CN101208206A - 对卡片激光打标的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于载体的激光打标的方法，该载体包括本体和覆盖片。本发明的方法在于：使用激光束穿过覆盖片的厚度蚀刻载体的本体。本发明的特征在于：它包括在激光打标时或在激光打标之后载体被层压的步骤，以便减小或防止由蚀刻引起的覆盖片的变形。
Description
本发明涉及一种对包括本体和覆盖片的塑料载体激光打标的方法。本发明也涉及一种允许实施这种打标的设备以及所获得的打标的载体。
本发明更特别地涉及利用由激光束携带的热能通过热效应或碳化效应使一种载体的表面被图形个性化。
并非是本发明的限制，涉及本发明的塑料载体可以更特别地是塑料卡片(支付卡、身份证、电话卡等类型的卡片)。
已知：这种塑料卡片通过一起层压若干材料的片或层获得：
-由一组片组成的卡片本体，更特别地包括所谓的卡片“核心”片，或一个相对厚(给定约为毫米的厚度)的片(如果本体被缩小为核心)。这种本体在塑料卡片的情况下通常由PVC(聚氯乙烯)或PET(聚乙烯)或PC(聚碳酸酯)制成，
-薄(约为数十或甚至数百微米)覆盖片被粘在本体表面上。这种覆盖片在公知的简易英语文献中也被称作“覆盖层”，并且两个术语在本说明书中将不加区别地使用。该覆盖片通常是透明的，
-并且，在某些情况下，中间的粘合涂层被设置在本体和覆盖片之间。这种粘合涂层更特别地被用来使本体和覆盖片连成一体。
正如将要描述的一样，本发明在被应用于塑料卡片类型的载体时是更特别有利的，该载体的本体和/或覆盖层由塑性材料制成，该塑性材料的软化点是低的。
已知，“软化点”对应于塑性材料在大气压力下开始流动的温度。
在本说明书的范围内，低“软化点”被定义为对应于低于100℃的温度。像PVC或PET这样的塑性材料是塑性材料的例子，它们的软化点是低的(约为70℃)。
相反，像聚碳酸酯(PC)这样的材料是塑性材料，它的软化点是“高的”(约为140℃)。
实施包括本体和覆盖片的塑料载体的激光打标(更特别地在塑料卡片的领域内)是已被公知的。
塑料卡片的这种激光打标特别使得有可能在卡片的各种层或片已被层压在一起时定制卡片。
这种打标通过用激光束蚀刻载体的表面被实施。
覆盖片的材料可选择为基本上不被该激光束蚀刻改变。
在该情况下，覆盖片的材料对激光束是透明的，并且仅仅载体的本体的表面被激光束改变(在卡片的情况下，这个表面被称作“核心”)。
可替换地，也有可能挑选在激光束蚀刻之后有助于获得特殊视觉外观的组成卡片的材料。
在这方面，覆盖片的材料可选择为以便获得适合于所制造的载体的激光定制。这种材料可因此被搀杂或多或少对激光敏感的材料(在混合物的情况下)或微粒以改进打标的逼真效果。
在该情况下，覆盖片的材料有助于实施打标操作。
在已经穿过覆盖片的厚度(以及涂层的厚度，如果有的话)之后，光束从而蚀刻朝向覆盖片的本体的表面。
为了实施这种蚀刻，可使用各种类型的激光束。
然而，应该指出，激光束必须实现的功能主要在于把足够的热能带到载体的本体上以改变或着色它的表面。对于这种功能，YAG激光器是最合适的激光器类型。
由于热效应，本体的表面的蚀刻从而在激光束的撞击位置产生所述表面的局部着色。这种着色倾向于局部地使本体的表面变黑(例如通过引起由很强的激光能量产生的破裂或洞，表面碳化效应、燃烧效应，基本上没有改变材料的机械特性)。
覆盖片也可通过该蚀刻被变黑(当片的材料被激光束改变时的情况)。
通常要求获得尽可能暗的着色。
在激光蚀刻之后获得的着色的“黑色”程度从而成为打标的质量标准并且表明已知该标准被称之为“打标密度”。非常大的打标密度从而表明非常暗的标记，这也是期望的。
在本申请的范围内，“高密度”标记被定义为具有高于1Db的密度的标记。
可以知道，以Db为单位的黑色的密度由公式log10(1/R)给出，其中R＝φ1/φ0(其中φ0＝在采样之前的光通量，φ1＝在采样之后的光通量)——在这方面参考密度计标准DIN 16536。
任何要求的视觉图样可通过在本体表面的不同位置上重复激光束的蚀刻获得。从而有可能在卡片的本体上写入字符或任何图形(约为300～600dpi的分辨率一般可用激光获得(该分辨率在某些条件下可达数千Dpi)，并且从而有可能依据身份塑料卡片的本体上的激光束的撞击的点复制摄影图像)。
如上文所述，激光打标在塑料卡片的制造时被实现，更特别地是以便在覆盖片已被贴上的时候图形化定制卡片。
使用激光的载体(例如卡片)的打标从而构成有利的构造。
然而，这种打标操作也带有局限性。
实际上，已经观察到，卡片的每表面单位吸收的激光束能量存在于每个层压的卡片结构中，覆盖片的变形发生在超出该每表面单位吸收的激光束能量的范围内。
这种变形更特别地对应于本体和/或覆盖片的材料的状态的改变，或在某些情况下甚至对应于覆盖片的剥离。
这种变形可导致两个不想要的后果：
-首先，当载体被观察时，该变形倾向于淡化标记的外观。这种变形减小了通过覆盖片观察到的打标密度。
-其次，该变形能使通过打标制作的视觉图样的几何形状变形——该变形能更特别地导致观看者对该图样的感觉的清晰性问题。
这种变形更特别地在载体上被看到，该载体的本体由例如像PET或PVC这样的材料制成。
当使用这种材料的时候，从例如由于连续的打标操作每表面单位吸收一定数量的能量被超过的瞬时起，即使使用适度功率的激光束，变形也很可能出现(这种“适度功率”可被定义为对应于200μJ能量)。
该变形也可在一些载体上出现，该载体的本体由用于更高功率光束的更耐热的材料(例如PC)制成。
本发明的主要目的是改进在包含覆盖片的载体上实施的激光打标的视觉外观(对比度/清晰度)。
更特别地，该目的旨在用于高密度激光打标。
这更特别地要求载体的本体由具有软化温度低于PC的软化温度的材料(例如PET或PVC)制成。
本发明的另一个目的是获得非常清楚打标的载体。
本发明的另一个目的是获得不包含例如像那些上述变形的激光打标的载体(更特别地是通过高密度打标)。
另一个目的是用简单又不昂贵的工业类型方法获得上述的优点。
为了达到这些目的，根据第一个方案，本发明提供一种用于包括本体和覆盖片的载体的激光打标的方法，所述方法包括使用激光束穿过覆盖片的厚度蚀刻载体的本体，该方法的特征在于，它包含在激光打标时或在激光打标之后的载体层压步骤，以便减小或防止由所述蚀刻引起的覆盖片的变形。
根据本发明的方法的优选但非限制性的方案如下：
-所述载体是塑料载体，
-所述层压是热层压，
-仅在包含激光打标的载体的区域内实施所述层压，
-用静态层压装置实施所述层压，
-所述层压与所述激光蚀刻被同时实施，激光束穿过所述层压装置，
-通过层压板之间的载体的静态压缩实施所述层压，
-在温度高于和激光打标接触的材料中的至少一个的软化温度下实施所述层压，
-使用动态层压装置实施所述层压，使得有可能当载体相对于所述层压装置前进时层压该载体，
-通过在两个辊之间压缩在所述辊之间前进的载体实施所述层压。
根据第二个方案，本发明也根据前述权利要求中任一项所述的方法提供对载体的打标的应用，该载体包含本体和覆盖片，并且该载体的本体和/或覆盖片由软化温度低于PC的软化温度的材料制成。
这种应用的优选但非限制性的方案如下：
-本体的所述材料具有低于140℃的软化温度，
-本体的所述材料是PET或PVC。
根据第三个方案，本发明也提供一种设备，用于在包括本体和覆盖片的载体上打标，所述设备包含激光打标装置，该设备的特征在于，它也包含用于层压载体以及减小或防止由上述蚀刻引起的覆盖片的变形的层压装置。
根据最后的方案，本发明也提供一种载体，该载体具有包含表面碳化打标的本体与至少一个和打标接触的覆盖塑料片，所述本体和/或覆盖片与PC的软化温度相比具有较低的软化温度，该载体的特征在于，所述打标具有高于1Db的打标密度，并且所述覆盖片的表面在静止时对于所述密度在打标的和未打标的区域之间具有小于5μm的均匀度缺陷。
这种载体的优选但非限制性的方案如下：
-所述本体和/或覆盖片具有低于140℃的软化温度，
-所述本体和/或覆盖片由PET或PVC制成，
-制得包括层压的片材的塑料卡片。
在阅读本发明的下述说明书而且参考附图时，本发明的其他方案、目的和优点会变得显而易见，在附图中：
-图1是根据本发明的第一个实现方案的载体的层压步骤的示意图，包括：
○图1a，对应于该实施例的第一个选择方案(在激光定制之后的简单层压)，
○图1b，对应于第二个可选择的实施例(在激光定制步骤时的层压)，
○图1c，对应于第三个实施例(在保护覆盖层的放置的同时实施的层压)。
-图2是根据本发明的第二个实现方案的载体的层压的步骤的示意图，包括：
○图2a，对应于该实施例的第一个选择方案(在激光定制之后的简单层压)，
○图2b，对应于第二个可选择的方案(在激光定制步骤时的层压以及在载体的位移时不工作的激光打标)，
○图2c，对应于第三个选择方案(在保护覆盖层的定位的同时实施的层压)。
-图3图示出本体和覆盖层是由PC制成的载体(图3a)与本体由PET制成并且覆盖层由PVC制成的载体(PET/PVC)(图3b)之间的视觉外观的区别，卡片的两种类型都已经根据目前工艺水平经过相同的激光打标方法的处理，
-图4通过图示出用双目镜看到的获得的载体的视觉外观，图示出本发明的实现的效果(更特别地有关打标密度和清晰度)：
在由PET/PVC制成的本体的载体上，依靠根据目前工艺水平的激光打标方法(图4b)，
在由PET/PVC制成的本体的三个载体上，依靠根据本发明的激光打标方法(图4c～4e)，
-图5通过图示出用显微镜看到的获得的载体的视觉外观，图示出本发明的实现的效果(更特别地是依据变形)：
在由PET/PVC制成的本体的载体上，依靠根据目前工艺水平的激光打标方法(图5b)，
-图6定量地图示出由本发明未被实现的激光定制引起的载体的表面的变形。
现在将考虑载体的例子对本发明进行描述，该载体具有塑料卡片的形式，并且该塑料卡片的本体由PC或软化温度低于PC的软化温度的材料制成——例如PET或PVC。
覆盖片覆盖载体以保护该载体或给予该载体所需的外观，或包含例如全息图这样的安全元件。这种片材将在此后的例子中进行描述，并且该片材具有在50～100μm之间的厚度。
为了简化，卡片将被称作PC卡片或PET/PVC卡片，尽管材料实际上指的是卡片的本体。
当然，本发明不限于上述的载体——它可被应用于在本文的序言中提到的载体的所有类型。
仍然为了简化的原因，单词“卡片”和“载体”在此后的说明书中将被独立地使用。
激光打标方法
根据第一个方案，本发明涉及一种用于包含本体和覆盖片的塑料载体的激光打标的方法，所述方法包括用激光束穿过覆盖片的厚度蚀刻载体的本体。
在本发明的例子中，该方法包含载体的层压的步骤，以便防止可能在上述蚀刻时产生的覆盖片的变形。
这种层压步骤使得有可能防止(或至少基本上减少)在本文的开始提到的缺点。
应该指出，载体的“层压”是指一种操作，包括：对添加或不添加材料或片的载体施加压力。一般通过添加热能在打标区域(也被称作打标的区域)实施热层压。热能使得有可能促进覆盖片的重塑或改进该覆盖片与本体的粘合。
这种“层压”也不同于其他的操作(通常用层压的术语表示)，该操作包括：装配若干层或片以便构成例如卡片这样的载体，或在定制之后通过添加补充片以保护卡片(特别是为了增加该卡片的寿命，而且也用于针对欺诈的信息的安全性)。
“层压”可被实施在载体的整个表面上。
可替换地，对于该“层压”也有可能仅在包含激光打标的载体的范围内被实施。
静态层压
可使用静态层压装置实施“层压”(也就是当卡片相对于层压装置静止时在卡片上实施该层压)。
这种层压装置可例如为加热板。
图1a～1c图示出上述实施例的三个可供选择的实现方案。
三个附图图示出两个板11、12，卡片C在这两个板之间被静态地热压缩。
在图1a示出的选择方案中，层压在激光蚀刻之后被实施。
图1b图示出使得有可能缩短该方法实现时间的选择方案。
实际上，在这个选择方案中，通过设置使得激光束通过层压装置(例如穿过设置在这种装置上的透明窗口，或在打标激光束对面使用对于激光束来说透明的板)，层压与激光蚀刻被同时实施。
图1c图示出附加保护层(或“覆盖层”)被插入板和载体之间的选择方案。这种层在激光蚀刻之后被设置在载体上。
“层压”可在高于材料的软化点的温度下被实施一段可超过数秒的时间。例如，对于PET/PVC卡片，操作可在120℃的温度下被实施10秒。另一个给出良好结果的可能性在于，在180℃的温度下实现1秒这样的层压。
动态层压
也有可能动态地实现“层压”——也就是在相对于层压装置前进的卡片上进行。
图2a～2c图示出这种可能性。
在这些附图中，卡片C在两个层压辊21、22之间连续地前进，这两个层压辊一般加热和/或压缩载体。
该层压使得有可能按照连续过程操作，该连续过程是有利的。
在这种实现方案中，从而使用动态层压装置实施“层压”，使得有可能在载体相对于所述层压装置前进时“层压”该载体。
应该指出，在层压和激光打标被同时实施的情况下，层压可在打标的同时在载体的另一部分上(在载体位移时激光打标处于空中的情况下)被完成。
图2a图示出在激光蚀刻之后实施层压的第一个选择方案。
图2b图示出在激光蚀刻时实施层压的第二个选择方案。在该情况下，激光束蚀刻载体的区域，该区域不同于在所述层压装置之间层压的区域。
应该指出，在激光蚀刻与层压被同时实施的情况下，激光的能量添加可使得有可能减少由层压装置带到载体的热量预算。
实际上，在该情况下很少必须(或甚至不再必须)构思：所述装置是发热的。
这也可被应用于第一个实施例的第二个选择方案(在上文中参照图1b时所描述的)。
图2c图示出(类似于图1c)附加保护层在激光蚀刻之后被沉积在载体上的选择方案。
如先前那样，在高于材料的软化点的温度下，更特别地是对于从120℃到200℃的PET/PVC，“层压”以可被减小到几秒每英寸的卡片前进运动速度(典型地在1至4秒每英寸之间)被实施。
对材料和软化温度的具体说明
如上述所提到的那样，本发明更特别地应用于载体，该载体的本体由软化温度低于PC的软化温度的材料制成。
本体由低于140℃的软化温度的材料制成的载体也特别被本发明所考虑——这样的软化温度低于PC软化温度。
具有这种软化温度的塑性材料没有PC昂贵。
本发明使得有可能在已知的技术的情况下使用该塑性材料，而同时获得符合要求例如像PC这样的更昂贵材料的使用的质量的结果。
本发明也使得有可能在PET或PVC中制得非常高质量打标的载体。
上述关于载体的本体以及覆盖片也是成立的。
激光打标设备
本发明通过用于打标塑料载体的设备被实现，该塑料载体包括本体和覆盖片，该设备包括已知的激光打标装置和与所述打标装置相对的载体运输装置。
在本发明的例子中，该设备也包含层压装置，用于层压载体并且防止在所述蚀刻时产生覆盖片的变形。
正如已经看到的，层压装置可以是静态层压装置或动态层压装置。
在静态层压装置的情况下，可以使用板。
这种静态层压装置(板或任何其他装置)能够被激光打标装置穿过，以便激光打标在“层压”时可被制得。
也有可能实现动态层压装置，使得有可能在载体相对于层压装置前进时“层压”该载体。
在该情况下，层压装置可为辊。
无论如何，层压装置一般能够加热和压缩所述载体。可替换地，也有可能构思分离的加热装置。
获得的载体
本发明使得有可能获得例如卡片这样的塑料载体，该卡片包括含有激光打标和覆盖片的本体，所述本体由PVC或PET制成，并且具有下列性质：
-打标具有高于1Db的打标密度，
-覆盖片的表面在静止时在打标处具有小于5μm的平面度(没有较大的平面缺陷高于5μm——这种缺陷被图示于图6中的图像的右边部分，该右边部分对应于从很高的密度区域向低密度区域的过渡时可能发生的缺陷)。
这样的特性高于用已知打标方法由PET/PVC卡片所获得的特性。特性化实施本发明获得的优点的另一种方式在于，确定本发明使得有可能生产例如卡片这样的塑料载体，该卡片包括含有激光打标和覆盖片的本体，所述本体由PVC或PET制成，且具有下列性质：
-打标具有相对的高于1Db的打标密度，
-覆盖片没有相对于所述本体剥离的区域。
图3图示出由PC制成的本体的载体(图3a)和由PET/PVC制成的本体的载体(图3b)之间的各种视觉外观，两种卡片的类型都已根据目前工艺水平经过相同激光打标方法处理。
能够确定PET/PVC卡片具有不是很好的视觉外观(较低的打标密度和较低的清晰度，并且在激光打标的表面上存在有严重的凸起)。
在这里以及在随后附图中图示的标记通过激光打标(写入、照相等)获得。
图4～6图示出在相同条件下已经经过相同激光蚀刻步骤的若干卡片上的本发明的效果。
图4通过图示出用双目镜看到的由下述方法所获得的卡片的视觉外观，图示出实施本发明的效果(更特别地是有关打标密度和清晰度)：
○在PC卡片上通过根据目前工艺水平的激光打标方法(图4a)，
○在PET/PVC卡片上，通过根据目前工艺水平的激光打标方法(图4b)，
○在由PET/PVC制出的三个卡片上，通过根据本发明的激光打标方法(图4c～4e)。在这些附图的例子中，示出下述的观测：
“在后”(在层压之后(被理解为在该情况下，层压不与激光蚀刻被同时实施)，在该附图的右边部分上)。
图5通过图示出用显微镜看到的由下述方法所获得的卡片的视觉外观，图示出本发明的实现的效果(更特别地是有关变形)：
-在PC卡片上，通过根据目前工艺水平的激光打标方法(图5a)。
在该情况下没有材料的变形被观察到，
-在PET/PVC卡片上，通过根据目前工艺水平的激光打标方法(图5b)。一些显示出材料的改变的较密的点可被观察到，
-在由PET/PVC制成的三个卡片上，依靠根据本发明的激光打标方法(图5c～5e)。在这些附图的例子中，示出下述的观测：
最后图6定量地图示出根据目前工艺水平实施的激光定制所引起的载体的表面的变形。
在该附图的高处部分中，左边部分图示出由激光轮廓测量装置(轮廓仪)特性化的卡片的范围。右边部分示出变形，该变形被转换为以微米为单位的纵坐标。
图6a图示出在PC制成的卡的情况下根据目前工艺水平在激光打标之后观察到的变形。没有相对于参考轮廓(被图示于该附图的曲线上)可被测量的变形能被观察到。
图6b图示出在PET/PVC制成的卡片上根据目前工艺水平在激光打标之后观察到的变形。超过数十μm的约为3μm的严重变形可被观察到(图6e)。
图6c～6e图示出在三个PET/PVC卡片上得到的变形。在这些附图的例子中，示出按下述方式进行的测量：
实际上，在上文图示出的在例如像PET/PVC这样的卡片的载体上获得的优点也对载体的所有类型是有意义的。
也有可能在PC制成的塑料卡片上实现本发明，这也使得能够增加打标的质量(打标密度和清晰度也被增加)。
本发明的载体可包含由除了塑料之外的材料制成的本体，更特别地是普通的或合成的纸、木材等等，该载体也包含至少一个透明的覆盖片。
本发明也使得有可能获得塑化的证件，例如像身份证、驾驶执照、徽章、护照等等。
如上文所述，本发明对于载体的打标从节约的观点来说是特别有意义的，该载体的本体和/或覆盖片的材料具有比PC的软化温度更低的软化温度(例如低于大约20℃)。
Claims (18)
1.一种用于载体的激光打标的方法，该载体包括本体和覆盖片，所述方法包括用激光束穿过覆盖片的厚度蚀刻载体的本体，该方法的特征在于：该方法包含在激光打标时或在激光打标之后的载体的层压的步骤，以便减小或防止由所述蚀刻产生的覆盖片的变形。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述载体是塑料载体。
3.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于：所述层压是热层压。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：所述层压仅在包含激光打标的载体的区域内被实施。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：使用静态层压装置实施所述层压。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述层压与所述激光蚀刻同时被实施，激光束通过所述层压装置。
7.根据权利要求5-6中任一项所述的方法，其特征在于：所述层压通过在层压板之间的载体的静态压缩被实施。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述层压在高于和激光打标接触的材料中的至少一个的软化温度的温度下被实施。
9.根据前述权利要求1～4中的任一项所述的方法，其特征在于：所述层压通过动态层压装置被实施，使得有可能在载体相对于所述层压装置前进时层压该载体。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述层压通过压缩两个辊之间的载体被实施，该载体在两个辊之间前进。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法对载体的打标的应用，该载体包括本体和覆盖片，并且该载体的本体和/或覆盖片由软化温度低于PC的软化温度的材料制成。
12.根据权利要求11所述的应用，其特征在于：本体的所述材料具有低于140℃的软化温度。
13.根据前述权利要求所述的应用，其特征在于：本体的所述材料是PET或PVC。
14.一种用于打标包括本体和覆盖片的载体的设备，所述设备包括激光打标装置，该设备的特征在于：它也包含用于层压载体以及减少或防止由所述蚀刻引起的覆盖片的变形的层压装置。
15.一种具有本体的载体，包含表面碳化标记和至少一个与该标记接触的覆盖塑料片，所述本体和/或覆盖片具有的软化温度低于PC的软化温度，其特征在于：所述标记具有高于1Db的打标密度，并且所述覆盖片的表面在静止时，在所述密度上的打标的区域和未打标的区域之间具有低于5μm的平面度缺陷。
16.根据前述权利要求所述的载体，其特征在于：所述本体和/或覆盖片具有低于140℃的软化温度。
17.根据前述权利要求所述的载体，其特征在于：所述本体和/或覆盖片由PET或PVC制成。
18.根据前述权利要求15-17中任一项所述的载体，其特征在于：该载体构成包含层压片的塑料卡片。
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