CN113316496A - 用于激光标记金属表面的方法 - Google Patents

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曼苏尔·阿什蒂亚尼
帕特里克·克里斯托弗·麦吉
若弗雷·科尔宾
耶里奇·弗兰克·福斯特
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Abstract

提供了用于标记部件的表面上的位置的方法。该位置限定从该位置垂直延伸的法线。该方法包括用第一激光束照射该位置以产生具有第一颜色的第一标记。第一激光束被布置成相对于法线成第一角度。该方法还包括用第二激光束照射该位置以产生具有与第一颜色不同的第二颜色的第二标记。第二激光束被布置成相对于法线成第二角度。第二角度与第一角度不同。

Description

用于激光标记金属表面的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年11月21日提交的美国临时专利申请序列号62/770,206的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开内容总体上涉及用于标记物体的表面的方法，并且更具体地涉及用于通过将激光应用于物体的金属表面来使金属表面着色的方法。
背景技术
本部分提供与本公开内容有关的背景信息，并且不一定是现有技术。
可以使用各种方法和技术来标记或着色零件或部件的外表面。例如，可以通过涂漆、用着色剂模制、印刷或用激光照射来标记或着色塑料零件或部件的外表面。类似地，可以通过涂漆、印刷或用激光照射来标记或着色金属零件的外表面或由除金属以外的材料形成的零件的金属外表面。例如，美国公开第2008/0139707A1号描述了用于在模塑制品上产生多色激光标记的方法，而美国专利第6,313,436号描述了用于通过将涂层应用于材料的表面并且然后用激光照射涂层来对所述表面进行激光标记的方法。虽然已经证明用于标记或着色各种部件的金属表面的已知方法对于其预期目的是可接受的，但是在相关领域中仍然存在持续改进的需要。
发明内容
本部分提供了本公开内容的总体概述，并且不是对其全部范围或其所有特征的全面公开内容。
本公开内容的一个方面提供了一种用于标记部件的表面上的位置的方法。该位置可以限定从该位置垂直延伸的法线。该方法可以包括用第一激光束照射该位置以产生具有第一颜色的第一标记。第一激光束可以被布置成相对于法线成第一角度。该方法还可以包括用第二激光束照射该位置以产生具有与第一颜色不同的第二颜色的第二标记。第二激光束可以被布置成相对于法线成第二角度。第二角度可以与第一角度不同。
本公开内容的实现方式可以包括以下可选特征中的一个或更多个。在一些实现方式中，第一角度大于第二角度。在一些实现方式中，第一角度小于第二角度。
在一些实现方式中，第一激光束由激光源产生。该方法还可以包括，在用第一激光束照射该位置的同时使部件或激光源中的一个相对于部件或激光源中的另一个移动。在一些实现方式中，该方法包括，在用第二激光束照射该位置的同时使部件或激光源中的一个相对于部件或激光源中的另一个移动。
在一些实现方式中，第一颜色包括一定深度(shade)的灰色或一定深度的棕色，并且第二颜色包括一定深度的蓝色。
在一些实现方式中，该方法包括使第一激光束散焦。
在一些实现方式中，该方法包括从第二标记去除残留物。从第二标记去除残留物可以包括将酒精或水应用于所述表面。
在一些实现方式中，所述表面至少部分地由铬形成。
本公开内容的另一方面提供了一种激光标记的方法。该方法可以包括提供包括外表面的部件，该外表面包括具有第一颜色的位置。该方法还可以包括，用第一激光束照射该位置以将该位置的第一颜色改变为第二颜色，该第一激光束被布置成相对于从该位置延伸的法线成第一角度。该方法还可以包括，用第二激光束照射该位置以将该位置的第二颜色改变为第三颜色，该第二激光束被布置成相对于法线成第二角度。第二角度可以与第一角度不同。
该方面可以包括以下可选特征中的一个或更多个。在一些实现方式中，第一角度大于第二角度。在一些实现方式中，第一角度小于第二角度。
在一些实现方式中，第一激光束由激光源产生。该方法还可以包括，在用第一激光束照射该位置的同时，使部件或激光源中的一个相对于部件或激光源中的另一个移动。在一些实现方式中，在用第二激光束照射该位置的同时，使部件或激光源中的一个相对于部件或激光源中的另一个移动。
在一些实现方式中，第二颜色包括一定深度的灰色或一定深度的棕色，并且第三颜色包括一定深度的蓝色。
在一些实现方式中，该方法包括使第一激光束散焦。
在一些实现方式中，该方法包括从该位置去除残留物。从该位置去除残留物可以包括将酒精或水应用于所述外表面。
在一些实现方式中，所述外表面至少部分地由铬形成。
根据本文提供的描述，其他的应用领域将变得明显。该概述中的描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，并且不旨在限制本公开内容的范围。
附图说明
本文描述的附图仅出于说明所选择的配置而不是全部可能的实现方式的目的，并且不旨在限制本公开内容的范围。
图1是根据本公开内容的原理的适合激光标记的部件的示意性截面视图；
图2是示出根据本公开内容的原理的用于标记部件的表面的方法的流程图；
图3A是根据本公开内容的原理的处于第一操作阶段的激光标记系统的示意性透视图；
图3B是根据本公开内容的原理的图3A的处于第二操作阶段的激光标记系统的示意性透视图；
图3C是根据本公开内容的原理的图3A的处于第三操作阶段的激光标记系统的示意性透视图；
图4A是沿线4A-4A截取的图3A的激光标记系统的示意性截面视图；以及
图4B是沿线4B-4B截取的图3B的激光标记系统的示意性截面视图。
在整个附图中，相应的附图标记指示相应的部分。
具体实施方式
现在将参照附图对示例配置进行更全面地描述。提供示例配置使得该公开内容将会是详尽的，并且将向本领域技术人员充分传达本公开内容的范围。阐述了具体细节例如具体部件、装置以及方法的示例，以提供对本公开内容的配置的详尽理解。对于本领域技术人员而言将明显的是，不必使用特定细节，示例配置可以以许多不同的方式实施，并且具体细节和示例配置不应当被理解为是对本公开内容的范围的限制。
本文使用的术语仅用于描述特定示例性配置的目的，而不旨在是限制性的。如本文所使用的，单数冠词“一”、“一个”以及“该”也可以旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包含性的并且因此指明了特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或附加。本文描述的方法步骤、处理以及操作不应被理解为必须要求其以所讨论或示出的特定顺序来执行，除非这些顺序被明确地识别为执行的顺序。可以使用附加或替选步骤。
当元件或层被称为在另一元件或层“上”、“接合至”、“连接至”、“附接至”或“耦接至”另一元件或层时，其可以直接在另一个元件或层上、接合至、连接至、附接至或耦接至另一个元件或层，或者可以存在中间元件或层。相比之下，当元件被称为“直接在另一元件或层上”、“直接接合至”、“直接连接至”、“直接附接至”或“直接耦接至”另一元件或层时，可能不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其他词(例如，“在……之间”相对于“直接在……之间”、“相邻”相对于“直接相邻”等)应当以类似的方式来解释。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联的列举项中的一个或更多个的任意和所有组合。
可以在本文中使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分。这些元件、部件、区域、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一区域、层或部分进行区分。除非由上下文明确指示，否则诸如“第一”、“第二”和其他数字术语的术语并不暗指次序或顺序。因此，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分在不脱离示例配置的教导的情况下，可以被称作第二元件、部件、区域、层或部分。
参照图1，示出了用于脉冲标记的示例性部件10的截面视图。在一些实现方式中，部件10可以包括汽车门把手、汽车装饰件或汽车贴花。然而，应当理解，在本公开内容的范围内，部件10可以包括其他类型的部件，包括非汽车部件。
部件10可以包括基底12和一个或更多个材料层14-1、14-2、……14-n。材料层14-1、14-2、……14-n可以布置在基底12的外表面16上，使得部件10包括最外表面18。具体地，第一材料层14-1可以直接布置在基底12上，同时附加材料层14-2、14-3、……14-n可以布置在第一材料层14-1或附加材料层14-2、14-3、……14-n中的其他层上，使得基底12或层14-1、14-2、……14-n中的一个层包括部件10的最外表面18。就这一点而言，虽然在本文中将部件10总体示出和描述为包括五个材料层14-1、14-2、……14-n，使得层14-5包括最外表面18，但是应当理解，在本公开内容的范围内，部件10可以包括多于或少于五个材料层14-1、14-2、……14-n，使得基底12或其他层14-1、14-2、……14-n中的一个层包括最外表面18。在一些实现方式中，限定层14-1、14-2、……14-n的材料中的一种或更多种材料可以包括微孔特性。例如，层14-1、14-2、……14-n中的一个或更多个层可以包括具有限定了小于2纳米的直径的孔的材料。
在一些实现方式中，基底12由塑料基底或金属基底组成，该塑料基底或金属基底由尼龙、黄铜、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯/ABS复合材料(PC/ABS)或锌板中的一种或更多种形成。第一材料层14-1可以由镍或镍合金组成，具有大约1μm的厚度。在一些实现方式中，第一层14-1包括微孔镍或镍合金材料。第二材料层14-2可以布置在第一材料层14-1上，并且由铬或铬合金组成，具有大约3μm的厚度。第三材料层14-3可以布置在第二材料层14-2上，并且由铜或铜合金组成，具有大约20μm的厚度。第四层14-4可以布置在第三层14-3上，并且由镍或镍合金组成，具有大约15μm的厚度。第五材料层14-5可以布置在第四材料层14-4上，并且由铬或铬合金(例如，铬-3或铬-6)组成，具有大约0.5μm的厚度。就这一点而言，材料层14-1、14-2、……14-n的总厚度可以大约为40μm。
参照图2，示出了用于激光标记部件(例如，部件10)的方法20。如将要描述的，方法20可以使用图3A至图3C中示出的激光标记系统30来实现。激光标记系统30可以包括激光源32和支承部件10的支承件或台34。对部件10和激光源32的其他讨论(包括各种配置和使用的方法)可以在共同拥有的标题为“Method for Color Marking Metallic Surfaces”的美国专利第9,205,697B2号中找到，该专利通过引用整体并入本文。
如将在下面更详细地说明的，激光源32可以被配置成供应或产生激光束40。就这一点而言，激光源32在本文中可以被称为激光发生器32。特别地，如将在下面更详细地描述的，激光源32可以产生一个或更多个激光束40，并且将激光束40发射至部件10。
如图2中所示，在步骤22处，方法20可以包括将部件(例如，部件10)放置在激光标记系统(例如，激光标记系统30)内。例如，参照图3A，在步骤22处，方法20可以包括将部件10放置在台34上。具体地，方法20可以包括将部件10的最外表面18放置在激光源32的激光束40的传输路径内。
在步骤24处，方法20可以包括用激光束照射部件(例如，部件10)。在一些实现方式中，激光束可以包括由激光源(例如，激光源32)产生的激光束40。例如，参照图3A，在步骤24处，方法20可以包括将第一激光束40a从激光源32发射至部件10。具体地，方法20可以包括将第一激光束40a从激光源32发射至部件10，使得激光束40a撞击部件10的最外表面18。在一些实现方式中，激光束40a是散焦激光束。就这一点而言，用户可以调节激光源32以使激光束40a散焦一定百分比(例如，在0％与100％之间)，以在部件的最外表面18上选择性地产生第一颜色。
参照图4A，在一些实现方式中，步骤24包括发射相对于最外表面18的法线42成角度θa的激光束40a。法线42可以从被激光束40a撞击的位置44垂直地延伸，使得激光束40a撞击并标记位置44(例如，改变其颜色)，同时防止对最外表面18的其余部分的任何标记。虽然在本文中将被激光束40a的脉冲撞击的位置44总体示出并描述为具有圆形形状，但是应当理解，在本公开内容的范围内该位置可以包括或以其他方式限定其他形状。例如，在一些实现方式中，激光束40a的截面尺寸或者被激光束40a的脉冲撞击的位置44的形状可以限定椭圆形状，以更好地控制激光束40a的能量密度并且更精确地控制由激光束40a在位置44处产生的标记的特征。
在一些实现方式中，在步骤24期间，部件10或激光源32中的至少一个可以沿一个或更多个方向移动(例如，平移或旋转)，使得被激光束40a撞击的位置44在步骤24期间发生改变。因此，激光束40a可以产生标记46，该标记46具有由激光束40a在最外表面18上撞击的多个位置44，或者由所述多个位置44以其他方式限定。在一些实现方式中，标记46在最外表面18上产生或以其他方式限定第一颜色(例如，深度浅的棕色或灰色)。
在步骤24期间，可以选择或改变激光源32的至少一个参数，以选择或改变由激光束40a在位置44处产生的标记46的特征。例如，在一些实现方式中，用户可以选择或改变激光束40a的热输入的水平(焦耳/mm2)。在一些实现方式中，用户可以选择或改变激光束40a相对于部件10的标记速度(mm/秒)。例如，用户可以选择部件10或者激光源32相对于部件10或者激光源32中的另一个移动(例如，平移)的速度。在一些实现方式中，用户可以选择或改变被激光束40a撞击的相邻位置44之间的距离(μm)。例如，用户可以选择或改变位置44的第一线性组与和位置的第一线性组相邻(例如，平行)的位置44的第二线性组之间的距离。具体地，激光束40a可以产生标记46的由位置的第一线性组限定的第一部分，并且然后产生标记46的由位置的第二线性组限定的第二部分，该位置的第二线性组与位置44的第一线性组相邻并且(例如，沿垂直于第一线性组或第二线性组的方向)从位置44的第一线性组偏移。在一些实现方式中，用户可以选择或改变激光束40a的脉冲的宽度或持续时间(纳秒)。例如，用户可以允许激光束40a撞击位置44达预定持续时间。在一些实现方式中，用户可以选择或改变激光束40a的平均功率(瓦特)。在一些实现方式中，用户可以选择或改变激光束40a的重复频率(kHz)。例如，用户可以允许激光束40a每秒发生脉冲预定次数。在一些实现方式中，用户可以选择或改变被激光束40a撞击的位置44的大小(μm)。例如，用户可以选择激光束40a的直径或其他截面宽度，以选择由激光束40a的脉冲接触的位置44的大小。就这一点而言，通过使激光束40a的截面尺寸加倍，用户可以使位置44的面积翻两番，并且使激光束40a的强度降低百分之七十五。
如先前所描述的，激光束40a可以在最外表面18上产生限定第一颜色(例如，深度浅的棕色或灰色)的标记46。就这一点而言，标记46的外观可以限定不依赖于观察者查看标记46的角度、取向或环境的其他特征(例如，照明)的单一的第一颜色。例如，标记46可以产生相同的、独特的视觉效果，该视觉效果不依赖于查看标记46的角度、通过或根据其查看标记46的照明或者在查看标记46时标记46的取向。
在步骤26处，方法20可以包括用激光束照射部件(例如，部件10)。在一些实现方式中，激光束可以包括由激光源(例如，激光源32)产生的激光束40。例如，参照图3B，在步骤26处，方法20可以包括将第二激光束40b从激光源32发射至部件10。具体地，方法20可以包括将第二激光束40b从激光源32发射至部件10，使得激光束40b撞击部件10的最外表面18。在一些实现方式中，激光束40b是散焦激光束。就这一点而言，用户可以调节激光源32以使激光束40b散焦一定百分比(例如，在0％与100％之间)，以在部件的最外表面18上选择性地产生第二颜色。虽然本文中将方法20总体示出和描述为包括两个步骤24、26，但是应当理解，在本公开内容的范围内，方法20可以包括多于或少于两个步骤24、26。例如，在本公开内容的范围内，用于激光标记部件(例如，部件10)的方法20可以包括多个(例如，两个或两个以上)步骤。在一些实现方式中，用于激光标记部件(例如，部件10)的方法20包括二十个步骤。
参照图4B，在一些实现方式中，步骤26包括发射相对于最外表面18的法线42成角度θb的激光束40b，使得激光束40b撞击最外表面18上的位置44，因此允许对最外表面18的位置44的标记(例如，着色)，同时防止对最外表面18的其余部分的任何标记。
在一些实现方式中，在步骤26期间，部件10或激光源32中的至少一个可以沿一个或更多个方向移动(例如，平移或旋转)，使得被激光束40b撞击的位置44在步骤26期间发生改变。因此，激光束40b可以产生标记48，该标记48具有由激光束40b在最外表面18上撞击的多个位置44，或者由所述多个位置44以其他方式限定。标记48可以产生或以其他方式限定与第一颜色不同的第二颜色(例如，深度深的蓝色)。在一些实现方式中，标记48与标记46对准，使得激光束40a、40b撞击相同的多个位置44中的至少一些位置。就这一点而言，步骤26可以包括将标记46的颜色从第一颜色改变为第二颜色。
在步骤26期间，可以选择或改变激光源32的至少一个参数，以选择或改变由激光束40b在位置44处产生的标记48的特征。例如，在一些实现方式中，用户可以选择或改变激光束40a的热输入的水平(焦耳/mm2)。在一些实现方式中，用户可以选择或改变激光束40b相对于部件10的标记速度(mm/秒)。例如，用户可以选择部件10或者激光源32相对于部件10或者激光源32中的另一个移动(例如，平移)的速度。在一些实现方式中，用户可以选择或改变被激光束40b撞击的相邻位置44之间的距离(μm)。例如，用户可以选择或改变位置44的第一线性组与和位置的第一线性组相邻(例如，平行)的位置44的第二线性组之间的距离。具体地，激光束40b可以产生标记48的由位置的第一线性组限定的第一部分，并且然后产生标记48的由位置的第二线性组限定的第二部分，该位置的第二线性组与位置44的第一线性组相邻并且(例如，沿垂直于第一线性组或第二线性组的方向)从位置44的第一线性组偏移。在一些实现方式中，用户可以选择或改变激光束40b的脉冲的宽度或持续时间(纳秒)。例如，用户可以允许激光束40b撞击位置44达预定持续时间。在一些实现方式中，用户可以选择或改变激光束40b的平均功率(瓦特)。在一些实现方式中，用户可以选择或改变激光束40b的重复频率(kHz)。例如，用户可以允许激光束40b每秒发生脉冲预定次数。在一些实现方式中，用户可以选择或改变被激光束40b撞击的位置44的大小(μm)。例如，用户可以选择激光束40b的直径或其他截面宽度，以选择由激光束40b的脉冲接触的位置44的大小。就这一点而言，通过使激光束40b的截面尺寸加倍，用户可以使位置44的面积翻两番，并且使激光束40b的强度降低百分之七十五。
在一些实现方式中，角度θb与角度θa不同。例如，角度θa可以限定在0度与89度之间的第一值，而角度θb可以限定在0度与89度之间的与第一值不同的第二值。在一些实现方式中，角度θa的第一值与角度θb的第二值相差(例如，比角度θb的第二值小或大)2度至10度之间。
如先前所描述的，激光束40b可以在最外表面18上产生限定第二颜色(例如，深度深的蓝色)的标记48。就这一点而言，标记48的外观可以限定取决于观察者查看标记48的角度、取向或环境的其他特征(例如，照明)而不同的第二颜色。例如，标记48可以：(i)当以第一角度、第一取向或在第一照明条件下查看时，产生第一独特视觉效果(例如，颜色)，以及(ii)当以与第一角度、第一取向不同的第二角度、第二取向或者在与第一照明条件不同的第二照明条件下查看时，产生与第一独特视觉效果不同的第二独特视觉效果(例如，颜色)。就这一点而言，当在一个或更多个不同条件(例如，视角、取向、照明条件等)下查看时，标记48可以同时产生第一和第二独特且不同的视觉效果。如先前所讨论的，虽然本文中将方法20总体示出和描述为包括两个步骤24、26，但是应当理解，在本公开内容的范围内，方法20可以包括多于或少于两个步骤24、26。例如，在本公开内容的范围内，用于激光标记部件(例如，部件10)的方法20可以包括用激光束标记表面18以产生具有多种视觉效果的标记的多个(例如，两个或两个以上)步骤。
在步骤28处，方法20可以包括清洁部件(例如，部件10)。例如，参照图3C，在步骤28处，方法20可以包括将合适的物质50(例如，水、酒精(例如，异丙醇)等)放置在部件10的最外表面18上，以去除在步骤26或步骤28期间产生的任何烟灰或其他残留物。具体地，方法20可以包括在最外表面18的标记46、48上和上方擦拭物质50，以去除在步骤24、26处由激光束40a、40b产生的任何残留物。
已经出于说明和描述的目的提供了前面的描述。这并非旨在是穷举的或限制本公开内容。特定配置的单独要素或特征通常不限于该特定配置，而是在适用时可互换并且可以在选定配置中使用，即使未具体示出或描述。这还可以以许多方式进行改变。这样的变型不被视为脱离本公开内容，并且所有这样的修改旨在被包括在本公开内容的范围内。

Claims (20)

1.一种标记部件的表面上的位置的方法，所述位置限定从所述位置垂直延伸的法线，所述方法包括：
用第一激光束照射所述位置以产生具有第一颜色的第一标记，所述第一激光束被布置成相对于所述法线成第一角度；以及
用第二激光束照射所述位置以产生具有与所述第一颜色不同的第二颜色的第二标记，所述第二激光束被布置成相对于所述法线成第二角度，所述第二角度与所述第一角度不同。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一角度大于所述第二角度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一角度小于所述第二角度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一激光束由激光源产生，所述方法还包括：在用所述第一激光束照射所述位置的同时，使所述部件或所述激光源中的一个相对于所述部件或所述激光源中的另一个移动。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括：在用所述第二激光束照射所述位置的同时，使所述部件或所述激光源中的一个相对于所述部件或所述激光源中的另一个移动。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一颜色包括一定深度的灰色或一定深度的棕色，并且所述第二颜色包括一定深度的蓝色。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括使所述第一激光束散焦。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括从所述第二标记去除残留物。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，从所述第二标记去除所述残留物包括对所述表面应用酒精或水。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述表面至少部分地由铬形成。
11.一种激光标记的方法，包括：
提供包括外表面的部件，所述外表面包括具有第一颜色的位置；
用第一激光束照射所述位置以将所述位置的所述第一颜色改变为第二颜色，所述第一激光束被布置成相对于从所述位置延伸的法线成第一角度；以及
用第二激光束照射所述位置以将所述位置的所述第二颜色改变为第三颜色，所述第二激光束被布置成相对于所述法线成第二角度，所述第二角度与所述第一角度不同。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一角度大于所述第二角度。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一角度小于所述第二角度。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一激光束由激光源产生，所述方法还包括：在用所述第一激光束照射所述位置的同时，使所述部件或所述激光源中的一个相对于所述部件或所述激光源中的另一个移动。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：在用所述第二激光束照射所述位置的同时，使所述部件或所述激光源中的一个相对于所述部件或所述激光源中的另一个移动。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第二颜色包括一定深度的灰色或一定深度的棕色，并且所述第三颜色包括一定深度的蓝色。
17.根据权利要求11所述的方法，还包括使所述第一激光束散焦。
18.根据权利要求11所述的方法，还包括从所述位置去除残留物。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，从所述位置去除所述残留物包括对所述外表面应用酒精或水。
20.根据权利要求11所述的方法，其中，所述外表面至少部分地由铬形成。
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