CZ308932B6 - Způsob posuvného laserového texturování povrchu - Google Patents

Abstract

Způsob laserového texturování povrchu (11) nebo vnitřku materiálu vytvářením mikroobjektů (5), kde se zapisuje první lineární rastr skenováním laserovým svazkem (7) na povrch (11), přičemž první lineární rastr obsahuje skupinu od sebe vzdálených laserových stop (2) v trajektorii (1) prvního lineárního rastru, a poté se postupně zapisuje alespoň jeden další lineární rastr skenováním laserovým svazkem (7), kde každý z alespoň jednoho následujícího lineárního rastrů obsahuje skupinu od sebe vzdálených laserových stop (2) v trajektorii (1) lineárního rastru v posunuté pozici vzhledem k předcházející skupině laserových stop (2), přičemž laserové stopy (2) jsou seskupeny do pole mikroobjektů (5), kde každý mikroobjekt (5) v poli mikroobjektů (5) je tvořen sledem laserových stop (2) odvozených od alespoň prvního nebo jednoho z následujících lineárních rastrů, přičemž každý mikroobjekt (5) v poli mikroobjektů (5) obsahuje maximálně jednu laserovou stopu (2) z každého lineárního rastru.

Description

Způsob posuvného laserového texturování povrchu

Oblast techniky

Vynálezem je způsob posuvného laserového texturování povrchu nebo vnitřku materiálu.

Dosavadní stav techniky

Laserové texturování povrchu, zkráceně LST, je technologie používaná kupříkladu pro snížení tření u kapalinných ložisek, přípravu substrátu pro tepelný nástřik, zvýšení absorpce světla na povrchu, přípravu biomedicínských implantátů, tvorby replik, mikro-zpracování a vzorování skla a keramických materiálů, při redukci dynamického tření, při tvorbě hydrofobních nebo hydrofilních povrchů, při antikorozním zpracování, při výrobě magnetických disků či mikroelektronických komponentů atd.

Aplikace zpracování LST s vysokou opakovači frekvencí laserových pulzů doprovází efekt akumulace tepla, který je ve většině případů nežádoucí. Další problém nastane, když LST zahrnuje překrytí laserových stop a efekt stínění plazmatem.

K překonání těchto problémů existuje několik základních postupů řešení: časová frekvenční modulace laserového skenování [Frank Edward Livingston, Henry Helvajian, Pulse modulation laser writing system, Dokument US 526357 B2 (2009)], dále LST procesy s náhodnými trajektoriemi ozáření laserovým svazkem [Hwang Hae Lyung et al., Structure of micro laser beam irradiation for fractional micro ablation and method of irradiation, Dokument WO2007111396A1 (2009)] nebo vysokorychlostní laserové skenovací systémy [B. Jaeggia et al. High precision surface structuring with ultra-short laser pulses and synchronized mechanical axes, Physics Procedia41 (2013)319-326].

Tyto metody LST umožňují vytvářet velké pole mikroobjektů v materiálu, ale neřeší otázku překonání efektu akumulace tepla a jednoduché logiky pro vytváření velkých polí objektů (s tisíci nebo miliony objektů). Kromě toho se vytváření velkého množství objektů stává výzvou pro zpracování velkého objemu dat softwarem, když je třeba vytvořit množinu mikroobjektů se specifickou 3D strukturou (pole dutých válců, donutů nebo mikrokrychlí apod.).

Existuje několik dalších technik pro vytváření pole objektů se specifickým rozložením energie: pomocí polí mikročoček, vícesvazkových interferencí, přenastavení geometrických parametrů pro každý objekt v poli, úlohy pro laserový systém s více skenovacími hlavami. Uvedené techniky zahrnují komplexní optická schémata nebo jsou ohraničeny zpracováním širokého rozsahu dat paralelními vlákny.

Vysokorychlostní laserové polygonální skenery dávají možnost používat lasery s vysokou opakovači frekvencí s menším překryvem [You-Hie Han, Structure of micro laser beam irradiation for fractional micro ablation and method of irradiation, Dokument EP 1586406 Al (2005)]. Nejnovější hybridní polygonální skenovací systémy umožňují vytváření velkého množství objektů vysokou rychlostí [Ronny De Loor et al, Polygon Laser Scanning, A need for speed in laser processing and micromachining, Laser Technik Journal 3 (2014)]. Ale pro tyto systémy zůstává nevyřešený problém zpracování polí mikroobjektů se specifickou geometrií [Glenn E. Stutz, Polygonal Scanners: Components, Performance, and Design, Handbook of Optical and Laser Scanning, Second Edition (2011)]. Je obtížné řídit laserové vytváření mikroobjektů při vysokorychlostním zpracování, protože existuje velké množství dat o rozsáhlých polích s malými objekty nebo mikroobjekty. Kromě toho není dostatek času na přesné řízení rozložení laserových stop uvnitř každého mikroobjektů v poli. Kromě toho při zpracování s použitím vysokorychlostních polygonální ch skenovací ch hlav dochází ke vzniku artefaktů, jako jsou rozptyl

- 1 CZ 308932 B6 pozice stopy, nerovnoměrná vzdálenost čar, odchýlení od přímého směru a další problémy charakteristické pro tyto systémy. Tyto artefakty zahrnují dvě složky - periodické a náhodné. Existuje několik hardwarových technik pro snižování artefaktů polygonálního skeneru, ale známé klasické metody laserového zpracování pole objektů v ultra-rychlým skenovacím systémem nemají úplné řešení uvedených problémů a je třeba je vylepšit.

Podrobnější popis existujících LST technik je možné nalézt:

[L Li et al., Large-area laser nano-texturing with user-defined patterns, J. Micromech, Microeng. 19(2009)];

[Guy M. Burrow and Thomas K. Gaylord, Multi-Beam Interference Advances and Applications, Micromachines 2, 221-257 (2011)];

[Polygon Scanner Turns USP Lasers into Sprinters - High-Productivity Hybrid Scanner Technology from SCANLAB, PRESS RELEASE SPIE Photonics West (2015)];

[Sasaki Yoshio et al, Information recording apparatus and information recording method, Application Number: 12100463 (public. year2009)];

[B. Jaeggia et al, High throughput ps-laser micro machining with a synchronized polygon line scanner, 8th International Conference on Photonic Technologies LANE 2014 (2014)].

Výše uvedená řešení však neřeší problémy:

1) překonání efektu akumulace tepla při vysoké opakovači frekvenci laserových pulzů,

2) překonání efektu stínění plazmatem bez přerušení nebo zpomalení procesu skenování laserovým svazkem,

3) vytvoření velkých polí mikro- nebo makro- objektů se specifickým rozložením laserových pulzů uvnitř nich s malým objemem zpracovávaných dat,

4) zápis velkého množství mikroobjektů pomocí ultra-rychlého skenování laserovým svazkem bez výpočtového zpoždění a zpomalování laserového svazku při zpracování pole mikroobjektů,

5) snižování artefaktů polygonálního skeneru při laserovém zpracování pole velkého množství objektů jako jsou rozptyl pozice stopy, nerovnoměrná vzdálenost čar, odchýlení od přímého směru a dalších.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je způsob laserového texturování povrchu nebo vnitřku materiálu vytvářením mikroobjektů, kde se zapisuje první lineární rastr skenováním laserovým svazkem, přičemž první lineární rastr obsahuje skupinu od sebe vzdálených laserových stop v trajektorii prvního lineárního rastru; a poté se zapisuje alespoň jeden další lineární rastr skenováním laserovým svazkem, kde každý z alespoň jednoho následujícího lineárního rastru obsahuje skupinu od sebe vzdálených laserových stop v trajektorii lineárního rastru v posunuté pozici vzhledem k předcházející skupině laserových stop, přičemž laserové stopy jsou seskupeny do pole mikroobjektů, kde každý mikroobjekt v poli mikroobjektů je tvořen sledem laserových stop odvozených od alespoň prvního nebo jednoho z následujících lineárních rastrů, přičemž každý mikroobjekt v poli mikroobjektů obsahuje maximálně jednu laserovou stopu z každého lineárního rastru.

-2 CZ 308932 B6

Lineární rastr je soubor trajektorií pro skenování laserovým svazkem (obr. 1). Obvykle se jedná o přímky (obr. 1), ale mohou to být i zakřivené čáry, lomené čáry nebo jiné čáry. Trajektorie pro skenování laserovým svazkem obsahují sekvenci vzdálených laserových stop (obr. 1). Jedna laserová stopa obsahuje jeden laserový pulz (jednopulzní režim, jako na obr. 1) nebo více pulzů na jedno místo (dávkový režim, jako na obr. 2, jedna stopa je vyznačena tečkovaným obrysem). U jednoho objektu se použije jedna stopa jednou zajedno skenování. Vzdálenost mezi stopami v čáře rastru je definována rychlostí skenování laserového svazku a periodou mezi laserovými pulzy (obvykle definovanou opakovači frekvencí pulzů). Polohy první a poslední stopy v jedné čáře jsou definovány časováním zapnutí a vypnutí procesu skenování laserovým svazkem.

Když je dokončeno první laserové skenování lineárního rastru, následující laserové skenování lineárního rastru začíná z polohy, která je posunuta na zpracovávaném povrchu (obr. 3). To znamená, že po dalším laserovém skenování lineárního rastru se laserové stopy aplikují v polohách, které jsou posunuty z předchozích poloh o hodnotu rovnající se posunu celého lineárního rastru.

Sekvence posunů lineárního rastru definuje tvar malých objektů v poli (obr. 4). Tímto způsobem se každý objekt v celém poli skládá z laserových stop, které jsou vzdálené na povrchu během procesu skenování a pulzy pro vytváření sousedních stop jsou časově oddělené. Jedná se o jedno řešení pro první dva zmíněné problémy. Efekt akumulace tepla zmizí, protože překrývající se stopy jsou aplikovány s časovým intervalem, který je minimálně rovný času pro jeden lineární rastrový skenovací proces. Efekt stínění plazmatem je zmenšen, protože pulzy pro vytváření sekvenčních stop jsou aplikovány na vzdálené pozice na povrchu.

V předloženém vynálezu je překrytí stop uvnitř objektů definováno hodnotou vektoru posunu lineárního rastru. Není zde přímé určení každého objektu v celém poli, avšak tvar objektů, vzdálenost mezi stopami v objektech a zpoždění mezi jednotlivými stopami při zápisu celého objektu jsou definovány posloupností posunů mezi procesy skenování lineárního rastru. Jedná se o řešení třetího zmíněného problému, protože není potřeba vynaložit další výpočetní prostředky a celková hodnota výpočetních dat pro pole stejných objektů je srovnatelná s počtem čar v jednom lineárním rastru plus počtu stop v jednom objektu (obr. 4).

V předkládaném vynálezu metoda posuvného LST vytváří pole objektů posunem lineárního rastru, což odpovídá vytváření objektů uvnitř pole. V důsledku toho není potřeba vynaložit čas pro kontrolu zpracování každého objektu v poli zvlášť. Jedná se o řešení čtvrtého problému - pro laserové zpracování ultra-rychlým skenovacím systémem.

Předložený vynález zahrnuje metodu posuvného LST pro vytváření polí objektů se specifickým rozložením objektů a objektů se složitou strukturou. Specifické rozložení objektů je dosaženo posuvným LST s lineárním rastrem s odpovídajícími tvary čar (jako spirály, harmonické vlny, čtvercové čáry nebo trojúhelníkové čáry a jiných tvarů). Složitá struktura objektů (jako dutý válec s kratším vnitřním válcem, kužel v krychli, kruh uvnitř šestiúhelníku a jiné struktury) jsou dosaženy sériovou aplikací několika lineárních rastrů.

Každý objekt v polije tvořen stejnou laserovou stopou ve stejné čáře lineárního rastru. Jedná se o řešení pátého zmíněného problému, protože v předkládaném vynálezu je periodická součást artefaktů automaticky redukována posuvným LST, kde je jeden objekt tvořen jednou laserovou stopou v jedné čáře s použitím stejného zrcadla polygonu. Tato technika je označena jako: jeden objekt - jedna stopa ze stejného zrcadla posuvná LST technika. Náhodný výskyt artefaktů je rovněž snížen, protože v posuvném LST je každý objekt v poli tvořen stejnou laserovou stopou, která je samostatná pro každý objekt. Tím je snížena maximální hodnota výskytu artefaktů najeden objekt, nikoliv maximální hodnota ze všech objektů, ale výskyt je individuální pro každý objekt v poli. Navíc další korekce tvaru čar v lineárních rastrech zapojením odpovídajících zakřivení umožňuje řízení přesných poloh objektů v poli. Volitelně může zahrnovat opravu tvaru čar ve všech rastrech pro všechny čáry od skenování ke skenování přes celou sekvenci posunů.

-3CZ 308932 B6

Hloubka objektů vytvořených způsobem dle vynálezu je obecně řízena opakováním celé posloupnosti posunů a lineárních rastrových skenů. Pro pole objektů s jednoduchou hloubkovou strukturou je posloupnost posunutí lineárních rastrů v různých opakováních stejná. Pro pole objektů se složitou strukturou nebo kombinací objektů uvnitř pole je posloupnost posunů a rastrů různá v závislosti na cílové struktuře a hloubkovém profilu objektů.

Způsob podle vynálezu je použitelný rovněž pro tvorbu makroobjektů, které jsou složeny z mikroobjektů uvnitř pole. To znamená, že každý mikroobjekt v poli odpovídá jednomu pixelu pro tvorbu makroobjektů. V tomto případě se zmenšuje pixelizace, ale redukce artefaktů polygonálních skenovacích systémů (jako jsou rozptyl pozice stopy, nerovnoměrná vzdálenost čar, odchýlení od přímého směru a další systematické problémy) zůstává zachována. Navíc, stejně jako u všech předchozích řešení, jev tomto případě překonán efekt akumulace tepla a je také snížen účinek stínění plazmatem.

Způsobem podle vynálezu lze docílit vytvoření polí s různými objekty, když se používají lineární rastry obsahující čáry s různými vzdálenostmi mezi laserovými stopami, viz obr. 5. Různá vzdálenost mezi laserovými stopami je podle rozdílu objektů v poli, viz obr. 6. Při posuvném LST je vzdálenost mezi laserovými stopami dosažena dvěma způsoby. První z nich je zrychlování nebo zpomalování laserového svazku uvnitř každé čáry v lineárním rastru. Druhým je řízení času spínání laserového pulzu uvnitř každé čáry v lineárním rastru. První nezahrnuje zapínání laseru a je atraktivnější pro laserové zpracování se stabilní frekvencí generování laserových pulzů. Tento způsob zahrnuje specifický algoritmus pro výpočet korekce rychlosti laserového svazku ve směru čar lineárních rastrů. Pro galvanometrický a hybridní polygonální skenovací systém s galvanometrickou skenovací hlavou se dvěma zrcadly je tento cíl dosažen pohybem zrcátek skenovací hlavy, což způsobuje zpomalování a zrychlování pohybu laserového svazku na povrchu (obr. 7). Druhý způsob definování různých vzdáleností mezi laserovými stopami nemá žádný specifický algoritmus pro výpočty zpomalování a zrychlování, ale musí zahrnovat výpočty zpoždění mezi pulzy a hardwarové řešení pro řízení sekvence pulzů v každé čáře lineárních rastrů. Metoda posuvného LST, popřípadě zahrnuje kombinaci řízení rychlosti laserového skenování svazku s řízením zpoždění laserových pulzů pro flexibilnější zpracování polí s různou strukturou.

Způsob podle vynálezu rovněž poskytuje redukci artefaktů polygonálních skenovacích systémů, jako jsou rozptyl pozice stopy, nerovnoměrná vzdálenost čar, odchýlení od přímého směru a další systematické problémy, synchronizací mezi rotací polygonu a skenovacích čar v lineárním rastru. To znamená, že každá čára rastru je vytvořena odrazem laserového svazku z odlišného zrcadla polygonu, ale pro stejnou čáru v posloupnosti lineárních rastrů je zrcadlo na polygonu stejné. Stejné zrcadlo na polygonu odráží laserové svazky pro několik čar v jednom lineárním rastru, jestliže počet čar v jednom rastruje větší než počet zrcadel v polygonu. Například při posuvném LST s rastrem s deseti čárami a polygonem s pěti zrcadly se stejné zrcadlo použije dvakrát pro dvě různé čáry v jednom rastru. V případě, že počet čar v rastru a počet zrcadel na polygonu jsou nedělitelné, je nutné vypočítat správné zpoždění mezi posuny lineárních rastrů. Toto řešení poskytuje další čas pro znovu nastavení zrcadel skenovací hlavy galvanometru do výchozí polohy. Druhé řešení pro redukci polygonálních skenovacích artefaktů je přepočet každé laserové trajektorie v každém lineárním rastru s přihlédnutím k různým artefaktům z různých zrcadel, ale tento způsob je užitečný pouze pro periodickou součást artefaktů. Dalším řešením je vytvoření lineárních rastrů s počtem čar dělitelným počtem zrcadel na polygonu.

Předkládaný vynález posuvného LST má následující výhody:

1) Podle tohoto vynálezu je účinek tepelné akumulace při laserovém zpracování s vysokou opakovači frekvencí eliminován, protože objekty pro psaní laserovým svazkem jsou tvořeny laserovými stopami, které jsou vzdálené na povrchu a v čase při procesu skenování.

-4CZ 308932 B6

2) Efekt stínění plazmatem je překonán, protože pulzy pro vytváření sousedních nebo překrývajících se stop v jednom objektu jsou rozděleny v čase dobou trvání jednoho nebo více skenů.

3) Vzdálenost laserových stop na povrchu a rozdělení laserových pulzů v čase se vytváří bez přerušení nebo zpomalení procesu skenování laserovým svazkem.

4) Vytváření velkých polí mikro- nebo makroobjektů se specifickým rozdělením laserových pulzů uvnitř nich je produkováno se značně sníženým objemem zpracovávaných dat, protože tady není přímé určení každého objektu v celém poli.

5) Velké množství mikroobjektů je vytvářeno ultra vysokorychlostním skenováním laserového svazku bez výpočtového zpoždění a snižování rychlosti laserového svazku.

6) Redukce artefaktů polygonálního skeneru jako jsou rozptyl pozice stopy, nerovnoměrná vzdálenost čar, odchýlení od přímého směru a další systematické problémy) při zpracování laserovým svazkem velkých polí objektů je dosaženo technikou posuvného LST: jeden objekt jedna stopa ze stejného zrcadla.

7) U posuvného LST není nutné synchronizovat každý laserový puls se skenerem, což obvykle vyžaduje drahý hardware a omezuje maximální opakovači frekvenci pulsů.

8) Posuvné LST umožňuje efektivní využití pulzních laserů s vysokým průměrným výkonem (nižší energie v pulzu, vysoká frekvence opakování), což dosud není možné bez významných tepelných účinků na materiál.

Objasnění výkresů

Na obr. 1 je znázorněn lineární rastr s jedním pulzem na jednu laserovou stopu, tzv. jednopulzní režim.

Na obr. 2 je znázorněn lineární rastr s několika pulzy najednu stopu, tzv. dávkový režim, kdy místo jedné dávky je označeno tečkovaným obrysem.

Na obr. 3 je znázorněn jednoduchý posun lineárního rastru na další pozici a tvorba sousedního lineárního rastru v této pozici.

Na obr. 4 je znázorněno vytvoření trojúhelníkových objektů v poli dvěma postupnými posuny lineárního rastru, kde M je počet stop vjednom objektu aN - počet čar v jednom lineárním rastru.

Na obr. 5 je znázorněna jedna čára lineárního rastru s různými vzdálenostmi mezi laserovými stopami.

Na obr. 6 je znázorněna tvorba objektů s různým tvarem, zde ve tvaru písmen ABC posunutím lineárních rastrů s různými vzdálenostmi mezi laserovými stopami.

Na obr. 7 je znázorněn lineární rastr s různými vzdálenostmi mezi laserovými stopami dosaženými zpomalováním a zrychlováním laserového svazku.

Na obr. 8 je znázorněno pole kruhových objektů vytvořených posloupností posunů lineárního rastru po kruhové trajektorii.

Na obr. 9 je znázorněno pole dvojitých kruhových objektů vytvořených posloupností posunů lineárního rastru po vnitřní a vnější kruhové trajektorii.

-5CZ 308932 B6

Na obr. 10 je znázorněn lineární rastr se zakřivenými trajektoriemi laserového svazku.

Na obr. 11 jsou znázorněny obdélníkové objekty tvořené posuvným pohybem lineárního rastru po obdélníkové trajektorii a jednou aplikací lineárního rastru navíc pro vrtání středních děr.

Na obr. 12 je znázorněn příklad lineárního rastru připraveného pro vytvoření obrysu loga posuvným LST.

Na obr. 13 je znázorněn lineární rastr pro šrafování mikroobjekty s okrajem šrafované plochy (tečkovaná čára).

Na obr. 14 je znázorněna tvorba obrysu loga z mikroobjektů, připravených posunutými lineárními rastry. Čárkovaná čáraje zvětšená posloupnost posuvné trajektorie.

Na obr. 15 je znázorněno postupné posunutí lineárního rastru podél písmen C a Z pro vytvoření plného pole šrafování s mikroobjekty CZ.

Na obr. 16 je znázorněna kombinace dvou sekvencí posunutých lineárních rastrů do jedné složité struktury.

Na obr. 17 je znázorněno kruhový makroobjekt vytvořený z pole mikroobjektů v dávkovém režimu, kde tečkovaná čáraje hranice makroobjektů, přičemž na obrázku jsou zobrazena pouze dvě první skenování.

Na obr. 18 je znázorněno schéma technické aplikace posuvné LST metody na hybridním polygonálním skeneru s galvanometrickou skenovací hlavou, kde tečkovaná čára vyjadřuje galvanometrickou skenovací hlavu se dvěma zrcadly.

Na obr. 19 je znázorněno zjednodušené blokové schéma algoritmu pro přípravu sekvence lineárních rastrů a jejich posunů pro realizaci posuvné LST metody.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklady použití předkládaného vynálezu jsou podrobně popsány s odkazem na přiložené obrázky.

Prvním příkladným provedením je vytvoření pole objektů na povrchu 11 se strukturou dvou soustředných kružnic. Jak bylo uvedeno v předloženém vynálezu, základním prvkem posuvného LST je lineární rastr s předem definovanou vzdáleností mezi laserovými stopami viz obr. 1. Tato vzdálenost mezi stopami 2 je zvolena podle plánovaného rozložení objektů 5 v poli. Dalším krokem je vytvoření posloupnosti posunutí lineárního rastru pro pohyb lineárního rastru na kružnici viz obr. 8, kde posun lineárního rastruje dán pohybem na vnitřní kružnici. Vytvoření vnější kružnice je identické, pouze je třeba použít větší poloměr posunů 4 lineárního rastru viz obr. 9, postupný pohyb na vnitřní a vnější kružnici). Kratší pohyby lineárního rastru vytvářejí více spojitě zapisované objekty 5 v celém poli.

Druhým příkladným provedením je vytvoření pole objektů 5 se specifickým rozložením objektů 5 v poli. Objekty 5 mají obdélníkový tvar s vnitřním otvorem. Konstrukce tohoto pole metodou posuvného LST začíná přípravou lineárního rastru s trajektoriemi 1 laserového svazku 7 se specifickým zakřivením viz obr. 10. Tvorba obdélníkových objektů 5 s vnitřním otvorem se provádí posuvným pohybem lineárního rastru podél obdélníkové trajektorie 1 a další aplikací lineárního rastru pro vytvoření otvorů uvnitř všech obdélníků viz obr. 11. Toto příkladné provedení jasně ukazuje, jak řídit rozložení objektů 5 uvnitř celého pole vytvářením trajektorií 1 laserového svazku 7 v základním lineárním rastru.

-6CZ 308932 B6

Dalším příkladným provedením je kombinace dvou polí s různými objekty 5 a specifickými čárami 3 pro tvorbu loga Západočeské univerzity. První pole má objekty 5 umístěné podél obrysové trajektorie 1 a druhé pole má objekty 5 se dvěma písmeny CZ pro vyšrafování loga. Pro logo jsou připraveny dva nezávislé lineární rastry viz obr. 12 a obr. 13, s vyznačenými okraji 6 lineárního rastru. Lineární rastr na obr. 12 je připraven pro obrysovou trajektorii 1 Poté jsou posuvným pohybem lineárního rastru podél obrysu loga vytvořeny objekty 5 ve formě malých vyrovnaných log (obr. 14, kde trajektorie posunuje zvětšená). Lineární rastr pro šrafování má plochu menší, než je plocha obrysové trajektorie loga viz obr. 13 definované okrajem 6 lineárního rastru pro vyšrafování. Postupné posunutí tohoto lineárního rastru podél písmen C a Z vede k vytvoření plného pole šrafu (obr. 15, kde trajektorie 1 posunutí písmen C aZ je zvětšená). Kombinace těchto dvou sekvencí posunů lineárních rastrů vede k vytvoření loga se složitou strukturou viz obr. 16. Je třeba zdůraznit, že v tomto provedení se nevyskytuje žádné zpracování dat všech objektů, ale pouze posuny 4 dvou lineárních rastrů. Navíc zvětšení loga (nebo obecně velikosti pole) nezahrnuje změny v objektech 5 na trajektorii 1 obrysů 6 a uvnitř šrafování loga, protože množství objektů 5 se zvyšuje odpovídajícím způsobem bez kvadratického zvyšování zpracování dat.

Dalším příkladným provedením je způsob vytvoření makroobjektů z pole mikroobjektů 5 v dávkovém režimu, kdy jedna laserová stopa 2 je tvořena z několika pulzů viz obr. 17. V tomto případě každý objekt 5 v poli je roven jednomu pixelu a tato vlastnost zůstává užitečná pro redukci artefaktů polygonálních skenovacích systémů, jako jsou rozptyl pozice stopy 2, nerovnoměrná vzdálenost čar 3, odchýlení od přímého směru a další systematické problémy. Kromě toho, stejně jako u všech předchozích řešení, dochází k překonání účinku akumulace tepla a snížení plazmového stínění. Uspořádání lineárních rastrů v makroobjektů může být zajištěno náhodným algoritmem, algoritmem maximálního možného posunu vektoru, jednoduchým algoritmem sekvence nebo jiným algoritmem. Navíc je možné použít metodu posuvného LST pro tvorbu barevných obrazů pomocí dvou nebo více polí, kde každé pole vytváří určitou barvu na povrchu materiálu (například tři barvy - červená, zelená, modrá), danou parametry laseru a skenováním.

Artefakty, tj. nepřesnosti, lze částečně eliminovat či je omezit použitím hybridního polygonálního skeneru viz obr. 18. Lineární rastr je promítán na zrcadla polygonu 10 galvanometrickou skenovací hlavou 8. Současné galvanometrické skenovací hlavy 8 jsou velmi přesné a opakovatelnost polohy stopy 2 je asi 3 mikrometry. Polygon rotuje a v důsledku toho se lineární rastr natáhne ve směru otáčení polygonu. Pro tento příklad je synchronizace mezi lineárním rastrovým skenováním a rotací polygonu vytvářena výpočtem zpoždění. V tomto případě je po dokončení jednoho lineárního rastrového skenování generování laserových pulzů na určitou dobu zastaveno. Toto zpoždění zahrnuje čas pro nastavení správného zrcadla polygonu 10 a čas potřebný pro zrcadla 9 galvanometrické skenovací hlavy 8 pohybující se do počáteční polohy dalšího posunutého lineárního rastru. Když jsou zrcadla 9 galvanické skenovací hlavy 8 v počáteční pozici a správné zrcadlo polygonu je na trajektorii 1 laserového svazku 7, zpracovává se další posunutý lineární rastr. Sekvence posunů, lineárních rastrů a korekčních zpoždění je dodávána speciálním algoritmem znázorněném na obr. 19. Tento algoritmus zahrnuje logické větve pro různé varianty posuvné LST metody - se zpomalováním a zrychlováním laserového svazku 7, se zpožděním spínání mezi laserovými pulzy, s korekcí polygonálních zrcadel při lineárním rastrovém skenování atd. Tento algoritmus předem definuje veškeré posuvné LST zpracování a po dokončení skenování laserovým svazkem 7 začíná další opakování sekvence, což je nutné použít pro přiblížení se k cílové hloubce objektů 5 v poli.

Průmyslová využitelnost

Předkládaný vynález nachází své uplatnění pro vysokorychlostní a ultra vysokorychlostní zpracování laserovým svazkem pole objektů nebo makroobjektů složených z mikroobjektů. Tento způsob je vhodný pro systémy hybridního polygonálního skenování laserového svazku, kde

-7 CZ 308932 B6 lineární rastr je vytvořen polygonálním zrcadlem s řízením zakřivení čar galvanometrickou skenovací hlavou.

Claims (14)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob laserového texturování povrchu (11) nebo vnitřku materiálu vytvářením mikroobjektů (5), vyznačující se tím, že se zapisuje první lineární rastr skenováním laserovým svazkem (7), přičemž první lineární rastr obsahuje skupinu od sebe vzdálených laserových stop (2) v trajektorii (1) prvního lineárního rastru, a poté se postupně zapisuje alespoň jeden další lineární rastr skenováním laserovým svazkem (7), kde každý z alespoň jednoho následujícího lineárního rastru obsahuje skupinu od sebe vzdálených laserových stop (2) v trajektorii (1) lineárního rastru v posunuté pozici vzhledem k předcházející skupině laserových stop (2), přičemž laserové stopy (2) jsou seskupeny do pole mikroobjektů (5), kde každý mikroobjekt (5) v poli mikroobjektů (5) je tvořen sledem laserových stop (2) odvozených od alespoň prvního nebo jednoho z následujících lineárních rastrů, přičemž každý mikroobjekt (5) v poli mikroobjektů (5) obsahuje maximálně jednu laserovou stopu (2) z každého lineárního rastru.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že geometrický tvar mikroobjektů (5) v poli mikroobjektů (5) a rozložení laserových stop (2) se určuje sledem posunů (4) lineárních rastrů, kde jeden posun (4) je definován jako rozdíl pozic laserových stop (2) následujícího lineárního rastru a pozic laserových stop (2) předcházejícího lineárního rastru.
3. 3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že každá laserová stopa (2) je tvořena jedním laserovým pulzem.
4. 4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že každá laserová stopa (2) je tvořena více než jedním laserovým pulzem.
5. 5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že postupnými posuny (4) lineárních rastrů se určuje struktura a hloubkový profil mikroobjektů (5) v poli mikroobjektů (5).
6. 6. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že každý z mikroobjektů (5) v poli mikroobjektů (5) je vytvářen sledem posunů (4) lineárních rastrů o různých vzdálenostech mezi laserovými stopami (2) v trajektoriích (1) prvního a alespoň jednoho následujícího lineárního rastru.
7. 7. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že vzdálenost mezi sousedními laserovými stopami (2) v trajektoriích (1) prvního a alespoň jednoho následujícího lineárního rastruje určena zrychlením a zpomalením laserového svazku (7) a/nebo změnou zpoždění mezi laserovými pulzy a/nebo jejich kombinací.
8. 8. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že komplexní struktura mikroobjektů (5) v poli mikroobjektů (5) je volitelně zajištěna kombinovaným použitím sledů posunů (4) různých lineárních rastrů.
9. 9. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že rozložení mikroobjektů (5) v poli mikroobjektů (5) je zajištěno zakřivením a/nebo lomením trajektorií (1) v lineárních rastrech.
10. 10. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že složené mikroobjekty (5) jsou vytvářeny kombinací sledů posunů (4) různých lineárních rastrů.
11. 11. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že pole mikroobjektů (5) tvoří makroobjekt, přičemž uvedené mikroobjekty (5) volitelně obsahují různé barvy nebo povrchové struktury.
12. 12. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že vzdálenosti mezi laserovými stopami (2) v prvním nebo alespoň v jednom z následujících lineárních rastrů je řízena zpomalováním a/nebo zrychlováním skenování laserového svazku (7) pomocí galvanometrické skenovací hlavy (8) s

    -9CZ 308932 B6 dvěma nebo více zrcátky (9) a/nebo polygonálním skenovacím systémem (10) a/nebo jejich kombinací.
13. 13. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že posuny mezi lineárními rastry jsou řízeny 5 jedním nebo více zrcátky (9) galvanometrické skenovací hlavy (8) nebo hybridního polygonálního skenovacího systému (10).
14. 14. Způsob podle nároku 13, vyznačující se tím, že korekce artefaktů polygonálního skenovacího systému (10) na povrchu (11) je zajištěna zápisem zvolené části trajektorie (1) lineárního rastru ίο vždy stejným zrcadlem polygonálního skenovacího systému (10) a/nebo korekcí tvaru trajektorií (1) v lineárních rastech nebo jejich kombinací.