DE3402871A1

DE3402871A1 - Verfahren zum beschriften von transparenten bauelementen mit einem yag-laser

Info

Publication number: DE3402871A1
Application number: DE19843402871
Authority: DE
Inventors: Robert 8000 München Tesch
Original assignee: Optische Werke G Rodenstock
Current assignee: Optische Werke G Rodenstock
Priority date: 1984-01-27
Filing date: 1984-01-27
Publication date: 1985-08-08
Also published as: DE3402871C2

Description

Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschriften von Bauelementen aus Glas gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist beispielsweise aus der EU-PS 0 002 738 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren soll ein transparentes Werkstück dadurch beschriftet werden, daß eine Materialschicht auf das plattenförmige Werkstück mittels eines Laserstrahls aufgebracht wird. Hierzu wird das Werkstück von dem Laserstrahl, beispielsweise dem Strahl eines YAG-Lasers durchstrahlt. Auf der dem Laser gegenüberliegenden Seite ist eine Folie aus dem aufzubringenden Material angeordnet. Diese Folie wird von dem durch das Werkstück hindurchgetretenen Laserstrahl verdampft. Hierdurch lagern sich Materialteilchen in die Oberfläche des Werkstücks ein, wodurch eine Materialschicht gebildet wird.
Dieses bekannte Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 hat den Nachteil, daß das Beschriften durch einen Materialauftrag auf dem Werkstück erfolgt. Dieser Materialauftrag ist beispielsweise bei der Beschriftung von Brillengläsern mit Einschleifmarkierungen sehr störend.
Zudem ist das bekannte Verfahren bei nicht-plattenförmigen Bauteilen, beispielsweise bei transparenten Werkstücken mit optischer Wirkung, wie Brillengläsern, kaum anwendbar, da bei der Verschiebung des Laserstrahls oder des Bauteils zum Erzeugen eines Beschriftungsmusters die jeweilige optische Wirkung des Werkstücks berücksichtigt werden muß.
Verfahren anderer Gattung sind aus der DE-OS 19 59 853, der DE-AS 26 51 109 der DE-OS 31 47 385 und der DE-OS 31 45 278 bekannt.
Bei diesen Verfahren erfolgt eine Beschriftung durch die Erwärmung und den damit verbundenen Materialabtrag aufgrund der Absorption eines Laserstrahls in der Oberfläche eines zu beschriftenden Bauelements bei direkter Bestrahlung.
Insbesondere die DE-OS 31 45 g78 gibt die Lehre, zum berührungslosen Abtragen von Material von der Oberfläche eines Glasgegenstandes in jedem Falle einen C02 Laser zu verwenden, da gerade dessen Wellenlänge von Glas absorbiert wird.
Diese Verfahren haben entweder den Nachteil, daß bei der Beschriftung von Bauelementen aus Silikatglas die Verwendung eines teuren und schlecht zu stabilisierenden C02 - Lasers erforderlich ist, da nur dessen Licht absorbiert wird (DE-OS 19 59 853, DE-OS 31 45 278 bzw. DE-OS 31 47 385), oder daß bei Verwendung eines YAG-Lasers nur Kunststoff-Bauteile beschriftet werden können (DE-AS 26 51 109).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Beschriften von insbesondere optischen Bauelementen aus beliebigen Materialien zu schaffen, bei dem kein Folienmaterial auf der Oberfläche des zu beschriftenden Bauelements niedergeschlagen wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Überraschenderweise zeigt sich, daß bei einer Anordnung der Folie zwischen Laser und zu beschriftendem Bauelement kein Folienmaterial auf dem Bauelement niedergeschlagen wird.
Vielmehr wird das Folienmaterial durch die absorbierte Energie des Laserstrahls verdampft. Die dabei entstehende Temperaturerhöhung führt zu einer starken lokalen Vernarbung der Oberfläche des Bauelements entsprechend der Bewegung des Laserstrahls auf der sich an das Bauelement anschmiegenden Metallfolie.
Diese starke lokale Vernarbung unterscheidet sich deutlich von dem Materialabtrag, wie er bei dem z.B. aus der DE-OS 31 45 278 bekannten Verfahren erzielt wird, und hat beispielsweise den Vorteil, daß die lokale Vernarbung sowohl besser erkennbar ist als auch den Brillenträger weniger stört.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den weiteren Vorteil, daß unabhängig von dem Material des zu beschriftenden Bauelements immer mit einem Neodym-YAG-Laser gearbeitet werden kann, da die Absorption des Laserstrahls in der Folie erfolgt, und völlig gleichgültig ist, ob der Laserstrahl in dem Bauelement absorbiert wird, oder ob nicht. Damit eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise zum Beschriften von Brillengläsern sowohl aus Silikatglas wie aus Kunststoff, wie beispielsweise Diäthylenglykol-bis-allylcarbonat, Polycarbonat, Acrylglas etc..
Darüberhinaus hat das erfindungsgemäße Verfahren den weiteren Vorteil, daß die Verschiebung des Laserstrahls bzw. des Bauelements zum Erzeugen eines bestimmten Beschriftungsmusters unabhängig von der optischen Wirkung, der Dicke, dem Brechungsindex etc. des Bauelements ist, da der Beschriftungs-Laserstrahl" nicht das optische Bauelement passiert.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß Anspruch 2 ist es besonders vorteilhaft, wenn die Metallfolie zur Verbesserung der Anschmiegung an das optische Bauelement plastisch verformt wird. Die Wärmeentwicklung und damit die die Strichstärke der Beschriftung be#ti#bmende Vernarbung der Oberfläche sind so besonders gleichmäßig.
Vorteilhafte Metallfolien, wie sie in Anspruch 3 gekennzeichnet sind, bestehen aus Aluminium, Stahl oder Kupfer ohne Trägerschicht (Kaschierung).
Die Dicke der Metallfolie liegt nach Anspruch 4 bevorzugt im Bereich zwischen 10pm und 2zum.
Gemäß Anspruch 5 ist es von Vorteil, wenn der Laserstrahl so geführt wird, daß keine geschlossene Linienzüge entstehen, sondern Stege von etwa 1/lOmm "stehenbleiben". Hierdurch wird aus der Folie kein Material herausgeschnitten, das an dem Bauelelement anhaften könnte und später entfernt werden müßte.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, in der zeigen: Fig.1 eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäusen Verfahrens, und Fig.2 ein vorteilhaftes Beschriftungsmuster zur Vermeidung geschlossener Linienzüge.
Die in Fig.1 dargestellte Anordnung besteht aus einem Laser 1 und einer Halterung 2 für ein zu beschriftendes Bauelement 3.
Das Bauelement 3 ist mit seiner Konvexseite (im Grenzfall auch mit einer planen Seite) dem Laser 1 zugekehrt. An die dem Laser 1 zugekehrte Seite des Bauelements 3 schmiegt sich eine dünne Metallfolie 4 an.
Eine nicht dargestellte Steuerung sorgt dafür, daß der Laserstrahl die Oberfläche der Folie und damit des zu beschriftenden Bauelements entsprechend dem gewünschten Beschriftungsmuster abtastet. Diese Abtastung kann in an sich bekannter Weise bespielsweise durch Verschieben des Bauelements realisiert werden, so daß hierauf nicht näher eingegangen werden muß.
Der Laser 1 ist ein Neodym-YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1,06um.
Bevorzugterweise erfolgt die Einstrahlung des Laserstrahls senkrecht von oben, da dann das Folienmaterial ungehindert verdampfen kann.
Bei einer Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem SILAMATIC-Laser der Fa. Siemens beträgt der Arbeitsabstand ca. 66 mm. Die Strahlleistung ist im Impulsbetrieb maximal 50 Watt und liegt typischerweise in der Größenordnung von weniger als 1 Watt.
Bei einer Impulsfrequenz von 5 kHz ist die Schreibgeschwindigkeit 25 mm/s. Bei Verwendung einer nichtkaschierten Aluminiumfolie mit einer Dicke von 16 um erhält man eine Strichbreite der Beschriftung zwischen 30 und 4zum.
Neben der aus Kostengründen vorzugsweise verwendeten Aluminiumfolie können auch aus anderen Metallen bestehende Folien, beispielsweise Kupfer oder Stahlfolien verwendet werden. Vorzugsweise sind diese Folien nicht kaschiert.
Bei der Verwendung einer Aluminiumfolie kann eine Verbesserung des Anschmiegens dadurch erzielt werden, daß die Folie durch "Recken" über die Konvexseite des Bauelements 1 plastisch verformt wird. Stahlfolien werden dagegen im allgemeinen nur elastisch verformt.
Fig. 2 zeigt eine Möglichkeit, wie Beschriftungsmuster, die eigentlich geschlossene Linienzüge erfordern würden, bevorzugterweise realisiert werden. Durch kleine Stege mit einer Dicke von mindestens 1/10 mm bis typischerweise 5/10 mm wird verhindert, daß der Laserstrahl Teile aus der Folie herausschneidet, die an dem Bauelement anhaften könnten, und in einem späteren Arbeitsgang entfernt werden müßten.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Bauelement ein Brillenglas. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können alle bislang beispielsweise mit einem Stichel eingeritzten Markierungen (für das Einschleifen in eine Fassung, Markenzeichen etc.) erzeugt werden. Dabei ist es gleichgültig, ob das Brillenglas aus Silikatglas oder Kunststoff wie Diäthylenglykol bis-allylcarbonat besteht. In jedem Falle erhält man eine gut erkennbare Markierung mit gleichmäßiger Strichstärke, die trotzdem den Brillenträger nicht stört.
Natürlich können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beliebige Bauelemente, wie Linsen etc., beschriftet werden.

Claims

Verfahren zum Beschriften von transparenten Bauelementen mit einem YAG-Laser Patentansprüche 1. Verfahren zum Beschriften von transparenten Bauelementen mit einem YAG-Laser und einem plattenförmigen Element, das den die Oberfläche des Bauelements entsprechend der gewünschten Beschriftung abtastenden Laserstrahl absorbiert, dadurch gekennzeichnet, daß das plattenförmige Element eine dünne Metallfolie ist, die sich an eine konvexe dem Laserstrahl zugekehrte Fläche des Bauelements aus Silikatglas, Kunststoff etc. anschmiegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie zur Verbesserung der Anlage an dem Bauelement plastisch verformt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht kaschierte Metallfolie aus Aluminium, Kupfer oder Stahl etc. besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Metallfolie 10 bis 20 um beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-#, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl keine geschlossenen Linienzüge beschreibt.