DE3738330C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Lasermarkierungsverfahren für
die Oberfläche eines Gegenstandes.
Eine Art von Lasermarkierungsverfahren für die Oberfläche
eines Gegenstandes ist aus JP-A-54-56 576 bekannt. Dabei
wird unmittelbar die Oberfläche eines Gegenstandes, der aus
unterschiedlichen Materialien bestehen kann, mit Hilfe
eines Laserstrahls so weit erhitzt, daß das Material des
Gegenstandes an dessen Oberfläche die Farbe ändert. Der
Farbumschlag wird bewirkt durch die hohe eingestrahlte
Laserenergie und die damit einhergehende sehr starke
örtliche Temperaturerhöhung. Jedoch ist der Farbumschlag
praktisch nicht beeinflußbar, sondern durch das Material
des zu markierenden Gegenstandes vorgegeben. Zumeist
erfolgt der Umschlag in der Form, daß die Oberfläche des
Gegenstandes eine schwarze Färbung annimmt.
Um Markierungen mit verschiedener Färbung herstellen zu
können, wird in DE 33 11 882 A1 ein Verfahren zur
Herstellung eines Aluminiumschildes vorgeschlagen, bei dem
in die Eloxalschicht auf der Oberfläche des
Aluminiumschildes Stoffe eingebracht werden, die sich
kontrastierend zur Umgebung verändern, wenn ein
Laserstrahl mit hoher Energie eingestrahlt wird. Als
einlagerbare Stoffe werden unter anderem Zink, Kobald und
Bleiverbindungen genannt. Beschränkt ist die Anwendbarkeit
dieses Verfahrens auf Stoffe, deren Farbumschlag derart
erfolgt, daß eine sich gegenüber der hellen Eloxalschicht
absetzende Verfärbung eintritt. Ferner weist dieses
Verfahren, ebenso wie das zuvor geschilderte Verfahren,
den Nachteil auf, daß ein Laserstrahl hoher Energie
eingestrahlt werden muß, um die Verfärbung zu erzeugen.
Empfindliche Gegenstände können daher mit diesem
Verfahren in der Regel nicht mit einer Markierung versehen
werden.
Aus GB-A-20 81 467 ist ein Gegenstand aus einem
hitzeempfindlichen Material bekannt, bei dem mit Hilfe
einer vergleichsweise geringen Temperaturerhöhung ein
Farbumschlag erreicht werden kann. Bei dem beschriebenen
Gegenstand werden thermochrome Verbindungen entweder auf
die Oberfläche des Gegenstandes aufgebracht oder in dessen
Material verteilt. Bei bestimmten Temperaturen findet dann
ein Farbumschlag statt, der zur Aufbringung der Markierung
genutzt wird. Als thermochrome Verbindungen werden unter
anderem Kobalt, Kupfer, Vanadium und Eisenverbindungen
genannt. Sowohl die Temperatur des Farbumschlags als auch
die erzielbaren Farben sind auf bestimmte Wertebereiche
bzw. Farbpaare beschränkt.
Aus DE-OS 23 61 628 sind weitere Verbindungen bekannt, die
mit Hilfe per Einstrahlung eines Laserstrahls ihre Farbe
ändern. Jedoch sind die dazu erforderlichen Laserenergien
größer und es müssen größere Temperaturen erzielt werden,
um einen Farbumschlag zu bewirken.
Bei den bisher bekannten Verfahren ist die Anwendbarkeit
nur gegeben, wenn der mögliche Farbumschlag erreicht wird
bei einer Temperatur, die eine Beschädigung des
Gegenstandes ausschließt. Die bisherigen Verfahren sind
daher beschränkt auf Gegenstände mit entsprechender
Temperaturbeständigkeit und ferner auf die dabei
erzielbaren Farbumschläge.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
Lasermarkierungsverfahren anzugeben, mit dem Gegenstände,
deren Temperaturempfindlichkeit den Einsatz der bisher
bekannten Verfahren verhindert, ebenfalls mittels eines
derartigen Verfahrens bearbeitet werden können und eine
gut sichtbare Markierung erzielt wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein
Lasermarkierungsverfahren gemäß dem Patentanspruch.
Vorteilhaft bietet die Erfindung eine Lösung für die
Fälle, bei denen der Einsatz eines
Lasermarkierungsverfahrens wünschenswert ist, in denen
aber ein Lasermarkierungsverfahren herkömmlicher Prägung
nicht eingesetzt werden konnte auf Grund der
Temperaturempfindlichkeit des zu markierenden Gegenstandes
bzw. auf der mangelnden Erkennbarkeit des erzielbaren
Farbumschlags. Nicht zuletzt durch die erfindungsgemäß
erzielbaren verschiedenen Farben ist die Erkennbarkeit der
Markierung aber gegenüber dem Stand der Technik erhöht.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die
beiliegenden Zeichnungen genau beschrieben, in denen zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer
Vorrichtung zur Durchführung des vorliegenden
Verfahrens,
Fig. 2 den Betrieb der in Fig. 1 dargestellten
Vorrichtung,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer weiteren
Vorrichtung zur Durchführung des vorliegenden
Verfahrens, und
Fig. 4 eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des
vorliegenden Verfahrens.
In Fig. 1 ist beispielhaft eine perspektivische
Darstellung einer TEACO2-Lasermarkierungsvorrichtung, die
sich für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet.
Fig. 2 zeigt den Betrieb der in Fig. 1 dargestellten
Lasermarkierungsvorrichtung, die mit einer Maske arbeitet, wobei das Bezugszeichen (1)
einen Laseroszillator zur Aussendung eines
Markierungslaserstrahls (2) darstellt. Der Laserstrahl
(2) wird auf einen reflektierenden Spiegel (3) geleitet,
von welchem er auf eine Kondensorlinse (4) gerichtet wird.
Die von der Kondensorlinse (4) gesammelten Strahlen treten
durch eine Maske (5) hindurch, die ein Markierungsmuster (5a)
auf einer Oberfläche auf einem Produkt (6) bildet, auf welchem
das Markierungsmuster (5a) bei dieser Darstellung ein
Buchstabe (A) gebildet wird.
Ein Verschluß (1a) ist in der Laserbahn zwischen dem
Laseroszillator und dem reflektierenden Spiegel (3)
vorgesehen und die Maske (5) wird von einem Maskenhalter (7)
aufgenommen. Die Kondensorlinse (4) ist in einem
Kondensorabschnitt (8) untergebracht. Das zu markierende
Produkt (6) ist in dieser Figur als Elektromagnetschalter
dargestellt und ein Abschnitt desselben, auf dem die
Markierung angebracht werden soll, ist mit dem Bezugszeichen
(9) bezeichnet.
Es wird nunmehr der Betrieb an Hand von Fig. 2 näher beschrieben.
Der Markierungsabschnitt (9) bezüglich der Quelle des
Produktes (6) wird einleitend mit einer Schicht
aus einer Kombination von mehreren Pigmenten aus der
Gruppe Hg-Verbindungen und Kalium-Kobalt-Nitrid
überzogen, deren Ausgangsfarben sich infolge einer
internen Struktur bei einer vorgegebenen oder über diese
hinausgehenden Temperatur ändern. Der Überzug kann durch
Anstreichen des Abschnittes mit Pigment erzielt werden.
Anschließend wird die Lagebeziehung zwischen dem
Laseroszillator (1), dem reflektierenden Spiegel (3), der
Maskenplatte (5), der Kondensatorlinse (4) und dem
Produkt (6) derart reguliert, daß die Oberfläche des
Produktes (6) auf der Seite der Kondensorlinse (4) der
Maskenplatte (5) zugewandt ist. Anschließend wird der
Markierungsabschnitt (9) des Produktes (6) mit dem
Laserstrahl (2) des Laseroszillators (1) durch die das
Markierungsmuster (5a) aufweisende Maskenplatte (5) und
die Kondensorlinse (4) bestrahlt. Durch diese Bestrahlung
wird das Pigment in dem vom Laserstrahl beaufschlagten
Abschnitt unmittelbar auf die vorgegebene oder eine höhere
Temperatur erhitzt und ändert seine innere Struktur und somit
seine Farbe, wodurch eine Markierung erhalten wird, die
gegenüber ihrer Hintergrundfarbe eine unterschiedliche
Farbe aufweist.
Hinsichtlich einer irreversiblen oder semi-irreversiblen
Änderung der inneren Struktur und somit der Farbe des
Pigmentes als Folge der durch die Laserbestrahlung erhöhten
Temperatur sind zwei Pigmentarten verfügbar, nämlich ein
Pigment, dessen Moleküle, beispielsweise H₂O und CO₂,
aus dem Pigment durch Erhitzen auf die vorgegebene oder
höhere Temperatur abgegeben werden, so daß es thermisch
zersetzt wird und seine molekulare Struktur permanent ändert,
um dadurch eine gegenüber seiner Ausgangsfarbe verschiedene
Farbe zu erhalten, während beim anderen Pigment, dessen
kristalliner Aufbau und somit seine Farbe beispielsweise
durch einen Glasübergang als Folge der erhöhten Temperatur
geändert wird.
Eine Einteilung der verwendeten
Pigmente ist in der Tabelle 1 angegeben und die Temperaturen,
bei welchen sich die Pigmente der Tabelle 1 in ihrer Farbe
ändern und die Farbänderungen sind in der Tabelle 2 aufgeführt.
In der Tabelle 2 sind auch weitere, nicht typische
Temperaturen und Farbänderungen ergänzend angegeben. Es
wird darauf hingewiesen, daß die Pigmente der
Nr. 6 Farbänderungen als Folge einer thermischen
Zersetzung darstellen.
Ausführungsformen Nr. | |||||
Einteilung der Pigmente | |||||
1 | |||||
anorganische Hg-Verbindung | |||||
2 @ | 3 @ | 4 @ | 5 @ | 6 | Kaliumkobalt(III)nitrid |
Wie vorausgehend aufgeführt wurde, verwendet das
erfindungsgemäße Lasermarkierungsverfahren die Änderung in
der inneren Struktur der Pigmente infolge einer
Temperaturerhöhung desselben, auf Grund der Bestrahlung mit
dem Laserstrahl. Daher bestehen keine Schwierigkeiten
bezüglich Staub und/oder Rauch, die für das zu markierende
Produkt unerwünscht sind und die Markierung selbst erfolgt
ohne ein Gravieren auf der Produktoberfläche. Der Kontrast
der Markierung gegenüber dem Hintergrund kann sehr hoch
gemacht werden.
Erfindungsgemäß ist es möglich, die Temperatur,
bei welcher die Farbänderung auftritt, auf einen
verhältnismäßig niedrigen Wert, beispielsweise 70°C, zu
begrenzen und daher kann die vorliegende Markierung
selbst bei einem Produkt durchgeführt werden, das thermisch
instabil ist. Ferner kann, wie vorausgehend aufgeführt
wurde, die erfindungsgemäß verwendete Laserleistung
erheblich reduziert werden, verglichen mit dem üblichen
Verfahren, das eine örtliche Verdampfung oder ein Brennen
des Werkstoffs vorsieht, aus dem das Produkt besteht.
Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung einer
Lasermarkierungsvorrichtung einer mit Laserpunktauffall
arbeitenden Markierungsart, die aus einer Kombination
eines Impulslasers und eines polygonalen Spiegels besteht,
und Fig. 4 zeigt eine Abänderung der Vorrichtung nach
Fig. 3, bei welcher der polygonale Spiegel durch ein Paar
Abtastspiegel (3a) ersetzt ist, die in Richtung (A)
verschwenkbar sind, und ein Abtastspiegel (B) ist in
Richtung (B) verschwenkbar und die Spiegel werden durch
Steuersignale (21) aus einer Steuervorrichtung (20)
programmgesteuert.
Gemäß Fig. 3 wird der polygonale Spiegel (3c) gedreht,
während das zu markierende Produkt (6) in einer zur
Richtung (C) senkrecht verlaufenden Richtung abgetastet
wird.
Mit den in den Fig. 3 und 4 dargestellten Vorrichtungen
kann das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls wirkungsvoll ausgeführt
werden. Während der TEACO₂-Laser hier als Laserstrahlquelle
beschrieben wird, können andere Laser, beispielsweise
ein Nd : YAG-Laser, ebenfalls mit gleicher Wirkung verwendet
werden.
Wie vorausgehend aufgeführt wurde, ist es erfindungsgemäß
möglich, eine einfarbige oder mehrfarbige Markierung durch
geeignete Wahl eines Pigmentes und einer Laserenergiedichte
zu liefern.
Claims (1)
- Lasermarkierungsverfahren für die Oberfläche eines Gegenstandes mit folgenden Schritten:
- - Beschichten der Oberfläche mit einer Kombination von mehreren Pigmenten aus der Gruppe Hg-Verbindungen und Kalium-Kobalt-Nitrid, deren Ausgangsfarben ab bestimmten vorgegebenen Temperaturen in jeweils verschiedene andere Farben verändert werden, und
- - Bestrahlen von Abschnitten der Beschichtung mit einer Mischung einer entsprechenden Anzahl von Laserstrahlen mit unterschiedlichen Energiedichten, die jeweils erforderlich sind, um die Oberfläche des Gegenstands auf die bestimmten Temperaturen zu erhitzen, so daß die bestrahlten Abschnitte mit verschiedenen Farben markiert werden.
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