного маркиратора установки для лазерной маркировки неориентированных объектов, содержащий средство для размещения и передвижения маркируемых объектов, модуль обнаружения маркируемого объекта, импульсный источник лазерного излучения, оптическое средство формирования лазерного луча и его наведения на поверхность маркировки, блок управления, связанный с импульсным источником лазерного излучения, модулем обнаружения, а также с оптическим средством формирования лазерного луча и его наведения на поверхность маркировки, модуль определения ориентации маркируемого объекта, выполненный в виде видеокамеры, связанной с блоком управления, при этом блок управления выполнен с возможностью воздействия по сигналу, сформированному видеокамерой, выработки управляющего сигнала на оптическое средство формирования лазерного луча и его наведения на поверхность маркировки, обеспечивающего наведение лазерного луча в требуемом направлении относительно поверхности маркировки (Патент РФ № 2322334, МПК В23К 26/04, опубл. 2007).

Однако известное устройство невозможно использовать для лазерной маркировки в режиме непрерывного движения маркируемого объекта и, соответственно, осуществить учет скорости перемещения маркируемого объекта при функционировании устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому узлу лазерного маркиратора является узел лазерного маркиратора установки для лазерной маркировки торцевых крышек емкостей для напитков и пищевых продуктов, содержащий блок управления лазерным маркиратором и связанные с ним импульсный источник лазерного излучения и оптическое средство формирования лазерного луча и его наведения на поверхность маркировки, модуль обнаружения и модуль определения скорости перемещения маркируемого объекта, связанные с блоком управления лазерным маркиратором (Патент РФ № 127669, МПК В23К 26/02, опубл.2013).

К недостаткам известного устройства можно отнести недостаточно высокое качество лазерной маркировки ввиду невозможности при различной ориентации движущихся объектов (отсутствует модуль определения ориентации) направлять луч лазера относительно поверхности или области нанесения маркировки таким образом, чтобы при этом имело место наиболее эффективное воздействие луча лазера на поверхность или область нанесения маркировки. Кроме того, в известном устройстве для получения одного маркировочного отпечатка используется три лазера, что усложняет конструкцию устройства в целом. Предлагаемое изобретение как в части выполнения установки для лазерной маркировки торцевых крышек емкостей для напитков и пищевых продуктов, так и в части выполнения узла лазерного маркиратора этой установки направлено на решение технической проблемы и достижение технического результата, состоящего в повышении качества лазерной маркировки за счет обеспечения наиболее эффективного воздействия луча лазера на области нанесения маркировки, имеющие различную ориентацию, а также, в части выполнения установки, в повышении эффективности функционирования установки в целом за счет более эффективного выполнения отдельных узлов установки.

Данный технический результат, в части выполнения установки по независимому п.1 формулы изобретения достигается тем, что в установке для лазерной маркировки торцевых крышек емкостей для напитков и пищевых продуктов, содержащей последовательно установленные узел загрузки стопки крышек в установку, узел разделения стопки крышек на отдельные крышки и подачи их на средство для перемещения отдельных крышек на маркировку и последующую выгрузку, узел лазерного маркиратора, узел отбраковки, узел сборки крышек в стопки или россыпью при выгрузке из установки, узел лазерного маркиратора снабжен модулем определения ориентации крышки, выполненным в виде камеры машинного зрения, а узел отбраковки содержит видеокамеру с анализатором изображения, выполненным с возможностью подачи сигнала на отбраковку крышки путем выталкивания отбракованной крышки с конвейера.

Снабжение узла лазерного маркиратора модулем определения ориентации крышек, выполненным в виде камеры машинного зрения, позволяет повысить качество лазерной маркировки за счет обеспечения наиболее эффективного воздействия луча лазера в требуемом направлении на поверхности маркировки крышек, имеющих различную ориентацию. Это обусловлено тем, что при использовании описанных выше технических средств имеется возможность точного определения ориентации крышки и изменения направления лазерного луча в оптимальном для эффективной маркировки крышки направлении, в зависимости от изменения ориентации каждой крышки. При этом камера машинного зрения обеспечивает высокое качество визуальной инспекции, высокую скорость работы с увеличением оборота, возможность непрерывной работы и точность повторяемых измерений, и ее использование неизвестно в аппаратурном оформлении лазерной маркировки движущихся неориентированных крышек.

Выполнение узла отбраковки содержащим видеокамеру с анализатором изображения, выполненным с возможностью подачи сигнала на отбраковку крышки з путем выталкивания отбракованной крышки с конвейера, позволяет повысить эффективность функционирования установки в целом за счет исключения поступления на выходе из установки бракованных крышек, при использовании высокоточного средства идентификации отбракованных крышек.

Предпочтительное выполнение узла загрузки стопки крышек в установку в виде закрытого/открытого желоба, который может быть снабжен вибродвигателем, позволяет обеспечить надежную загрузку стопки крышек (с одновременным предварительным отделением крышек друг от друга в стопке за счет вибрации или гравитационного перемещения) и ее перемещение к узлу разделения стопки крышек на отдельные крышки, что повышает эффективность функционирования данного узла и, соответственно, установки в целом.

Предпочтительное выполнение узла разделения стопки крышек на отдельные крышки в виде шнекового разделителя позволяет со свойственной такому разделителю эффективностью осуществить разделение стопки крышек на отдельные крышки и, таким образом, обеспечить достижение технического результата.

Предпочтительное выполнение узла сборки крышек в стопки и выгрузки из установки в виде закрытого/открытого желоба с подключенной к нему системой вакуумного подсоса повышает эффективность функционирования данного узла и, соответственно, установки в целом, за счет того, что при такой сборке обеспечивается равномерное размещение крышек в стопках и, соответственно, получение однородных стопок.

Предпочтительное выполнение узла лазерного маркиратора, содержащим блок управления лазерным маркиратором и связанные с ним импульсный источник лазерного излучения и оптическое средство формирования лазерного луча и его наведения на поверхность маркировки, модуль обнаружения и модуль определения скорости перемещения маркируемого объекта, связанные с блоком управления лазерным маркиратором, представляет собой наиболее эффективное аппаратурное оформление узла лазерного маркиратора, обеспечивающее повышение качества лазерной маркировки за счет обеспечения наиболее эффективного воздействия луча лазера на области нанесения маркировки, имеющие различную ориентацию. При этом в установке возможно использование нескольких импульсных источников лазерного излучения и оптических средств формирования лазерного луча, которые работают последовательно (один за другим) для увеличения производительности установки. Данный технический результат, в части выполнения установки по независимому п.7 формулы изобретения, достигается тем, что в установке для лазерной маркировки торцевых крышек емкостей для напитков и пищевой продукции, содержащей последовательно установленные узел загрузки стопки крышек в установку, узел разделения стопки крышек на отдельные крышки и подачи их на средство для перемещения отдельных крышек на маркировку и последующую выгрузку, узел лазерного маркиратора, узел отбраковки, узел сборки крышек в стопки или россыпью при выгрузке из установки, узел лазерного маркиратора выполнен содержащим блок управления лазерным маркиратором и связанные с ним импульсный источник лазерного излучения, оптическое средство формирования лазерного луча и его наведения на поверхность маркировки крышки, модуль обнаружения и модуль определения скорости перемещения крышки, при этом узел лазерного маркиратора также содержит модуль определения ориентации крышки, выполненный в виде камеры машинного зрения, связанной с блоком управления модуля определения ориентации, соединенным также с дополнительным модулем обнаружения, и направленных на крышку объект источников освещения, причем блок управления лазерным маркиратором выполнен с возможностью по сигналу, сформированному блоком управления модуля определения ориентации, выработки управляющего сигнала на оптическое средство формирования лазерного луча и его наведения на поверхность маркировки крышки, обеспечивающего наведение лазерного луча в требуемом направлении относительно поверхности маркировки крышки.

Выполнение узла лазерного маркиратора содержащим блок управления лазерным маркиратором и связанные с ним импульсный источник лазерного излучения, оптическое средство формирования лазерного луча и его наведения на поверхность маркировки крышки, модуль обнаружения и модуль определения скорости перемещения крышки, при этом узел лазерного маркиратора также содержит модуль определения ориентации крышки, выполненный в виде камеры машинного зрения, связанной с блоком управления модуля определения ориентации, соединенным также с дополнительным модулем обнаружения, и направленных на крышку источников освещения, причем блок управления лазерным маркиратором выполнен с возможностью по сигналу, сформированному блоком управления модуля определения ориентации, выработки управляющего сигнала на оптическое средство формирования лазерного луча и его наведения на поверхность маркировки крышки, обеспечивающего наведение лазерного луча в требуемом направлении относительно поверхности маркировки крышки, представляет собой подробное описание наиболее эффективного аппаратурного оформления узла лазерного маркиратора, обеспечивающего повышение качества лазерной маркировки за счет обеспечения наиболее эффективного воздействия луча лазера на области нанесения маркировки, имеющие различную ориентацию. При этом в установке возможно использование нескольких импульсных источников лазерного излучения и оптических средств формирования лазерного луча, которые работают последовательно (один за другим) для увеличения производительности установки.

Снабжение узла лазерного маркиратора дополнительным модулем обнаружения, связанным с блоком управления модулем определения ориентации крышки, также обеспечивает достижение указанного технического результата за счет того, что при этом обеспечивается своевременное подключение и функционирование модуля определения ориентации крышки, что, соответственно, позволяет точно определить ориентацию крышки и учесть ее как при формирования лазерного луча, так и при его оптимальном наведении на поверхность маркировки крышки, и таким образом осуществить эффективную лазерную маркировку.

В части выполнения узла лазерного маркиратора данный технический результат достигается тем, что узел лазерного маркиратора, содержащий блок управления лазерным маркиратором и связанные с ним импульсный источник лазерного излучения, оптическое средство формирования лазерного луча и его наведения на поверхность маркировки крышки, модуль обнаружения и модуль определения скорости перемещения крышки, также содержит модуль определения ориентации крышки, выполненный в виде камеры машинного зрения, связанной с блоком управления модуля определения ориентации, соединенным также с дополнительным модулем обнаружения, и направленных на крышку источников освещения, причем блок управления лазерным маркиратором выполнен с возможностью по сигналу, сформированному блоком управления модуля определения ориентации, выработки управляющего сигнала на оптическое средство формирования лазерного луча и его наведения на поверхность маркировки крышки, обеспечивающего наведение лазерного луча в требуемом направлении относительно поверхности маркировки крышки. При этом в узле лазерного маркиратора возможно использование нескольких импульсных источников лазерного излучения и оптических средств формирования лазерного луча, которые работают последовательно (один за другим) для увеличения производительности установки. На Фиг.1 схематично представлен общий вид установки для лазерной маркировки торцевых крышек емкостей для напитков и пищевых продуктов; на Фиг.2 - фрагмент установки в области шнекового разделителя; на Фиг.З - блок-схема узла лазерного маркиратора; на Фиг.4 - блок-схема модуля определения ориентации крышек.

Установка для лазерной маркировки торцевых крышек емкостей для напитков и пищевых продуктов содержит узел 1 загрузки стопки крышек 2 в установку, выполненный в виде открытого или закрытого желоба 3, который может быть снабжен вибро двигателем 4. Стопка крышек загружается в желоб 3 оператором в горизонтальном или наклонном положении и перемещается в желобе 2, вибрирующем под действием вибродвигателя 4, или под действием гравитации к узлу 5 разделения стопки крышек на отдельные крышки.

Узел 5 разделения стопки крышек на отдельные крышки выполнен в виде шнекового разделителя, то есть в качестве разделителя используется шнек 6, который входит в зацепление с кромочной частью передней в стопке крышки 2 и отделяет от стопки крышку 2, которая затем поступает на ленточный конвейер (см. Фиг.2).

Средство для перемещения отдельных крышек на маркировку и последующую выгрузку может быть выполнено, например, в виде перфорированного ленточного конвейера 7 (выполненного в формате одиночного цельного конвейера или системы связанных друг с другом конвейеров), снабженного системой вакуумного присасывания крышек 2 для предотвращения их колебаний или непроизвольных смещений. Система вакуумного присасывания крышек может содержать одну или несколько вакуумных камер 8, вакуум в которых поддерживается путем отсоса воздуха вентилятором или насосом 9.

Узел 10 лазерного маркиратора (см. Фиг.З) содержит модуль 11 определения ориентации крышки, связанный с блоком 12 управления модуля определения ориентации, к которому подсоединен дополнительный модуль 13 обнаружения крышки 2. Узел 10 лазерного маркиратора также включает в себя блок 14 управления лазерным маркиратором (компьютер, ЭВМ с соответствующим программным обеспечением) и связанные с ним импульсный источник 15 лазерного излучения, например, иттербиевый (волоконный) импульсный лазерный излучатель, и оптическое средство 16 формирования лазерного луча и его наведения на поверхность маркировки крышки, например, двухосевой сканатор. При этом в установке возможно использование нескольких импульсных источников лазерного излучения и оптических средств формирования лазерного луча, которые работают последовательно (один за другим) для увеличения производительности установки. К блоку 14 управления лазерным маркиратором подсоединены модуль 17 обнаружения и модуль 18 определения скорости перемещения крышки, а также блок 12 управления модуля определения ориентации. Модуль 11 определения ориентации крышки выполнен (см. Фиг.4) в виде камеры 19 машинного зрения, связанной с блоком 12 управления модуля определения ориентации, и направленных на крышку 2 источников 20 освещения.

Также установка содержит узел 21 отбраковки, выполненный с возможностью контроля качества маркировки и отделения крышек, не соответствующих заданным критериям качества, который может быть выполнен в любой известной конструкции, например, содержать видеокамеру с анализатором изображения, сигнал от которого на отбраковку определенной крышки 2 поступает на устройство для выталкивания этой крышки с конвейера 7 (не показано).

Узел 22 сборки крышек в стопки и выгрузки из установки выполнен в виде желоба 23 с подключенной к нему системой 24 вакуумного подсоса в виде вакуумных присасывающих устройств, при помощи которых отдельные крышки 2 складываются в стопки и затем выгружаются оператором из установки с последующей их упаковкой для транспортировки.

Предлагаемая установка для лазерной маркировки торцевых крышек емкостей для напитков и пищевых продуктов работает следующим образом.

Обычно торцевые крышки 2 емкостей для напитков и пищевых продуктов поступают на маркировку в виде стопки таких крышек, которая подается оператором в узел 1 загрузки стопки крышек в установку в наклонном положении на желоб 3. Стопка крышек 2 перемещается на вибрирующем под действием вибродвигателя 4 желобе 3 или под действием гравитации к узлу 5 разделения стопки крышек на отдельные крышки 2 и при этом одновременно с перемещением в стопке происходит предварительное отделение крышек 2 друг от друга.

Затем стопка крышек поступает в узел 5 разделения стопки крышек на отдельные крышки в виде шнекового разделителя, в котором в качестве разделителя используется шнек 6, который входит в зацепление с кромочной частью передней в стопке крышки 2 и отделяет от стопки крышку 2, которая затем поступает на ленточный конвейер 7.

Поступившие на ленточный конвейер 7 отдельные крышки 2 перемещаются и подаются на маркировку в узел 10 лазерного маркиратора. При этом, за счет использования системы вакуумного присасывания крышек 2 обеспечивается предотвращение колебаний крышек 2 и их непроизвольные нежелательные смещения на ленточном конвейере 7.

Первоначально при этом дополнительный модуль 13 обнаружения крышки фиксирует наличие крышки 2 и подает соответствующий сигнал в блок 12 управления модуля определения ориентации, который, в свою очередь, направляет управляющий сигнал на подключение модуля И определения ориентации крышки, который затем производит определение такой ориентации по какому-либо из параметров или характеристик крышки 2, например, по углу отклонения а поверхности для нанесения маркировки от оси перпендикулярной оси движения. Определение ориентации производится посредством камеры 19 машинного зрения, которая осуществляет видеофиксацию изображения крышки 2, подсвечиваемой источниками 20 освещения (см. Фиг.З), и передает соответствующую информацию, например, в виде цифровых данных, в блок 12 управления модуля определения ориентации. Данная информация поступает в блок 14 управления лазерным маркиратором, который по результатам обработки информации об ориентации маркируемого объекта вырабатывает соответствующий управляющий сигнал в оптическое средство 16 формирования лазерного луча и его наведения на поверхность маркировки. На основе этого сигнала осуществляется настройка оптического средства 16, которая обеспечивала бы формирование, например, фокусировку и отклонение луча импульсного источника 15 лазерного излучения, например, в соответствии с указанным выше углом отклонения а в требуемом направлении относительно поверхности маркировки крышки 2. После фиксации модулем 17 обнаружения крышки наличия крышки 2 в зоне предполагаемого воздействия лазерным излучением блок 14 управления лазерным маркиратором вырабатывает, с учетом скорости крышки 2 по данным от модуля 18 определения скорости перемещения крышки, соответствующие управляющие сигналы в импульсный источник 15 лазерного излучения. Лазерный луч от импульсного источника 15 лазерного излучения, проходя через оптическое средство 16 формирования лазерного луча и его наведения на поверхность маркировки крышки 2, направляется в оптимальном направлении для осуществления эффективной лазерной маркировки и производит маркировку, например, информационного или верификационного двумерного штрихового кода. В случае использования нескольких импульсных источников 15 лазерного излучения и связанных с каждым из них оптических средств 16 формирования лазерного луча, происходит позиционирование конкретного лазерного луча определенного источника 15 на основе индивидуальных сигналов от блока 14 управления лазерным маркиратором в соответствии с ориентацией именно своей крышки, предназначенной для маркировки этим источником 15 лазерного излучения, например, путем формирования математической очереди.

На Фиг. 2 пунктирной линией, направленной от импульсного источника 15 лазерного излучения к оптическому средству 16 формирования лазерного луча и его наведения на поверхность маркировки и затем крышки 2, условно показаны возможные направления лазерного луча при различных ориентациях крышки 2.

После лазерной маркировки крышки 2 поступают в узел 21 отбраковки, в котором осуществляется контроль качества маркировки с последующим отделением крышек 2, несоответствующих заданным критериям качества. Контроль может осуществляться, например, при помощи видеокамеры с анализатором изображения, сигнал от которого на отбраковку определенной крышки 2 поступает на устройство для выталкивания этой крышки с конвейера 7, которое сбрасывает некондиционные крышки, например, в сборник (не показаны).

В завершение всего процесса маркировки отдельные крышки 2 поступают в узел 22 сборки крышек в стопки на желобе 23 при помощи вакуумных присасывающих устройств 24, при помощи которых отдельные крышки 2 захватываются и последовательно складываются в стопки, которые затем выгружаются оператором из установки с последующей их упаковкой для транспортировки. Если выгрузка крышек из установки осуществляется россыпью, то конструкция предусматривает лоток для сброса отмаркированной крышки с конвейера маркиратора в транспортные короба или другую упаковку (не показаны).

Предлагаемая установка для лазерной маркировки торцевых крышек емкостей для напитков и пищевых продуктов и узел лазерного маркиратора этой установки позволяет получить высокое качество лазерной маркировки за счет обеспечения наиболее эффективного воздействия луча лазера на области нанесения маркировки торцевых крышек, имеющих различную ориентацию.