用于優(yōu)化地激光標記物品的方法和設備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種利用商用所希標記來激光標記一不銹鋼樣品的方法與設備。該方法包含：提供一激光標記系統(tǒng)，其具有一激光、激光光學組件、以及一具有默認激光脈沖參數(shù)的控制器；選擇和該所希標記相關聯(lián)的默認激光脈沖參數(shù)；以及指示該激光標記系統(tǒng)用以產生具有和該等所希標記相關聯(lián)的激光脈沖參數(shù)的激光脈沖，其包含時間脈沖寬度大于約1微微秒并且小于約1000微微秒。
【專利說明】用于優(yōu)化地激光標記物品的方法和設備
【技術領域】
[0001]本發(fā)明和激光標記物品有夫。明確地說，其和通過下面方式來激光標記物品有關:激光燒蝕被涂敷至物品的涂料，其會露出位于涂料下方的該物品的表面，從而通過該物品的外露表面和相鄰剩余涂料之間截然不同的外觀來形成該標記。該標記還可以通過下面方式來形成:激光燒蝕第一涂料層或最上方涂料層用以露出位于該涂料層下方的一第二涂料層，從而通過該外露的第二涂料和相鄰剩余涂料之間的對比來形成該標記。激光參數(shù)會經過選擇，以便提供均勻且為市場所希的外觀，并且避免對下方表面造成毀損，同時又保有可接受的系統(tǒng)生產量。
【背景技術】
[0002]市售產品通常需要在產品上產生某種類型的標記，以達商用、調整、修飾、或功能方面的目的。標記的定義為物品表面中在視覺上和相鄰表面截然不同的連續(xù)區(qū)域(region)或場域(area)。用于標記的所希屬性包含一致的外觀、耐用性、以及容易應用。外觀所指的是可靠地且重復地讓ー標記具有選定形狀及均勻顏色與光學密度的能力。耐用性為即使該標記表面有磨損仍可保持不變的質量。容易應用則是指產生一標記的材料、時間、以及資源的成本，其包含可程序化能力。可程序化能力是指通過改變軟件而以ー要被標記的新圖樣來程序化該標記裝置的能力，不同于改變硬件(例如，屏幕或屏蔽)的方式。
[0003]特別感興趣的是在有涂布或有涂繪的物品上創(chuàng)造標記。由金屬或各種類型塑料制成的物品通常會以各種エ業(yè)涂料來涂繪或覆蓋，以便保護并且改變該物品表面的外觀。激光燒蝕該涂料(尤其是圖樣)用以移除該涂料并且露出位于其下方的該物品的表面是ー種用以在物品上創(chuàng)造標記的所希方式。利用ニ或多層涂料來覆蓋一物品并且激光燒蝕ー第一涂料以便露出位于其下方的一第二涂料則是另ー種用以創(chuàng)造標記的所希方式。通過利用雷射移除一涂料以露出位于其下方的物品來標記ー產品已在2008年6月26日公開的美國專利申請案第2008/0152859號中討論過，該案發(fā)明人為Masanori Nagai0此方法相依于該涂料的亮度高于該物品的表面。1992年10月29日公開的日本專利申請案第03-150842號則說明利用雷射來移除一或多個涂料層用以露出位于其下方的涂料層，該案發(fā)明人為Iwasaki Noboru0
[0004]此等引證案有一共同的情況是，為移除涂料但卻不會移除要被移除的涂料層下方的材料，要被移除的材料的激光燒蝕臨界值必須低于其下方的材料的激光燒蝕臨界值。激光燒蝕臨界值是移除材料所需要的最小能量。此移除方式可能為燒蝕移除，當通過雷射將足夠的能量置入該材料中用以讓該材料分離成電漿即可；或者，可能為熱移除，其中，該材料基本上會被熔化及蒸發(fā)；或者是兩者的組合。和燒蝕臨界值有關的是毀損臨界值。毀損臨界值是對材料的外觀造成非所希改變所需要的最小雷射能量。材料的毀損臨界值通常會低于而且有時候會遠低于燒蝕臨界值。毀損的定義為在以激光移除最頂層之后在構成該物品的材料或下方涂料的外觀中有任何非所希的改變。
[0005]圖1所示的的用于標記一物品的示范性先前技術加工路徑(tool path)。加工路徑是指一物品上為創(chuàng)造該標記而曝露在激光輻射中的多個位置的順序。此激光輻射可能為連續(xù)波(Continuous Wave, CW)或脈沖式。在任一1清況中，該激光與光學系統(tǒng)都會有ー激光射束，其為該激光(脈沖式或CW)被供能用以發(fā)出輻射時依循前進的光學路徑。圖1顯示一物品10，其涂布著一不透明的涂料11。形狀12描繪出要被移除以便形成該標記的材料的場域。針對ー激光所布局的加工路徑13是從移除起始點14處的材料開始。接著，該激光射束會沿著該加工路徑13相對于該物品10來移動，用以移除材料，一直到抵達結束點16為止。此加工路徑會經過優(yōu)化，以便該加工路徑會被配置成用以最大化該激光實際上用于移除材料的時間數(shù)額，不同于僅定位該激光射束而不進行切割。圖2所示的是如圖1中所示的移除材料的結果。具有涂料21的物品20已經從標記22的場域處移除該涂料，從而露出其下方的材料24、26。在此情況中，激光福照度(laser irradiance)已經過選擇，以便優(yōu)化該「T」形形狀中構成垂直部分24的部分的材料移除速率。輻照度是每單位面積中激光能量被施加至該物品表面的速率，而測量單位為瓦/cm2。此輻照度會在該「T」形形狀26的其它部分中導致毀損或非所希的外觀，從而造成該標記的不可接受的外觀。此問題的先前技術解決方式是減緩激光相對于該物品的移動速度或是降低輻照度，兩者都會降低生產量，因此，都不是所希的方式。
[0006]本技術所希但未被掲示過的的ー種用以在要被移除的材料的燒蝕臨界值接近或低于下方材料的毀損臨界值時或者毀損臨界值因為前一次激光處理而改變時移除材料但并不會毀損該下方材料的可靠且可重復的方法。因此，本技術需要一種用以可靠地且可重復地在有涂布的物品上創(chuàng)造具有所希外觀的標記的方法，其會利用雷射移除一涂料層，但卻不會對下方材料造成毀損，同時會保有可接受的系統(tǒng)生產量。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的觀點是利用一種激光標記系統(tǒng)在有涂布的物品上創(chuàng)造具有所希特性的標記。該激光標記系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)存儲器以及可控制的雷射能量密度(laser fluence)。能量密度(fluence)的定義為每單位面積中被施加的累積激光能量，而測量單位為焦耳/cm2。本發(fā)明的觀點會先決定ー和創(chuàng)造ー標記相關聯(lián)的第一激光能量密度，其會讓該標記在該標記的ー第一部分中具有所希的特性。本發(fā)明的觀點接著會決定ー和創(chuàng)造ー標記相關聯(lián)的第ニ激光能量密度，其會讓該標記在該標記的一第二部分中具有所希的特性。接著，此等能量S度會被儲存在該激光標記系統(tǒng)的存儲器中。接著，該激光標記系統(tǒng)會被指不在該標記的第一部分中利用該已儲存的第一激光能量密度并且在該標記的第二部分中利用該已儲存的第二激光能量密度來標記該物品，從而標記該物品使其具有所希的特性。通過燒蝕ー頂端涂料層來露出一下方層(其可能是另ー涂料或者是該物品的表面)而在一有涂布物品上創(chuàng)造標記必須要求要被燒蝕的材料的燒蝕臨界值低于其下方材料的燒蝕臨界值。在大部分的情況中，這可通過適當?shù)倪x擇材料來安排。舉例來說，比較暗或者反射性小于下方層的最頂端涂料或漆料會吸收較多的激光能量并且通常會在低于該下方層的能量密度臨界值處進行燒蝕。
[0008]本發(fā)明的觀點在進行標記時考慮到毀損臨界值，以便創(chuàng)造具有所希外觀的標記。為有效地創(chuàng)造標記，輻照度會經過調整，以便最大化材料移除速率，但卻不會毀損下方材料。該輻照度連同該加工路徑會決定該能量密度，因為輻照度是測量能量被施加至該物品表面的速率而加工路徑則表示該激光射束被引導至該標記上每ー個點要多少時間。激光射束的輻照度與加工路徑經過計算會在要被移除的材料的燒蝕臨界值以上并且會在下方材料的毀損臨界值以下，同時會最大化該激光射束相對于該物品的前進速率，以便最大化生產量。難處在于，在該標記過程期間，在不同的時間處，在該標記的不同場域處，此等臨界值可能會不同?？商峁┥逃盟Ｍ庥^以及在其中一個場域中提供可接受的材料移除速率并且因而提供可接受的生產量的激光參數(shù)可能會破壞該標記的另一場域中的下方材料。圖2所示的是利用單ー輻照度及前進速率來激光標記一物品的結果，其中，結果并不均勻而且并非為商用可接受。雖然選擇單ー組激光參數(shù)有可能造成商用所希的外觀的標記，但是，最終的材料移除速率卻不能超過該標記中所有部分的最快可接受移除速率，從而會導致令人無法接受的低生產量。本發(fā)明的觀點會決定要用來創(chuàng)造商用所希標記的激光參數(shù)，其方式是相依于該標記的形狀以及所使用的激光脈沖的特性將要被標記的場域分割成多個較小的區(qū)域并且計算每ー個區(qū)域的激光參數(shù)，用以優(yōu)化該標記中每ー個該等區(qū)域的材料移除速率。
[0009]一特殊位置處的材料的毀損臨界值不僅相依于目前被引導至該位置的激光輻照度，還相依于曝露在激光輻射的最近歷史。所以，僅測量激光能量密度并無法正確地預測經過激光處理之后的材料的外觀。這是因為該位置或鄰近位置的先前輻照度會有加熱該材料的傾向。此加熱的冷卻時間常數(shù)可能會超過激光射束推移之間的時間，所以，當該激光繼續(xù)推移時，該材料可能會保留前一次推移的熱量，從而會在該特殊時間處降低該特殊位置的毀損臨界值。本發(fā)明的觀點是以該標記的形狀以及要被用來燒蝕該最頂端材料的激光脈沖的計劃性幾何形狀與時序為基礎來計算此殘余熱。本發(fā)明的觀點會以該被算出的殘余熱為基礎來改變激光能量密度，用以補償因先前激光輻照度所造成的低毀損臨界值。此變更相依于要被處理的標記的該特定區(qū)域、此區(qū)域上或附近的先前激光輻照度、以及從該先前輻照度算起的等待時間。
[0010]本發(fā)明的觀點會控制各式各樣激光參數(shù)，其包含激光脈沖參數(shù)(例如，脈沖持續(xù)時間長度或脈沖重復率(pulse repetition rate))或加工路徑參數(shù)(例如，光點尺寸、激光射束位置、或激光射束速度)，以便提高一激光標記系統(tǒng)的生產量，同時避免對下方材料造成破壞。激光會經過選擇，而且功率、重復率、脈沖時間形狀、以及脈沖持續(xù)時間長度也會經過選擇，以便提供所希的材料移除速率。接著，該激光照射該物品用以形成該標記的加工路徑或是位置與時間會被算出，以便提供所希的材料移除速率，同時避免對下方材料造成破壞。其中ー種加工路徑計算是該物品上連續(xù)脈沖之間的分隔距離，其可通過改變該等激光脈沖與該物品之間的相對運動的速度而受到控制。另ー種加工路徑計算是光點尺寸，其會通過在Z軸中移動焦點用以指向該物品的表面上方或下方來控制該輻照度。進ー步的加エ路徑計算是計算相鄰脈沖位置列之間的分隔距離。加工路徑會經過選擇，以便以光柵的方式在要被行經的多行之中覆蓋要被標記的場域。該要被行經的行組會被分割成多個子組并且決定每ー個區(qū)域的激光標記的熱負載。該熱負載可能是依照經驗來計算、預測、或是測量。接著，便會通過以針對每ー個子組所決定的熱負載來改變該等激光參數(shù)以調整激光輻照度。
[0011]本發(fā)明的觀點會控制激光的輸出。為幫助應用本發(fā)明所選擇的加工路徑，激光脈沖應該在該激光標記系統(tǒng)的控制下非常精確地被開啟與關閉。本發(fā)明的觀點會非常精確地控制激光輻照度，以便讓加工路徑創(chuàng)造出具有商用所希均勻度、顔色、組織、以及形狀的標記。一光學切換器會被用來快速地切換開啟與關閉該激光射束，而不需要關閉與開起該激光。本發(fā)明的觀點使用一聲光調變器(Acousto-Optic Modulator, AOM)來精確且快速地調變該射束，并且從而引導該射束用以照射該物品或是無害地行進至射束收集器(beam
dumpノ。
[0012]本發(fā)明的觀點是通過改造一現(xiàn)成的激光微加工系統(tǒng)來施行，例如，位于奧勒網州 97229 波特蘭市的 Electro Scientific Industries, Inc.所制造的 ESI ML5900型激光微加工系統(tǒng)。此系統(tǒng)在位于奧勒R州97229波特蘭市的Electro ScientificIndustries, Inc.于 2009 年 10 月出版的「ESI 維修指南 ML5900 (ESI Service GuideML5900)」，中作過詳細的說明，零件編號為178472A，而本文則以引用的方式將其完整并入。本發(fā)明的改造包含新增ー電光裝置，以便以實時的方式更精確地控制激光能量密度，并且新增用以控制能量密度變化的軟件。
[0013]本發(fā)明的另ー項觀點仰賴ー種紅外線(IR)相機，其會聚焦在該物品上，用以在該物品要被標記時測量該物品的溫度。該紅外線相機會偵測ー要被標記的場域中從該物品的表面發(fā)出的熱并且和會調整雷射能量密度以便補償殘留在該物品中的熱的控制器交換此信息。該IR相機會經過校正，因此，在涂敷著特殊涂料的一特殊物品中，來自該IR相機的一給定讀數(shù)便會表示要使用怎樣的能量密度來移除最頂端涂料，而不會對下方的材料造成非所希的破壞，從而創(chuàng)造出具有所希外觀的標記。
[0014]為利用根據(jù)本發(fā)明的目的的前述與其它觀點來達到前面的目的，如本文中已具現(xiàn)及廣泛說明的，本文中掲示ー種在一有涂布的物品上創(chuàng)造具有所希商用質量的可見標記的方法以及被調適成用以實施該方法的設備。本發(fā)明包含ー種激光處理系統(tǒng)，其具有ー激光、激光光學組件、已及多個運動平臺，在操作上，它們全部會被連接至一具有已儲存的預設激光脈沖參數(shù)的控制器。和所希能量密度相關聯(lián)的已儲存激光脈沖參數(shù)會相依于該標記中要被處理的區(qū)域被選擇，以便創(chuàng)造出具有商用所希特性的標記。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1所示的是先前技術標記方式。
[0016]圖2所示的是先前技術標記。
[0017]圖3所示的標記顯示出經過計算的能量密度場域。
[0018]圖4所示的是經過改造的激光標記系統(tǒng)。
[0019]圖5所示的是經過改造的激光標記系統(tǒng)。
[0020]圖6所示的是經過改造的激光標記系統(tǒng)。
[0021]圖7所示的是經過改造的激光標記系統(tǒng)。
[0022]圖8所示的是經過改造的具有回授的激光標記系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明的ー實施例會利用一激光標記系統(tǒng)在有涂布的物品上創(chuàng)造具有所希特性的標記。該激光標記系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)存儲器以及可控制的激光能量密度或劑量。本發(fā)明的實施例會先決定ー和創(chuàng)造ー標記相關聯(lián)的第一激光能量密度，其會讓該標記在該標記的一第一部分中具有所希的特性。本發(fā)明的觀點接著會決定ー和創(chuàng)造ー標記相關聯(lián)的第二激光能量密度，其會讓該標記在該標記的一第二部分中具有所希的特性。接著，此等能量密度會被儲存在該激光標記系統(tǒng)的存儲器之中。接著，該激光標記系統(tǒng)會被指不在該標記的弟一部分中利用該已儲存的第一激光能量密度并且在該標記的第二部分中利用該已儲存的第二激光能量密度來標記該物品，從而標記該物品使其具有所希的特性。本發(fā)明的實施例會通過控制各式各樣激光參數(shù)來控制激光能量密度，該等激光參數(shù)包含激光脈沖參數(shù)(例如，脈沖持續(xù)時間長度或脈沖重復率)或加工路徑參數(shù)(例如，光點尺寸、激光射束位置、或激光射束速度)，以便提高一激光標記系統(tǒng)的生產量，同時避免對下方材料造成破壞。一般來說，激光會經過選擇，而且功率、重復率、脈沖時間形狀、以及脈沖持續(xù)時間長度也會經過選擇，以便提供所希的材料移除速率。接著，一加工路徑會被算出，以便提供所希的材料移除速率，同時避免對下方材料造成破壞。
[0024]其中ー種加工路徑計算是該物品上連續(xù)脈沖之間的分隔距離，其可通過改變該激光射束與該物品之間的相對運動的速度而受到控制。另ー種加工路徑計算是光點尺寸，其會通過在Z軸中移動焦點用以指向該物品的表面上方或下方來控制該輻照度。進ー步的加エ路徑計算是計算相鄰脈沖位置列之間的分隔距離。加工路徑會經過選擇，以便以光柵的方式在要被行經的多行中覆蓋要被標記的場域。該要被行經的行組會被分割成多個子組并且決定每ー個區(qū)域的激光標記的熱負載。該熱負載可能系依照經驗來計算、預測、或是測量。接著，便會通過以針對每ー個子組所決定的熱負載來改變該等激光參數(shù)以調整激光輻照度。
[0025]本發(fā)明的實施例會控制激光的輸出。為幫助應用本發(fā)明所選擇的加工路徑，激光脈沖應該在該激光標記系統(tǒng)的控制下非常精確地被開啟與關閉。本發(fā)明的觀點會非常精確地控制激光輻照度，以便讓加工路徑創(chuàng)造出具有商用所希均勻度、顔色、組織、以及形狀的標記。本發(fā)明的觀點使用一聲光調變器(AOM)來精確且快速地調變該射束，并且從而引導該射束用以照射該物品或是無害地行進至射束收集器。
[0026]圖3所示的是本發(fā)明的實施例所運用的ー經改良的加工路徑。物品30涂布著一涂料31，其會在一有形狀的場域32里面被移除。激光會沿著該加工路徑33在其起始點34處開始移除材料，并且在其移到位置點36處時會移除材料，如實線所示。在位置點36處，該激光會被關閉，而該激光標記系統(tǒng)則會以激光射束為基準重新定位該物品，使得當該雷射開啟時，其便會在位置點38處開始移除材料，如虛線所示。接著，該激光會進行切割與重新定位，直到抵達結束點40為止。以光柵掃描方式移除材料的意義為，在具有雷同長度的相鄰加工路徑行中，要被激光加工的材料的溫度為恒定，因為激光加工相鄰位置點之間的延遲為恒定。此假設為，該激光射束相對于該物品的行進速率為恒定。
[0027]利用此加工路徑技術，行中的溫度上升雖然為恒定；不過，不同長度的行、不同的重新追蹤時間、或是行斷裂卻會提供不同的溫度上升并且因而可能會讓下方材料具有不同的外觀。舉例來說，激光從起始點34處移動、移除材料一直到該運程36結束、并且接著重新定位以便開始進行下一個運程38所花費的時間會不同于其從一較長運程41的頂點處開始移除材料、移除材料一直到該運程42結束、并且重新定至下一個運程44的頂點所花費的時間。因為時間不同，當激光開始移除材料時，位置點38處的溫度會不同于位置點44處該材料的溫度，從而導致下方材料在此等位置點處可能會具有非所希的不同外觀。[0028]本發(fā)明的實施例通過以要被加工的運程的長度為基礎將加工路徑分割成多個區(qū)域來解決此問題。圖4顯示的物品50涂布著ー涂料51，標記52要被激光加工。該等運程預期會成為如圖3中所不的垂直光柵。該標記會被分割成多個區(qū)域54、56、58、60、62、64、66，它們具有大約相同長度的雷同相鄰運程。在每ー個運程長度群中，激光能量密度會經過選擇以使得能夠以所希的速率來移除材料，同時補償因相鄰運程所造成的預期溫度上升。因此，舉例來說，區(qū)域66的能量密度會低于區(qū)域64，因為該等運程比較短而且由于運程之間時間較短的關系溫度會比較高。由于激光/材料相互作用公差的關系，該等行會被分群。即使某一群里面的加工運程之間的溫度可能會相差一小數(shù)額，雷同的激光能量密度仍會對該材料有雷同的效應。在此范例中，第一區(qū)域54會在其中ー激光能量密度處被加工，接著，當移往下ー個區(qū)域56進行加工吋，能量密度會降低，以便為下方材料提供相同的外觀，同時保有可接受的生產量。此過程會針對每一個剩余區(qū)域58、60、62、64、66來調整激光能量密度之后繼續(xù)進行。圖5所示的是應用本發(fā)明的實施例在一有涂布的物品70上創(chuàng)造ー標記72的結果，該物品70會被涂料71覆蓋。要注意的是，在標記72中可看見的下方材料74并沒有任何毀損或不均勻外觀的跡象，其為所希的結果。
[0029]本發(fā)明的實施例會通過控制激光能量密度來控制材料移除速率并且因而控制下方材料的外觀。激光能量密度會通過控制激光輸出能量、射束尺寸、形狀、或脈沖持續(xù)時間長度而受到控制。然而，通常比較希望控制加工路徑參數(shù)(例如，速度或行之間的間距)，以便保持最大材料移除速率。保持該下方材料的均勻外觀的其中一種簡單方式是在運程之間停止，以便在加工下一個運程之前讓該材料會完全冷卻。對樣本物品進行測試后發(fā)現(xiàn)，運程之間約需要10毫秒的延遲，以便讓材料充分冷卻而防止破壞。插入此延遲雖然提供均勻的外觀，但是卻會減緩該制程，令人無法接受。除了激光脈沖參數(shù)之外，本發(fā)明的實施例還使用加工路徑參數(shù)(例如，速度、光點尺寸、以及間距)的變化來精確地且準確地控制激光能量密度，以便在有涂布的材料中創(chuàng)造出具有商用所希顔色、光學密度、均勻度、組織、以及形狀的標記。本發(fā)明的實施例使用一聲光調變器(AOM)來切換開啟與關閉該等激光脈沖，以幫助達成準確的加工路徑幾何形狀。本發(fā)明的實施例還根據(jù)情況使用一紅外線(IR)相機來偵測要被標記的物品的溫度，用以決定加工路徑。
[0030]本發(fā)明的一實施例使用一光學切換器來開啟與關閉激光射束，但并不需要開啟與關閉激光。本發(fā)明的一實施例運用ーAOM通過將該激光射束從其正常路徑處以繞射方式重新引導至ー射束收集器來調變該激光射束的能量密度，激光射束能量會在該射束收集器處無害地消散，而不會被引導至該物品表面。使用AOM是因為其能夠非常快速地調變激光射束?？焖僬{變對本發(fā)明的實施例有好處，因為會讓激光標記系統(tǒng)快速地且準確地開啟與關閉該激光射束，但卻不會干擾激光本身。
[0031]圖6所示的是本發(fā)明的ー實施例，其是ー經過改造的ESI ML 5900型激光微加工系統(tǒng)80的圖式，其會被調適成用以標記物品。此改造例包含ー激光82、一 AOM 84能量密度衰減器、以及ー繞射式射束塑形器86。多個激光脈沖會由激光82射出并且會被一連串的面鏡及其它光學組件(圖中并未顯示)引導至該射束塑形器86與AOM 84，而后，則會被另外的ー連串的面鏡及其它光學組件(圖中并未顯示)引導至光學頭88。該光學頭包含X、Y、以及Z運動控制組件90以及電流計方塊92。該些組件會組合用于以要被標記的物品98為基準來定位該激光射束(圖中并未顯示)，以便在該物品98的表面上創(chuàng)造該標記的2維表示符。該物品98會被旋轉平臺組件94固定，旋轉平臺組件94會將該物品98從裝載/卸除位置轉換至一位于該光學頭88下方的位置處(圖中并未顯示)(該物品98會在該處被標記)并且接著轉換至一非必要的檢測站96(該物品98在反向轉換至該裝載/卸除站以進行卸除之前在該處接受檢測)。所有此等操作都會在控制器100的控制下進行，控制器100會協(xié)調激光82、AOM 84、該等運動控制組件90、電流計方塊92、以及旋轉平臺94的操作，用以將適當?shù)募す饽芰棵芏纫龑е猎撐锲?8上適當?shù)奈恢?，以便?chuàng)造具有商用所希外觀的標記。
[0032]該經過改造的激光82是由位于加州95054圣塔克拉拉市的Spectra-Physics所制造的Vanguard型號的ニ極管激升Nd: YV04固態(tài)激光，其操作在三倍頻的355nm波長處。該激光82會被配置成用以產出高達2.5W ;不過，通常會運作在80MHz的模式鎖定脈沖重復率處，其會產出約IW的功率。本發(fā)明的實施例可以有利地使用功率為0.5瓦至100瓦，或者更佳的是，功率為0.5瓦至12瓦的激光。其可能會使用IOKHz至500MHz，或者更佳的是IMHz至IOOMHz的激光重復率。激光82會協(xié)同控制器100來產生持續(xù)時間長度約I微微秒至1，000奈秒，或者更佳的是100微微秒至100奈秒的激光脈沖。脈沖時間與空間分布通常為高斯分布。運動控制組件90與電流計方塊92會組合用以提供以該物品為基準的射束定位能力。本發(fā)明的實施例在該物品上使用的激光光點的大小范圍從5微米至500微米，或者更佳的是，落在從10微米至100微米的范圍中。該系統(tǒng)使用的射束速度或者激光射束與物品之間的相對運動是在10mm/s至lm/s的范圍中，或者更佳的是,在50mm/s至500mm/s的范圍中。間距或者相鄰激光脈沖行之間的分隔距離的范圍可能是從I微米至250微米，或者更佳的是，在從10微米至50微米的范圍中。
[0033]本發(fā)明的一實施例使用一繞射式射束塑形器光學組件將該激光射束的典型的高斯空間輪廓改變?yōu)椤父呙薄剐螤?，其中，在該分布中，激光功率會在該激光光點場域中被等化。這會在該典型的高斯射束輪廓中提供改良的效能，因為該高帽狀激光能量密度在該焦點的場域中為相等，因此，材料移除以及毀損臨界值在整個光點中都會相等。利用高斯輪廓，假設燒蝕臨界值在該輪廓中的某個點處被超越的話，那么，在該燒蝕臨界值場域里面的焦點場域將會超越該燒蝕臨界值，從而可能會造成破壞，同時該焦點中落在燒蝕臨界值外面的場域將不會移除材料。在微加工中使用繞射式光學組件已經在2002年8月13日頒發(fā)的美國專利案第6，433，301號中揭示過,該案發(fā)明人為Corey M.Dunsky、Xinbing Liu、Nicholas J.Croglio、Ho W.Lo、Bryan C.Gundrum、以及 Hisashi Matsumoto,該案已經受讓給本發(fā)明的受讓人而且本文以引用的方式將其完整并入。
[0034]圖7中所示的本發(fā)明的一實施例在一激光標記系統(tǒng)中加入實時回授調適，以便讓該經過調適的系統(tǒng)在該物品要被標記時從該物品處實時獲得IR信息以事先計算激光能量密度而創(chuàng)造出具有商用所希外觀的標記。在圖7中所示的實施例中，ー激光120會發(fā)出激光射束122，其會被引導至一光學切換器124 (在本案例中其是ー A0M)，經過繞射式光學組件125并且接著前往射束操縱光學組件126，在本案例中其是ー包括兩個電流計的電流計方塊，該等兩個電流計會被設成直角并且被排列成用于以物品130的表面上的可程序化X、Y圖樣來引導該激光射束122。要被標記的物品130是被固定在運動控制平臺132上，該運動控制平臺132會協(xié)同射束操縱光學組件126以物品130的表面上的可程序化圖樣來引導該激光射束122。一紅外線(IR)傳感器128會被調適成用以在該物品130被激光射束122標記時感測該物品130的表面的溫度。依此方式，該物品130的表面中要被標記的部分的溫度接著便會被該IR傳感器128測量并且送往控制器134，該控制器134會計算最佳的能量密度以便以該物品130已測量的溫度為基礎來使用并且指示該激光120、光學切換器124、繞射式光學組件125、射束操縱光學組件126、以及運動控制平臺132協(xié)同合作，以便以正確的能量密度將該激光射束122引導至該物品130的正確位置處，用以創(chuàng)造具有商用所希外觀的標記。本發(fā)明的實施例可以使用的一示范性IR傳感器是由位于德國耶拿市的Jenoptik 所制造的 IR-TCM640 型。
[0035]熟悉本技術的人士便會明白，可以對本發(fā)明的上述實施例的細節(jié)進行許多改變，其并不會脫離本發(fā)明的基本原理。所以，本發(fā)明的范疇應該僅由下面的申請專利范圍來決定。
【權利要求】
1.一種在樣品上創(chuàng)造具有所希特性的激光標記的方法，其包括: 提供一激光標記系統(tǒng)，其具有存儲器和可控制的激光能量密度； 決定ー和創(chuàng)造該標記相關聯(lián)的第一激光能量密度，其會讓該標記在該標記的一第一部分中具有該等所希的特性； 決定ー和創(chuàng)造該標記相關聯(lián)的第二激光能量密度，其會讓該標記在該標記的一第二部分中具有該等所希的特性； 將該等第一激光能量密度與第二激光能量密度儲存在該激光標記系統(tǒng)之中；以及指示該激光標記系統(tǒng)在該標記的該第一部分中利用該已儲存的第一激光能量密度并且在該標記的該第二部分中利用該已儲存的第二激光能量密度來標記該樣品，從而標記該樣品使其具有該等所希的特性。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，該樣品涂布著第一層與第二層涂敷涂料而且該標記的該等所希特性包括移除該第一層但卻不會破壞該第二層。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，該等激光能量密度范圍從1.0X10-6焦耳/cm2至1.0焦耳/cm2。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，該激光能量密度會受控于一光學切換器。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中，該光學切換器是一聲光調變器。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，該激光標記系統(tǒng)包含一繞射式光學組件。
7.ー種被調適成用以利 用所希的特性來標記樣品的激光標記設備，該等調適包括: 調適該激光標記設備，用以提供可控制的能量密度； 調適該激光標記設備，用以提供用于儲存能量密度的存儲器；以及 其中，該等調適會讓該激光標記系統(tǒng)利用至少兩個默認的激光能量密度來標記樣品。
8.根據(jù)權利要求7所述的設備，其中，該樣品涂布著第一層與第二層涂敷涂料而且該標記的該等所希特性包括移除該第一層但卻不會破壞該第二層。
9.根據(jù)權利要求7所述的設備，其中，該脈沖能量密度范圍從1.0X 10-6焦耳/cm2至1.0 焦耳/cm2。
10.根據(jù)權利要求7所述的設備，其中，該可控制的激光能量密度會受控于一光學切換器。
11.根據(jù)權利要求10所述的設備，其中，該光學切換器是一聲光調變器。
12.根據(jù)權利要求7所述的設備，其中，該激光標記設備包含一繞射式射束塑形器。
13.一種用以在樣品上創(chuàng)造具有所希特性的激光標記的方法，其包括: 提供一激光標記系統(tǒng)，其具有可控制的激光能量密度以及ー紅外線傳感器； 利用該紅外線傳感器來測量該樣品的一部分的溫度； 決定ー和創(chuàng)造該標記相關聯(lián)的激光能量密度，其會讓該標記在該標記的該部分中具有該等所希的特性；以及 指示該激光標記系統(tǒng)在該標記的該部分中利用該已決定的激光能量密度來標記該樣品，從而標記該樣品使其具有該等所希的特性。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中，該樣品涂布著第一層與第二層涂敷涂料而且該標記的該等所希特性包括移除該第一層但卻不會破壞該第二層。
15.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中，該脈沖能量密度范圍從1.0X 10-6焦耳/cm2至1.0焦耳/cm2。
16.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中，該可控制的激光能量密度會受控于一光學切換器。
17.根據(jù)權利要求16所述的方法，其中，該光學切換器是一聲光調變器。
18.根據(jù)權利要求 13所述的方法，其中，該激光標記設備包含一繞射式射束塑形器。
【文檔編號】B23K26/362GK103534057SQ201180070070
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2011年10月3日 優(yōu)先權日:2011年10月3日
【發(fā)明者】杰弗瑞·豪爾頓, 羅伯特·萊辛巴哈, 穆翰莫德·阿爾帕伊 申請人:伊雷克托科學工業(yè)股份有限公司