CN103534057B - 用于优化地激光标记物品的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明是一种利用商用所希标记来激光标记一不锈钢样品的方法与设备。该方法包含：提供一激光标记系统，其具有一激光、激光光学组件、以及一具有默认激光脉冲参数的控制器；选择和该所希标记相关联的默认激光脉冲参数；以及指示该激光标记系统用以产生具有和该等所希标记相关联的激光脉冲参数的激光脉冲，其包含时间脉冲宽度大于约1微微秒并且小于约1000微微秒。

Description

用于优化地激光标记物品的方法和设备

技术领域

本发明和激光标记物品有关。明确地说，其和通过下面方式来激光标记物品有关：激光烧蚀被涂敷至物品的涂料，其会露出位于涂料下方的该物品的表面，从而通过该物品的外露表面和相邻剩余涂料之间截然不同的外观来形成该标记。该标记还可以通过下面方式来形成：激光烧蚀第一涂料层或最上方涂料层用以露出位于该涂料层下方的一第二涂料层，从而通过该外露的第二涂料和相邻剩余涂料之间的对比来形成该标记。激光参数会经过选择，以便提供均匀且为市场所希的外观，并且避免对下方表面造成毁损，同时又保有可接受的系统生产量。

背景技术

市售产品通常需要在产品上产生某种类型的标记，以达商用、调整、修饰、或功能方面的目的。标记的定义为物品表面中在视觉上和相邻表面截然不同的连续区域(region)或场域(area)。用于标记的所希属性包含一致的外观、耐用性、以及容易应用。外观所指的是可靠地且重复地让一标记具有选定形状及均匀颜色与光学密度的能力。耐用性为即使该标记表面有磨损仍可保持不变的质量。容易应用则是指产生一标记的材料、时间、以及资源的成本，其包含可程序化能力。可程序化能力是指通过改变软件而以一要被标记的新图样来程序化该标记装置的能力，不同于改变硬件(例如，屏幕或屏蔽)的方式。

特别感兴趣的是在有涂布或有涂绘的物品上创造标记。由金属或各种类型塑料制成的物品通常会以各种工业涂料来涂绘或覆盖，以便保护并且改变该物品表面的外观。激光烧蚀该涂料(尤其是图样)用以移除该涂料并且露出位于其下方的该物品的表面是一种用以在物品上创造标记的所希方式。利用二或多层涂料来覆盖一物品并且激光烧蚀一第一涂料以便露出位于其下方的一第二涂料则是另一种用以创造标记的所希方式。通过利用雷射移除一涂料以露出位于其下方的物品来标记一产品已在2008年6月26日公开的美国专利申请案第2008/0152859号中讨论过，该案发明人为MasanoriNagai。此方法相依于该涂料的亮度高于该物品的表面。1992年10月29日公开的日本专利申请案第03-150842号则说明利用雷射来移除一或多个涂料层用以露出位于其下方的涂料层，该案发明人为IwasakiNoboru。

此等引证案有一共同的情况是，为移除涂料但却不会移除要被移除的涂料层下方的材料，要被移除的材料的激光烧蚀临界值必须低于其下方的材料的激光烧蚀临界值。激光烧蚀临界值是移除材料所需要的最小能量。此移除方式可能为烧蚀移除，当通过雷射将足够的能量置入该材料中用以让该材料分离成电浆即可；或者，可能为热移除，其中，该材料基本上会被熔化及蒸发；或者是两者的组合。和烧蚀临界值有关的是毁损临界值。毁损临界值是对材料的外观造成非所希改变所需要的最小雷射能量。材料的毁损临界值通常会低于而且有时候会远低于烧蚀临界值。毁损的定义为在以激光移除最顶层之后在构成该物品的材料或下方涂料的外观中有任何非所希的改变。

图1所示的的用于标记一物品的示范性先前技术加工路径(toolpath)。加工路径是指一物品上为创造该标记而曝露在激光辐射中的多个位置的顺序。此激光辐射可能为连续波(ContinuousWave，CW)或脉冲式。在任一情况中，该激光与光学系统都会有一激光射束，其为该激光(脉冲式或CW)被供能用以发出辐射时依循前进的光学路径。图1显示一物品10，其涂布着一不透明的涂料11。形状12描绘出要被移除以便形成该标记的材料的场域。针对一激光所布局的加工路径13是从移除起始点14处的材料开始。接着，该激光射束会沿着该加工路径13相对于该物品10来移动，用以移除材料，一直到抵达结束点16为止。此加工路径会经过优化，以便该加工路径会被配置成用以最大化该激光实际上用于移除材料的时间数额，不同于仅定位该激光射束而不进行切割。图2所示的是如图1中所示的移除材料的结果。具有涂料21的物品20已经从标记22的场域处移除该涂料，从而露出其下方的材料24、26。在此情况中，激光辐照度(laserirradiance)已经过选择，以便优化该「T」形形状中构成垂直部分24的部分的材料移除速率。辐照度是每单位面积中激光能量被施加至该物品表面的速率，而测量单位为瓦/cm2。此辐照度会在该「T」形形状26的其它部分中导致毁损或非所希的外观，从而造成该标记的不可接受的外观。此问题的先前技术解决方式是减缓激光相对于该物品的移动速度或是降低辐照度，两者都会降低生产量，因此，都不是所希的方式。

本技术所希但未被揭示过的的一种用以在要被移除的材料的烧蚀临界值接近或低于下方材料的毁损临界值时或者毁损临界值因为前一次激光处理而改变时移除材料但并不会毁损该下方材料的可靠且可重复的方法。因此，本技术需要一种用以可靠地且可重复地在有涂布的物品上创造具有所希外观的标记的方法，其会利用雷射移除一涂料层，但却不会对下方材料造成毁损，同时会保有可接受的系统生产量。

发明内容

本发明的观点是利用一种激光标记系统在有涂布的物品上创造具有所希特性的标记。该激光标记系统具有数据存储器以及可控制的雷射能量密度(laserfluence)。能量密度(fluence)的定义为每单位面积中被施加的累积激光能量，而测量单位为焦耳/cm2。本发明的观点会先决定一和创造一标记相关联的第一激光能量密度，其会让该标记在该标记的一第一部分中具有所希的特性。本发明的观点接着会决定一和创造一标记相关联的第二激光能量密度，其会让该标记在该标记的一第二部分中具有所希的特性。接着，此等能量密度会被储存在该激光标记系统的存储器中。接着，该激光标记系统会被指示在该标记的第一部分中利用该已储存的第一激光能量密度并且在该标记的第二部分中利用该已储存的第二激光能量密度来标记该物品，从而标记该物品使其具有所希的特性。通过烧蚀一顶端涂料层来露出一下方层(其可能是另一涂料或者是该物品的表面)而在一有涂布物品上创造标记必须要求要被烧蚀的材料的烧蚀临界值低于其下方材料的烧蚀临界值。在大部分的情况中，这可通过适当的选择材料来安排。举例来说，比较暗或者反射性小于下方层的最顶端涂料或漆料会吸收较多的激光能量并且通常会在低于该下方层的能量密度临界值处进行烧蚀。

本发明的观点在进行标记时考虑到毁损临界值，以便创造具有所希外观的标记。为有效地创造标记，辐照度会经过调整，以便最大化材料移除速率，但却不会毁损下方材料。该辐照度连同该加工路径会决定该能量密度，因为辐照度是测量能量被施加至该物品表面的速率而加工路径则表示该激光射束被引导至该标记上每一个点要多少时间。激光射束的辐照度与加工路径经过计算会在要被移除的材料的烧蚀临界值以上并且会在下方材料的毁损临界值以下，同时会最大化该激光射束相对于该物品的前进速率，以便最大化生产量。难处在于，在该标记过程期间，在不同的时间处，在该标记的不同场域处，此等临界值可能会不同。可提供商用所希外观以及在其中一个场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产量的激光参数可能会破坏该标记的另一场域中的下方材料。图2所示的是利用单一辐照度及前进速率来激光标记一物品的结果，其中，结果并不均匀而且并非为商用可接受。虽然选择单一组激光参数有可能造成商用所希的外观的标记，但是，最终的材料移除速率却不能超过该标记中所有部分的最快可接受移除速率，从而会导致令人无法接受的低生产量。本发明的观点会决定要用来创造商用所希标记的激光参数，其方式是相依于该标记的形状以及所使用的激光脉冲的特性将要被标记的场域分割成多个较小的区域并且计算每一个区域的激光参数，用以优化该标记中每一个该等区域的材料移除速率。

一特殊位置处的材料的毁损临界值不仅相依于目前被引导至该位置的激光辐照度，还相依于曝露在激光辐射的最近历史。所以，仅测量激光能量密度并无法正确地预测经过激光处理之后的材料的外观。这是因为该位置或邻近位置的先前辐照度会有加热该材料的倾向。此加热的冷却时间常数可能会超过激光射束推移之间的时间，所以，当该激光继续推移时，该材料可能会保留前一次推移的热量，从而会在该特殊时间处降低该特殊位置的毁损临界值。本发明的观点是以该标记的形状以及要被用来烧蚀该最顶端材料的激光脉冲的计划性几何形状与时序为基础来计算此残余热。本发明的观点会以该被算出的残余热为基础来改变激光能量密度，用以补偿因先前激光辐照度所造成的低毁损临界值。此变更相依于要被处理的标记的该特定区域、此区域上或附近的先前激光辐照度、以及从该先前辐照度算起的等待时间。

本发明的观点会控制各式各样激光参数，其包含激光脉冲参数(例如，脉冲持续时间长度或脉冲重复率(pulserepetitionrate))或加工路径参数(例如，光点尺寸、激光射束位置、或激光射束速度)，以便提高一激光标记系统的生产量，同时避免对下方材料造成破坏。激光会经过选择，而且功率、重复率、脉冲时间形状、以及脉冲持续时间长度也会经过选择，以便提供所希的材料移除速率。接着，该激光照射该物品用以形成该标记的加工路径或是位置与时间会被算出，以便提供所希的材料移除速率，同时避免对下方材料造成破坏。其中一种加工路径计算是该物品上连续脉冲之间的分隔距离，其可通过改变该等激光脉冲与该物品之间的相对运动的速度而受到控制。另一种加工路径计算是光点尺寸，其会通过在Z轴中移动焦点用以指向该物品的表面上方或下方来控制该辐照度。进一步的加工路径计算是计算相邻脉冲位置列之间的分隔距离。加工路径会经过选择，以便以光栅的方式在要被行经的多行之中覆盖要被标记的场域。该要被行经的行组会被分割成多个子组并且决定每一个区域的激光标记的热负载。该热负载可能是依照经验来计算、预测、或是测量。接着，便会通过以针对每一个子组所决定的热负载来改变该等激光参数以调整激光辐照度。

本发明的观点会控制激光的输出。为帮助应用本发明所选择的加工路径，激光脉冲应该在该激光标记系统的控制下非常精确地被开启与关闭。本发明的观点会非常精确地控制激光辐照度，以便让加工路径创造出具有商用所希均匀度、颜色、组织、以及形状的标记。一光学切换器会被用来快速地切换开启与关闭该激光射束，而不需要关闭与开起该激光。本发明的观点使用一声光调变器(Acousto-OpticModulator，AOM)来精确且快速地调变该射束，并且从而引导该射束用以照射该物品或是无害地行进至射束收集器(beamdump)。

本发明的观点是通过改造一现成的激光微加工系统来施行，例如，位于奥勒冈州97229波特兰市的ElectroScientificIndustries,Inc.所制造的ESIML5900型激光微加工系统。此系统在位于奥勒冈州97229波特兰市的ElectroScientificIndustries,Inc.于2009年10月出版的「ESI维修指南ML5900(ESIServiceGuideML5900)」，中作过详细的说明，零件编号为178472A，而本文则以引用的方式将其完整并入。本发明的改造包含新增一电光装置，以便以实时的方式更精确地控制激光能量密度，并且新增用以控制能量密度变化的软件。

本发明的另一项观点仰赖一种红外线(IR)相机，其会聚焦在该物品上，用以在该物品要被标记时测量该物品的温度。该红外线相机会侦测一要被标记的场域中从该物品的表面发出的热并且和会调整雷射能量密度以便补偿残留在该物品中的热的控制器交换此信息。该IR相机会经过校正，因此，在涂敷着特殊涂料的一特殊物品中，来自该IR相机的一给定读数便会表示要使用怎样的能量密度来移除最顶端涂料，而不会对下方的材料造成非所希的破坏，从而创造出具有所希外观的标记。

为利用根据本发明的目的的前述与其它观点来达到前面的目的，如本文中已具现及广泛说明的，本文中揭示一种在一有涂布的物品上创造具有所希商用质量的可见标记的方法以及被调适成用以实施该方法的设备。本发明包含一种激光处理系统，其具有一激光、激光光学组件、已及多个运动平台，在操作上，它们全部会被连接至一具有已储存的预设激光脉冲参数的控制器。和所希能量密度相关联的已储存激光脉冲参数会相依于该标记中要被处理的区域被选择，以便创造出具有商用所希特性的标记。

附图说明

图1所示的是先前技术标记方式。

图2所示的是先前技术标记。

图3所示的标记显示出经过计算的能量密度场域。

图4所示的是经过改造的激光标记系统。

图5所示的是经过改造的激光标记系统。

图6所示的是经过改造的激光标记系统。

图7所示的是经过改造的激光标记系统。

具体实施方式

本发明的一实施例会利用一激光标记系统在有涂布的物品上创造具有所希特性的标记。该激光标记系统具有数据存储器以及可控制的激光能量密度或剂量。本发明的实施例会先决定一和创造一标记相关联的第一激光能量密度，其会让该标记在该标记的一第一部分中具有所希的特性。本发明的观点接着会决定一和创造一标记相关联的第二激光能量密度，其会让该标记在该标记的一第二部分中具有所希的特性。接着，此等能量密度会被储存在该激光标记系统的存储器之中。接着，该激光标记系统会被指示在该标记的第一部分中利用该已储存的第一激光能量密度并且在该标记的第二部分中利用该已储存的第二激光能量密度来标记该物品，从而标记该物品使其具有所希的特性。本发明的实施例会通过控制各式各样激光参数来控制激光能量密度，该等激光参数包含激光脉冲参数(例如，脉冲持续时间长度或脉冲重复率)或加工路径参数(例如，光点尺寸、激光射束位置、或激光射束速度)，以便提高一激光标记系统的生产量，同时避免对下方材料造成破坏。一般来说，激光会经过选择，而且功率、重复率、脉冲时间形状、以及脉冲持续时间长度也会经过选择，以便提供所希的材料移除速率。接着，一加工路径会被算出，以便提供所希的材料移除速率，同时避免对下方材料造成破坏。

其中一种加工路径计算是该物品上连续脉冲之间的分隔距离，其可通过改变该激光射束与该物品之间的相对运动的速度而受到控制。另一种加工路径计算是光点尺寸，其会通过在Z轴中移动焦点用以指向该物品的表面上方或下方来控制该辐照度。进一步的加工路径计算是计算相邻脉冲位置列之间的分隔距离。加工路径会经过选择，以便以光栅的方式在要被行经的多行中覆盖要被标记的场域。该要被行经的行组会被分割成多个子组并且决定每一个区域的激光标记的热负载。该热负载可能系依照经验来计算、预测、或是测量。接着，便会通过以针对每一个子组所决定的热负载来改变该等激光参数以调整激光辐照度。

本发明的实施例会控制激光的输出。为帮助应用本发明所选择的加工路径，激光脉冲应该在该激光标记系统的控制下非常精确地被开启与关闭。本发明的观点会非常精确地控制激光辐照度，以便让加工路径创造出具有商用所希均匀度、颜色、组织、以及形状的标记。本发明的观点使用一声光调变器(AOM)来精确且快速地调变该射束，并且从而引导该射束用以照射该物品或是无害地行进至射束收集器。

图3所示的是本发明的实施例所运用的一经改良的加工路径。物品30涂布着一涂料31，其会在一有形状的场域32里面被移除。激光会沿着该加工路径33在其起始点34处开始移除材料，并且在其移到位置点36处时会移除材料，如实线所示。在位置点36处，该激光会被关闭，而该激光标记系统则会以激光射束为基准重新定位该物品，使得当该雷射开启时，其便会在位置点38处开始移除材料，如虚线所示。接着，该激光会进行切割与重新定位，直到抵达结束点40为止。以光栅扫描方式移除材料的意义为，在具有雷同长度的相邻加工路径行中，要被激光加工的材料的温度为恒定，因为激光加工相邻位置点之间的延迟为恒定。此假设为，该激光射束相对于该物品的行进速率为恒定。

利用此加工路径技术，行中的温度上升虽然为恒定；不过，不同长度的行、不同的重新追踪时间、或是行断裂却会提供不同的温度上升并且因而可能会让下方材料具有不同的外观。举例来说，激光从起始点34处移动、移除材料一直到该运程36结束、并且接着重新定位以便开始进行下一个运程38所花费的时间会不同于其从一较长运程41的顶点处开始移除材料、移除材料一直到该运程42结束、并且重新定至下一个运程44的顶点所花费的时间。因为时间不同，当激光开始移除材料时，位置点38处的温度会不同于位置点44处该材料的温度，从而导致下方材料在此等位置点处可能会具有非所希的不同外观。

本发明的实施例通过以要被加工的运程的长度为基础将加工路径分割成多个区域来解决此问题。图4显示的物品50涂布着一涂料51，标记52要被激光加工。该等运程预期会成为如图3中所示的垂直光栅。该标记会被分割成多个区域54、56、58、60、62、64、66，它们具有大约相同长度的雷同相邻运程。在每一个运程长度群中，激光能量密度会经过选择以使得能够以所希的速率来移除材料，同时补偿因相邻运程所造成的预期温度上升。因此，举例来说，区域66的能量密度会低于区域64，因为该等运程比较短而且由于运程之间时间较短的关系温度会比较高。由于激光/材料相互作用公差的关系，该等行会被分群。即使某一群里面的加工运程之间的温度可能会相差一小数额，雷同的激光能量密度仍会对该材料有雷同的效应。在此范例中，第一区域54会在其中一激光能量密度处被加工，接着，当移往下一个区域56进行加工时，能量密度会降低，以便为下方材料提供相同的外观，同时保有可接受的生产量。此过程会针对每一个剩余区域58、60、62、64、66来调整激光能量密度之后继续进行。图5所示的是应用本发明的实施例在一有涂布的物品70上创造一标记72的结果，该物品70会被涂料71覆盖。要注意的是，在标记72中可看见的下方材料74并没有任何毁损或不均匀外观的迹象，其为所希的结果。

本发明的实施例会通过控制激光能量密度来控制材料移除速率并且因而控制下方材料的外观。激光能量密度会通过控制激光输出能量、射束尺寸、形状、或脉冲持续时间长度而受到控制。然而，通常比较希望控制加工路径参数(例如，速度或行之间的间距)，以便保持最大材料移除速率。保持该下方材料的均匀外观的其中一种简单方式是在运程之间停止，以便在加工下一个运程之前让该材料会完全冷却。对样本物品进行测试后发现，运程之间约需要10毫秒的延迟，以便让材料充分冷却而防止破坏。插入此延迟虽然提供均匀的外观，但是却会减缓该制程，令人无法接受。除了激光脉冲参数之外，本发明的实施例还使用加工路径参数(例如，速度、光点尺寸、以及间距)的变化来精确地且准确地控制激光能量密度，以便在有涂布的材料中创造出具有商用所希颜色、光学密度、均匀度、组织、以及形状的标记。本发明的实施例使用一声光调变器(AOM)来切换开启与关闭该等激光脉冲，以帮助达成准确的加工路径几何形状。本发明的实施例还根据情况使用一红外线(IR)相机来侦测要被标记的物品的温度，用以决定加工路径。

本发明的一实施例使用一光学切换器来开启与关闭激光射束，但并不需要开启与关闭激光。本发明的一实施例运用一AOM通过将该激光射束从其正常路径处以绕射方式重新引导至一射束收集器来调变该激光射束的能量密度，激光射束能量会在该射束收集器处无害地消散，而不会被引导至该物品表面。使用AOM是因为其能够非常快速地调变激光射束。快速调变对本发明的实施例有好处，因为会让激光标记系统快速地且准确地开启与关闭该激光射束，但却不会干扰激光本身。

图6所示的是本发明的一实施例，其是一经过改造的ESIML5900型激光微加工系统80的图式，其会被调适成用以标记物品。此改造例包含一激光82、一AOM84能量密度衰减器、以及一绕射式射束塑形器86。多个激光脉冲会由激光82射出并且会被一连串的面镜及其它光学组件(图中并未显示)引导至该射束塑形器86与AOM84，而后，则会被另外的一连串的面镜及其它光学组件(图中并未显示)引导至光学头88。该光学头包含X、Y、以及Z运动控制组件90以及电流计方块92。该些组件会组合用于以要被标记的物品98为基准来定位该激光射束(图中并未显示)，以便在该物品98的表面上创造该标记的2维表示符。该物品98会被旋转平台组件94固定，旋转平台组件94会将该物品98从装载/卸除位置转换至一位于该光学头88下方的位置处(图中并未显示)(该物品98会在该处被标记)并且接着转换至一非必要的检测站96(该物品98在反向转换至该装载/卸除站以进行卸除之前在该处接受检测)。所有此等操作都会在控制器100的控制下进行，控制器100会协调激光82、AOM84、该等运动控制组件90、电流计方块92、以及旋转平台94的操作，用以将适当的激光能量密度引导至该物品98上适当的位置，以便创造具有商用所希外观的标记。

该经过改造的激光82是由位于加州95054圣塔克拉拉市的Spectra-Physics所制造的Vanguard型号的二极管激升Nd:YVO4固态激光，其操作在三倍频的355nm波长处。该激光82会被配置成用以产出高达2.5W；不过，通常会运作在80MHz的模式锁定脉冲重复率处，其会产出约1W的功率。本发明的实施例可以有利地使用功率为0.5瓦至100瓦，或者更佳的是，功率为0.5瓦至12瓦的激光。其可能会使用10KHz至500MHz，或者更佳的是1MHz至100MHz的激光重复率。激光82会协同控制器100来产生持续时间长度约1微微秒至1,000奈秒，或者更佳的是100微微秒至100奈秒的激光脉冲。脉冲时间与空间分布通常为高斯分布。运动控制组件90与电流计方块92会组合用以提供以该物品为基准的射束定位能力。本发明的实施例在该物品上使用的激光光点的大小范围从5微米至500微米，或者更佳的是，落在从10微米至100微米的范围中。该系统使用的射束速度或者激光射束与物品之间的相对运动是在10mm/s至1m/s的范围中，或者更佳的是，在50mm/s至500mm/s的范围中。间距或者相邻激光脉冲行之间的分隔距离的范围可能是从1微米至250微米，或者更佳的是，在从10微米至50微米的范围中。

本发明的一实施例使用一绕射式射束塑形器光学组件将该激光射束的典型的高斯空间轮廓改变为「高帽」形状，其中，在该分布中，激光功率会在该激光光点场域中被等化。这会在该典型的高斯射束轮廓中提供改良的效能，因为该高帽状激光能量密度在该焦点的场域中为相等，因此，材料移除以及毁损临界值在整个光点中都会相等。利用高斯轮廓，假设烧蚀临界值在该轮廓中的某个点处被超越的话，那么，在该烧蚀临界值场域里面的焦点场域将会超越该烧蚀临界值，从而可能会造成破坏，同时该焦点中落在烧蚀临界值外面的场域将不会移除材料。在微加工中使用绕射式光学组件已经在2002年8月13日颁发的美国专利案第6,433,301号中揭示过，该案发明人为CoreyM.Dunsky、XinbingLiu、NicholasJ.Croglio、HoW.Lo、BryanC.Gundrum、以及HisashiMatsumoto，该案已经受让给本发明的受让人而且本文以引用的方式将其完整并入。

图7中所示的本发明的一实施例在一激光标记系统中加入实时回授调适，以便让该经过调适的系统在该物品要被标记时从该物品处实时获得IR信息以事先计算激光能量密度而创造出具有商用所希外观的标记。在图7中所示的实施例中，一激光120会发出激光射束122，其会被引导至一光学切换器124(在本案例中其是一AOM)，经过绕射式光学组件125并且接着前往射束操纵光学组件126，在本案例中其是一包括两个电流计的电流计方块，该等两个电流计会被设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图样来引导该激光射束122。要被标记的物品130是被固定在运动控制平台132上，该运动控制平台132会协同射束操纵光学组件126以物品130的表面上的可程序化图样来引导该激光射束122。一红外线(IR)传感器128会被调适成用以在该物品130被激光射束122标记时感测该物品130的表面的温度。依此方式，该物品130的表面中要被标记的部分的温度接着便会被该IR传感器128测量并且送往控制器134，该控制器134会计算最佳的能量密度以便以该物品130已测量的温度为基础来使用并且指示该激光120、光学切换器124、绕射式光学组件125、射束操纵光学组件126、以及运动控制平台132协同合作，以便以正确的能量密度将该激光射束122引导至该物品130的正确位置处，用以创造具有商用所希外观的标记。本发明的实施例可以使用的一示范性IR传感器是由位于德国耶拿市的Jenoptik所制造的IR-TCM640型。

熟悉本技术的人士便会明白，可以对本发明的上述实施例的细节进行许多改变，其并不会脱离本发明的基本原理。所以，本发明的范畴应该仅由下面的申请专利范围来决定。

Claims (22)

1.一种在样品上创造激光标记的方法，其包括：

提供激光标记系统，其经配置为依据至少一个可控制的激光参数将激光射束引导到样品上；

在第一时间周期期间，依据该至少一个可控制的激光参数控制该激光标记系统，以将该激光射束引导到该样品的第一部分上来标记该样品的该第一部分，并且产生热于该样品的第二部分内，该第二部分相邻该第一部分；以及

在第二时间周期期间，于该第二时间周期期间，该第二部分至少部分保留在该第一时间周期期间所产生的该热，控制该激光标记系统来调整该至少一个可控制的激光参数，并且将该激光射束引导到该样品的该第二部分上来标记该样品的该第二部分。

2.根据权利要求1所述的方法，其中该样品涂布着第一层与第二层的涂敷涂料，该方法更包括：移除该第一层却不会破坏该第二层，以产生该激光标记。

3.根据权利要求1所述的方法，其中该至少一个可控制的激光参数包括范围从1.0×10^-6焦耳/cm²至1.0焦耳/cm²的激光能量密度。

4.根据权利要求1所述的方法，其中该激光标记的该第一部分和该第二部分具有一致的外观，其包含均匀颜色与光学密度。

5.根据权利要求1所述的方法，其中该至少一个可控制的激光参数包含脉冲持续时间长度、脉冲重复率、光点尺寸或激光射束速度。

6.根据权利要求1所述的方法，其中在该第一时间周期和该第一时间周期之前，该方法更包括：

决定与创造该激光标记相关联的第一激光能量密度，该激光标记在其第一部分上具有所希的特性，其中该所希的特性包括商用所希的颜色、光学密度、均匀度、组织以及形状；

决定与创造该激光标记相关联的第二激光能量密度，该激光标记在其第二部分上具有该所希的特性；

将该第一激光能量密度与该第二激光能量密度储存在该激光标记系统中；以及

利用所储存的该第一激光能量密度来产生该激光标记的该第一部分，并且利用所储存的该第二激光能量密度来产生该激光标记的该第二部分。

7.根据权利要求1所述的方法，其中该样品包括要从该第一部分和该第二部分移除以产生该激光标记的材料，其中该材料具有烧蚀临界值，其中该样品包括具有毁损临界值的下方材料，其中该激光射束具有辐照度并且沿着加工路径进行引导，其中该激光射束以前进速率沿着该加工路径进行引导，其中该激光射束的该辐照度和该加工路径经过计算而处于该烧蚀临界值以上并且处于该毁损临界值以下，同时会最大化该激光射束相对于该样品的该前进速率。

8.根据权利要求1所述的方法，其中该样品具有要被标记的区域，其中要被标记的该区域具有形状并且被分割成多个较小区域，其中该激光参数经过计算以优化对于该多个较小区域中每一个的材料移除速率。

9.一种被调适成用以标记样品的激光标记设备，其包括：

激光标记系统，操作上以可控制的激光能量密度将激光射束引导到样品上；以及

控制器，其经配置为控制该激光标记系统的操作，使得：

在第一时间周期期间，以第一激光能量密度将该激光射束引导到该样品的第一部分上来标记该样品的该第一部分，并且产生热于该样品的第二部分内，该第二部分相邻该第一部分；且

在第二时间周期期间，以不同于该第一激光能量密度的第二激光能量密度将该激光射束引导到该样品的该第二部分上，同时该第二部分保留所产生的该热的至少一部分，来标记该样品的该第二部分。

10.根据权利要求9所述的设备，其中该样品涂布着第一层与第二层的涂敷涂料，而且其中移除该第一层但不会破坏该第二层。

11.根据权利要求9所述的设备，其中该激光能量密度范围从1.0×10^-6焦耳/cm²至1.0焦耳/cm²。

12.根据权利要求9所述的设备，其中该激光标记系统运用光学切换器。

13.根据权利要求12所述的设备，其中该光学切换器是声光调变器。

14.根据权利要求9所述的设备，其中该激光标记系统包含绕射式射束塑形器。

15.根据权利要求9所述的设备，其中该样品具有要被标记的区域，其中该样品包括要从该第一部分和该第二部分移除以产生该激光标记的材料，其中该材料具有烧蚀临界值，其中该样品包括具有毁损临界值的下方材料，其中该激光标记系统运用激光、该激光的功率、脉冲重复率、脉冲时间形状和脉冲持续时间长度经过选择，以提供所希的材料移除速率，其中该激光射束照射该样品以产生该标记的加工路径或位置和时间经过计算，以提供该所希的材料移除速率，同时避免对该下方材料造成破坏，其中用于要被标记的该区域的该加工路径被分割成多个较小区域，其中对该多个较小区域中的每一个决定该激光标记的热负载，并且其中基于为该多个较小区域中的每一个所决定的该热负载来调整激光参数，以优化对于该多个较小区域中每一个的材料移除速率。

16.根据权利要求15所述的设备，其中该加工路径的计算包含下述中的一者或更多：在该样品上的连续脉冲位置之间的脉冲分隔距离，其通过改变在该激光射束与该样品之间的相对运动的速度而被控制；光点尺寸，其受到焦点针对该样品的表面的Z轴位移而被控制；及在相邻脉冲位置列之间的列分隔距离。

17.一种用以在样品上创造激光标记的方法，其包括：

提供激光标记系统，其具有可控制的激光能量密度及红外线传感器；

利用该红外线传感器来测量该样品的一部分的温度；

依据所测量的该样品的该部分的该温度，决定与创造该激光标记于该样品的该部分上相关联的激光能量密度；以及

指示该激光标记系统，利用所决定的该激光能量密度来标记该样品的该部分。

18.根据权利要求17所述的方法，其中该样品涂布着第一层与第二层的涂敷涂料，而且移除该第一层却不会破坏该第二层，以产生该激光标记。

19.根据权利要求17所述的方法，其中该激光能量密度范围从1.0×10^-6焦耳/cm²至1.0焦耳/cm²。

20.根据权利要求17所述的方法，其中该可控制的激光能量密度会受控于光学切换器。

21.根据权利要求20所述的方法，其中该光学切换器是声光调变器。

22.根据权利要求17所述的方法，其中该激光标记设备包含绕射式射束塑形器。