DE19542973A1 - Verfahren und Einrichtung zum Markieren von Werkstücken mittels Laserstrahl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Laserstrahl-Markierungssystem, bei dem die Oberfläche eines Werkstücks mit einem Laser­ strahl gemäß einem Abtastmuster bearbeitet wird.

Laserstrahlmarkierung wird in großem Umfang verwendet, um elektronische Teile mit einem bestimmten Markierungsmuster, z. B. mit einer Typenbeschriftung, zu versehen. In der Regel erfolgt dies durch Abtastung mit dem Laserstrahl, bei dem der Laserstrahl in einem bestimmten Abtastmuster über die Werkstückoberfläche geführt wird. Beispiele für solche Mar­ kierungsverfahren sind beschrieben in JP-A 59-45091 und JP-A 60221721. Als Laserlichtquelle wird im allgemeinen ein Festkörperlaser wie z. B. ein Nd:YAG-Laser benutzt.

Ein Festkörperlaser ist üblicherweise mit einer Q-Schal­ teranordnung versehen, die einen pulsförmigen Verlauf der Emission mit relativ hoher Ausgangsleistung der Impulsspit­ zen steuert. Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, wird während der Laserstrahlabtastung der Q-Schalter gemäß einem Steuersignal (A) ein- und ausgeschaltet (B), wodurch der Festkörperlaser den Laserlichtstrahl während der AUS-Peri­ oden des Q-Schalters emittiert. Die Aus-Periode des Schal­ ters und damit die Emissionsperiode (W) des Lasers wird üb­ licherweise auf 10 µsec eingestellt, während der der Laser­ strahl momentan emittiert wird.

Wenn ein solcher Laserstrahl auf eine Stelle eines in Kunstharz eingekapselten elektronischen Bauteils 12 fokus­ siert wird, wird das Kunstharz an dieser Position augen­ blicklich verdampft und hierdurch ein tiefes Loch 13 mit einer Tiefe von 50 bis 100 µm erzeugt, wie in Fig. 2 darge­ stellt. Aus diesem Grund kann das übliche Lasermarkierungs­ verfahren bei dünnen Werkstücken, die in Kunstharz einge­ kapselt sind, nicht angewendet werden.

Um die Spitzenamplitude des mittels Q-Schalter gepulsten Laserstrahls zu reduzieren, wäre es denkbar, die Wiederholungsfrequenz, mit der der Q-Schalter angesteuert wird, auf 50 kHz oder mehr einzustellen, so daß der konti­ nuierlich gepumpte und mittels Q-Schalter gepulste Laser sich ähnlich wie ein kontinuierlich gepumpter Laser ver­ hält. Da jedoch eine Reduzierung der Impulsamplitude des Laserlichts zu einer Reduzierung der gesamten abgegebenen Leistung des Laserstrahls führt, muß die Abtastgeschwindig­ keit des Laserstrahls verringert werden, um die verringerte Leistung auszugleichen, wodurch die Arbeitsgeschwindigkeit des Markierungsvorgangs reduziert wird.

Um eine Reduzierung der Produktivität des Markierungsvor­ gangs zu vermeiden, wird die Abtastgeschwindigkeit des La­ serstrahls üblicherweise konstant gehalten und die Wiederholungsfrequenz der Laseremission wird so eingestellt, daß das Lasermarkierungssystem optimal arbeitet. Die von dem Laserstrahl nacheinander erzeugten Löcher haben voneinander einen Abstand, der umgekehrt proportional zur Wiederho­ lungsfrequenz der Laseremission ist. Wenn deshalb die Wie­ derholungsfrequenz zu niedrig ist, sind benachbarte Löcher deutlich voneinander getrennt, was zu unterbrochenen Mar­ kierungs- oder Beschriftungslinien führt. Wenn die Wieder­ holungsfrequenz zu hoch ist, ergibt sich eine Verdichtung der Laserstrahlenergie, und es werden Löcher erzeugt, die tiefer als nötig sind. Die bisher bekannten Lasermarkie­ rungsverfahren können, mit anderen Worten, keine klaren und kontinuierlichen Markierungslinien von relativ geringer Tiefe erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Laserstrahlmarkierung sowie einer Einrichtung zur Durchfüh­ rung des Verfahrens zu schaffen, bei dem ein Werkstück mit einem deutlichen und gut erkennbaren Muster von geringer Eindringtiefe versehen werden kann, ohne daß dies zu einer Verringerung der Arbeitsgeschwindigkeit des Verfahrens führt.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß eine besondere Eigenschaft eines kontinuierlich gepumpten und mittels Q-Schalter gepulsten Lasers ausgenutzt, nämlich die Erkennt­ nis, daß durch Variierung der Dauer des vom Q-Schalter ge­ steuerten Emissionsintervalls eines kontinuierlich gepump­ ten Lasers die Intensität und Anzahl der in jedem Emissi­ onsintervall emittierten Laserimpulse verändert werden kann. Bei geeigneter Einstellung der Dauer des Emissionsin­ tervalls mittels des Q-Schalters werden in jedem Emissions­ intervall zwei oder mehr Laserstrahlimpulse mit veränderli­ cher Intensität abgegeben. Die Ursache hierfür ist die pri­ märe Laserschwingung und die Relaxationsschwingung. Da die Relaxationsschwingung das Auftreten eines oder mehrerer se­ kundärer Emissionsimpulse auf Kosten der Intensität des primären Emissionsimpulses bewirkt, ist es möglich, ledig­ lich durch geeignete Einstellung der Dauer des Emissionsin­ tervalls zwei oder mehr Laseremissionsimpulse, einschließ­ lich des Primäremissionsimpulses mit verringerter Intensi­ tät, in jedem Emissionsintervall zu erhalten, ohne daß die Wiederholungsfrequenz der Emissionsimpulse oder die Abtast­ geschwindigkeit des gepulsten Laserstrahles verringert wer­ den müssen. Wenn ein solcher gepulster Laserstrahl mit Mehrfach-Emissionsimpulsen über die zu markierende Werk­ stückoberfläche geführt wird, erhält man ein Markierungsmu­ ster mit der gewünschten geringen Eindringtiefe.

Erfindungsgemäß wird eine Laserquelle mit einem Lasermedium und einem Q-Schaltelement verwendet. Das Lasermedium wird kontinuierlich (im Dauerstrich) gepumpt und das Q-Schalte­ lement wird gemäß einem Wiederholungs-Steuersignal ein- und ausgeschaltet. Dieses Wiederholungs-Steuersignal enthält Emissionsintervalle mit einer Wiederholungsfrequenz. Die Laserquelle emittiert den Laserstrahl durch das Q-Schalte­ lement jeweils während der Emissionsintervalle. Die Dauer der Emissionsintervalle, oder das Impulsbreitenverhältnis, des Wiederholungs-Steuersignals wird so eingestellt, daß die Laserquelle während jedes Emissionsintervalles den La­ serstrahl in Form mehrerer Emissionsimpulse aussendet. Der gepulste Laserstrahl wird in zwei zueinander rechtwinkligen Richtungen gemäß einem vorgegebenen Muster abgelenkt, um einen gepulsten Abtast-Laserstrahl zu erzeugen, der auf die zu markierende Oberfläche des Werkstücks fokussiert wird.

Vorzugsweise besteht die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks aus Kunstharz, welches Kohlenstoff enthält. Durch Schmelzen und Verdampfen von Bereichen der Werk­ stückoberfläche mittels des gepulsten Abtast-Laserstrahls entsprechend dem vorgegebenen Abtastmuster setzt sich der in dem Kunstharz enthaltene Kohlenstoff auf diesen Berei­ chen ab. Nach anschließendem Entfernen des abgesetzten Koh­ lenstoffs von der Werkstückoberfläche erscheinen diese Be­ reiche entfärbt, wodurch sich eine verbesserte Erkennbar­ keit der Markierung ergibt.

Vorzugsweise ist das Lasermedium ein Nd:YAG-Stab, und das Q-Schaltelement ist ein opto-akustischer Beugungsschalter, der insbesondere im Ultraschallbereich betrieben wird. Das Wiederholungs-Steuersignal hat vorzugsweise eine feste Wie­ derholungsfrequenz im Bereich von 5 bis 50 kHz, während die Dauer der Emissionsintervalle im Bereich von 20 bis 200 µsec einstellbar ist.

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnun­ gen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 den Signalverlauf beim üblichen Lasermarkierungsver­ fahren

Fig. 2 den Schnitt durch ein vom Laserstrahl in der Werk­ stückoberfläche erzeugtes Loch;

Fig. 3 das Blockschema einer Lasermarkierungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 ein Blockschaltbild des Q-Schalter-Treibers der Vor­ richtung gemäß Fig. 3;

Fig. 5 die schematische Seitenansicht des optischen Systems der Einrichtung gemäß Fig. 3;

Fig. 6 einen schematischen Signalverlauf beim Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung mit einer Impulsbreite von 50 µsec;

Fig. 7 den Signalverlauf beim Betrieb mit einer Impuls­ breite von 80 µsec;

Fig. 8a und 8b einen schematischen Schnitt durch ein vom Laserstrahl erzeugtes Loch bei den beiden Betriebsweisen gemäß Fig. 6 bzw. Fig. 7.

Das in Fig. 3 schematisch dargestellte Lasermarkierungssy­ stem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hat einen kontinuierlich gepumpten Q-Schalterlaser 1, enthaltend einen Nd:YAG-Laserstab 100, ein Ultraschall-Q-Schaltelement 101 sowie weitere erforderliche optische Elemente wie z. B. Pumplichtquelle (nicht dargestellt) und Spiegel 116 Das Q-Schaltelement 101 umfaßt in bekannter Weise ein Ultraschallelement und einen Wandler, die gemäß einem Steuersignal ein- und ausgeschaltet werden, wie noch beschrieben wird. Der von dem kontinuierlich gepumpten Laser und unter Steuerung durch den Q-Schalter emittierte Laserstrahl wird von einem Spiegel 102 zur Einstellung der optischen Achse reflektiert und läuft dann durch einen Strahlexpander 103. Der gepulste Laserstrahl wird ferner durch einen X-Abtastspiegel 104 und einen Y-Abtastspiegel 105 reflektiert, um als Abtast-Laserstrahl durch eine f-θ-Linse 106 auf die Kunstharzoberfläche eines Werkstücks fokussiert zu werden. Der X-Ablenkspiegel 104 und der Y-Ablenkspiegel 105 werden jeweils durch Galvano-Ablenker 107 und 108 gesteuert.

Das Lasermarkierungssystem ist ferner mit einer Hauptsteue­ rung 109 versehen, die eine Pulsbreitensteuerung 110 und eine Steuerung 111 für die Galvano-Ablenker umfaßt. Die Pulsbreitensteuerung 110 empfängt ein Pulsbreitensteuersi­ gnal PWC und ein Frequenzsteuersignal CYC von einem Rechner 112 und gibt ein Steuerimpulssignal an einen Q-Schalter­ treiber 113 ab. Entsprechend diesem Steuerimpulssignal gibt der Q-Schaltertreiber 113 das Schaltsignal an den Ultra­ schall-Q-Schalter 101 ab. Wenn das Steuersignal aktiv ist, unterbricht der Ultraschall-Q-Schalter 101 die Emission des Laserstrahls vom kontinuierlich gepumpten Laser 1. Bei aus­ geschaltetem Steuersignal bewirkt das Q-Schaltelement 101 die Emission des Laserstrahls vom Laser 1 in Form einer An­ zahl von Laserimpulsen innerhalb des Emissionsintervalls. Mit anderen Worten, das Pulsbreiten-Steuersignal PWC wird so festgelegt, daß in jedem Intervall zwei oder mehr Laser­ emissionsimpulse von dem kontinuierlich gepumpten, vom Q-Schalter gesteuerten Laser 1 abgegeben werden. Die Ablenk­ steuerung 111 empfängt ein Steuersignal GC vom Rechner 112 und gibt ein Antriebssteuersignal an den Ablenktreiber 114 ab, der entsprechend die Galvano-Ablenker 107 und 108 so ansteuert, daß der Laserstrahl nach einem vorgegebenen, im Rechner 112 gespeicherten Abtastmuster abgelenkt wird.

Wie in Fig. 4 dargestellt empfängt der Q-Schaltertreiber 113 das Steuerimpulssignal von der Pulsbreitensteuerung 110 der Hauptsteuereinheit 109 und gibt ein Q-Schalter-Steuer­ signal an das Q-Schaltelement 101 ab. Eine Funktionssteue­ rung 201 empfängt das Steuerimpulssignal von der Pulsbrei­ tensteuerung 110 und ein Impulssignal PO mit vorgegebener Frequenz von einem Impulsgenerator 202 und gibt ein Pulsmodulationssignal Pm an einen Pulsmodulator 203 ab. Der Pulsmodulator 204 bewirkt eine Impulsmodulation eines Radiofrequenzsignals (HF-Signals) RFC entsprechend dem Modulations-Pulssignal PM und gibt ein moduliertes HF-Signal an einen HF-Leistungsverstärker 203 ab. Das HF-Signal RFC wird erhalten durch einen 1 : 2-Teiler 205, der ein vom Primäroszillator 206 erzeugtes HF-Signal teilt. Das vom HF-Leistungsverstärker 204 verstärkte, modulierte HF-Signal wird als Schaltersteuersignal an die Ultraschall-Q-Schalteinrichtung 101 abgegeben, wo der Wandler entsprechend dem Schaltersteuersignal eine Ultraschallwelle erzeugt zur Umschaltung zwischen hohem Q und niedrigem Q.

Vom Oszillator 206 und einem zweiten Oszillator 210 kann ein Mixer 211 beaufschlagt werden, der ein Eingangssignal für den Impulsgenerator 202 liefert. Wahlweise kann ein Impulskiller 212 vorgesehen sein. Eine Gleichspannungsquelle 213 erzeugt die Versorgungsspannung für alle Einheiten. Die in Fig. 4 angegebenen Zahlenwerte der Frequenzen sind nur als Beispiel zu verstehen.

Gemäß Fig. 5 ist das Lasermarkierungssystem auf einem Tisch 301 so angeordnet, daß die Elemente wie folgt arbeiten. Der gepulste Laserstrahl wird zuerst vom X-Ablenkspiegel 104 zur Ablenkung in X-Richtung und dann vom Y-Ablenkspiegel 105 zur Ablenkung in Y-Richtung reflektiert. Der vom Y-Ab­ lenkspiegel 105 reflektierte Laserstrahl 302 wird durch die f-θ-Linse 106 auf die Oberfläche des Werkstücks 303 fokus­ siert. Diese ist mit einem Kunstharz überzogen, welches Kohlenstoff enthält. Die Impulsbreite des Laserstrahls wird im Voraus festgelegt entsprechend der Art und/oder Dicke des Kunstharzes.

Der Rechner 12 bestimmt über das Pulsbreiten-Steuersignal PWC die Pulsbreite des vom kontinuierlich gepumpten Laser 1 durch den Q-Schalter emittierten Laserstrahls. Die Puls­ breitensteuerung 110 empfängt das Pulsbreitensteuersignal PWC und das Frequenzsteuersignal CYC vom Rechner 112 und gibt an den Q-Schaltertreiber 113 ein Steuerimpulssignal ab, das aus Impulsen mit vorgegebener Impulsbreite und vor­ gegebener Wiederholungsfrequenz besteht. Entsprechend dem Steuerimpulssignal moduliert der Q-Schaltertreiber 113 das HF-Signal RFC und gibt das Schaltersteuersignal an das Ul­ traschall-Q-Schaltelement 101 ab. Dieses ist im eingeschal­ teten Zustand oder Beugungszustand immer dann, wenn es vom Q-Schaltertreiber 113 das HF-Signal empfängt. In diesem eingeschalteten Zustand des Q-Schaltelements 101 befindet sich der kontinuierlich gepumpte Laser 1 im Zustand mit niedrigem Q, so daß kein Laserstrahl emittiert wird. Wäh­ rend dieser Emissionspause wird jedoch in dem Nd:YAG-Stab 100 durch das kontinuierliche Pumpen Energie gespeichert. Wenn das RF-Signal aufhört, schaltet das Ultraschall-Q-Schaltelement 101 in den AUS-Zustand, wodurch der kontinu­ ierlich gepumpte Laser 1 in den Zustand mit hohem Q über­ geht, so daß Laserstrahlemission stattfindet. Die Laser­ strahlemission wechselt somit zwischen dem AUS-Intervall des Schalters bzw. der Emissionsperiode des Lasers und dem EIN-Intervall des Schalters bzw. der Nichtemissionsperiode des Lasers. Die Emissions- und Nichtemissionsintervalle werden durch die vom Rechner 112 festgelegte Pulsbreite be­ stimmt. Erfindungsgemäß wird das Emissionsintervall relativ lang eingestellt, z. B. mehr als 10 µsec, so daß in dem kon­ tinuierlich gepumpten Laser 1 Relaxationsschwingung auf­ tritt. Dieser Kernpunkt der Erfindung wird anhand von Fig. 6 und 7 im Detail erläutert.

Gemäß Fig. 6 empfängt der Q-Schaltertreiber 113 ein Steuerimpulssignal (A) mit einer Wiederholungsfrequenz von 8 kHz und einer festgelegten Pulsbreite W1 von 50 µsec und gibt ein Schaltersteuersignal (B) mit einer Emissionsperi­ ode von 50 µsec an den Ultraschall-Q-Schalter 101 ab. Bei auf 50 µsec eingestellter Emissionsperiode treten in dem kontinuierlich gepumpten Laser 1 Relaxationsschwingungen auf, was zu einer Anzahl von Emissionsimpulsen (C) führt, nämlich einem Hauptemissionsimpuls P1₍₅₀₎ und einer Anzahl von Sekundäremissionsimpulsen P2₍₅₀₎ jeweils innerhalb ei­ nes Emissionsintervalls. Die Sekundäremissionsimpulse P2₍₅₀₎ beruhen auf der Relaxationsschwingung, und ihre In­ tensitäten sind merklich niedriger als die des Primäremis­ sionsimpulses P1₍₅₀₎. Aber auch die Intensität des Primäremissionsimpulses P1₍₅₀₎ ist niedriger als die des einzigen Emissionsimpulses bei dem üblichen Verfahren, das in Fig. 1 dargestellt ist. Wenn somit ein derartig gepul­ ster Laserstrahl als Abtastlaserstrahl 302 in Fig. 4 ver­ wendet wird, können auf dem Werkstück 303, das mit einem relativ dünnen Kunstharzfilm überzogen ist, relativ flache Markierunglinien gezogen werden (vgl. Fig. 8A). Die Dauer des Emissionsintervalls des kontinuierlich gepumpten und mittels Q-Schalter gesteuerten Lasers 1 kann in Abhängig­ keit von den Eigenschaften der Kunstharzoberfläche des Werkstücks eingestellt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 empfängt der Q-Schaltertreiber 103 ein Steuerimpulssignal (A) mit einer Wiederholungsfrequenz von 8 kHz und einer Impulsbreite W2, die auf 80 µsec festgelegt ist und gibt an das Ultraschall-Q-Schaltelement 101 ein Schaltsteuersignal (B) mit einer Emissionsperiode von 80 µsec ab. Bei dieser Einstellung des Emissionsintervalls auf 80 µsec erfolgen in dem kontinuier­ lich gepumpten Laser 1 Relaxationsschwingung, die dazu füh­ ren, daß in jedem Emissionsintervall mehrere Emissionsim­ pulse (C) erzeugt werden, nämlich ein Primäremissionsimpuls P1₍₈₀₎ und eine Anzahl von Sekundäremissionsimpulsen P2₍₈₀₎. Die Sekundäremissionsimpulse P2₍₈₀₎ beruhen auf der Relaxationsschwingung, und ihre Intensitäten sind deutlich niedriger als die des Primäremissionimpulses P1₍₈₀₎. Die Anzahl der Sekundärimpulse (z. B. drei) ist größer als bei dem vorigen Ausführungsbeispiel (z. B. zwei) und deshalb ist auch die Intensität des Primäremissionsimpulses P1₍₈₀₎ noch niedriger im Vergleich zu dem einzigen Emissionsimpuls bei dem bekannten Verfahren nach Fig. 1. Wenn der auf diese Weise gepulste Laserstrahl als Abtastlaserstrahl 102 gemäß Fig. 4 über das Werkstück geführt, können auf dem mit einem relativ dünnen Kunstharzfilm überzogenen Werkstück 303 re­ lativ flache Markierungslinien gezogen werden (vgl. Fig. 8B). Da die Emissionspulse P1₍₈₀₎ und P2₍₈₀₎ jeweils eine niedrigere Intensität haben als die Emissionsimpulse P1₍₅₀₎ und P2₍₅₀₎ gemäß Fig. 6, erhält man mit dem Verfahren gemäß Fig. 7 eine noch geringere Eindringtiefe der Markierungsli­ nien.

Allgemein kann die Wiederholungsfrequenz auf einen ge­ wünschten Wert von 5 bis 50 kHz eingestellt werden, und das Emissionsintervall, d. h. die Impulsbreite des Steuerimpuls­ signales, kann in einem Bereich von 20 bis 200 µsec einge­ stellt werden, nach der Maßgabe, daß während des Emissions­ intervalls Relaxationsschwingung in dem kontinuierlich ge­ pumpten Laser 1 auftritt. Die Wiederholungsfrequenz und die Dauer der Emissionintervalle kann unter Berücksichtigung der Beschaffenheit der Werkstückoberfläche und der ge­ wünschten Leistung des kontinuierlich gepumpten, mit Q-Schalter gesteuerten Lasers 1 festgelegt werden.

Speziell wird bei der Ausführungsform zunächst eine ge­ wünschte Wiederholungsfrequenz gewählt und dann die Dauer des Emissionsintervalls auf einen Wert festgelegt, bei dem während des Emissionsintervalls Relaxationsschwingung in dem kontinuierlich gepumpten Laser auftritt.

Anders betrachtet kann der Rechner 112 das Pulsbreitenver­ hältnis des Steuerimpulssignals festlegen. Bei der Ausfüh­ rungsform ist das Pulsbreitenverhältnis des Steuerimpulssi­ gnals größer als 0,2 und ist so bemessen, daß während des Emissionsintervalls Relaxationsschwingung in dem Laser auf­ tritt. Bei einer Wiederholungsfrequenz von 8 kHz entspricht ein Pulsbreitenverhältnis von 0,4 einer Pulsbreite von 50 µsec und ein Pulsbreitenverhältnis von 0,64 einer Puls­ breite von 80 µsec. Es ist offensichtlich, daß auf diese Weise die gleichen Vorteile erhalten werden können.

In Fig. 8a und 8b ist angenommen, daß das Werkstück 303 mit einem Kohlenstoff enthaltenden Kunstharz bedeckt ist und daß die Dauer des Emissionsintervalls bzw. das Pulsbreiten­ verhältnis entsprechend Fig. 6 bzw. Fig. 7 eingestellt ist. Wenn der entsprechend gesteuerte Laserstrahl auf eine Stelle des Werkstücks 303 fokussiert wird, wird das Kunst­ harz an dieser Stelle erhitzt und hierdurch ein relativ flaches Loch 304 bzw. 306 sowie eine entfärbte Schicht 305 bzw. 307 erzeugt. Da der gepulste Laserstrahl jeweils aus Impulsgruppen mit mehreren Emissionsimpulsen besteht, wobei der Primäremissionsimpuls eine verringerte Intensität hat, wie in Fig. 6 und 7 gezeigt, wird die Verdampfung des Kunstharzes zugunsten des Schmelzens unterdrückt. Dies führt dazu, daß der im Kunstharz enthaltene Kohlenstoff auf der Oberfläche des Werkstücks 3 abgesetzt wird aufgrund des Unterschiedes des spezifischen Gewichtes zwischen Kunstharz und Kohlenstoff. Nach anschließender Entfernung des abge­ setzten Kohlenstoffs von der Oberfläche des Werkstücks 303 wird die entfärbte Schicht 305 oder 307 sichtbar, wodurch sich Markierungslinien mit hohem Kontrast an der Werk­ stückoberfläche ergeben.

Wie in Fig. 8A dargestellt, wird ein Loch 304 mit relativ geringer Tiefe durch Verdampfen des Harzes sowie eine Ent­ färbungsschicht 305 aufgrund des Schmelzens des Harzes er­ zeugt. Das Loch 304 und die Entfärbungsschicht 305 werden gebildet durch den gepulsten Laserstrahl, der von dem kon­ tinuierlich gepumpten Laser 1 unter Steuerung durch den Q-Schalter mit einer Wiederholungsfrequenz von 8 kHz und ei­ ner Pulsbreite von 80 µsec gemäß Fig. 7 emittiert wird. Da das Emissionsintervall W2 in diesem Fall länger ist als bei dem vorhergehenden Beispiel gemäß Fig. 6, ist die Intensi­ tät des Primäremissionsimpulses P1₍₈₀₎ niedriger als die des Primäremissionsimpulses P1₍₈₀₎, und die Gesamtzahl der Emissionsimpulse P1₍₈₀₎ und P2₍₈₀₎ im Emissionsintervall ist größer als die der Emissionsimpulse P1₍₅₀₎ und P2₍₅₀₎ des vorhergehenden Beispiels. Deshalb nimmt bei Vergrößerung des Emissionsintervalls die Menge des abgesetzten Kohlen­ stoffs und die Breite der Markierungslinie zu, während die durch Verdampfung bewirkte Tiefe der Markierungslinie ab­ nimmt. Gemäß Fig. 8B kann eine verbesserte Sichtbarkeit bzw. Erkennbarkeit der Markierungslinien bei geringerer Tiefe der Markierungslinien gegenüber dem Ausführungsbei­ spiel nach Fig. 8A erreicht werden.

Bei dem Lasermarkierungssystem gemäß der Erfindung kann die Dauer der Emissionsintervalle des gepulsten Laserstrahls geändert werden, während die Wiederholungsfrequenz und die Abtastgeschwindigkeit des gepulsten Laserstrahls konstant gehalten werden. Da während des relativ langen Emissionsin­ tervalls der dauerstrichgepumpte und durch Q-Schalter ge­ steuerte Laser eine Anzahl von Laseremissionsimpulsen mit relativ niedrigen Intensitäten aufgrund der Relaxations­ schwingung aussendet, werden Markierungslinien mit geringer Eindringtiefe auf der Oberfläche des Werkstücks erzeugt, ohne daß die Arbeitsgeschwindigkeit des Verfahrens abnimmt.

Bei Werkstücken mit einem dünnen Kunstharzfilm, der Kohlen­ stoff enthält, wird durch die von der Relaxationsschwingung verursachten mehreren Laserimpulse eine größere Menge Koh­ lenstoff auf der Werkstückoberfläche abgesetzt, wodurch sich eine verbesserte Erkennbarkeit der Markierungslinien ergibt.

Durch Änderung der Dauer der Emissionsintervalle des gepul­ sten Laserstrahls in Abhängigkeit von dem Material der Werkstückoberfläche, können optimale Arbeitsbedingungen für das jeweils vorliegende Werkstück leicht eingestellt werden, ohne daß die Qualität und die Arbeitsleistung des Markie­ rungsverfahrens abnehmen.

Claims (15)

1. Verfahren zum Markieren eines Werkstücks mit einem La­ serstrahl, unter Verwendung einer Laserquelle (1) mit einem kontinu­ ierlich gepumpten Lasermedium (100) und eines Q-Schalters, wobei das Ein- und Ausschalten des Q-Schalters durch ein Wiederholungs-Steuersignal gesteuert wird, das in jeder Wiederholungsperiode ein Emissionsintervall (W1, W2) auf­ weist, und die Laserquelle unter Steuerung durch den Q-Schalter den Laserstrahl in jedem Emissionsintervall emit­ tiert, und wobei der Laserstrahl entsprechend einem Ablenkmuster abgelenkt und auf das Werkstück fokussiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Emissionsintervalle so eingestellt wird, daß der Laser­ strahl in jedem Emissionsintervall in Form mehrerer Emissi­ onsimpulse (P1, P2) emittiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Einstellen der Dauer der Emissionsintervalle die Anzahl und Intensität der in jedem Emissionsintervall enthaltenen Emissionsim­ pulse geändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück in einer gegebenen Position gehalten und ein Oberflächenbe­ reich des Werkstücks mit dem Laserstrahl abgetastet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächen­ bereich des Werkstücks aus kohlenstoffhaltigem Kunstharz besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz in dem Oberflächenbereich entsprechend dem vom Laserstrahl ab­ getasteten Abtastmuster geschmolzen und verdampft wird, so daß der darin enthaltene Kohlenstoff sich als Belag ab­ setzt, und daß anschließend der abgesetzte Kohlenstoff ent­ fernt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Emissionsperioden des Wiederholungs-Steuersignals durch Einstellen des Pulsbreitenverhältnisses des Wiederholungs-Steuersignals eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lasermedium ein Nd:YAG-Stab und der Q-Schalter ein opto-akustischer Beugungsschalter ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wiederho­ lungs-Steuersignal eine unveränderliche Wiederholungsfre­ quenz im Bereich von 5 kHz bis 50 kHz aufweist und daß die Dauer der Emissionsintervalle auf einen Wert im Bereich von 20 µsec bis 200 µsec eingestellt wird.

9. Einrichtung zum Markieren eines Werkstücks mit einem La­ serstrahl, mit einer Laserquelle (1) mit einem kontinuierlich gepump­ ten Lasermedium (100) und einem Q-Schalter (101), dessen Ein- und Ausschalten durch ein Wiederholungs-Steuersignal gesteuert ist, das in jeder Wiederholungsperiode ein Emis­ sionsintervall W1, W2 aufweist, wobei die Laserquelle unter Steuerung durch den Q-Schalter den Laserstrahl während je­ der Emissionsperiode aussendet; sowie mit Ablenkmitteln (104, 105) zum Ablenken des Laserstrahls entsprechend einem Abtastmuster und Fokussierungsmitteln (102, 103, 104) zum Fokussieren des Laserstrahls auf einen Oberflächenbereich eines Werkstücks, gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung (110, 112, 113) zum Einstellen der Dauer der Emissionsin­ tervalle des Wiederholungs-Steuersignals derart, daß die Laserquelle während jedes Emissionsintervalls den Laser­ strahl in Form einer Anzahl von Emissionsimpulsen emit­ tiert.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, bei der durch Einstellen der Dauer der Emissionsintervalle die Anzahl und Intensität der in jedem Emissionsintervall ausgesendeten Emissionsimpulse veränderbar ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Q-Schalter (101) ein opto-akustischer Beugungsschalter ist und daß die Lasersteuerung eine Pulsbreitensteuerung (110), die ein Steuerimpulssignal mit einer EIN-Periode entsprechend jedem Emissionsintervall erzeugt, und einen Q-Schalter (3) bei (113) aufweist, der das Wiederholungs-Steuersignal für den Q-Schalter erzeugt, wobei das Wiederholungs-Steuersignal außerhalb der Emissionsintervalle eine Hochfrequenzschwin­ gung aufweist, die den Q-Schalter zur Erzeugung einer Ul­ traschallwelle für die Beugung anregt.

12. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Werkstücks aus kohlenstoffhaltigem Kunstharz besteht.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lasersteue­ rung die Dauer der Emissionsintervalle durch Einstellung des Pulsbreitenverhältnisses des Wiederholungs-Steuersi­ gnals einstellt.

14. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Lasermedium ein Nd-YAG-Stab und der Q-Schalter ein opto-akustischer Beugungsschalter ist.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Wiederho­ lungs-Steuersignal eine unveränderliche Wiederholungsfre­ quenz im Bereich von 5 kHz bis 50 kHz aufweist und daß die Dauer der Emissionsintervalle auf einen Wert im Bereich von 20 µsec bis 200 µsec eingestellt wird.