CN103415370B - 用于可靠地激光标记物品的方法和装置 - Google Patents

用于可靠地激光标记物品的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN103415370B
CN103415370B CN201180069168.2A CN201180069168A CN103415370B CN 103415370 B CN103415370 B CN 103415370B CN 201180069168 A CN201180069168 A CN 201180069168A CN 103415370 B CN103415370 B CN 103415370B
Authority
CN
China
Prior art keywords
labelling
laser
anodized
aluminum
oxide layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201180069168.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103415370A (zh
Inventor
张海滨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Irektor Science Industrial Co ltd
Original Assignee
Irektor Science Industrial Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Irektor Science Industrial Co ltd filed Critical Irektor Science Industrial Co ltd
Publication of CN103415370A publication Critical patent/CN103415370A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103415370B publication Critical patent/CN103415370B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/009Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a non-absorbing, e.g. transparent, reflective or refractive, layer on the workpiece
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/046Automatically focusing the laser beam
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/083Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction
    • B23K26/0853Devices involving movement of the workpiece in at least in two axial directions, e.g. in a plane
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/18Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using absorbing layers on the workpiece, e.g. for marking or protecting purposes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36Removing material
    • B23K26/362Laser etching
    • B23K26/364Laser etching for making a groove or trench, e.g. for scribing a break initiation groove
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36Removing material
    • B23K26/40Removing material taking account of the properties of the material involved
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41MPRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/26Thermography ; Marking by high energetic means, e.g. laser otherwise than by burning, and characterised by the material used
    • B41M5/262Thermography ; Marking by high energetic means, e.g. laser otherwise than by burning, and characterised by the material used recording or marking of inorganic surfaces or materials, e.g. glass, metal, or ceramics
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/34Coated articles, e.g. plated or painted; Surface treated articles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/34Coated articles, e.g. plated or painted; Surface treated articles
    • B23K2101/35Surface treated articles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08Non-ferrous metals or alloys
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/10Aluminium or alloys thereof

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Thermal Transfer Or Thermal Recording In General (AREA)

Abstract

所揭示是一种用以在经过阳极氧化处理的样品150上建立具有预定性质的标记152的方法,以及该标记152本身。该方法包含提供具有可控制激光脉冲参数的激光标记系统10、12、14、16、18、20、22、决定与预定性质相关联的激光脉冲参数、以及导控激光标记系统10、12、14、16、18、20、22以利用所选定的激光脉冲参数标记物品18。如此制做出来的激光标记162具有范围从透明到不透明的光学密度、白色的颜色、难以与周围物品区别的纹路、以及耐久且大致完整无损的阳极氧化区160。阳极氧化区120同时也可以被染色且被选择性地脱色以产生其他颜色136、144。

Description

用于可靠地激光标记物品的方法和装置
本发明为2010年2月11提申的申请案第12/704,293号的部份接续案。
技术领域
本发明是有关于经过阳极氧化处理(anodized)的物品的激光标记(lasermarking)。特别是关于利用激光处理系统以一种具持久性且符合商业需求的方式标记经过阳极氧化处理的物品。具体言之,其是有关于使紫外线、可见光及红外线波长激光与经过阳极氧化处理的物品之间的交互作用具备独特特征,以可靠地并可重复地在经过阳极氧化处理的物品上建立具持久性且符合商业需求的白色标记。
背景技术
市面上的产品基于商业、管控、装饰或功能上的目的,常需要在其上有某种形式的标记。所需的标记特性包含一致性的外观、持久性以及施加的容易性。外观是指可靠地并可重复地以选定的形状、颜色及光学密度(optical density)呈现标记的能力。持久性是尽管经过标记的表面有所磨耗,仍能维持不变的质量。施加的容易性是指制做具有可编程性(programmability)的标记的材料、时间及资源上的成本。可编程性是指通过改变软件以新的待标记图案编程标记装置,而非改变诸如筛版或屏蔽等硬件。
经过阳极氧化处理的金属物品,其质轻、坚固、易于形塑、且拥有耐久的表面抛光,故在工业及商业货品上均有许多应用。阳极氧化意味多种电解钝化处理中的任何一种,其中一天然氧化层被增生于一诸如铝、钛(titanium)、锌、镁、铌(niobium)或钽(tantalum)的金属之上,以增进对于腐蚀或磨损的抵抗力以及获得装饰的目的。此等表面迭层事实上可以被着上或染上任何颜色,而在金属上制造出一个永久性的、不褪色的、耐久性表面。许多此等金属可以利用本发明的特色被有效益性地进行标记。此外,诸如抗腐蚀的不锈钢等金属均可以使用此方式加上标记。诸如此等的许多金属制成品均需要永久性的、清楚可见的、符合商业需求的标记。经过阳极氧化的铝是具有此需求的一典型材料。
以激光脉冲使经过阳极氧化处理的铝质物品的表面上产生颜色变化已行之多年。在P.Maja、M.Autric、P.Delaporte、P.Alloncle等人的一篇标题为″Drylaser cleaning of anodized aluminum(经过阳极氧化的铝的干式激光清洁)″的论文中(COLA′99-5th International Conference on Laser Ablation(激光烧蚀国际会议),1999年7月19-23日,德国,发行于Appl.Phys.A69[Suppl.],S343-S346(1999),pp S43-S346),其描述自铝的表面移除阳极氧化区,但应注意,其颜色变化是发生于激光能量低于自表面移除阳极氧化区所需激光能量之处。
被提出以解释金属表面的光学密度或颜色变化的机制之一是激光诱发周期表面微结构(laser-induced periodic surface structures;LIPSS)的产生。A.Y.Vorobyev和Chunlei Guo的论文″Colorizing metals with femtosecond laserpulses(利用飞秒激光脉冲对金属着色)″(Applied Physics Letters(应用物理快报)92,(041914)2008,第41914-1页到第141914-3页)描述可以利用飞秒激光脉冲(femtosecond laser pulse)在铝或类铝金属上制造出的各种不同颜色。此论文描述在金属上制造出黑色或灰色标记并在金属上建立一金黄的颜色。其也提到一些其他颜色,但不多加赘述。LIPSS是其对于在金属表面产生标记所提供的唯一说明。此外,其仅教示或提议具有65飞秒时序脉冲宽度的激光脉冲以建立该等结构。并且,其并未提及在激光处理之前,铝质样品是否经过阳极氧化处理或者表面是否曾经过清洁。该论文也未讨论对于氧化层的可能损伤。
当论及激光脉冲持续时间(duration)之时,量测脉冲持续时间的方法应该加以定义。时序脉冲形状可以从简单的高斯脉冲(Gaussian pulse)到更复杂的与个别作业有关的形状。对于特定型态处理的有利的示范性非高斯激光脉冲描述于编号7,126,746的美国专利GENERATING SETS OF TAILORED LASERPULSES(产生经过裁制的激光脉冲群组)之中,发明人Sun等,该专利授让于本发明的受让人,此处以参照的形式纳入本文。该专利揭示产生具有时间波形(temporal profile)异于二极管激发固态(diode pumped solid state;DPSS)激光所制造出的典型高斯时间波形的激光脉冲的方法及装置。这些非高斯型态的脉冲被称为″经过裁制的″脉冲,因为其时间波形是通过结合一个以上的脉冲以产生单一脉冲及/或光电式地调变脉冲而改变自典型的高斯波形。此产生一脉冲,其脉冲能量随时间改变,通常包含一或多个功率峰值,其中瞬间功率在脉冲持续时间的一小部分增加至一大于脉冲平均功率的数值。此种经过裁制的脉冲在高速率处理材料中可以有所效用,其不会在材料周遭造成碎片或者过热的问题。问题在于利用基本上应用于高斯脉冲的标准方法量测诸如该等复杂脉冲的持续时间可能产生异常的结果。高斯脉冲持续时间的量测通常是使用持续时间的半峰全幅值(full width at half maximum;FWHM)量测。相对于此,利用积分平方法,如描述于编号6,058,739的美国专利LONG LIFE FUSED SILICAULTRAVIOLET OPTICAL ELEMENTS(长寿命熔融石英紫外线光学组件)之中,发明人Morton等,允许复杂的时序形状被量测并以一较具意义的方式进行比较。在此专利之中,其利用以下公式量测脉冲持续时间
其中T(t)是一代表激光脉冲时序形状的函数。
关于可靠地并可重复地在经过阳极氧化的铝上产生出具有预定颜色及光学密度的标记的另一问题在于,以极易取得的奈秒脉冲宽度固态激光制造极深色标记所需的能量足以对阳极氧化区造成损伤,此是一无法接受的结果。″黑暗度″或″明亮度″或颜色名称均是相对性的用词。以数量表示颜色的一个标准方法是参考色度量测(colorimetry)的CIE系统。此系统描述于Ohno,Y.的″CIEFundamentals for Color Measurements(色彩量测的CIE基础)″一文之中(IS&TNIP16 Conf,Vancouver,CN,2000年10月16-20日,第540-545页)。在此量测系统之中,达成一符合商业需求的黑色标记需要小于或等于L*=40、a*=5以及b*=10的参数。此产生无可见灰度或彩度的中性黑色。在编号6,777,098的美国专利MARKING OF AN ANODIZED LAYER OF AN ALUMINIUMOBJECT(铝质对象阳极氧化层的标记)之中,发明人Keng Kit Yeo描述一种以黑色标记对经过阳极氧化的铝质物品进行标记的方法,该黑色标记位于介于阳极氧化区及铝之间的迭层之中,因而与阳极氧化表面同样耐久。其中所述的标记被描述成具有深灰色或黑色的彩度,且相较于未利用奈秒级红外线激光脉冲标记过的部分显得稍为较不具光泽。此外,其必须清除铝的所有表面微粒,例如,在磨光之后而在阳极氧化之前残留的微粒。依据该专利所请求的方法制做标记其不利性有以下二个原因:第一,以奈秒级脉冲建立符合商业需求的黑色标记倾向于对氧化层造成破坏;其次,磨光或其他处理之后跟随的铝的清洁在流程中加入额外步骤,增加相关费用,并可能干扰其它处理所需要的表面抛光。
所需要的,但前述技术未揭示的,是在经过阳极氧化的铝上制造出黑色、白色或位于其间的灰色或彩色的标记的可靠且可重复的方法,其不需要昂贵的飞秒激光或者在制程中干扰到氧化层或在表面备妥之后需要清洁。此外,其并未提供如何在经过阳极氧化的铝的表面上可重复性地建立各种不同颜色的信息,也未彻底追查对于阳极氧化层的脱色或损伤效应。故其有必要提出一种利用较低成本激光可靠地并可重复地在经过阳极氧化的铝上建立具有预定光学密度或灰阶及颜色的标记的方法,其不会对其上的氧化物造成不良的伤害,且在阳极氧化之前不需要清洁。
发明内容
本发明的一特色是以各种不同光学密度的可看见白色标记加诸于经过阳极氧化的铝质物品之上。此等标记是耐用且具有符合商业需求的外观。此是通过利用激光标记系统建立该等标记而达成。该等标记被建立于氧化层之内或其下方,因此被氧化物所保护。该等激光脉冲建立符合商业需求的标记且未对氧化层造成实质损伤,从而使得该等标记经久耐用。其通过控制产生及导控激光脉冲的激光参数而在经过阳极氧化的铝上建立耐久且符合商业需求的标记。在本发明的一特色之中,激光处理系统被调构成以可编程的方式产生具有适当参数的激光脉冲。
可选择以增进激光标记经过阳极氧化的铝的可靠性及可重复性的示范性激光脉冲参数包含激光种类、波长、脉冲持续时间、脉冲重复率(repetition rate)、脉冲数目、脉冲能量、脉冲时序形状、脉冲空间形状以及焦斑(focal spot)尺寸及形状。进一步的激光脉冲参数包含指定焦斑相对于物品表面的位置以及导控激光脉冲相对于物品的相对运动的速度。
本发明的特色通过利用取决于所用特定激光脉冲参数的范围从肉眼几乎无法察觉到明亮白色的光学密度使金属物品上层的氧化层变白而建立耐久且符合商业需求的标记。本发明的其他特色通过对染色或着色的阳极氧化区进行脱色或局部脱色,同时对下方的铝加上或不加上标记,以在经过阳极氧化的铝上建立耐久且符合商业需求的标记。本发明的另一特色是对散射光线的阳极氧化层建立微观尺寸的改变,并在未完全移除阳极氧化区下,建立外观上从一轻微″霜状″或漫射外观到不透明、明亮、白色外观的不同标记。
为了达成依据本发明目的之前述及其他特色,以本文所实施并宽广陈述的形式,揭示一种用于在经过阳极氧化的铝质样品上建立颜色及光学密度可选择的可见标记的方法,以及调构以执行该方法的装置。本发明的特色是在经过阳极氧化的铝质物品上建立具有可选择颜色及光学密度的可见标记。该方法包含提供一激光标记系统,其具有激光、激光光学模块(laser optics)以及有效连接至该激光以控制激光脉冲参数的控制器以及具有储存激光脉冲参数的控制器、选择关联预定颜色及光学密度的储存激光脉冲参数、导控该激光标记系统以产生具有关联预定颜色及光学密度的激光脉冲参数的激光脉冲,其包含大于大约1皮秒且小于大约1000奈秒之时序脉冲宽度,或者是连续波(CW),以照射至该经过阳极氧化的铝之上。
附图说明
图1,激光处理系统。
图2,以先前技术奈秒脉冲制做出的标记。
图3,以皮秒脉冲制做出的标记。
图4,射束腰径。
图5,位于经过阳极氧化的铝上的灰阶标记。
图6,位于经过阳极氧化的铝上的标记。
图7,染色后的、加上可见光标记的经过阳极氧化的铝。
图8,染色后的、加上IR标记的经过阳极氧化的铝。
图9,显示可见光激光脉冲门坎值的关系图。
图10,显示IR激光脉冲门坎值的关系图。
图11,转换成激光参数的影像数据。
图12a-i,施加至一铝质物品的着色阳极氧化区。
图13,白色标记。
图14,位于经过阳极氧化的铝上的灰阶标记。
具体实施方式
本发明的实施例以各种不同光学密度及颜色的可看见标记,耐久性地、可选择性地、可预测性地且可重复性地标记经过阳极氧化处理的铝质物品。以有利的方式,其使得该等标记出现于铝的表面或其附近或是位于阳极氧化区之内,并维持阳极氧化层大致完整无损以保护该表面和该等标记。以此方式做出的标记被称为夹层标记(interlayer mark),因为其被制做于形成阳极氧化区的氧化层下方的铝的表面处或表面上,或者位于氧化层本身之内。本发明的实施例在标记之后维持氧化物的表面大致完整无损以保护标记并提供一机械性地毗连于相邻标记及非标记区域间的表面。人体的触觉对于此等标记的纹路(texture)基本上与周围未标记的阳极氧化区无法区分。此外,该等标记应能够可靠且可重复性地产生,意味若需要具有特定颜色及光学密度的标记,则其知悉当以激光处理系统处理该经过阳极氧化的铝时将会产生预定结果的一组激光参数。其也应理解,在某些情况下,利用激光处理通过修改阳极氧化层而建立的白色标记通过在阳极氧化区添加荧光或磷光染剂进行进一步的处理,可能在激光处理之前或之后进行。
本发明的一实施例使用经过调构的激光处理系统以标记经过阳极氧化的铝质物品。可以被调构成用以标记经过阳极氧化的铝质物品的一示范性激光处理系统是由位于97229,OR,Portland的Electro Scientific Industries公司所产制的ESI MM5330微加工系统(micromachining system)。此系统书面说明于ESI发行的″Model5330ns Service Guide(5330ns机型服务指南)″,ESI P/N178987a,2009年10月,其整体以参照的形式纳入于此。此系统是采用二极管激发式Q型开关固态激光的微加工系统,其在30KHz脉冲重复率、第二谐振倍增至532奈米波长下具有5.7W的平均功率。另一可以被调构成用以标记经过阳极氧化的铝质物品的示范性激光处理系统是也由位于97229,OR,Portland的ElectroScientific Industries公司所产制的ESI ML5900微加工系统。此系统书面说明于ESI发行的″Model5900Service Guide(5900机型服务指南)″,ESI P/N178472A,2009年10月,其整体以参照的形式纳入此此。此系统采用的固态二极管激发式激光可以被组构成在上达5MHz的脉冲重复率下发射出从大约355奈米(UV)到大约1064奈米(IR)的波长。上述的任一系统均可以通过加入适当的激光、激光光学模块、部件处置设备及控制软件而被调构成用以依据揭示于本说明书中的方法在经过阳极氧化的铝的表面上可靠地且可重复地产生标记。这些修改使得激光处理系统能够在预定的速率及间距下将具有适当激光参数的激光脉冲导控至预定地方的一适当定位及承置的经过阳极氧化的铝质物品上以建立具有预定颜色及光学密度的标记。
图1显示依据本发明一实施例的被调构成用以标记物品的ESI MM5330微加工系统的示意图。调构内容包含激光10,此在本发明一实施例之中是运作于1064奈米波长的二极管激发Nd:YVO4固态激光,由德国Kaiserslautern的Lumera laser GmbH制造的Rapid型号机组。此激光选择性地利用一固态谐振频率产生器将频率倍增以使得波长降低至532奈米或使频率增加至三倍而将波长降低至355奈米,从而分别产生可见光(绿色)或紫外线(UV)激光脉冲。此激光10额定产生6瓦特的连续功率并具有1000KHz的最大脉冲重复率。此激光10与控制器20协同运作以产生具有1皮秒至1,000奈秒持续时间的激光脉冲12。这些激光脉冲12可以是高斯型或者是经由激光光学模块14特别形塑或裁制过的形式以允许预定的标记施加。激光光学模块14,与控制器20协同运作,导控激光脉冲12以在物品18之上或其附近形成一激光光斑16。物品18被固定于平台22之上,其包含移动控制构件,与控制器20及激光光学模块14协同运作以提供复合射束定位能力。复合射束定位是在物品18相对于激光光斑16移动之时,通过使控制器20导控激光光学模块14中的操控构件而补偿平台22、激光光斑16或二者引发的相对运动,以将形状标记于物品18之上的功能。
当激光脉冲12被导控以在物品18之上或其附近形成激光光斑16之时,也由激光光学模块14配合控制器20加以塑形。激光光学模块14控制激光脉冲12的空间形状,其可以是高斯或特别形塑的形状。举例而言,其可以使用″顶帽式(top hat)″空间形貌,其投送出在照射至被标记物品的整个光斑内具有均匀辐射剂量的一激光脉冲12。诸如此类的特殊形塑形状的空间形貌可以利用绕射光学构件造出。激光脉冲12也可以被激光光学模块14中的光电式构件、可操控反射镜构件或振镜(galvanometer)构件栅阻或导控。
激光光斑16是指激光脉冲12所形成的激光束的焦斑。如前所述,激光光斑16处的激光能量分布是取决于激光光学模块14。此外,激光光学模块14控制激光光斑16的聚焦深度(depth of focus),或是量测平面远离焦平面(focalplane)时光斑失焦的速度。通过控制聚焦深度,控制器20可以导控激光光学模块14以及平台22可重复地以高精确度将激光光斑16定位于物品18的表面处或其附近。通过将焦斑定位于物品表面的上方或下方以制做标记允许激光束失焦一特定程度,从而增加激光脉冲照射的区域并减少表面处的激光能量密度(fluence)。由于光束腰径的几何结构已知,将焦斑明确定位于物品实际表面上方或下方将对光斑尺寸及能量密度提供进一步的精确控制。
图2是显微照片,其显示利用大于1奈秒脉冲的先前技术激光建立于经过阳极氧化的铝30上的一标记。该阳极氧化区在标记区域34之中显示清楚的裂缝痕迹32,一个不良的结果。图3显示利用皮秒级激光在同一形式的经过阳极氧化的铝36上制做出的同一颜色及光学密度的标记38,其显示并无裂痕。皮秒级激光对经过阳极氧化的铝质物品施加符合商业需求的黑色标记,且未对氧化层造成损伤。商业上可接受的黑色是定义成一个具有CIE色度L*=40、a*=5且b*=10或更小的标记。使用皮秒级激光的另一优点在于其更加便宜、需要更少的维护、以及通常比先前技术飞秒级激光具有远远较长的运作寿命。此外,本发明的特色不需要在阳极氧化之前先清洁铝的表面以建立符合商业需求的标记。
本发明的一实施例在阳极氧化区下的经过阳极氧化的铝上执行标记的施加。对于产生夹层标记而不伤害阳极氧化区,其激光能量密度定义为:
F=E/s
其中E是激光脉冲能量而s是激光光斑面积,必须满足Fu<F<Fs,其中Fu是基板的激光修改门坎值,此例中的基板是铝,而Fs是表面层或阳极氧化区的损伤门坎值。Fu和Fs已然经由实验获得,且代表所选择激光使基板及表面层开始受损的能量密度。对于10皮秒(ps)脉冲,实验显示Al(铝)的Fu对于皮秒绿光是~0.13焦耳/平方公分(J/cm2)而对于皮秒IR则是~0.2焦耳/平方公分,而Fs对于皮秒绿光是~0.18焦耳/平方公分而对于皮秒IR则是~1焦耳/平方公分。在此等数值之间改变激光能量密度产生不同颜色及光学密度的标记。不同的脉冲持续时间及激光波长将各自具有对应的Fu及Fs数值。一组特定的激光参数的实际门坎值系经由实验决定。
本发明的一实施例通过调整激光光斑的位置,从位于铝质物品的表面处变成位于铝的表面上方或下方的一明确距离处,而精确地控制在该铝质物品的表面处的激光能量密度。图4显示激光脉冲焦斑40及其邻近处的光束腰径的示意图。光束腰径由一表面42表示,其是一激光脉冲由FWHM方法在该激光脉冲沿其行进的光轴44上量测的空间能量分布的直径。直径48代表当激光处理系统将激光脉冲聚焦于该表面上方一距离(A-O)处时该铝的表面上的激光脉冲光斑尺寸。直径46代表当激光处理系统将激光脉冲聚焦于该表面下方一距离(B-O)处时该铝的表面上的激光脉冲光斑尺寸。
除了符合商业需求的黑色,对物品施加具有灰阶数值的标记也有效用。图5及图6显示由本发明一实施例所做出的施加于经过阳极氧化的铝上的一连串灰阶标记。标记的光学密度范围从几乎与背景无法分辨到全黑。依据本发明的一特色,每一灰阶标记均可以被表示成CIE色度量测数值的特有三元数组,L*、a*及b*。本发明的一特色将每一预定灰阶数值链接一组激光参数,其依照命令可靠地且可重复地在经过阳极氧化的铝上产生预定的灰阶数值标记。其也应注意,肉眼可能看起来无法察觉的标记,当以广域可见光之外的频率照射时,例如紫外光,可以变成可被看见。
图5显示本发明一实施例在经过阳极氧化的铝70上制造出的黑色标记60、62、64以及66。此等标记60、62、64以及66具有范围从小于L*=40、a*=5及b*=10到完全透明的CIE色度,使之成为符合商业需求的标记。该等标记的另一特征在于,由于它们是位于无损伤的阳极氧化区的下方,故其在一宽广的视角范围内均具有一致的外观。利用先前技术方法所做出的标记,由于对于阳极氧化层的损伤,故倾向于随着视角的改变在外观上具有很大的差异。特别是,当利用先前技术奈秒级脉冲进行标记之时,施加足够激光脉冲能量至表面以做出深色标记对阳极氧化区造成损伤,此使得标记的外观随着视角变化。依据本发明一特色做出的标记,无论标记颜色多深,均不会损伤阳极氧化区,也不会随着视角不同而在外观上有所变化。此等改良的标记是利用以下激光参数造成:
表1:用于彩色及灰阶标记的激光参数
标记60、62、64、66的光学密度范围从相对于未标记的铝几乎无法察觉的60到全黑的66。介于该二个极端之间的灰阶光学密度64、66是通过移动焦斑使其更接近物品、增加能量密度从而建立更深色的标记而产生。焦斑在铝的表面上方的高度的改变从零开始,即最深色光学密度标记62的情形,在图5之中由右至左每一标记64、66递增500微米的增量,结束于表面上方5毫米处的最浅色标记60。注意以位于铝的表面上方4.5至1.5毫米的焦斑所产生的标记64显现出棕褐或金黄色,而以焦斑一毫米或更短者产生的标记62及66则显现出灰色或黑色。维持此对于激光焦斑距工作表面距离的精确控制以及将其他激光参数维持于正常激光处理的公差之内,使其得以在经过阳极氧化的铝上制做出具有预定颜色及光学密度的激光标记。此外,最深色标记显示小于L*=40、a*=5而b*=10的CIE色度,使其成为一符合商业需求的黑色标记。
本发明的另一特色决定具有灰阶之外颜色的标记与皮秒激光脉冲参数之间的关系。灰阶之外的颜色可以以二种不同方式产生于经过阳极氧化的铝上。第一,其可以在一光学密度的范围中产生金黄色调。其是通过在铝及氧化物涂层间的交界面处做出变化而产生此颜色。仔细选择激光脉冲参数将产生预定的金黄颜色而不致损伤氧化物涂层。图5也显示由本发明的一特色产生的金黄或棕褐的各种不同色彩。
经过阳极氧化的铝的激光标记也可以通过使用IR波长激光脉冲以对铝施加标记的本发明的一特色达成。此特色通过以二种不同方式改变铝的表面处的激光能量密度而产生不同灰阶密度的标记。如上所述,其可以通过将焦斑定位于铝的表面的上方或下方以改变表面处的能量密度而造出灰阶。控制灰阶的第二种方式是通过在标记预定图案之时改变照射点距(bite size)或线条间距以改变位于铝的表面处的总剂量。改变照射点距是指调整激光脉冲光束相对于铝的表面移动的速率或者改变脉冲重复率或者二者均改变,此导致在铝上连续激光脉冲撞击位置间的距离改变。改变线条间距是指调整标记线条之间的距离以达成各种不同程度的交迭。图6显示具有一标记72的数组的一铝质物品74。此等标记72被安排于包含六行四列的数组之中。此六行代表铝的表面上方范围从0(顶列)到5毫米(底列)的六个焦斑Z向高度。四列则代表由左至右的5、10、20及50微米的间距。其应可以从图6看出,改变焦斑的Z向高度及改变激光脉冲的间距能够以可预测的方式产生从小于CIE L*=40、a*=5且b*=10到几近透明之间的任何预定光学密度的灰阶,从而在经过阳极氧化的铝上产生符合商业需求的标记。
表2:用于灰阶IR标记的激光脉冲参数
可以利用皮秒或奈秒激光脉冲施加至经过阳极氧化的铝上的一第二种型态的标记是通过被染色阳极氧化区的脱色所造成的颜色对比上的改变。一般而言,阳极氧化区是多孔性的,且将轻易地接受许多种染剂。再次参见图3,此经过阳极氧化的铝的显微照片显示表面的多孔性质。用以标记染色后的经过阳极氧化的铝的激光脉冲可以,取决于波长及脉冲能量,在标记铝时将染色脱除,使得阳极氧化区变成透明,从而将下方的铝之上的标记显现出来。利用较高的能量密度,其有可能同时进行染色脱除以及先前段落所述的以黑色、灰阶、或彩色标记阳极氧化层下方的铝。能量较低的脉冲可以部分脱除阳极氧化区的染色,使其呈半透明,从而对其下的铝标记局部上色。最后,较长波长的脉冲可以在未造成阳极氧化区的脱色下在铝上施加具有符合商业需求的黑色或灰阶颜色的标记。图7显示染色后的经过阳极氧化的铝质物品,具有利用可见光(532奈米)激光脉冲制做而成的标记。注意阳极氧化区中的染色在接受激光脉冲的区域中被脱除。图8显示同一种染色后的经过阳极氧化的铝质物品,具有利用IR(1064奈米)激光脉冲制做而成的标记。注意阳极氧化区并未被IR激光脉冲脱色,故未能使得下方的铝质颜色穿越原始氧化物的半透明状态而显现出来。
本发明的另一特色是有关于利用皮秒或奈秒激光以经过着色的阳极氧化区对经过阳极氧化的铝施加激光标记。由于阳极氧化通常形成多孔性的表面,故可能引入染剂,其改变铝的外观。此等染剂可以是不透明或半透明,允许不同数量的入射光抵达铝,且经由阳极氧化区被反射回来。图7显示经过阳极氧化的铝质物品80,其依据本发明的一特色在阳极氧化区之中具有粉红染色并被制做成一标记82的数组。颜色的产生是通过脱除氧化层中的染色,而下方的铝显现出从原有(银)色到一系列经过激光标记的色彩从棕褐到灰色最后到黑色的颜色。这些色彩是通过改变铝的表面处的激光脉冲的能量密度而产生。图中的四列代表将激光脉冲的间距从10微米改变到50微米,而行则代表将距表面的焦斑距离从0.0毫米改变到5.0毫米。此等激光参数在所有的情况下均使得覆盖铝的氧化物中的染色脱除,而让铝上的标记得以显现出来。激光标记光学密度的范围从透明到CIE色度小于L*=40、a*=5、b*=10。用以产生此等标记的激光参数显示于表3之中。
激光种类 DPSS Nd:YOV4
波长 532奈米
脉冲持续时间 10皮秒
脉冲时序 高斯
激光功率 4W
重复率 500KHz
速度 50毫米/秒
间距 10微米
光斑尺寸 10-400微米
光斑形状 高斯
焦点高度 0-5毫米
表3:用于可见氧化物脱色的激光参数
阳极氧化区染色的脱除是与频率相关的。如图7所示,532奈米的激光脉冲即使在施用最低的能量密度时也能脱除阳极氧化区的染色。另一方面,IR激光波长,在染色后的经过阳极氧化的铝上建立标记,且对于多数的半透明染剂颜色并不会脱除其染色。图8显示经过阳极氧化的铝质物品100,具有粉红染色以及以IR激光脉冲制做而成的标记102。该等标记从半透明到黑色,且是通过改变焦斑到表面的距离以及通过改变间距二者,以修改激光能量密度而制成。图中的六行代表使激光脉冲焦斑与铝的表面之间的距离从5.5毫米(右侧)变化到零(左侧)。图中的四列则代表使激光脉冲间距从10微米变化到50微米。用以产生此等标记的激光参数显示于表4之中。
激光种类 DPSS Nd:YOV4
波长 1064奈米
脉冲持续时间 10皮秒
脉冲时序 高斯
激光功率 4W
重复率 500KHz
速度 50毫米/秒
间距 10微米
光斑尺寸 10-400微米
光斑形状 高斯
焦点高度 0-5毫米
表4:用于IR着色阳极氧化区标记的激光参数
针对532奈米(绿光)激光波长的阳极氧化区染色脱除、对铝进行标记以及使表面烧蚀之间的关系显示于图9之中。针对532奈米(绿光)激光脉冲配合给定于表1、2及3内的参数,图9显示以焦耳/平方公分(Joules/cm2)为单位的阳极氧化区脱色(Fb)、标记阳极氧化区下的铝(Fu)、以及表面烧蚀(Fs)的能量密度门坎值。就本发明的一特色而言,532奈米激光脉冲产生的数值是Fb=0.1焦耳/平方公分、Fu=0.13焦耳/平方公分、以及Fs=0.18焦耳/平方公分。图10显示配合给定于表1、2及3内的参数的1064奈米(IR)激光脉冲的以焦耳/平方公分为单位的能量密度门坎值。就本发明的一特色而言,1064奈米(IR)激光脉冲的以焦耳/平方公分为单位的能量密度门坎值是Fu=0.2焦耳/平方公分以及Fs=1.0焦耳/平方公分。注意其并无针对阳极氧化区脱色的门坎值,因为IR波长激光脉冲在激光能量密度大到足以损伤覆盖的阳极氧化区之前,尚无法开始对阳极氧化区脱色。其也应注意Fb、Fu及Fs的精确数值将取决于所使用的特定激光及光学模块。对于一特定的处理配置以及待进行标记的物品,其应以实验的方式决定,并储存于控制器之中以供后续使用。
在本发明的另一实施例中,经过调构的激光处理系统的可编程特性使得经过阳极氧化的铝质物品可以标记以符合商业需求的标记图案。如图11所示,在此特色之中,一图案110被转换成一数字表示方式112,其被分解成一列表114,其中在列表114之中的每一项目116均包含一位置或复数位置的表示方式,具有一颜色及光学密度关联至每一位置。列表114被储存于控制器20之中。控制器20将激光参数链接栏表114中的每一项目116,当该等激光参数被以命令的形式传送至激光10、光学模块14及移动控制平台22之时,将致使激光10发出一或多个激光脉冲12,照射到铝质物品18的表面16或其附近。该等脉冲将建立一具有预定颜色及光学密度的标记。当标记正被建立时,通过依据储存于列表中的位置相对于铝质物品18移动激光脉冲12,使得预定范围颜色及光学密度的标记以预定的图案被制做于经过阳极氧化的铝的表面之上。
在本发明的另一实施例之中,着色的阳极氧化区被图案化于先前图案化的标记之上以呈现额外的颜色及光学密度。在此特色之中,灰阶图案被建立于一经过阳极氧化的铝质物品之上。该物品接着被涂覆以一光阻涂层,其可以通过曝光至激光脉冲而被显影。经过灰阶图案化及光阻涂覆后的物品被置入激光处理系统之中,并进行校准对齐使得系统可以准确地将激光脉冲施加至已经加诸于物品上的图案。所使用的光阻是一种被称为″负型″光阻剂,其中暴露至激光辐射的区域将被移除,而未暴露的区域将留存于物品上继续后续的处理。残留的光阻保护物品表面使其免于被染色,而已被曝光且之后被移除的阳极氧化区域将被染上预定的颜色。此阳极氧化层被设计成半透明以容许光线穿过阳极氧化区而到达下方的图案并被反射回来穿过阳极氧化区,从而产生具有选定颜色及光学密度的有色图案。此有色阳极氧化区若有需要也可以利用本发明其他特色所揭示的技术予以脱色,以产生具有预定透明度的预定颜色。此颜色可以施加于其下图案的整个区域,或者以逐点的方式为之,仅受限于激光系统的分辨率,通常在10到400微米的范围之内。此动作可以重复以产生多重颜色的迭覆。在本发明的一特色中,其以多重颜色迭覆网格的形式施加阳极氧化区颜色迭覆,诸如贝尔图案(Bayer pattern)。通过将灰阶图案设计成配合颜色迭覆网格,可以将一耐久性、符合商业需求的全彩影像建立于经过阳极氧化的铝质物品之上。
图12a至图12i显示用以利用二种颜色建立此种颜色迭覆的一连串步骤。在图12a之中,铝质物品118具有透明阳极氧化层120以及先前依据本发明的其他特色施加的标记122。负型光阻124被施加至透明阳极氧化层120的表面。在图12b之中,激光脉冲126对光阻124的区域128、130进行曝光。在图12c之中,未曝光的光阻134在光阻处理之后留存下来,但已曝光的光阻被移除,留下处理后的光阻层134中的空位132。图12d显示基础阳极氧化层120中在处理后的光阻层134中的空位132下方的区段136中的阳极氧化区被染以颜色。完整无损的处理后的光阻层134防止阳极氧化区获致颜色,除了处理后的光阻层134中已被移除的区域132之外。图12e显示物品118在处理后的光阻层移除之后包含具有颜色部分的阳极氧化区136的基础阳极氧化区120以及先前施加的标记122的相对位置。
图12f显示物品118具有基础阳极氧化区120,包含颜色部分136以及第二光阻层138。图12g显示此光阻的第二迭层138被激光脉冲142照射,使得区域140被曝光。图12h显示具有基础阳极氧化区120的物品118进行被移除光阻140下方阳极氧化区的染色以及残留光阻138移除之后的情况。此使得完整无损的基础阳极氧化层包含着色区域136、144,位于先前标记区域122之上。图12i显示后续激光脉冲146被用以选择性地对该铝质物品先前经过阳极氧化及染色的部分进行脱色,以产生额外的预定颜色或光学密度。本发明此特色所述的处理造成彩色图案迭覆于灰阶图案之上,以可编程的图案形式产生具有耐久性且符合商业需求的颜色及光学密度的范围宽广的标记。
在本发明的另一实施例之中,可以使用特定的图案将着色阳极氧化区建立于经过阳极氧化的铝质物品之上,产生观看时呈全彩影像的外观。在此特色之中,其利用本文所述的技术将一影像的图案代表形式施加至表面上。颜色染剂以例示于图12a至图12i的方式引入,但该等染剂引入阳极氧化基础层的图案是被设计成将灰阶表示方式转换成全彩的方式。此一图案的一实例是贝尔滤光镜(Bayer filter,图中未显示),其将红色、绿色及蓝色滤光镜元素并列于一图案之中,使得眼睛对红色、绿色及蓝色元素的感知融合成其光学密度与着色阳极氧化区滤光镜下方的灰阶标记相关的单一颜色,从而产生全彩影像或图案的外观。光阻可以是负型或正型光阻,且曝光该光阻的图案可以通过屏蔽产生,诸如使用于电路或半导体应用之中,或者由一电子装置直接写入,或者通过诸如喷墨的技术直接沉积,或者通过激光直接烧蚀。
在本发明另一实施例之中,可以利用一如本文所调构的激光标记系统,将明亮的白色标记施加至经过阳极氧化处理的铝质物品上。在此实施例之中,其选择激光参数以极轻微地超过阳极氧化层的损伤门坎值而不造成烧蚀。如图13所示,此实施例通过在阳极氧化层之中产生低程度的伤害但未使阳极氧化层产生烧蚀或以其他方式被自表面移除而标记经过阳极氧化处理的铝质物品。图13显示一经过阳极氧化处理的物品150,具有以此种依据本发明一实施例的方式所建立的一白色标记152。该低程度伤害包含位于阳极氧化区中大量的小型″微″裂缝,其使所有波长的光线发生绕射,而造成表面产生一″霜状″或团簇型白色外观。由于阳极氧化区在巨观尺寸上并未受到结构性的损伤或破裂,故表面维持其耐久性且在纹路上并无明显改变。用以在经过阳极氧化的铝上建立明亮白色标记的激光参数提供稍微大于阳极氧化区损伤门坎值的激光能量密度。其选择该激光能量密度使得其大到足以在阳极氧化区之中建立微裂缝,但未大到足够造成充分的伤害而改变物品的耐久性或可察觉的纹路。表5包含用以在一件如图13所示的经过阳极氧化处理的铝质物品上建立明亮白色标记的激光参数。
激光种类 DPSS Nd:YOV4
波长 355奈米
脉冲持续时间 100奈秒
脉冲时序 高斯
激光功率 4W
重复率 90KHz
速度 200毫米/秒
间距 10微米
光斑尺寸 350-400微米
光斑形状 高斯
焦点高度 0-5毫米
表5:用于白色阳极氧化区标记的激光参数
通过在一接近特定阳极氧化区及物品损伤门坎值的指定范围之内改变所使用的激光能量密度,标记的外观可以在轻微霜面到完全不透明的明亮白色之间变动。此外,此实施例可以将此效果与着色的阳极氧化区相结合,以产生一具有不同饱和度的标记。当激光能量密度增加,一染色阳极氧化层将先出现不饱和,意味颜色看起来似乎搀混到白色。当激光能量密度增加,着色的阳极氧化区产生脱色,而标记呈现一未着颜色的明亮白色外观。
用以产生该等明亮白色标记的激光参数包含使用一355奈米波长第三谐振二极管激发式固态Nd:YVO4激光,其是一发射出能量范围在266到532奈米之间的高功率脉冲激光。该激光运作于4KW,基本上位于1KW到100KW的范围之中,较佳的实施方式是从1KW到12KW之间。激光能量密度范围从大约0.1x10-6焦耳/平方公分到100.0焦耳/平方公分,或者特别是从1.0x10-6焦耳/平方公分到10.0焦耳/平方公分。脉冲持续时间的范围是从1皮秒到1000奈秒(ns),或者较佳的实施方式是从1奈秒到200奈秒。激光重复率是位于从1KHz到100MHz的范围之中,或者较佳的实施方式是从10KHz到1MHz。激光束相对于被标记物品移动的速度的范围从1毫米/秒到10米/秒,或者较佳的实施方式是从100毫米/秒到1米/秒。物品表面上激光脉冲相邻列之间的间距或间隔范围从1微米到1000微米,或者较佳的实施方式是从10微米到100微米。于物品表面处量测的激光脉冲光斑尺寸范围从10微米到1000微米,或者较佳的实施方式是从50微米到500微米。相对于物品表面的激光脉冲焦斑位置的范围从-10毫米到+10毫米,或者特别是从0到+5毫米。
图14显示一清楚的经过阳极氧化处理的铝质物品160,具有每列包含六个的三列标记162,各自均使用表5所列的激光参数施加至表面,其中光斑尺寸从最左侧一行的200微米,每一行递增60微米,到最右侧一行的500微米。激光脉冲的相邻线条之间的间距或距离,由最顶列的10微米,到中间列的20微米,到最底列的50微米。其可以看出,随着功率增加,白色标记的明亮度增加而透明度减少。
本发明的实施例以包含CO2激光的红外线激光脉冲标记物品。以通过在阳极氧化层中产生改变而做出的白色标记,成功地标记经过阳极氧化处理的物品所使用的激光参数列于表6之中。
激光种类 CO2
波长 10.6微米
脉冲持续时间 5微秒
激光功率 75W
重复率 100KHz
速度 200毫米/秒
间距 10微米
光斑尺寸 50微米
光斑尺寸 高斯
表6:用于白色阳极氧化区标记的激光参数
用以建立此等白色标记的激光参数包含利用一10.6微米波长CO2激光。该激光运作于75KW,基本上位于1KW到500KW的范围之中,较佳的实施方式是从50KW到150KW之间。激光能量密度范围从大约1.0x10-6焦耳/平方公分到100.0焦耳/平方公分,或者特别是从1.0x10-6焦耳/平方公分到10.0焦耳/平方公分。脉冲持续时间的范围是从1奈秒到连续波的施用,或者较佳的实施方式是从100奈秒到100毫秒(ms)。激光重复率是位于从1KHz到1MHz的范围之中,或者较佳的实施方式是从10KHz到250KHz。激光束相对于被标记物品移动的速度的范围从1毫米/秒到10米/秒,或者较佳的实施方式是从100毫米/秒到1米/秒。物品表面上激光脉冲相邻列之间的间距或间隔范围从1微米到1000微米,或者较佳的实施方式是从10微米到100微米。于物品表面处量测的激光脉冲光斑尺寸范围从10微米到1000微米,或者较佳的实施方式是从50微米到500微米。
前述实施例的细节可以在未脱离本发明的基本原理下进行许多修改,此对于习于斯艺者应是显而易见的。本发明的范畴因此应由以下的申请专利范围界定的。

Claims (42)

1.一种用于在经过阳极氧化处理的金属物品上建立具有预定性质的标记的方法,该预定性质包含光学密度、颜色、纹路以及耐久性,该方法包含:
提供激光标记系统,其包含具有可控制激光能量密度的激光;
决定与建立具有该预定性质的该标记相关联的该激光能量密度;以及
导控该激光标记系统以利用决定的该激光能量密度标记该经过阳极氧化处理的金属物品,从而建立该标记,该标记具有从透明到不透明的范围的光学密度、白色的颜色、与周围未标记纹路大致无法区别的纹路以及耐久且大致完整无损的阳极氧化区。
2.如权利要求1所述的方法,其中该经过阳极氧化处理的金属物品包含铝。
3.如权利要求1所述的方法,其进一步包括添加染剂至该经过阳极氧化处理的金属物品的该阳极氧化区。
4.如权利要求3所述的方法,其中该阳极氧化区中的该染剂提供激光处理以建立具有额外颜色的该标记。
5.如权利要求3所述的方法,其中被染色的该阳极氧化区此外也被激光脱色。
6.如权利要求1所述的方法,其中该标记在宽广的视角范围内具有一致的外观。
7.如权利要求1所述的方法,其中该标记在周遭的观看条件下为不可见的,以及其中该标记在至少一非周遭的观看条件下为可见的。
8.如权利要求7所述的方法,其中该至少一非周遭的观看条件包括UV光。
9.如权利要求1所述的方法,其中当该标记藉由宽光谱可见光所照射时,该标记对肉眼而言与未标记区域难以辨别,以及其中当该标记藉由除了宽光谱可见光所照射时,该标记对肉眼而言是可见的。
10.如权利要求1所述的方法,其中该标记包括一标记区域,其相邻于在该经过阳极氧化处理的金属物品中的一非标记区域,以及其中该经过阳极氧化处理的金属物品的一氧化层表面机械地毗连于相邻的该标记区域和该非标记区域之间。
11.如权利要求1所述的方法,其中该经过阳极氧化处理的金属物品包括一基板和沉积在该基板上的一氧化层,其中该氧化层具有一氧化层表面,其中该标记在该氧化层表面之下面建立。
12.如权利要求11所述的方法,其中该标记是在该经过阳极氧化处理的金属物品的该氧化层表面之下方的一明确距离处制作。
13.如权利要求1所述的方法,其中该经过阳极氧化处理的金属物品包括一基板和形成在该基板上的一氧化层,其中该氧化层包括一氧化层表面,其中该激光脉冲具有一焦斑,以及其中该焦斑定位于该经过阳极氧化处理的金属物品的该氧化层表面之下方的一明确距离处。
14.如权利要求1-13中任何一项所述的方法,其中该经过阳极氧化处理的金属物品包括一基板和形成在该基板的一表面上的一氧化层,其中该激光脉冲具有一焦斑,以及其中该焦斑定位于该基板的该表面之上方的一明确距离处。
15.一种用于标记经过阳极氧化处理的金属物品的方法,该方法包含:
提供激光标记系统,其包含具有可控制激光能量密度的激光;
决定与建立具有白色的颜色的标记相关联的该激光能量密度;以及
导控该激光标记系统以利用决定的该激光能量密度标记该经过阳极氧化处理的金属物品,从而建立具有白色的颜色的该标记,
其中导控该激光标记系统包含导控该激光标记系统以标记该经过阳极氧化处理的金属物品,使得在该标记的附近的该经过阳极氧化处理的金属物品的表面的纹路与在该标记的附近之外的该经过阳极氧化处理的金属物品的表面的纹路大致无法区别。
16.一种以激光在经过阳极氧化处理的金属物品上制做出的标记,具有从透明到不透明的范围的光学密度、白色的颜色、与周围未标记纹路大致无法区别的纹路以及耐久且大致完整无损的阳极氧化区,其中该标记的外观是造成光线在该阳极氧化区的层中散射的激光诱发损伤的结果。
17.如权利要求16所述的标记,其中该经过阳极氧化处理的金属物品包含铝。
18.如权利要求16所述的标记,其中该阳极氧化区被染色加上激光处理以建立具有额外颜色的该标记。
19.如权利要求18所述的标记,其中被染色的该阳极氧化区此外也被激光脱色。
20.一种经过阳极氧化处理的铝质物品,包含:
一铝基板;
一氧化层,配置在该铝基板上方;以及
一激光标记,具有从透明到不透明的范围的光学密度、白色的颜色、与周围未标记纹路大致无法区别的纹路以及耐久且大致完整无损的阳极氧化区,其中该标记的外观是造成光线在该氧化层中散射的激光诱发损伤的结果。
21.如权利要求20所述的经过阳极氧化处理的铝质物品,其中该阳极氧化区以染剂染色。
22.如权利要求21所述的经过阳极氧化处理的铝质物品,其中该阳极氧化区的该染剂被激光脱色。
23.如权利要求20所述的经过阳极氧化处理的铝质物品,其中该标记在宽广的视角范围内具有一致的外观。
24.如权利要求20所述的经过阳极氧化处理的铝质物品,其中该标记在周遭的观看条件下为不可见的,以及其中该标记在至少一非周遭的观看条件下为可见的。
25.如权利要求24所述的经过阳极氧化处理的铝质物品,其中该至少一非周遭的观看条件包括UV光。
26.如权利要求20所述的经过阳极氧化处理的铝质物品,其中当该标记藉由宽光谱可见光所照射时,该标记对肉眼而言与未标记区域难以辨别,以及其中当该标记藉由除了宽光谱可见光所照射时,该标记对肉眼而言是可见的。
27.如权利要求20所述的经过阳极氧化处理的铝质物品,其中该标记包括一标记区域,其相邻于在该经过阳极氧化处理的铝质物品中的一非标记区域,以及其中该经过阳极氧化处理的铝质物品的一氧化层表面机械地毗连于相邻的该标记区域和该非标记区域之间。
28.如权利要求20所述的经过阳极氧化处理的铝质物品,其中该氧化层具有一氧化层表面,以及其中该标记在该氧化层表面之下面建立。
29.如权利要求28所述的经过阳极氧化处理的铝质物品,其中该标记是在该经过阳极氧化处理的铝质物品的该氧化层表面之下方的一明确距离处制作。
30.如权利要求20所述的经过阳极氧化处理的铝质物品,其中该氧化层包括一氧化层表面,其中该激光脉冲具有一焦斑,以及其中该焦斑定位于该经过阳极氧化处理的铝质物品的该氧化层表面之下方的一明确距离处。
31.如权利要求20-30中任何一项所述的经过阳极氧化处理的铝质物品,其中该铝基板具有一基板表面,其中该激光脉冲具有一焦斑,以及其中该焦斑定位于该基板表面之上方的一明确距离处。
32.一种用于标记经过阳极氧化处理的金属物品的方法,该经过阳极氧化处理的金属物品具有一基板和形成在该基板上的一阳极氧化层,该方法包含:
调整该阳极氧化层的一区域以形成具有多个裂缝的经调整的氧化区域,该裂缝配置成散射在该经调整的氧化区域内的光线。
33.如权利要求32所述的方法,其中调整该阳极氧化层的该区域包含导控一激光脉冲至该经过阳极氧化处理的金属物品。
34.如权利要求32所述的方法,其进一步包括添加染剂至该阳极氧化层的该区域。
35.如权利要求32所述的方法,其中该多个裂缝配置成散射在该经调整区域内的光线,使得该标记内的该经过阳极氧化处理的金属物品的一部分的可见外观是比该标记外的该经过阳极氧化处理的金属物品的另一部分的可见外观还明亮。
36.如权利要求32所述的方法,其中该标记在宽广的视角范围内具有一致的外观。
37.如权利要求32所述的方法,其中该经过阳极氧化处理的金属物品包括经过阳极氧化处理的铝质物品,其中该标记包括一标记区域,其相邻于在该经过阳极氧化处理的铝质物品中的一非标记区域,以及其中该氧化层具有机械地毗连于相邻的该标记区域和该非标记区域之间的一上表面。
38.如权利要求32-37中任何一项所述的方法,其中该氧化层具有一氧化层表面,其中调整该阳极氧化层的区域系利用具有一焦斑的激光脉冲,以及其中该焦斑定位于该经过阳极氧化处理的金属物品的该氧化层表面之下方的一明确距离处。
39.如权利要求32所述的方法,其中调整该阳极氧化层的区域系利用具有一焦斑的激光脉冲,以及其中该焦斑定位于该基板之上方的一明确距离处。
40.如权利要求32所述的方法,其中该标记在周遭的观看条件下为不可见的,以及其中该标记在至少一非周遭的观看条件下为可见的。
41.如权利要求40所述的方法,其中该至少一非周遭的观看条件包括UV光。
42.如权利要求32所述的方法,其中当该标记藉由宽光谱可见光所照射时,该标记对肉眼而言与未标记区域难以辨别,以及其中当该标记藉由除了宽光谱可见光所照射时,该标记对肉眼而言是可见的。
CN201180069168.2A 2011-03-10 2011-03-10 用于可靠地激光标记物品的方法和装置 Expired - Fee Related CN103415370B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2011/027937 WO2012121732A1 (en) 2011-03-10 2011-03-10 Method and apparatus for reliably laser marking articles

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103415370A CN103415370A (zh) 2013-11-27
CN103415370B true CN103415370B (zh) 2016-08-24

Family

ID=46798494

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201180069168.2A Expired - Fee Related CN103415370B (zh) 2011-03-10 2011-03-10 用于可靠地激光标记物品的方法和装置

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP2683519A4 (zh)
JP (1) JP2014509945A (zh)
KR (3) KR20190095553A (zh)
CN (1) CN103415370B (zh)
WO (1) WO2012121732A1 (zh)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101881621B1 (ko) * 2011-03-10 2018-07-24 일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈 인코포레이티드 물품을 신뢰성 높게 레이저 마킹하기 위한 방법 및 장치
US9290008B1 (en) * 2011-09-20 2016-03-22 Nlight Photonics Corporation Laser marking method and system
US20130083500A1 (en) * 2011-09-30 2013-04-04 Christopher D. Prest Interferometric color marking
EP2922657B1 (en) * 2012-11-24 2020-03-04 SPI Lasers UK Limited Method for laser marking a metal surface with a desired colour
CN105522282B (zh) * 2013-03-27 2021-04-27 丁雪强 一种激光打标方法
AU2014278451B2 (en) 2013-06-09 2017-05-18 Apple Inc. Laser-formed features
EP3033198A4 (en) * 2013-08-16 2017-06-28 Electro Scientific Industries, Inc. Laser systems and methods for internally marking thin layers, and articles produced thereby
GB2520945A (en) * 2013-12-03 2015-06-10 Spi Lasers Uk Ltd Method for laser marking an anodized metal surface with a desired colour
CN106921107B (zh) 2015-12-28 2019-04-19 恩耐公司 来自皮秒光纤激光器的完全可控突发成形的个体脉冲
CN108349296B (zh) * 2016-09-06 2019-11-05 苹果公司 阳极化表面的激光漂白标记
US10787753B2 (en) 2016-09-14 2020-09-29 Apple Inc. Anodized substrates with dark laser markings
CN108262564A (zh) * 2017-01-04 2018-07-10 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种激光打标装置及方法
US11200386B2 (en) 2018-09-27 2021-12-14 Apple Inc. Electronic card having an electronic interface
KR102186568B1 (ko) * 2018-11-08 2020-12-03 한국생산기술연구원 금속 표면 색상 구현 방법 및 표면 색상이 구현된 금속 판재
WO2020104972A1 (en) * 2018-11-21 2020-05-28 Huf Technologies Gmbh Method for pulse marking a metallic surface
US11571766B2 (en) 2018-12-10 2023-02-07 Apple Inc. Laser marking of an electronic device through a cover
US11299421B2 (en) 2019-05-13 2022-04-12 Apple Inc. Electronic device enclosure with a glass member having an internal encoded marking
TN2021000224A1 (en) * 2019-07-01 2023-07-04 Tamer Akcay Ve Ortaklari Bilisim Sistemleri Kollektif Sirketi A machine processing textile with laser and its method
WO2021000966A1 (en) * 2019-07-02 2021-01-07 Master Dynamic Limited Method of marking a solid-state material, markings formed from such methods and solid-state materials marked according to such a method

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4335295A (en) * 1979-05-09 1982-06-15 Fowler Gary J Method of marking a metal device
US4547649A (en) * 1983-03-04 1985-10-15 The Babcock & Wilcox Company Method for superficial marking of zirconium and certain other metals
US6590183B1 (en) * 1999-11-11 2003-07-08 Koninklijke Philips Electronics N.V. Marking of an anodized layer of an aluminum object
CN1981291A (zh) * 2004-06-30 2007-06-13 通明国际科技有限公司 基于激光的用于处理目标表面材料的方法和系统以及由此产生的物品
CN101851350A (zh) * 2009-03-31 2010-10-06 上海金发科技发展有限公司 一种塑料用激光标记助剂及其制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0761198A (ja) * 1993-08-26 1995-03-07 Yoshioka Fujio レーザによる金属のカラーマーキング方法
JPH07204871A (ja) * 1994-01-20 1995-08-08 Fuji Electric Co Ltd マーキング方法
TWI253315B (en) * 2002-06-28 2006-04-11 Fih Co Ltd Forming pattern on the anodized surface of an object and a portable electronic device cover with the pattern
US20110089039A1 (en) * 2009-10-16 2011-04-21 Michael Nashner Sub-Surface Marking of Product Housings

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4335295A (en) * 1979-05-09 1982-06-15 Fowler Gary J Method of marking a metal device
US4547649A (en) * 1983-03-04 1985-10-15 The Babcock & Wilcox Company Method for superficial marking of zirconium and certain other metals
US6590183B1 (en) * 1999-11-11 2003-07-08 Koninklijke Philips Electronics N.V. Marking of an anodized layer of an aluminum object
CN1981291A (zh) * 2004-06-30 2007-06-13 通明国际科技有限公司 基于激光的用于处理目标表面材料的方法和系统以及由此产生的物品
CN101851350A (zh) * 2009-03-31 2010-10-06 上海金发科技发展有限公司 一种塑料用激光标记助剂及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2683519A1 (en) 2014-01-15
KR20180071396A (ko) 2018-06-27
JP2014509945A (ja) 2014-04-24
KR20140008521A (ko) 2014-01-21
KR101869435B1 (ko) 2018-06-21
KR20190095553A (ko) 2019-08-14
WO2012121732A1 (en) 2012-09-13
CN103415370A (zh) 2013-11-27
EP2683519A4 (en) 2015-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103415370B (zh) 用于可靠地激光标记物品的方法和装置
CN103228399B (zh) 用于可靠地镭射标记物品的方法和装置
US8451873B2 (en) Method and apparatus for reliably laser marking articles
US8761216B2 (en) Method and apparatus for reliably laser marking articles
CN102958640A (zh) 用于可靠地镭射标记物品的方法和装置
JP6689067B2 (ja) パターン化されたコーティングを備えたガラスセラミック部材の製造方法
US8379678B2 (en) Method and apparatus for reliably laser marking articles
CN105848914B (zh) 用理想色彩来激光标记阳极化金属表面的方法
CN105696226B (zh) 激光标记的织物
US9463528B2 (en) Laser systems and methods for internally marking thin layers, and articles produced thereby
DE10234002B4 (de) Verfahren zum Markieren von Glas
Bosman Processes and strategies for solid state Q-switch laser marking of polymers
TWI640384B (zh) 在物品上建立標記的方法、雷射標記裝置、具有標記的物品、具有標記的經陽極氧化的物品及經陽極氧化的物品
TWI583478B (zh) 經過陽極氧化之鋁質物品
TW201238694A (en) Method and apparatus for reliably laser marking articles
TW201208897A (en) Method and apparatus for reliably laser marking articles
US20060091124A1 (en) Method for transformation of color images into point arrangement for production of laser-induced color images inside transparent materials

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160824

Termination date: 20210310