-
Technisches Anwendungsgebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum dauerhaften Aufbringen
eines Graustufen-Bildes auf eine matte, mit Laserstrahlung polierbare
Oberfläche,
bei dem Bilddaten des Graustufen-Bildes bereitgestellt werden, die
eine Zuordnung von Graustufen zu Bildpunkten des Bildes umfassen und
auf deren Basis das Bild auf die Oberfläche aufgebracht wird.
-
Zum
dauerhaften Aufbringen von Bildern auf Oberflächen von Festkörpern, insbesondere
auf metallische Oberflächen,
können
beispielsweise Druckverfahren eingesetzt werden, bei denen das Bild
auf eine geeignet ebene Oberfläche
aufgedruckt wird. Weiterhin ist es bekannt, mit Gravurtechniken
Bilder in metallische Oberflächen
einzubringen.
-
Die
DE 102 28 743 A1 beschreibt
ein Verfahren zum Glätten
und Polieren von Oberflächen
durch Bearbeitung mit Laserstrahlung. Dieses so genannte Laserstrahl-Polieren beruht auf
dem Umschmelzen einer dünnen
Randschicht der Oberfläche.
In der schmelzflüssigen
Phase werden Oberflächenrauhigkeiten
infolge der Grenzflächenspannung
geglättet und
der Werkstoff erstarrt anschließend
mit der geglätteten
Oberfläche.
Das Laserstrahl-Polieren ist mit dem konventionellen Schleifen und
Polieren vergleichbar und stellt in der Regel einen mehrstufigen Prozess
dar. So beschreibt die oben genannte Druckschrift einen zumindest
zweistufigen Prozess, bei dem zunächst in einem Makro-Polierschritt
eine Randschicht von ca. 10 bis 100 μm umgeschmolzen wird, um Fräsriefen
oder Erodierstrukturen zu glätten.
Anschließend
erfolgt ein Mikro-Polierschritt mit gepulster Laserstrahlung, bei
dem die umgeschmolzene Randschicht eine deutlich geringere Tiefe
von ≤ 10 μm aufweist.
Durch das Mikropolieren wird der Glanzgrad der Oberfläche erhöht.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren
anzugeben, das das dauerhafte Aufbringen eines Graustufen-Bildes
hoher Auflösung
auf eine Oberfläche,
insbesondere eine metallische Oberfläche ermöglicht.
-
Darstellung der Erfindung
-
Die
Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche oder
lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen
entnehmen.
-
Beim
vorliegenden Verfahren werden Bilddaten des Graustufen-Bildes bereitgestellt,
die eine Zuordnung von Graustufen zu Bildpunkten des Bildes umfassen.
Ein Laserstrahl eines gepulsten Lasers wird in aneinander grenzenden
oder teilweise überlappenden
Bahnen zur glättenden
Bearbeitung über die
matte Oberfläche
geführt.
Es muss sich hierbei um eine Oberfläche handeln, die mit Laserstrahlung poliert
werden kann. Die Bewegung kann dabei selbstverständlich sowohl durch geeignete
Bewegung des Laserstrahls über
eine ortsfeste Oberfläche als
auch durch eine Bewegung der Oberfläche unter einem feststehenden
Laserstrahl erfolgen. Während der
Bewegung werden die Bearbeitungsparameter auf Basis der Bilddaten
derart moduliert bzw. variiert, dass unterschiedliche Graustufen
der Bildpunkte durch lokal unterschiedliches Glätten der Oberfläche mit
dem Laserstrahl in unterschiedliche Glanzgrade der Oberfläche umgesetzt
werden.
-
Bei
dem vorliegenden Verfahren wird somit die Technik des Laserstrahl-Polierens
eingesetzt, um frei vorgebbare Graustufen-Bilder auf eine Oberfläche, insbesondere
eine metallische Oberfläche,
zu übertragen.
Hierbei wurde erkannt, dass sich mit dieser Technik des Laserstrahl-Polierens
Graustufen-Bilder hoher Auflösung
auf eine matte Oberfläche aufbringen
lassen. Die Auflösung
der erzeugten Oberflächenbilder
ist dabei im Wesentlichen durch den Strahldurchmesser des eingesetzten
Lasers vorgegeben. So können
mit kommerziell erhältlichen
gepulsten Bearbeitungslasern mit Strahldurchmessern von 250 μm ohne weiteres
Bilder mit 100 dpi Auflösung
auf der Oberfläche
erzeugt werden.
-
Bei
dem Verfahren wird nicht die eingangs beschriebene Technik des Makro-Polierens,
sondern lediglich die des Mikro-Polierens eingesetzt, um die unterschiedlichen
Glanzgrade zu erzeugen. Ein Bild wird dabei in der Regel durch einmaliges Überstreichen
der Bildfläche
mit dem Laserstrahl erzeugt. Es handelt sich somit um einen einstufigen
Bearbeitungsprozess. Während
der Bewegung des Laserstrahls über
die Oberfläche werden
die Bearbeitungsparameter, d.h. vorzugsweise die Abtast- oder Scan-Geschwindigkeit
oder die Laserleistung, in Abhängigkeit
von den Bilddaten des Graustufen-Bildes derart moduliert, dass Bildpunkte
mit unterschiedlichen Graustufen im Ursprungsbild in Bildpunkte
mit unterschiedlichen Glanzgraden auf der Oberfläche umgesetzt werden. Neben
der Modulation von Scan-Geschwindigkeit und Laserleistung können selbstverständlich auch
andere Bearbeitungsparameter variiert werden, die den Glanzgrad
beeinflussen, beispielsweise der zeitliche Abstand der Laserpulse über die
Repetitionsrate des Lasers, die Pulsdauer der Laserpulse oder der
Strahldurchmesser des Laserstrahls. Die mit den Bearbeitungsparametern
erreichte maximale Umschmelztiefe beträgt dabei maximal 20 μm und kann
auch bei ≤ 10 μm, vorzugsweise
bei ≤ 5 μm liegen.
Vorzugsweise erfolgt die glättende
Bearbeitung mit einer Laserpulsdauer zwischen 10 und 1000 ns.
-
Für das Einbringen
der Graustufen-Bilder in eine Oberfläche muss der Ausgangszustand
der Oberfläche
matt sein, um durch die unterschiedlichen Glanzgrade die gewünschte Wirkung
hervorrufen zu können.
Besonders gut eignen sich hierbei beispielsweise erodierte oder
gestrahlte Oberflächen.
Der Glanzgrad der einzelnen Bildpunkte bzw. der diesen entsprechenden
kleinen Bildbereiche ist bei dem vorliegenden Verfahren stufenlos
einstellbar, da die Bearbeitungsparameter wie Laserleistung und Scan-Geschwindigkeit,
die den Glanzgrad beeinflussen, ebenfalls stufenlos einstellbar
sind.
-
Mit
dem vorliegenden Verfahren werden zahlreiche Design-Möglichkeiten
für Festkörperoberflächen, insbesondere
metallische Oberflächen,
eröffnet.
Zum einen können
Design-Elemente wie Firmenlogos auch mit einem größeren Grauwertumfang effektvoll
direkt auf metallische Oberflächen
aufgebracht werden. Weiterhin können
auch Oberflächen von
Spritzgieß-Werkzeugen
bearbeitet werden, so dass die entsprechenden Bilder in die mit
den Spritzgieß-Werkzeugen
hergestellten Kunststoffteile übertragen
werden. Eine weitere Möglichkeit
besteht in der Herstellung von Geschenkartikeln, da mit dem vorliegenden
Verfahren beispielsweise Fotos in die Oberfläche einpoliert werden können.
-
Zur
Erzielung der gewünschten
Ortsauflösung
wird in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des vorliegenden
Verfahrens in Scan-Richtung eine Korrektur bei der Modulation der
Bearbeitungsparameter vorgenommen. Die Bilddaten geben hierbei in
Abhängigkeit
von der gewünschten
Größe des Bildes
auf der Oberfläche
die räumliche
Ausdehnung jedes einzelnen Bildpunktes vor. In der einfachsten Ausgestaltung
des vorliegenden Verfahrens wird die Bearbeitung mit einem der jeweiligen
Graustufe des gerade aufzubringenden Bildpunktes entsprechenden
Parameterwert betrieben, bis die der räumlichen Ausdehnung des Bildpunktes
entsprechende Strecke auf der Oberfläche überstrichen ist. Anschließend wird
der Parameterwert entsprechend der für den nächsten Bildpunkt erforderlichen
Graustufe geändert.
Eine derartige Vorgehensweise führt
allerdings aufgrund der für
die Erzeugung der unterschiedlichen Glanzgrade erforderlichen unterschiedlichen
Umschmelzung in der Regel nicht zur beabsichtigten Größe des Bildpunktes
auf der Oberfläche.
So führt eine
höhere
Umschmelztiefe zu größeren Bildpunkten
als eine kleinere Umschmelztiefe. Bei der vorliegenden bevorzugten
Ausgestaltung des Verfahrens wird daher eine Korrektur der Modulation
durchgeführt,
die diesen Sachverhalt berücksichtigt.
Die Korrektur erfolgt hierbei in Abhängigkeit vom jeweils zu erzeugenden
Glanzgrad oder vom jeweiligen Übergang
im Glanzgrad zwischen jeweils benachbarten Bildpunkten. Die entsprechenden
Korrekturparameter oder Korrekturfunktionen lassen sich vorab für die jeweilige
Oberfläche
und die verfügbaren
Bearbeitungsparameter ermitteln. Mit dieser Korrektur der Modulation
der Bearbeitungsparameter lassen sich Bildpunkte auf der Oberfläche erzeugen,
deren Ausdehnung in Scan-Richtung im Wesentlichen identisch ist.
Abweichungen in der Ausdehnung der Bildpunkte senkrecht zur Scan-Richtung
können
in gleicher Weise kompensiert werden, wenn der Spurabstand zwischen
den einzelnen Spuren bzw. Bahnen deutlich kleiner als der Strahldurchmesser
gewählt
wird.
-
Vorzugsweise
wird beim vorliegenden Verfahren eine Zuordnung von Graustufen zu
Glanzgraden vor der Bearbeitung der Oberfläche erstellt oder bereitgestellt,
aus der für
jede Graustufe ein Glanzgrad der Oberfläche abgeleitet werden kann,
der zumindest annähernd
den visuellen Eindruck der jeweiligen Graustufe hervorruft. Wird
eine derartige Zuordnung nicht vorgenommen, so kann der visuelle
Eindruck des auf der Oberfläche
erzeugten Bildes von der Vorlage abweichen. In gleicher Weise kann selbstverständlich auch
eine Zuordnung von Graustufen zu Bearbeitungs parameterwerten erstellt
oder bereitgestellt werden, aus der für jede Graustufe ein Parameterwert
abgeleitet werden kann, der zu einem entsprechenden Glanzgrad der
Oberfläche
führt,
der zumindest annähernd
den visuellen Eindruck der jeweiligen Graustufe hervorruft.
-
Für die Durchführung des
Verfahrens wird vorzugsweise vor der Bearbeitung der Oberfläche ein Steuerungsprogramm
für den
Laser und/oder die Führungseinheit
für den
Laserstrahl oder das Werkstück
erstellt, auf dessen Basis anschließend die Bearbeitung durchgeführt wird.
Das Steuerungsprogramm wird aus den Bilddaten, vorzugsweise unter Einbeziehung
der weiter oben beschriebenen Korrektur, generiert. Mit dem Steuerungsprogramm
kann dann das jeweilige Bild beliebig oft auf Oberflächen aufgebracht
werden, für
die das Steuerungsprogramm generiert wurde.
-
Bei
der Durchführung
des vorliegenden Verfahrens wird nur die Mikro-Rauheit der Oberfläche geglättet, eine
eventuell übergeordnete
Makro-Rauheit, beispielsweise in Form einer Ledernarbung, bleibt
erhalten. Dies ermöglicht
auch die Erzeugung besonderer visueller Effekte, bei denen z.B.
nur erhabene Bereiche von strukturierten Oberflächen geglättet werden. So kann beispielsweise
zunächst
ein Graustufen-Bild von einer derartigen Oberfläche oder eines Bereiches einer
derartigen Oberfläche,
beispielsweise durch Abscannen, erzeugt werden. Dieses Graustufen-Bild
wird dann mit dem vorliegenden Verfahren wiederum auf die Oberfläche übertragen, indem
jeweils nur die erhabenen Bereiche geglättet werden. Das Graustufen-Bild
entspricht dabei einem Bild mit lediglich zwei Graustufen, die den
Vertiefungen und erhabenen Bereichen entsprechen.
-
Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
-
Das
vorliegende Verfahren wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit den Zeichnungen ohne Beschränkung des durch die Patentansprüche vorgegebenen
Schutzbereichs nochmals erläutert.
Hierbei zeigen:
-
1 schematisch
einen Überblick über das vorliegende
Verfahren;
-
2 schematisch
ein Beispiel für
die Führung
des Laserstrahls in überlappenden
Bahnen über die
Oberfläche;
-
3 ein
Beispiel für
unterschiedliche Glanzgrade nach dem Laserstrahl-Polieren einer erodierten
Oberfläche
mit verschiedenen Bearbeitungsparametern;
-
4 zwei
Beispiele für
eine Zuordnung von Bearbeitungsparametern zu Glanzgraden;
-
5 ein
Beispiel für
zwei auf der Oberfläche
erzeugte Streifenmuster mit senkrecht zur Scan-Richtung verlaufenden
Streifen auf Basis von Bilddaten mit identischer Streifenbreite;
-
6 ein
Beispiel für
die Abhängigkeit
der entstehenden Streifenbreite von der Streifenbreite der Bilddaten
bei unterschiedlichen Glanzgraden;
-
7 eine
schematische Darstellung der Übertragung
des Ursprungsmusters über
das Steuerprogramm zu dem auf der Oberfläche entstehenden Muster ohne
Korrektur;
-
8 eine
schematische Darstellung der Übertragung
des Ursprungsmusters über
das Steuerprogramm zu dem auf der Oberfläche entstehenden Muster mit
Korrektur;
-
9 ein
Diagramm, das die für
die Korrektur erforderliche Verschiebung der Grenze zwischen Bildpunkten
in Abhängigkeit
von der relativen Änderung
des Bearbeitungsgrades oder Glanzgrades zwischen zwei Bildpunkten
zeigt; und
-
10 zwei
Beispiele für
Graustufen-Bilder, die gemäß dem vorliegenden
Verfahren auf eine matte, metallische Oberfläche übertragen wurden.
-
Wege zur Ausführung der
Erfindung
-
In
den folgenden Beispielen wird das vorliegende Verfahren, das eine
Modifikation des bekannten Laserstrahl-Polierens darstellt, zur
Generierung von Bildern auf metallischen Oberflächen eingesetzt. 1 zeigt
schematisch die Vorgehensweise beim vorliegenden Verfahren. Das
Bild 1, das auf der Oberfläche 5 eines Werkstücks 6 generiert
werden soll, wird im vorliegenden Beispiel als Graustufen-Grafik
in einer Bitmap-Datei bereitgestellt. Ausgehend von der Datei wird
in einer Recheneinheit 3 ein Steuerungsprogramm generiert,
das die Graustufen aus der Grafik in Parameterwerte für Bearbeitungsparameter
umwandelt. Auf diese Weise wird abhängig von den Graustufen im
Bild 1 jeder Position bzw. jedem Bildpunkt beispielsweise
eine bestimmte Laserleistung zugewiesen. Mit diesem Steuerungsprogramm
wird dann der Laserstrahl 4 über die Oberfläche 5 des
Werkstücks 6 geführt, vorzugsweise
in einer mäanderförmigen Bahn
wie in der 1 gezeigt. Da hierbei die Oberfläche 5 in
Abhängigkeit
der Bearbeitungsparameter geglättet
wird, entsteht ein Bild aus verschiedenen Glanzgraden. Der Ausgangszustand
der Oberfläche 5 sollte
dabei matt sein, damit das Bild gemäß dem vorliegenden Verfahren
in die Oberfläche
poliert werden kann.
-
2 zeigt
in einer vergrößerten Darstellung nochmals
den Laserstrahl 4, der in einer mäanderförmigen Bahn 7 über die
Oberfläche 5 geführt wird.
Für die
Ortsauflösung
des dabei aufgebrachten Bildes spielen unter anderem der Durchmesser
dLaser, die Scan-Geschwindigkeit vscan und
der überlappende Bereich
dy der Bahn 7 eine Rolle. Der Durchmesser dLaser des
Laserstrahls entspricht bei senkrechtem Einfall in etwa der Spurbreite
bSpur der mäanderförmigen Bahn.
-
3 zeigt
ein Beispiel für
eine erodierte Oberfläche,
die mit drei unterschiedlichen Bearbeitungsparametern bearbeitet
wurde. Die linke Ausschnittvergrößerung zeigt
hierbei die erodierte Oberfläche.
Die drei weiteren zeigen die Oberfläche nach dem Laserstrahl-Polieren
mit zunehmender mittlerer Laserleistung PL.
Durch die unterschiedlichen Bearbeitungsparameter werden unterschiedliche
Glanzgrade erreicht, die den visuellen Eindruck unterschiedlicher
Graustufen vermitteln, wie in der oberen Abbildung der 3 erkennbar
ist. Die Bearbeitungszeit für
ein derartiges Muster liegt unter 20 s/cm2.
-
Grundsätzlich ist
die Variation einer großen Anzahl
von unterschiedlichen Bearbeitungsparametern möglich, mit denen unterschiedliche
Glanzgrade erzielt werden können.
In den folgenden Beispielen werden die mittlere Laserleistung und
die Scan-Geschwindigkeit für
die Erzeugung unterschiedlicher Glanzgrade gesteuert, da sich diese
Bearbeitungsparameter häufig
problemlos steuern lassen. In den Voruntersuchungen wurden hierbei
bei konstantem Spurabstand (Abstand der Bahnmitten) von 10 μm und einem
Fokusdurchmesser des Laserstrahls von 240 μm die mittlere Laserleistung
und die Scan-Geschwindigkeit
in jeweils zehn Schritten variiert. Bei kleiner Scan-Geschwindigkeit
und großer
mittlerer Laserleistung verfärbt
sich die Oberfläche.
Hin zu größeren Scan-Geschwindigkeiten
und geringeren mittleren Laserleistungen folgt ein Bereich, in dem die
bearbeiteten Flächen
hochglänzend
sind. Bei noch größeren Scan-Geschwindigkeiten
und geringeren mittleren Laserleistungen wird die Bearbeitung immer
schwächer,
bis keine Bearbeitung mehr zu erkennen ist und die Oberfläche matt
bleibt.
-
Auf
Basis dieser Voruntersuchungen wurde der Parameterbereich für die Scan-Geschwindigkeitsmodulation
auf den Bereich von vScan = 25 bis 1600
mm/s bei einer mittleren Laserleistung von PL = 40
W festgelegt, da für
diesen Bereich bei der betrachteten erodierten Oberfläche einer
Stahlplatte gute Grauabstufungen erzielt werden konnten. Der Parameterbereich
für die
Laserleistungsmodulation wurde auf PL =
20 bis 50 W bei einer Scan-Geschwindigkeit von 50 mm/s festgelegt.
-
Um
Graustufen-Bilder in ein laserpoliertes Bild zu übertragen, muss jeder Graustufe
ein Glanzgrad bzw. ein geeigneter Bearbeitungsparameter zugewiesen
werden. Für
die Bestimmung dieser Zuordnung wurde im vorliegenden Beispiel der
visuelle Eindruck der bearbeiteten Oberfläche als Maßstab gewählt, da dieser letztendlich
für die
Bildwirkung entscheidend ist. Eine solche Zuordnung kann beispielsweise
iterativ vorgenommen werden. Zunächst
werden beispielsweise acht Felder mit unterschiedlicher Laserleistung
poliert. Diese werden anschließend
visuell danach beurteilt, ob der Unterschied des Glanzgrades bzw.
der durch diesen vermittelten Graustufe zwischen den einzelnen Feldern
gleichmäßig ist.
Ist der Unterschied nicht gleichmäßig, so werden anschließend acht
neue Felder mit angepassten Laserleistungen bearbeitet und erneut
visuell beurteilt. Dies wird so oft wiederholt, bis eine gleichmäßige Abstufung
des Glanzgrades bzw. der Graustufen erreicht ist. Auf Basis dieser
acht Stützstellen
wird eine Kurve zum Erstellen von stufenlosen Verläufen berechnet.
In gleicher Weise wird für
die Scan-Geschwindigkeitsmodulation
vorgegangen. Das Ergebnis ist in 4 dargestellt,
in dem der Verlauf der Laserleistung (linke Abbildung) bzw. der
Scan-Geschwindigkeit
(rechte Abbildung) bei kontinuierlich ansteigendem Glanzgrad aufgetragen
ist. Anstelle des Glanzgrades kann selbstverständlich auch die Graustufe angegeben
werden. Durch diese Zuordnung lässt
sich bei beliebig vorgebbaren Graustufen-Bildern ein geeignetes
Steuerprogramm für
das Laserstrahl-Polieren erstellen, um das Graustufen-Bild in ein
Oberflächenbild
mit geeigneten Glanzgraden umzusetzen.
-
Bei
der Durchführung
des vorliegenden Verfahrens muss beachtet werden, dass bei vorgegebener
Ausdehnung eines Bildpunktes in der Bilddatei die Ausdehnung des
auf der Oberfläche
erzeugten Bildpunktes abhängig
vom Glanzgrad variieren kann, da ein Laserpuls hoher Leistung eine
größere Fläche glättet als
ein Laserpuls kleiner Leistung. Dieser physikalische Hintergrund
muss bei der Durchführung des
vorliegenden Verfahrens berücksichtigt
werden, wenn eine möglichst
genaue Umsetzung des Ursprungsbildes erfolgen soll. Dies erfordert
eine Korrektur der Laserstrahl-Modulation beim Aufbringen der Bilder.
Die erforderlichen Korrekturen können beispielsweise
mit dem folgenden Verfahren ermittelt werden. Hierbei werden als
Ursprungsmuster parallele Streifen gleicher Breite herangezogen,
die mit abwechselnd höchstem
und niedrigstem Glanzgrad ohne Korrektur auf die Oberfläche aufgebracht
werden.
-
Aus
der 5 ist ersichtlich, dass hierbei die Streifen mit
niedrigem Glanzgrad 8 wesentlich schmäler sind als die Streifen mit
hohem Glanzgrad 9. Die 5 zeigt
zwei Aufnahmen derartiger, auf der Oberfläche erzeugter Streifen bei
unterschiedlichen Streifenbreiten von 250 μm und 375 μm, wobei die Streifen senkrecht
zur Scan-Richtung des Laserstrahls verlaufen. Derartige Streifen
werden mit der jeweiligen Modulation der Laserleistung bzw. der Scan-Geschwindigkeit
erzeugt, wie aus 7 ersichtlich ist.
-
7 zeigt
schematisch die Übertragung des
Ursprungsmusters über
das Steuerprogramm zu dem auf der Oberfläche entstehenden Muster ohne Korrektur.
Hierbei wird das zu erzeugende Muster 10 identisch in den
Signalverlauf 11 im Steuerprogramm überführt. Das auf der Oberfläche entstehende
Muster weist dann die dargestellten unterschiedlichen Streifenbreiten
senkrecht zur Scan-Richtung auf.
-
Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens wird daher
eine Korrektur der Modulation durchgeführt, wie sie aus 8 ersichtlich
ist. Die Streifenbreite des zu erzeugenden Musters 10 wird
dabei hinsichtlich der stark bearbeiteten Streifen reduziert, wie
dies aus dem Signalverlauf im Steuerprogramm 11 zu erkennen
ist. Aufgrund dieser Korrektur bzw. Kompensation weist das auf der
Oberfläche
entstehende Muster 12 die korrekte identische Streifenbreite
aller Streifen auf.
-
Für die Ermittlung
der entsprechenden Korrektur wurde die Abhängigkeit der auf der Oberfläche entstehenden
Streifenbreite von der Streifenbreite des Ursprungsmusters (auch
als Steuerstreifenbreite bezeichnet) ermittelt. Diese Abhängigkeit
ist in dem Diagramm der 6 gezeigt. Für die Erstellung dieses Diagramms
wurde eine Repetitionsrate von 20 kHz bei einem Fokusdurchmesser
von 250 μm,
einer Scan- Geschwindigkeit
von 50 mm/s und einer mittleren Laserleistung von 20 bis 50 Watt
eingesetzt. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass durch eine Reduzierung
der Breite des stark bearbeiteten Streifens (hoher Glanz) um die
Hälfte
des Fehlers (k = 150 μm) dieser
Streifen um 150 μm
schmaler und der angrenzende schwach bearbeitete Streifen (niedriger Glanz)
um 150 μm
breiter wird. Die auf der Oberfläche
entstehende Streifenbreite stimmt dann mit der gewünschten
Breite überein.
Das bedeutet, dass die Streifengrenzen der stark bearbeiteten Streifen
auf beiden Seiten um k/2 = 75 μm
nach innen verschoben werden müssen,
um bei der Bearbeitung das entsprechende Ergebnis zu erzielen. Um
eine derartige Kompensation bei verschiedenen Graustufen bzw. Glanzgraden
durchzuführen,
wird ein linearer Zusammenhang zwischen der relativen Änderung des
Bearbeitungsgrades und der Verschiebung der Streifengrenze hergestellt.
Dabei ist die relative Änderung
von schwächster
zu stärkster
Bearbeitung gleich 1 und umgekehrt gleich –1. Bei einer Änderung des
Bearbeitungsgrades von niedrig auf hoch muss damit die Streifengrenze
um k/2 in Scan-Richtung nach hinten verschoben werden, d.h. die
starke Bearbeitung setzt später
ein. Umgekehrt muss bei einem Wechsel von starker Bearbeitung zu
schwacher Bearbeitung die Streifengrenze um k/2 nach vorne verschoben
werden, so dass die starke Bearbeitung früher aufhört.
-
Im
Diagramm der 9, das auf Basis dieser Untersuchungen
erstellt wurde, kann abgelesen werden, welche Verschiebung der Streifengrenze, die
der Grenze zwischen zwei Bildpunkten in Scan-Richtung entspricht,
bei welcher relativen Änderung
des Bearbeitungsgrades zwischen zwei Bildpunkten zu erfolgen hat.
Unten im Bild ist schematisch die Änderung der Streifenbreiten
dargestellt, links ein Sprung von starker Bearbeitung zu schwacher
Bearbeitung und rechts ein Sprung von schwacher zu starker Bearbeitung
(schwarz = stark bearbeitet; weiß = schwach bearbeitet).
-
10 zeigt
schließlich
zwei Beispiele von Oberflächenbildern,
die mit dem vorliegenden Verfahren erzeugt wurden. In der linken
Abbildung ist ein Portrait-Foto auf die Oberfläche poliert, auf dem rechten
Bild eine Comic-Zeichnung, die nur aus Linien besteht. Exemplarisch
ist für
eine Linie in dieser Comic-Zeichnung im unteren Teil der Abbildung
die Modulation des Verlaufs der Laserleistung dargestellt, mit der
der Laser über
diese Linie der Oberfläche
geführt
wurde. Die Positionen in den Bildern, die einen hohen Glanzgrad
haben (im Bild dunkel), sind mit hoher, die Bereiche dazwischen
mit niedriger Laserleistung erzeugt worden.
-
- 1
- Graustufen-Bild
- 2
- Oberflächenbild
- 3
- Recheneinheit
- 4
- Laserstrahl
- 5
- Oberfläche
- 6
- Werkstück
- 7
- Bahn
- 8
- Streifen
mit niedrigem Glanzgrad
- 9
- Streifen
mit hohem Glanzgrad