JP5913347B2 - パルスエネルギーを制御可能なレーザによって物品を加工するためのレーザ装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、物品を加工するための加工装置、特に合成樹脂をベースにして作られた文書にレーザマーキングをするための加工装置と、レーザパルスのパルスエネルギーと時間的な呼出しを制御することができるパルスレーザを使用する該当方法と、レーザ制御のために使用される信号をろ波するためのフィルタ装置に関するものである。

物品、例えば合成樹脂をベースにして作られた文書、特に有価兼保証文書に、レーザでマーキングをすることが従来技術によって知られている。合成樹脂をベースにして作られた文書は、しばしば同じ合成樹脂又は異なる合成樹脂から成る個々のフィルムを組み合わせて文書本体を形成する。この場合、若干のフィルム又は全てのフィルムは、観察人が気づかないようにあるいはレーザビームの吸収を促進し少なくとも目につかない顔料を含むように形成されている。レーザビームの吸収時に吸収されたエネルギーは、文書内の準備されたフィルム、すなわちこのフィルムによって形成された層の合成樹脂材料を変更するために利用される。特に、合成樹脂材料を形成するポリマーの化合と炭化がもたらされる。これは、例えば元の透明な合成樹脂材料の黒化を生じる。その代わりに、レーザ照射による色彩の変更又は構造的な変更を生じることもできる。

例えば合成樹脂をベースにした文書のレーザマーキングの際に、個々のレーザパルスのパルスエネルギーを制御することによって、合成樹脂の黒化度合を制御することができる。この場合、レーザマーキングの際に灰色段階が発生し得る。１つのレーザパルスと文書の材料との相互作用によって各々の画素が発生すると有利である。それによって、レーザから生じるレーザビームがビーム案内装置を介して文書上へ移動するので、レーザビーム内の個々のパルスによってそれぞれ個々の画素が文書上に又は文書の内部にマーキングされる。

したがって、加工情報によって設定された所望される特別な加工に依存して、連続するパルスのパルスエネルギーを変える必要がある。特に、統一された黒化度合によって生じる文字をもたらす際及び／又は発生する際に、設定されたパルスエネルギー、特に最大パルスエネルギーと、非常に小さなパルスエネルギー又はゼロのパルスエネルギーとを、隣接するマーキング場所で交互に発生する必要がある。物品上及び／又は物品内に、特に合成樹脂をベースにして作られた物品上に、新しい文字と記号を発生することは、ここではマーキングと呼ばれる。しかしながら、既に存在するもの、例えば文字、記号又は類似物を特徴づけることは、マーキングとは言わない。したがって、マーキングは、視覚的に感じられる物品内の変化による情報の蓄積に関連する、用語「中に形成する」、「上に形成する」及び／又は「発生する」と同義語であると理解すべきである。

マーキングのために使用されるパルスレーザがアナログ信号を受信するためのエネルギー制御入力部を備えたレーザ加工装置が知られている。このアナログ信号の電圧はレーザパルスエネルギーを制御する。このようなパルスレーザはさらに、レーザパルスの呼出しを時間的に制御することができる信号を受信するための呼出し入力部を備えている。レーザパルスを呼び出すために通常は、クロック信号が利用される。このクロック信号に合わせて、すなわち、クロック信号と時間的に相関して、ビーム案内装置が制御されるので、レーザから出力されたビームは、クロック信号によって設定された各々の刻時によって、物品上の新しい加工位置に案内される。それによって、クロック信号が例えば等間隔の方形パルスを介して時間的に等間隔の刻時を設定する場合には、時間的に等間隔の順序でレーザパルスがレーザから呼び出される。このパルスのエネルギーはパルスエネルギー信号を介して設定される。このパルスエネルギー信号は加工情報に相応して、クロック信号と時間的に相関して変えられる。時間的に相関して変えることは、パルスエネルギー信号がその都度クロック信号によって定められたレーザパルスの呼出し時点で、この呼び出されたレーザパルスのための所望なパルスエネルギーを表す値を有するように、パルスエネルギー信号の値の適合が行われることであると理解される。

時間的に等間隔とは、ここでは、その都度連続する２つの事象、例えば方形パルスの間の一定の時間的間隔であると理解される。時間的に等間隔の刻時は、少なくとも多数のクロックサイクルの間に、一定のクロック周波数を有する。

若干のパルスレーザシステム、特にダイオード励起式ファイバーレーザは、特にパルスエネルギー上昇時に、パルスエネルギーの時間的な変化に関して低域通過特性を有することが実際にわかった。これは、例えば最小パルスエネルギーから最大パルスエネルギーに変動する際に、実際のパルスエネルギーが要求された変動の後で要求されたパルスエネルギーに一致しないことを意味する。時間的に連続するレーザパルスであるパルスエネルギーは先ず最初に、最大パルスエネルギーに達するまで、若干のパルスにわたって上昇する。

このような装置によって例えば、個々の構造体、例えば文字の線が１つ又はそれ以下のピクセルに相当する線の太さを有する微小文字を表す加工情報を実現すると、コントラストに富んだ満足できる実現は、従来技術で知られている装置で不可能である。

特許文献１によって、２個の位置決め機構を備えたレーザ装置が知られている。この位置決め機構を介して、レーザビームを異なる目標領域に交互に向けることができる。これによって、レーザの全てのパルスが材料加工のために利用され、パルスエネルギーの変動が回避される。このレーザ加工装置は、２個の位置決め機構を必要とするので高価である。

独国特許出願公開第１１２０５００３０８８号明細書

そこで、本発明の課題は、多くの構造的費用をかけずに、従来技術によって知られている装置又は方法の利用を可能にするレーザ装置、方法及び装置を提供し、上記の欠点を除去することである。

本発明の基本思想
本発明は、従来パルス制御のために使用した信号を付加的な装置で処理し、修正した信号をパルスレーザの制御のために出力し、それによってパルスレーザがパルスの要求時に直ちに所望なパルスエネルギーを個々のパルスのために提供するという基本思想に基づいている。

特に、物品をレーザ加工するためのレーザ加工装置、特に合成樹脂をベースにして作られた文書にレーザでマーキングをするためのレーザ加工装置が提案される。このレーザ加工装置は、レーザパルスのパルスエネルギーと時間的な呼出しとを制御することができるパルスレーザを備え、このパルスレーザはレーザパルスエネルギーを制御する電圧を含むアナログ信号を受け取るためのエネルギー制御入力部と、レーザパルスの呼出しを時間的に制御することができる信号を受け取るための呼出し入力部とを備え、レーザ加工装置はさらに制御装置を備え、この制御装置が加工情報に基づいてパルスエネルギー信号を発生するように形成され、このパルスエネルギー信号がクロック信号と時間的に相関して電圧値をとり、この電圧値がクロック信号によって呼出し可能なレーザパルス用パルスエネルギーを表し、パルスエネルギー信号とクロック信号がフィルタ装置に案内され、このフィルタ装置が、パルスエネルギー信号の電圧を、少なくとも１つの設定可能な閾値条件と比較しかつ論理結果信号を発生するための比較装置と、ゲートと、調節可能な電圧源とを備え、クロック信号がゲートに案内され、ゲートが論理結果信号によって制御され、そして呼出し信号を発生及び出力し、電圧源が制御電圧のための設定に従う電圧を有するエネルギー制御信号を出力する。

論理結果信号は、論理値ＷＡＨＲとＦＡＬＳＣＨに割り当てられる２つの物理的状態をとることができる。

ゲートとしては、論理結果信号によって制御されてクロック信号を呼出し信号に変換する制御可能な全ての装置、特にＡＮＤゲートが役立つ。この場合、ゲートは一方の状態ではクロック信号に含まれる情報を「通過させることができ」、かつこの情報を呼出し信号に印加し、他方の状態ではこの情報伝送を「阻止し」、呼出し信号への印加を行わない。ゲートが例えば論理ＡＮＤゲート回路として形成されていると、クロック信号と論理結果信号は論理ＡＮＤゲート回路の入力部に案内される。この論理ＡＮＤゲート回路は、クロック信号内で生じる電圧レベルと論理結果信号内で生じる電圧レベルが論理ＡＮＤゲート回路のそれぞれの入力部にとって異なる２つの論理状態として認識されるように形成されている。これは、クロック信号内に生じる状態が同様にそれぞれ論理値ＷａｈｒとＦＡＬＳＣＨに割り当てられることを意味する。この場合、論理ＡＮＤゲート回路の出力信号は、論理ＡＮＤ演算に従って論理結果信号とクロック信号の論理値から生じる呼出し信号である。

さらに、パルスエネルギーとレーザパルスの時間的な呼出しを制御可能なパルスレーザのレーザ制御のためのフィルタ装置であって、このパルスレーザがレーザパルスエネルギーを制御する電圧を含むアナログ信号を受け取るためのエネルギー制御入力部と、レーザパルスの呼出しを時間的に制御することができる信号を受け取るための呼出し入力部とを備え、フィルタ装置がパルスエネルギー信号を受け取るためのパルスエネルギー入力部を備え、このパルスエネルギー信号がクロック信号と時間的に相関して電圧値をとり、この電圧値がクロック信号によって呼出し可能なレーザパルス用パルスエネルギーを表し、フィルタ装置がクロック信号を受け取るためのクロック入力部と、エネルギー制御信号出力部と、呼出し信号出力部と、パルスエネルギー信号の電圧を、少なくとも１つの設定可能な閾値条件と比較し、かつ論理結果信号を発生するための比較装置と、ゲート回路と、調節可能な電圧源とを備え、クロック信号がゲート回路に案内され、ゲート回路が論理結果信号によって制御され、呼出し信号を発生し、そして呼出し信号出力部に出力し、電圧源が設定可能な制御電圧を有するエネルギー制御信号をエネルギー制御信号出力部に出力する、フィルタ装置が提案される。

さらに、物品の材料を加工する際、特に合成樹脂をベースにして作られた文書にマーキングをする際に、レーザパルスのパルスエネルギーと時間的な呼出しとを制御することができるパルスレーザを制御するための方法であって、加工のためのレーザパルス用パルスエネルギーを表す電圧値をクロック信号と時間的に相関してとるパルスエネルギー信号を、閾値条件と比較して、論理結果信号を発生するステップと、クロック信号をゲートに案内し、論理結果信号によってゲートを制御して、呼出し信号を発生するステップと、制御電圧のための設定に従う電圧を有するエネルギー信号を提供するステップと、パルスレーザを制御するために呼出し信号とエネルギー信号を使用するステップを含む方法が提案される。ゲートの制御は好ましくはゲート内で呼出し信号を発生するように行われ、その際、呼出し信号は、その電圧が論理結果信号の一方の論理状態のためにクロック信号の電圧に追従し、そうでないときに設定された値、例えば０Ｖをとるように発生させられる。

提案したレーザ装置、提案したフィルタ装置及び提案した方法は特に、個人情報及び／又は個別情報を有する文書をマーキングするための使用、すなわちこれらの情報を組み込むための使用に適している。

効果は、相応するパルスエネルギー信号を提供する構成要素を変更しないで利用することができ、小さな構造体を強いコントラストで生じるために、付加的なフィルタ装置によって制御信号を簡単に変更することができることにある。閾値条件の選択により、物品の加工のために例えば所定のパルスエネルギーを上回るか又はパルスエネルギーが例えば所定のエネルギーウインドウ内にある加工情報の情報内容だけが物品を加工するために使用される。これにより、例えばパスポート、運転免許証又は類似物のような有価及び／又は保証文書が微小文字又は多次元点コード（例えば３Ｄ「バーコード」）を有することができる。この微小文字又は多次元点コードは、加工された位置又は画素あるいは加工されていない位置又は画素、例えばマーキングをした（視覚的に変更された）又はマーキングをしていない（視覚的に変更していない）位置又は画素を有する。それにもかかわらず、マーキングは最大コントラストで行うことができる。従来のファイバーレーザの低域通過特性は本発明によって「迂回」可能である。これによって、高いコントラストを有するマーキングが可能である。文字、画像等を高いコントラストで文書内に生じることができる。
定義
模倣、変造、模造等に対して保証特徴によって保護される全ての文書が、有価及び／又は保証文書であると見なされる。保証文書は特にパスポート、身分証明書、身元証明書、運転免許証、ビザ、製品保護のためのラベル、若干挙げれば例えば紙幣、小切手、キャッシュード、テレフォンカード、有価カードのような、価値を具体化する同様な包装又は文書を含む。

保証特徴は、有価及び／又は保証文書に対して、模倣、偽造及び／又は変造、模造又は他の操作を少なくとも困難にするか又は全く不可能にする特徴である。例えば特別な印刷方法又は他のマーキング方法、ホログラム、文書に挿入された、マイクロチップやアンテナ等のような構造体又は物品が保証特徴として利用可能である。個別的に又は組み合わせて有価及び／又は保証文書で使用することができる多彩な保証特徴が専門家に知られている。

短い時間内に大きな信号変化を示すエッジを有するパルスを含んだ電気的及び／又は光学的信号がクロック信号と見なされる。例えば方形パルスを有する信号がクロック信号として適している。この場合、方形パルスのエッジは時点を定めるために使用可能である。専門家に理解されるように、急傾斜のエッジを有する他のパルスもクロック信号として使用可能である。この場合、クロック信号はそれぞれのパルスレーザに合わせて選択することができ、このパルスレーザのパルスはクロック信号を介して呼出し可能である。レーザパルスの時間的な呼出しを開始することができるクロック信号のパルスはクロックパルスと呼ばれる。呼び出すための信号は呼出し信号とも呼ばれる。この場合、レーザパルスの時間的な呼出しを制御する呼出し信号のパルスは呼出しパルスとも呼ばれる。

パルスレーザから出力される光線はレーザビームであると見なされる。したがって、レーザビームは、レーザパルスと呼ばれる光パルスが伝播する光路を表す。

レーザパルスの位置決めとは、物品の位置にレーザパルスを向けることであると理解される。これにより、レーザパルスと物品の相互作用の位置が定められ、したがってレーザパルスが「位置決めされる」。

個別化情報とは、同じような物品の全体から、この物品のグループ又は個々の物品を個別的に特徴づける情報であると見なされる。名称「外交官パスポート」は一国の全体のパスポートから一グループのパスポートを個別化する。これに対して、シリアル番号は全体のパスポートのグループから個々のパスポートを個別化する。個人に割り当てられ、個人にとって少なくとも部分的に特有である情報が、個人情報と見なされる。個人情報は例えば名前、生年月日、出生地、宛名若しくは顔写真又は他の生物特定学的特徴等を含むことができる。

有利な実施形
微小文字又は微細なパターンを物品にマーキングするためにあるいは物品を微細な加工格子で加工できるようにするために、実施形では、比較装置が下限閾値を含む閾値条件を評価するように形成され、パルスエネルギー信号の電圧が下限閾値を上回るときに、論理結果信号が値ＷＡＨＲをとり、そうでない場合に値ＦＡＬＳＣＨをとるかあるいはパルスエネルギー信号の電圧が下限閾値を下回るときに、論理結果信号が値ＷＡＨＲをとり、そうでない場合に値ＦＡＬＳＣＨをとる。使用されるゲート回路の形成又はクロック信号の形成に応じて、パルスエネルギー信号の電圧が限界閾値を上回るときに、値ＷＡＨＲをとる結果信号を発生するかあるいは値ＦＡＬＳＣＨをとる結果信号を発生すると有利である。このような実施形は、物品を加工する際に、特に物品にマーキングをするときに「黒−白」情報を実現するために非常に適している。電圧値を常に基準ポテンシャルに関連して観察しなければならないので、最大パルスエネルギーに正の電圧あるいはその代わりに負の電圧を連想させることができる。この選択に依存して、高いパルスエネルギーの存在が、限界閾値を上回ること又は限界閾値を下回ることに論理的に結合される。

単一のパルスエネルギーで加工を行うことができるようにするために、発展形態では、フィルタ装置が切換装置を備え、フィルタ状態と呼ぶ一方の切換状態で、電圧源がエネルギー制御信号出力部に接続され、迂回状態と呼ぶ他の切換状態で、制御入力部で受け取ったパルスエネルギー信号がエネルギー制御信号出力部に案内される。フィルタ状態では、微細な空間的格子内で強いコントラストの加工が単一のパルスエネルギーでのみ可能であるが、切換装置の他のいわゆる迂回状態では可変のパルスエネルギーで加工が可能である。それによって、例えば灰色段階値を有する人の顔写真を、物品、例えばパスポート文書にマーキング、すなわち例えばパスポート文書に発生することができる。これに対してフィルタ状態では、１つ以下のマーキング点の範囲内の線の幅を有する微小文字を発生することができる。迂回状態でのパルスレーザの制御は、迂回方法モードでの制御と呼ばれる。この迂回方法モードでは、パルスエネルギー信号がエネルギー制御信号として使用され、クロック信号が呼出し信号として使用される。

要求されたパルスエネルギーの変動の際の迂回状態における（又は迂回方法モードでの制御時の）パルスエネルギーの遅延したエネルギー上昇は、灰色段階画像のマーキング又は発生時に、灰色段階画像が設定された画像情報である元の加工情報ほどコントラストをつけて形成されないように作用する。黒色の画素に最大電圧が割り当てられるが、灰色段階値には、明るければ明るいほど低い電圧値が割り当てられる。灰色段階画像内で非常に明るい灰色値から非常に暗い又は黒い値への急激な変化が発生すると、フィルタ装置の切換装置が迂回状態で運転されるときには、レーザ装置はパルスエネルギーを適切に適合させることができないので、このような移行は「あいまいに」なり、所望されるはっきりしたコントラストを有していない。これを改善するために、このようなコントラスト移行部において、設定されたパルスエネルギーで新たな加工を実施するように、後加工を行うことができる。後加工中は切換装置はフィルタ状態で運転される。これは、パルスレーザが加工情報に従ってパルス結果信号を出力する間に迂回方法モードによって制御され、そうでないときに制御されないことを意味し、これによりそうでないときには閾値条件とパルス結果信号の比較と、論理結果信号の発生と、ゲートへのクロック信号の案内と、論理結果信号によるゲートの制御と、呼出し信号の発生が行われる。

このような灰色段階画像の改善されたマーキングを可能にする有利な発展形態では、制御装置が情報フィルタ装置を備え、この情報フィルタ装置が加工情報の高域ろ波を行い、この場合エッジ加工情報を作成する。エッジ加工情報は、発生すべきグラフィック情報内で明るいところから暗いところへの大きなコントラスト差がどの位置に発生するかを記載する情報である。さらに、制御装置は、先ず最初に加工情報に従って、続いてエッジ加工情報に従ってパルスエネルギー信号を出力するように形成されている。加工情報の高域ろ波がエッジ加工情報を供給する。黒化度合につれて増大する値が各灰色段階値又は黒に割り当てられ、高域ろ波を行うということから出発すると、各加工位置のために高域ろ波された値が得られる。この値は、きわめて大きな灰色値変化が発生する場所で特に大きい。したがって、エッジ加工情報が大きな値を有する個所で、付加的なレーザマーキングを行うことができる。この場合、エッジ加工情報はパルスエネルギー信号を発生するための加工信号と同様に使用可能である。閾値設定のための閾値エネルギーの適切な選択と、制御電圧のための適合された設定によって、第２マーキングステップでエッジのコントラストを改善することができる。

他の実施形では、加工情報が何度も出力され、所定の灰色段階値又は灰色段階値の領域に一致するパルスエネルギー信号の電圧のためのマーキングだけがその都度行われる。そのために、実施形では、比較装置が設定電圧範囲を含む閾値条件を評価するように形成され、パルスエネルギー信号の電圧が設定電圧範囲内にあるときに、論理結果信号が値ＷＡＨＲをとり、そうでない場合に値ＦＡＬＳＣＨをとるかあるいはその代わりにパルスエネルギー信号の電圧が設定電圧範囲内にあるときに、論理結果信号が値ＦＡＬＳＣＨをとり、そうでない場合に値ＷＡＨＲをとる。異なる代替策は異なるゲート形成を可能にする。ゲートは論理状態ＷＡＨＲで又は異なる形成の場合状態ＦＡＬＳＣＨでクロック信号の通知を行うことができる。

他の実施形の場合、比較装置が、設定電圧範囲を含む閾値条件を評価できるように形成されている。この設定電圧範囲は下限閾値と上限閾値によって表すことができる。この他の実施形の場合、比較装置は、パルスエネルギー信号の電圧を限界閾値と比較する例えば２つの比較回路を備えている。パルスエネルギー信号の電圧が下限閾値の上方にありかつ上限閾値の下方にあるときに、論理結果信号は値ＷＡＨＲにセットされ、そうでない場合に値ＦＡＬＳＣＨにセットされる。この実施形は、加工情報に従い設定電圧範囲によって表される範囲内にあるパルスエネルギーで行われる加工ステップを、設定されたパルスエネルギーで行うことを可能にする。閾値条件が限界閾値とインターバル電圧によって表される他の実施形が可能である。

レーザパルスの発生と、加工すべき物品上又は物品内でのレーザビームの位置決めとの時間的な調和を容易にするために、実施形では、パルスエネルギー信号とクロック信号に合わせて、すなわちパルスエネルギー信号とクロック信号に時間的に相関して、ビーム案内装置を付加的に制御するように、制御装置が形成されている。

有利な実施形では、フィルタ装置が、制御電圧の設定及び／又は切換装置を切り換えるための切換設定及び／又は閾値条件を検出することができるインターフェースを備えている。他の実施形では、切換装置が制御電圧のための設定に依存してその切換状態を選択する。制御電圧が値ゼロをとり、これに連関して調節可能な電圧源が０Ｖの値をエネルギー信号出力部に供給するように、制御電圧のための設定が例えば選択されていると、これを迂回切換条件の選択として解釈することができ、切換装置を迂回状態に移行させることができる。制御電圧のための設定が値ゼロと相違していると、フィルタ状態に交替させられる。インターフェースは所望される調節すべき電圧のための情報を伝えるための任意のインターフェースであってもよく、例えばアナログインターフェースであってもよい。この場合、かけた各電圧値に、調節すべき電圧が割り当てられている。その代わりに、通信プロトコル、例えばＲＳ２３２、ＵＳＢインターフェース等を定めたインターフェースを使用可能である。

他の実施形では、加工情報に割り当てられた閾値条件及び／又は加工情報に割り当てられた制御電圧のための設定及び／又は場合によっては切換状態設定及び／又はエッジ加工情報に割り当てられた閾値条件及び／又はエッジ加工情報に割り当てられた制御電圧の設定を発生及び出力するように、制御装置が形成されている。

有利な実施形では、パルスレーザがファイバーレーザ、好ましくはダイオード励起式ファイバーレーザである。ビーム案内装置は有利な実施形では少なくとも１つの検流計を使用して実現されている。

本発明に係る方法の特徴は、レーザ装置の利点と同じ利点を有する。フィルタ装置の特徴にも、同じことが当てはまり、この特徴はレーザ装置及び方法の利点と同じ利点を有する。

次に、図を参照して本発明を詳しく説明する。

従来技術に係るレーザ装置を概略的に示す図である。 レーザ加工装置の実施の形態を概略的に示す図である。

図１には、物品２を加工するためのレーザ加工装置１が概略的に示してある。このレーザ加工装置は、一方でパルスレーザ４を、他方ではビーム案内装置５を制御する制御装置３を備えている。このビーム案内装置５はパルスレーザ４のレーザビーム６を、物品２の一つの位置に適切に案内する。

物品２の加工又はマーキングは加工情報７に従って行われる。加工情報は、簡略化して示した例では、ピクセル化した、すなわち画素に分解した列である。図示した例において、画素に割り当てられた位置は物品２上でマーキングをされていないままで、これは「−」の記号で示してあるかあるいは黒化されて、これは「Ｓ」によって示してある。物品がある位置で、最低エネルギー閾値未満のパルスエネルギーを有するレーザパルスで加工されると、通常は材料変化は生じない。黒化を達成するためには、ここに記載したパルスレーザの設計に従って、最大パルスエネルギーが必要となる。専門家に理解されるように、パルスレーザが最大パルスエネルギーで運転されないときにも、一つのレーザパルスで十分で所望な黒化を達成し得るようなパルスレーザが存在する。以下においてその都度、最大パルスエネルギーが物品の最適な黒化を生じ、それを超えて破壊を生じないか又は他の画素である隣接する場所のマーキングを損なわないように、パルスレーザが選択及び採寸されていることから出発する。

最適な場合、マーキングをすべきではない場所に当たるレーザビームのレーザパルスはパルスエネルギー０を有する。これはレーザがパルスを放出しないことと同じ意味である。

以下において、最小エネルギー閾値未満のエネルギーを有するレーザパルスが発生しないか又は発生するかの区別はしない。両ケースの場合、パルスエネルギー０のレーザパルスと言う。これは、実際に発生しなかったレーザパルスと、物品の材料を変化させるのに十分なエネルギーを有していないレーザパルスであると理解される。

パルスレーザ４はエネルギー制御入力部８を有する。このエネルギー制御入力部にアナログ信号を供給することができる。この信号の電圧はレーザパルスエネルギーを制御する。加えられる電圧が大きければ大きいほど、レーザから出力されるパルスエネルギーは大きくなる。パルスレーザ４はさらに、信号を受信するための呼出し入力部９を備えている。この信号によって、レーザパルスの呼出しを時間的に制御することができる。

このエネルギー制御を行うために、制御装置３は加工情報７に基づいてパルスエネルギー信号１０を発生する。このパルスエネルギー信号の電圧変化が図形で概略的に記入されている。電圧１２が時間１３に対して記入してある。パルスエネルギー信号１０の発生はクロック信号１４に時間的に相関して行われる。このクロック信号は、概略的な図形表示１６で示すように、しばしばトリガパルスとも呼ばれる短いクロックパルス１５を、等しい時間的間隔をおいて有する。再び、電圧が時間に対して記入されている。パルスエネルギー信号１０はパルスレーザ４のエネルギー制御入力部に案内され、クロック信号１４はパルスレーザ４の呼出し入力部９に案内される。

パルスエネルギー信号１０は、クロック信号１４のクロックパルス１５−１、１５−４〜１５−６、１５−８、１５−９に一致する時間に対して、最小電圧を有する。このクロックパルスはレーザパルス１９−１、１９−４〜１９−６、１９−８、１９−９を呼出し、このレーザパルスはビーム案内装置５を経て、マーキングをすべきでない物品２の場所に案内される。パルスエネルギー信号１０は、クロック信号１４のクロックパルス１５−２、１５−３、１５−７、１５−１０〜１５−１４に一致する時間に対して、最大電圧を有する。このクロックパルスはレーザパルス１９−２、１９−３、１９−７、１９−１０〜１９−１４を呼出し、このレーザパルスは物品２のマーキングをすべき場所、すなわち黒化すべき場所に案内される。

ビーム案内装置５の制御は、クロック信号１４に適合して、すなわちこのクロック信号に時間的に相関して、制御信号１７を介して行われる。この制御信号は制御装置３によって発生させられる。ビーム案内装置５は好ましくはレーザビーム６のビーム案内を生じるための検流計１８を備えている。

パルスレーザ４が低域通過特性を有するので、黒化を生じる個々のレーザパルス１９−２、１９−３、１９−７、１９−１０〜１９−１４は全てが、黒化のために必要な最大レーザエネルギーを有しているとは限らない。これは、時間１３に対するパルスエネルギー２１を記入した概略的な図形表示２０から明らかである。

個々のレーザパルス１９のパルスエネルギーは、パルスエネルギー信号の電圧が０から最大値、例えば１０Ｖに変化した後で、徐々に増大することが分かる。要求される最大パルスエネルギーを有する、時間的に直接連続する約３〜５つのレーザパルス１９の後で初めて、この最大パルスエネルギーが実際に達成される。

これは結果的に、一連の画素２２−１〜２２−１４（ピクセル）がいろいろな灰色段階値を有するが、黒ではないことによって表される。特に、隣接する画素２２−６、２２−８をマーキングをしていない（及びマーキングをすべきでない）画素２２−７は、明るい灰色段階を有する。これは満足できるものではない。というのは、コントラストが不十分であるからである。

図２には、レーザ加工装置３１の実施の形態が略示してある。文書として形成された物品２のマーキングが同じ加工情報７に基づいてこのレーザ加工装置によって行われる。同じ技術的特徴又は同じように作用する技術的特徴は、全ての図において同じ参照符号で示してある。

エネルギー制御入力部８と呼出し入力部９を有するパルスレーザ４は、図１に示した従来技術のレーザ加工装置１の場合のように、レーザビーム６を発生する。このレーザビームは個々のレーザパルス１９からなっている。レーザビーム６はビーム案内装置５によって案内される。そのために、ビーム案内装置は好ましくは検流計１８を備えている。

従来技術の実施の形態の場合のように、制御装置３１は加工情報に基づいてパルスエネルギー信号１０を発生する。このパルスエネルギー信号の電圧変化１１は、従来技術の制御装置３によって発生させられる電圧変化に似ている。

図２のレーザ加工装置３０の実施の形態の場合には、パルスエネルギー信号１０とクロック信号１１がパルスレーザ４のエネルギー制御入力部８と呼出し入力部９に直接的に案内されない。制御装置３１とレーザ４との間にフィルタ装置３２が設けられている。

このフィルタ装置３２はパルスエネルギー信号１０を受け取るためのパルスエネルギー入力部３３を備えている。フィルタ装置３２はさらに、クロック信号１４を受け取るためのクロック信号入力部３４を備えている。

パルスエネルギー信号１０の電圧は、比較装置３５において閾値条件３６と比較される。比較の結果は論理結果信号３７によって表される。比較結果は図形表示４３によって時間１３に対して例示的に記入されている。実施の形態では、閾値条件が満たされているときには、結果信号３７が論理値ＷＡＨＲをとり、そうでない場合には値ＦＡＬＳＣＨをとる。閾値条件を論理的に否定して表現することができるので、他の実施の形態の場合には選択を反対に表現することが可能である。閾値条件を例えば次のように表現することができる。すなわち、「パルスエネルギー信号の電圧は下限閾値よりも大きいですか？」。その代わりに、閾値条件を次のように表現することができる。すなわち、「パルスエネルギー信号の電圧は下限閾値を下回っていますか？」。したがって、閾値条件の選択に依存して、パルスエネルギー信号の所定の電圧値はこの閾値条件を満足するか又は満足しないことになる。しかし、以下において、閾値条件３６を満足するときには、論理結果信号３７が値ＷＡＨＲをとり、そうでない場合には値ＦＡＬＳＣＨをとると仮定する。

一般的に、論理信号ＷＡＨＲはある電圧レベルを連想させられ、値ＦＡＬＳＣＨは他の電圧レベル、例えば０Ｖを連想させられる。

クロック信号１４は論理結果信号３７によって制御されるゲート３８に案内される。論理結果信号が値ＷＡＨＲを有すると、クロック信号１４はゲート３８を通って案内され、呼出し信号３９を発生する。この呼出し信号はクロック信号の呼出しパルスに一致する呼出しパルス４５を含んでいる。論理結果信号が値ＦＡＬＳＣＨを有すると、ゲートが遮断され、呼出し信号３９は所定の値、例えば０Ｖの電圧を有する。ゲート３８は例えばＡＮＤ回路として形成されたゲート回路によって実現可能である。呼出し信号３９は呼出し信号出力部４８から出力される。ここで、クロック信号１４として光信号を使用してもよい。クロックパルス１５は例えば光パルスに一致する。呼出し信号３９が各クロックパルス１５−２、１５−３、１５−７、１５−１０〜１５−１４に一致する呼出しパルス４５−２、４５−３、４５−７、４５−１０〜４５−１４を含んでいることが重要である。このクロックパルスはさらに、閾値条件を満足するパルスエネルギー信号の電圧に割り当てられている。クロック信号１４の残りのクロックパルス１５−１、１５−４〜１５−６、１５−８、１５−９はほとんど「取り除かれ」、図形で示すように呼出し信号１９には含まれていない。したがって、閾値条件を満足しないパルスエネルギー信号１０の電圧値に割り当てられるクロックパルス１５−１、１５−４〜１５−６、１５−８、１５−９は、ゲート３８によってブロックされ、伝送されない。このクロックパルス１５−１、１５−４〜１５−６、１５−８、１５−９については、呼出し信号３９内に一致は存在しない。

さらに、フィルタ装置３２は電圧源４０を備えている。この電圧源は電圧に関して安定したエネルギー制御信号４１を発生する。電圧源は好ましくは調節可能であり、それによって制御電圧の設定に従ってエネルギー制御信号４１の電圧が発生させられる。

フィルタ装置３１はインターフェース４２を経て制御電圧のための設定値を受け取ることができる。同様に、フィルタ装置は代替的に又は付加的にフィルタ装置３２の機械的アクチュエータ（図示せず）を介して調節可能である。

実施の形態の場合には、インターフェース４２を経て閾値条件３６を検出することもできる。ある実施の形態の場合には、下限閾値を含む閾値条件を評価するように、比較装置３５が形成されている。そのために、比較装置３５は、電圧を下限閾値と比較し、パルスエネルギー信号１０の電圧が下限閾値を上回るときに、値ＷＡＨＲを有する結果信号を発生する比較回路を備えていなければならない。

他の実施の形態の場合には、比較装置は、設定電圧範囲を含む閾値条件を評価し得るように形成されている。この設定電圧範囲は下限閾値によって及び上限閾値によって決めることが可能である。限界閾値とインターバル電圧を決める他の実施形も可能である。この他の実施形の場合、比較装置３５は例えば、パルスエネルギー信号の電圧を限界閾値と比較する２つの比較回路を含んでいる。電圧が下限閾値よりも高く、上限閾値よりも低いときには、結果信号３７が値ＷＡＨＲにセットされ、そうでない場合には値ＦＡＬＳＣＨにセットされる。この実施形は、設定されたパルスエネルギーで加工ステップを実施することを可能にする。この加工ステップは加工情報に従って、設定電圧範囲によって表された範囲内にあるパルスエネルギーで実施される。

それにもかかわらず、可変のパルスエネルギーで加工ステップを実施できるようにするため、例えば灰色段階画像にマーキングをする（発生する）ために、図２のフィルタ装置３１は切換装置４４を備えている。フィルタ状態と呼ばれる一方の切換状態では、パルスエネルギー信号が比較装置に供給され、クロック信号がゲート３８に供給され、電圧源４０からエネルギー制御信号４１が発生及び出力される。それによって、電圧源はエネルギー制御信号出力部４６に接続されている。この状態で、コントラストがはっきりした「黒−白」情報、例えば微小文字をマーキングをする（発生する）ことができる。迂回状態と呼ばれる他の切換状態では、パルスエネルギー信号１０がエネルギー制御信号出力部４６に接続されているので、エネルギー制御信号４１はパルスエネルギー信号によって供給される。さらに、クロック信号１４は呼出し信号３９として呼出し信号出力部４８に直接案内されるか又は各クロックパルス１５が呼出しパルス４５を発生するような状態にゲート３８がセットされる。遅延回路４７を経てパルスエネルギー信号１０及び／又はクロック信号１４を案内することができる。それによって、ビーム案内装置５によるビーム案内への適合を維持するために、フィルタ状態で発生する信号処理時間に対する時間的な適合を行うことができる。

ある実施の形態の場合、制御装置３１は情報フィルタ装置５１を備えている。この情報フィルタ装置は加工情報を高域ろ波し、エッジ加工情報５２を発生する。加工すべき物品の各加工場所について、１つの加工情報と１つのエッジ加工情報が存在する。この加工情報はこの場所の加工ステップのためのパルスエネルギーを表し、エッジ加工情報は、加工情報に係るパルスエネルギーが先に加工すべきである物品上の隣接場所のパルスエネルギーに対してどの位相違しているかについての表示を含んでいる。ある場所から次の場所へパルスエネルギーが増大すると、このパルスエネルギーはエッジ加工情報で大きな値を有する。エッジ加工情報は、「コントラストエッジ」、すなわち発生した情報内の明るさから暗さへの変化をどのくらい後加工することができるかについての情報を含んでいる。

フィルタ装置３１内の切換装置４４の迂回状態で物品にマーキングをするために、加工情報７が利用されると、例えば灰色段階画像にマーキングをする。この灰色段階画像のエッジはパルスレーザ４の低域通過特性に基づいて、図１の実施の形態に関連して説明したように、取り除かれてコントラストが弱くなる。

続いて、ビーム案内装置５の新たな同じ制御の際に、物品の新たな加工が行われる。この場合、エッジ加工情報５２はパルスエネルギー信号１０を発生するために使用され、フィルタ装置３１は切換装置４４によってフィルタ状態で運転される。閾値条件３６は、加工情報内で加工エネルギーの急激な変化が生じる場所だけにマーキングをするようにセットされ、したがってエッジ加工情報は大きな値を有する。電圧源４０によって発生したエネルギー制御信号４１の電圧は多くの場合中位に選択することができる。というのは、第１加工ステップですでに部分黒化が生じているからである。したがって、エッジ加工情報に従うマーキング又は加工は、加工情報７に従う加工に一致するように行われ、コントラストの改善をもたらす。理解されるように、この後加工を、例えば顔写真を示す加工情報の一部に限定することができる。

切換状態のいろいろな利点に従う加工情報のいろいろな部分をマーキングするために、加工情報の加工中に後加工せずに、フィルタ状態と迂回状態との間の切換を行うことができる。迂回状態では灰色段階を発生することができ、フィルタ状態ではコントラストがはっきりし、場所毎に高い分解能を有する微細な構造をマーキングすることができる。

専門家に理解されるように、例示的な実施の形態だけを説明した。上記の加工方法とレーザ加工装置とフィルタ装置は特に、個別に扱う情報及び／又は個人情報を、保証文書として形成された物品にマーキングするために適している。

１ レーザ加工装置
２ 物品
３ 制御装置
４ パルスレーザ
５ ビーム案内装置
６ レーザビーム
７ 画像加工情報
８ エネルギー制御入力部
９ 呼出し入力部
１０ パルスエネルギー信号
１１ 電圧変化
１２ 電圧
１３ 時間
１４ クロック信号
１５ クロックパルス
１６ 図形表示
１７ 制御信号
１８ 検流計
１９ レーザパルス
２０ 図形表示
２１ パルスエネルギー
２２ 画素
３０ レーザ加工装置
３１ 制御装置
３２ フィルタ装置
３３ パルスエネルギー入力部
３４ クロック信号入力部
３５ 比較装置
３６ 閾値条件
３７ 結果信号
３８ ゲート
３９ 呼出し信号
４０ 電圧源
４１ エネルギー制御信号
４２ インターフェース
４３ 図形表示
４４ 切換装置
４５ 呼出しパルス
４６ エネルギー制御信号出力部
４７ 遅延回路
４８ 呼出し信号出力部
５１ 情報フィルタ装置
５２ エッジ加工情報

Claims (11)

1. 合成樹脂をベースにして作られた文書にレーザでコントラスに富んだマーキングをするためのレーザ加工装置であって、
   前記レーザ加工装置がレーザパルス（１９）のパルスエネルギーと時間的な呼出しとを制御することができるパルスレーザ（４）を備え、
   このパルスレーザがレーザパルスエネルギーを制御する電圧を含むアナログ信号を受け取るためのエネルギー制御入力部（８）と、前記レーザパルス（１９）の呼出しを時間的に制御することができる信号を受け取るための呼出し入力部（９）とを備え、
   前記レーザ加工装置が制御装置（３１）を備え、この制御装置が加工情報（７）に基づいてパルスエネルギー信号（１０）を発生するように形成され、このパルスエネルギー信号がクロック信号（１４）と時間的に相関させて電圧値をとり、この電圧値が前記クロック信号（１４）によって呼出し可能な前記レーザパルス（１９）用パルスエネルギーを表す、
   上記レーザ加工装置（３０）において、
   前記パルスエネルギー信号（１０）と前記クロック信号（１４）がフィルタ装置（３２）に案内され、
   このフィルタ装置（３２）が、前記パルスエネルギー信号（１０）の電圧を、少なくとも１つの設定可能な閾値条件（３６）と比較し、かつ論理結果信号（３７）を発生するための比較装置（３５）と、ゲート（３８）と、調節可能な電圧源（４０）とを備え、
   前記クロック信号（１４）が前記ゲートに案内され、前記ゲートが前記結果信号（３７）によって制御され、そして呼出し信号（３９）を発生及び出力し、
   前記電圧源が制御電圧のための設定に従う電圧を有するエネルギー制御信号（４１）を出力する
   ことを特徴とするレーザ加工装置（３０）。
2. 前記比較装置（３５）が下限閾値を含む閾値条件（３６）を評価するように形成され、前記パルスエネルギー信号（１０）の電圧が下限閾値を上回るときに、前記論理結果信号が値ＷＡＨＲをとり、そうでない場合に値ＦＡＬＳＣＨをとるかあるいは前記パルスエネルギー信号（１０）の電圧が下限閾値を下回るときに、前記論理結果信号が値ＷＡＨＲをとり、そうでない場合に値ＦＡＬＳＣＨをとることを特徴とする請求項１記載の装置（３０）。
3. 前記比較装置（３５）が設定電圧範囲を含む閾値条件を評価するように形成され、前記パルスエネルギー信号（１０）の電圧が設定電圧範囲内にあるときに、前記論理結果信号（３７）が値ＷＡＨＲをとり、そうでない場合に値ＦＡＬＳＣＨをとるかあるいはその代わりに前記パルスエネルギー信号（１０）の電圧が設定電圧範囲内にあるときに、前記論理結果信号（３７）が値ＦＡＬＳＣＨをとり、そうでない場合に値ＷＡＨＲをとることを特徴とする請求項１又は２記載の装置（３０）。
4. 付加的にビーム案内装置（５）を前記パルスエネルギー信号（１０）とクロック信号（１４）に適合させて制御するように、前記制御装置（３１）が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置（３０）。
5. 前記フィルタ装置（３２）が切換装置（４４）を備え、フィルタ状態と呼ぶ一方の切換状態で、前記電圧源がエネルギー制御信号出力部（４６）に接続され、迂回状態と呼ぶ他の切換状態で、制御入力部で受け取ったパルスエネルギー信号が前記エネルギー制御信号出力部（４６）に案内され、発生した前記呼出し信号（３９）が前記クロック信号（１４）に等しいか又はその代わりにクロック信号（１４）が呼出し信号出力部（４８）に案内されるように、前記ゲート（３８）が制御されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置（３０）。
6. パルスエネルギーとレーザパルス（１９）の時間的な呼出しを制御可能なパルスレーザ（４）に関して、コントラストに富んだレーザマーキングのための制御のためのフィルタ装置（３２）であって、このパルスレーザが前記レーザパルスエネルギーを制御する電圧を含むアナログ信号を受け取るためのエネルギー制御入力部（８）と、前記レーザパルス（１９）の呼出しを時間的に制御することができる信号を受け取るための呼出し入力部（９）とを備え、前記フィルタ装置（３２）が前記パルスエネルギー信号（１０）を受け取るためのパルスエネルギー入力部（３３）を備え、このパルスエネルギー信号がクロック信号（１４）と時間的に相関して電圧値をとり、この電圧値が前記クロック信号（１４）によって呼出し可能な前記レーザパルス（１９）用パルスエネルギーを表し、前記フィルタ装置が前記クロック信号（１４）を受け取るためのクロック信号入力部（３４）と、エネルギー制御信号出力部（４６）と、呼出し信号出力部（４８）と、前記パルスエネルギー信号（１０）の電圧を、少なくとも１つの設定可能な閾値条件（３６）と比較し、かつ論理結果信号（３７）を発生するための比較装置（３５）と、ゲート（３８）と、調節可能な電圧源（４０）とを備え、前記クロック信号（１４）が前記ゲートに案内され、前記ゲートが前記結果信号（３７）によって制御され、呼出し信号（３９）を発生し、そして前記呼出し信号出力部（４８）に出力し、前記電圧源が設定可能な制御電圧を有するエネルギー制御信号（４１）を前記エネルギー制御信号出力部（４６）に出力することを特徴とするフィルタ装置（３２）。
7. 前記フィルタ装置（３２）が切換装置（４４）を備え、フィルタ状態と呼ぶ一方の接続状態で前記電圧源が前記エネルギー制御信号出力部（４６）に接続され、迂回状態と呼ぶ他方の接続状態で制御入力部で受信した前記パルスエネルギー信号が前記エネルギー制御信号出力部（４６）に案内され、発生した前記呼出し信号（３９）がクロック信号（１４）に等しいか又はその代わりに前記クロック信号（１４）が前記呼出し信号出力部（４８）に案内されるように、前記ゲート（３８）が制御されることを特徴とする請求項６記載のフィルタ装置（３２）。
8. 合成樹脂をベースにして作られた文書にコントラストに富んだマーキングをする際に、レーザパルス（１９）のパルスエネルギーと時間的な呼出しとを制御することができるパルスレーザ（４）を制御するための方法において、
   加工のためのレーザパルス（１９）用パルスエネルギーを表す電圧値をクロック信号（１４）と時間的に相関してとるパルスエネルギー信号（１０）を、閾値条件（３６）と比較して、論理結果信号（３７）を発生するステップと、
   前記クロック信号（１４）をゲート（３８）に案内し、
   前記論理結果信号（３７）によって前記ゲート（３８）を制御して、呼出し信号（３９）を発生するステップと、
   制御電圧のための設定に従う電圧を有するエネルギー制御信号（４１）を提供するステップと、
   前記パルスレーザ（４）を制御するために前記呼出し信号（３９）とエネルギー制御信号（４１）を使用するステップ
   を含むことを特徴とする方法。
9. 前記パルスレーザ（４）が時間的に迂回方法モードで制御され、この迂回方法モードにおいて前記パルスエネルギー信号（１０）が前記エネルギー制御信号（４１）として使用され、前記クロック信号（１４）が前記呼出し信号（３９）として使用されることを特徴とする請求項８記載の方法。
10. 前記パルスレーザ（４）から呼び出された前記レーザパルス（１９）を制御して前記物品（２）上で位置決めするために、付加的にビーム案内装置（５）が前記パルスエネルギー信号（１０）と前記クロック信号（１４）に合わせて制御されることを特徴とする請求項８又は９記載の方法。
11. 前記加工情報（７）が高域ろ波され、この場合、エッジ加工情報（５２）が作成され、さらに先ず最初に前記パルスエネルギー信号（１０）が前記加工情報（７）に従って、続いて前記エッジ加工情報（５２）に従って出力され、この場合、同じ加工位置に割り当てられた前記レーザパルス（１９）が前記加工情報（７）と前記エッジ加工情報（５２）に従って一致するように工作物上に順々に放出されるように、前記ビーム案内装置（５）が制御され、前記パルスレーザ（４）が前記加工情報（７）に従って前記パルスエネルギー信号（１０）を出力する間に迂回方法モードによって制御され、そうでないときに制御されないことを特徴とする請求項１０記載の方法。

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