KR101422564B1 - 금속 표면의 레이저 마킹 방법 및 그에 의한 마커를 가진 제품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속 표면의 레이저 마킹 방법 및 그에 의한 마커를 가진 제품에 관한 것이고, 구체적으로 금속 표면에 레이저 마킹을 하여 제품 표면의 코팅 여부와 관계없이 인식될 수 있도록 하여 마커가 반영구적으로 유지될 수 있도록 하는 금속 표면의 레이저 마킹 방법 및 그에 의한 마커를 가진 제품에 관한 것이다. 레이저 마킹에 의하여 금속 표면에 마커를 형성하는 방법은 미리 결정된 방법에 의하여 설정된 매개변수를 포함하는 제1 조건에 따라 마커를 형성하는 단계; 및 제1 조건의 매개변수의 값과 서로 다른 값을 가지는 적어도 하나의 매개변수를 포함하는 제2 조건에 기초하여 제1 조건에 의하여 형성된 마커를 제외한 미리 결정된 영역을 따라 레이저를 조사하는 단계로 이루어진다.

Description

금속 표면의 레이저 마킹 방법 및 그에 의한 마커를 가진 제품{Method for Laser Marking on Metal Surface and Product Having Marker by the Same}

본 발명은 금속 표면의 레이저 마킹 방법 및 그에 의한 마커를 가진 제품에 관한 것이고, 구체적으로 금속 표면에 레이저 마킹을 하여 제품 표면의 코팅 여부와 관계없이 인식될 수 있도록 하여 마커가 반영구적으로 유지될 수 있도록 하는 금속 표면의 레이저 마킹 방법 및 그에 의한 마커를 가진 제품에 관한 것이다.

제품에 각인이 되는 라벨 또는 표지는 프린팅 또는 타각과 같은 방법으로 만들어질 수 있다. 예를 들어 각각의 차량에 고유한 차대 번호는 타각 방식으로 만들어질 수 있다. 타각 방식은 금속 표면을 다이아몬드 또는 초경합금으로 스크래치를 만들어 마커를 형성하는 것을 말한다. 이와 같이 형성된 마커는 부식이 되기 쉽고, 변조가 가능하고 그리고 제품 표면 코팅이 되는 경우 인지가 되기 어렵다는 단점을 가진다.

금속 표면에 마커를 형성하기 위한 다른 방법으로 레이저 마킹이 있다. 레이저 마킹은 금속 또는 수지 제품을 포함하는 다양한 제품에 라벨 또는 표지를 각인하기 위하여 사용될 수 있다. 금속 표면이 레이저 마킹이 되는 경우 요구되는 형상이 만들어지기 어렵고 작업 시간이 길어질 수 있다는 단점을 가진다.

금속 표면의 레이저 마킹과 관련된 선행기술로 특허등록번호 제0964574호 ‘금속 소재의 표면에 대한 레이저 컬러 마킹 방법’이 있다. 상기 선행기술은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 또는 스테인리스 스틸 중 어느 하나의 선택된 금속 소재의 표면에 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition)에 의해 컬러 바탕 층을 형성하고, 상기 컬러 바탕 층의 표면에 아크릴 소재 또는 폴리카보네이트 소재 중 선택된 것을 화학 기상 증착에 의해 증착 형성하여 투명 보호 층을 형성한 후, 상기 금속 소재의 컬러 바탕 층에 대한 레이저 조사를 시행하여 레이저에 의한 열로 인해 상기 컬러 바탕 층을 구성하고 있는 물질이 변색됨에 따라 컬러 바탕 층과 상이한 색상을 갖는 컬러 도안이 형성되도록 하고, 레이저는 100 내지 600 mm/sec의 속도와 20 내지 180 Hz의 주파수 대역 및 40 내지 75 W의 파워로 금속 소재의 표면에 대하여 0.02 ~ 0.1 mm의 간격을 갖도록 해칭을 조사하며, 반복되는 수직 또는 수평의 평행선 형태로 조사하거나 각도를 달리하는 반복의 평행선에 의한 교차선 형태 중 선택된 형태로 조사하고, 상기 컬러 바탕 층은 티타늄, 티타늄과 탄소의 혼합물 또는 티타늄과 질소의 혼합물 또는 티타늄과 탄소 및 질소 혼합물 중 선택된 것을 증착하여 선택된 물질에 따라 금속 소재의 표면에 다른 색상의 컬러가 연출되게 하는 것을 특징으로 하는 금속 소재의 표면에 대한 레이저 컬러 마킹 방법에 대하여 개시한다.

실용신안등록번호 제0398846호 ‘레이저를 이용한 철판 마킹 장치’가 있다. 상기 선행기술은 Z-축 칼럼에 구비된 Z-축 드라이브와, 상기 Z-축 드라이브의 동력으로 상기 Z축 칼럼을 타고 상하이동하는 X-축 칼럼과, 상기 X-축 칼럼에 설치된 X-축 드라이브 및 내부에 장착된 Y-축 드라이브의 동력으로 전후좌우 방향으로 이동하며 선재코일에 마킹 작업을 수행하는 마킹 유닛으로 구성된 선재코일제품 마킹 장치에 있어서, 상기 마킹 장치에 레이저 빔을 송출하는 레이저 발진기가 구비되고, 상기 레이저 발진기에 송출된 레이저 빔을 상기 마킹 유닛으로 전송하는 광케이블이 포함된 것을 특징으로 하는 철판 마킹 장치에 대하여 개시한다.

금속 표면의 마킹 방법과 관련된 또 다른 선행기술로 특허등록번호 제0612609호 ‘레이저 마킹기로 시각적으로 홀로그램화가 되는 표식을 금속재 부품의 표면에 가공하는 방법 및 그에 의해 제조된 금속재 부품’이 있다. 상기 선행기술은 금속재 부품을 마련하는 단계; 초점 렌즈로부터 레이저 빔의 직경인 초점 크기가 1 ㎛ 내지 60 ㎛가 되는 초점까지의 초점 거리를 기준으로 상기 초점 렌즈와 가까워지는 방향으로 0.2 ㎜ 내지 7 ㎜ 및 상기 초점 렌즈와 멀어지는 방향으로 0.2 ㎜ 내지 7 ㎜ 중 선택된 어느 한 지점에 상기 금속재 부품의 가공 표면이 있도록 상기 레이저 빔의 초점을 조절하는 단계; 및 상기 금속재 부품의 가공 표면에 소정 모양의 표식이 소정 깊이만큼 함몰 형성되도록 레이저 빔을 조사하여 상기 금속재 부품의 표면에서 열적인 변화와 빛의 산란으로 상기 표식이 홀로그램화가 되는 표식을 금속재 부품의 표면에 가공하는 방법에 대하여 개시한다.

선행기술은 수지 표면의 내부를 코팅하는 방법과 관련되거나 홀로그램을 형성하는 것과 관련되고 내구성이 요구되는 제품에 적용이 되기 어렵다는 단점을 가진다. 예를 들어 자동차 등록번호 또는 차대 번호의 경우 자동차 내부 철판에 다이아몬드 핀으로 스크래치를 내어 0.2 ㎜ 내지 0.3 ㎜ 깊이의 홈이 형성하여 마킹 효과가 부여되도록 하는 방법이 적용되어 왔다. 이와 같은 경우 마킹 방지 면 위에 부식 방지를 위한 페인트가 도장이 되어도 파진 홈의 깊이로 인하여 마킹 부위가 인식이 될 수 있다. 그러나 선행기술은 이와 같은 마킹을 위하여 적용될 수 없다는 단점을 가진다. 다른 한편으로 다이아몬드 핀에 의한 마킹 방법은 기계적 마모가 심하고 다이아몬드 핀의 수명으로 인하여 예를 들어 500대 이상의 마킹이 어렵고 설치비용 및 장치비용이 많이 소요된다는 문제점을 가진다.

본 발명은 선행의 레이저 마킹 기술, 다이아몬드 핀 마킹 기술 또는 다른 금속 표면 마킹이 가진 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.

본 발명의 목적은 마킹 부분을 포함하는 제품에 대한 도장 또는 코팅 면이 형성되어도 인식이 가능하도록 하면서 내구성을 가진 금속 표면에 대한 레이저 마킹 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 표면에 레이저 마킹에 의한 마커를 가지고 마커 부분은 다른 부분에 비하여 표면 거칠기가 다르면서 코팅이 되지 않은 상태에서 산화막이 형성된 레이저 마커를 가진 금속 소재의 제품을 제공하는 것이다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 레이저 마킹에 의하여 금속 표면에 마커를 형성하는 방법은 미리 결정된 방법에 의하여 설정된 매개변수를 포함하는 제1 조건에 따라 마커를 형성하는 단계; 및 제1 조건의 매개변수의 값과 서로 다른 값을 가지는 적어도 하나의 매개변수를 포함하는 제2 조건에 기초하여 제1 조건에 의하여 형성된 마커를 제외한 미리 결정된 영역을 따라 레이저를 조사하는 단계로 이루어진다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 제1 조건의 매개변수 또는 제2 조건의 매개변수는 주파수, 마킹 속도, 초점 거리 및 펄스 간격을 포함하고, 상기 제1 조건에 의하여 형성된 마커는 해칭 형태의 돌기 또는 도트(dot)의 연속으로 이루어지고 그리고 상기 금속 표면에 대한 외부 코팅이 된 후 식별이 된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 마킹이 되어야 할 금속 표면의 특성이 결정되는 단계; 마킹 패턴이 결정되는 단계; 상기 금속 표면의 특성 및 마킹 패턴에 기초하여 마킹 조건이 결정되는 단계; 상기 마킹 조건에 따라 상기 금속 표면에 마킹이 되는 단계; 및 상기 마킹에 의하여 마킹 패턴이 해칭 패턴으로 형성이 되는 단계를 포함하고, 상기 마킹 조건은 펄스 간격 및 해칭 패턴의 간격을 포함하고, 상기 해칭 패턴은 상기 금속 표면에 대한 코팅이 된 이후 식별이 된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 금속 표면에 레이저에 의하여 마커가 형성된 금속 제품에 있어서, 상기 마커는 탄화가 된 막 또는 산화 막을 가지고, 해칭(hatching) 형상이 되고, 상기 해칭의 깊이는 10 내지 500 ㎛가 되고 그리고 상기 해칭에 의하여 형성된 사선 또는 홈 사이의 간격이 0.005 내지 0.5 ㎜가 된다.

본 발명에 따른 마킹 방법은 금속 표면에 예를 들어 차량 등록 번호 또는 차대 번호의 마킹에 사용되어 부식 방지 코팅에도 불구하고 외부에서 인식이 가능하도록 한다는 이점을 가진다. 또한 본 발명에 따른 마킹 방법은 내구성을 가지면서 위조 또는 변조가 어렵다는 장점을 가진다. 추가로 본 발명에 따른 마킹 방법은 금속 표면의 예를 들어 QR 코드(Quick Response Code)의 형성 또는 다른 마커 또는 표지의 형성에 적용될 수 있도록 한다는 장점을 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 마킹 방법의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2a는 본 발명에 따른 마킹 방법이 적용되는 레이저 장치의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2b는 본 발명에 따른 마킹 방법에서 제1 조건에 따른 마킹과 제2 조건에 따른 마킹의 실시 예를 도시한 것이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.

본 발명에 따른 레이저 마킹 방법은 금속 표면에 마커(marker)를 형성하는 것과 관련되고, 미리 결정된 방법에 의하여 설정된 매개변수를 포함하는 제1 조건에 따라 마커를 형성하는 단계; 및 제1 조건의 매개변수의 값과 서로 다른 값을 가지는 적어도 하나의 매개변수를 포함하는 제2 조건에 기초하여 제1 조건에 의하여 형성된 마커를 제외한 미리 결정된 영역을 따라 레이저를 조사하는 단계로 이루어진다. 또한 본 발명에 따른 마커를 형성하는 방법은 마킹이 되어야 할 금속 표면의 특성이 결정되는 단계; 마킹 패턴이 결정되는 단계; 상기 금속 표면의 특성 및 마킹 패턴에 기초하여 마킹 조건이 결정되는 단계; 상기 마킹 조건에 따라 상기 금속 표면에 마킹이 되는 단계; 및 상기 마킹에 의하여 마킹 패턴이 해칭 패턴으로 형성이 되는 단계를 포함하고, 상기 마킹 조건은 펄스 간격 및 해칭 패턴의 간격을 포함하고, 상기 해칭 패턴은 상기 금속 표면에 대한 코팅이 된 이후 식별이 되는 것을 특징으로 하고 또한 본 발명에 따른 방법에 의한 마커를 가지는 제품에서 마커는 산화 막을 가지고, 해칭 또는 메시 형상이 되고, 상기 해칭 또는 메시의 깊이는 10 내지 500 ㎛가 되고 그리고 해칭 또는 메시에 의하여 형성된 홈 사이의 간격이 0.005 내지 0.5 ㎜가 된다.

아래에서 구체적으로 설명이 된다.

도 1은 본 발명에 따른 마킹 방법의 실시 예를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 마킹 방법은 마킹이 되어야 할 금속 제품의 표면 특성을 결정하는 단계(S11); 금속 표면에 각인이 되어야 할 마커를 설계하는 단계(S12); 상기 금속 표면 특성 및 설계된 마커에 기초하여 레이저 마킹 조건을 결정하는 단계(S13); 마킹 조건에 따라 금속 표면에 마킹을 하는 단계(S14); 마킹 과정에서 미리 정해진 간격으로 해칭 또는 메시를 형성하는 단계(S15); 마킹 과정에서 발생되는 불순물, 파편 또는 찌꺼기를 제거하기 위하여 다시 마킹 부위에 레이저를 조사하는 단계(S16); 및 마킹 과정 또는 이차 레이저 조사 과정에서 산화 막이 형성되는 단계(S17)을 포함한다.

본 명세서에서 마커(marker)는 라벨, 식별 표지, QR(Quick Response) 코드 또는 이차원 바코드가 될 수 있고 예를 들어 차량 등록 번호에 해당되는 차대 번호와 같은 것이 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 마커는 금속 제품의 표면에 레이저에 의하여 직접 각인이 될 수 있다. 다만 각인이 된 마커 위에 예를 들어 부식 방지를 위한 방청 코팅과 같은 것이 이루어질 수 있다. 마커는 문자, 로고 또는 문양과 같은 다양한 형태가 될 수 있고 제품의 종류에 제한되지 않는다. 제품 자체가 반드시 금속 소재로 되어야 하는 것은 아니지만 적어도 마커가 각인이 되는 부분은 금속 소재로 되어야 한다. 금속은 알루미늄, 알루미늄 합금, 황동, 청동, 강철 또는 이들의 합금을 포함하고 본 발명은 금속의 종류에 의하여 제한이 되지 않는다.

금속 제품의 표면 특성은 예를 들어 용융점, 산화 막의 형성 여부, 레이저의 침투 깊이, 열전도율 또는 반사율과 같은 것을 포함한다. 이와 같은 표면 특성은 아래에서 설명이 되는 것처럼 해칭 또는 메시 공정에서 홈 또는 골의 간격, 초점 거리, 파장, 레이저의 이동 속도, 펄스 간격을 결정하는 요인이 될 수 있다. 금속 제품의 표면 특성은 또한 조도(roughness) 또는 경도(hardness)를 포함한다. 조도는 필요에 따라 적절하게 조절이 되거나 또는 조도에 따라 마킹 조건이 적절하게 결정이 될 수 있다.

금속 제품의 표면 특성이 결정되면(S11), 각인이 되어야 할 마커 또는 표지가 설계될 수 있다(S12). 마커의 설계는 마커의 형상, 크기, 깊이 또는 해칭의 수와 같은 것을 포함한다. 해칭의 수는 단위 면적에 만들어지는 해칭 홈 또는 골의 개수를 의미하거나 또는 해칭(hatching)의 사선(diagonal line)의 수를 의미한다. 본 명세서에서 해칭은 다수 개의 사선에 의하여 형성되는 메시 형상 또는 이와 유사한 형상을 의미한다. 메시는 예를 들어 서로 교차하는 제1 방향의 적어도 2개의 사선 및 제2 방향의 적어도 2개의 사선에 의하여 형성될 수 있다. 본 명세서에서 해칭 또는 메시는 적어도 하나의 방향으로 형성된 적어도 하나의 사선에 의하여 형성되는 골 또는 홈을 가진 패턴을 포함할 수 있다.

마커의 설계는 프로그램 형태로 될 수 있고 그리고 프로그램이 된 마커의 설계에 따라 레이저가 작동이 될 수 있다. 이와 같이 본 명세서에서 마커의 설계 또는 표지의 설계는 마커의 형상의 설계 및 레이저의 작동을 제어하기 위한 기초가 되는 프로그램이 된 형태를 포함한다. 예를 들어 레이저 조사는 일정 간격을 가진 펄스 형태가 될 수 있고 그리고 마커의 설계는 펄스의 발생 간격을 제어하도록 만들어진 프로그램을 포함할 수 있다. 또한 마커의 설계는 예를 들어 레이저의 이동 속도를 제어하기 위한 프로그램을 포함할 수 있다.

마커가 설계가 되면(S12), 레이저의 마킹 조건이 설정되어야 한다(S13). 마킹 조건은 위에서 설명이 된 것처럼, 금속의 표면 특성 또는 마커의 형상에 기초하여 결정이 될 수 있다. 필요에 따라 금속의 표면 특성과 관련된 매개변수 특성표가 만들어질 수 있다. 그리고 마커의 형상에 따른 형상 설정 곡선이 만들어질 수 있다. 매개변수 특성 도표는 예를 들어 용융점, 경도와 관련된 경도 또는 열전도율을 포함할 수 있다. 그리고 형상 설정 곡선은 깊이와 관련된 깊이 곡선, 선명도와 관련된 도트 밀도 곡선 또는 메시 간격과 관련된 메시 곡선과 같은 것을 포함할 수 있다. 이와 같은 매개변수 특성 도표 및 형상 설정 곡선이 만들어지면 그에 따라 레이저 마킹 조건 설정 도표가 만들어질 수 있다. 예를 들어 금속의 종류에 따라 매개변수 특성 포인트가 결정되고 그리고 주파수 또는 초점 거리를 독립 변수로 하는 각각의 형상 설정 곡선이 결정될 수 있다. 그리고 요구되는 깊이, 선명도 또는 메시 간격에 따라 주파수 또는 초점 거리가 결정될 수 있다.

본 발명에 따르면 금속 소재에 대한 레이저 마킹 조건은 10 내지 500 ㎛의 메시 깊이 또는 각인의 깊이에 대하여 주파수는 30 내지 200 kHz, 바람직하게 60 내지 150 kHz가 될 수 있다. 마킹 속도는 50 내지 5000 mm/sec, 바람직하게 500 내지 3000 mm/sec가 될 수 있다. 그리고 초점 거리는 50 내지 200 mm, 바람직하게 150 내지 200 mm가 될 수 있다. 이와 같은 조건에서 펄스 간격은 0.1 내지 500 us(마이크로 초), 바람직하게 0.2 내지 50 us가 될 수 있다. 추가로 해칭 간격 또는 메시 간격은 0.005 내지 1.0 mm, 바람직하게 0.05 내지 0.5 mm 그리고 가장 바람직하게 0.005 내지 0.1 mm가 될 수 있다.

본 발명에 따른 레이저는 예를 들어 예를 들어 광학 섬유 공진기를 이용하는 파이버 레이저(Fiber Laser), 질소와 헬륨의 혼합 기체를 사용하는 이산화탄소 레이저, Nd 이온을 포함하는 YAG(Yttrium Aluminum Garnet) 결정을 이용하여 고체 레이저, DPSS(Diode Pumped Solid State) 레이저 또는 자외선 레이저와 같은 것이 될 수 있고 본 발명은 레이저의 종류에 의하여 제한되지 않는다. 또한 레이저 출력은 50 내지 100 와트(watt)가 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.

레이저 마킹 조건은 금속의 종류 및 미리 결정된 표면 특성에 따라 결정될 수 있고 제시된 실시 예는 예시적인 것이다.

레이저 마킹 조건이 결정되면 마킹이 진행될 수 있다(S14). 마킹은 이 분야에서 공지된 방법에 따라 이루어질 수 있다. 예를 들어 마킹은 도 2에 도시된 마킹 장치에 의하여 이루어질 수 있다.

도 2a를 참조하면, 본 발명에 따른 방법의 적용을 위한 레이저 마킹 장치(20)는 레이저 빔의 발생을 위한 발생기(21), 발생기(21)에서 발생된 빔의 집속을 조절하는 익스팬더(25), 익스팬더(25)로부터 전송되는 빔을 반사하는 X-방향 및 Y-방향 미러(L1, L2), X-방향 및 Y-방향 미러(L1, L2)에서 전송된 빔의 초점이 프레임(F)에 위치하도록 하는 F-세타 렌즈(L3), 제어장치(22) 및 가공물(W)의 가공 상태를 확인하기 위한 탐지 모듈(26)을 포함할 수 있다.

발생기(21)는 예를 들어 파이버 레이저(Fiber Laser), 이산화탄소 레이저, 고체 레이저, DPSS(Diode Pumped Solid State) 레이저 또는 자외선 레이저와 같은 것이 될 수 있다. 또한 가공물(W)은 금속 소재의 표면이 될 수 있다.

발생기(21)에 금속 특성 결정 및 마커 형성 조건에 기초하여 결정된 마킹 조건과 관련된 값이 저장될 수 있다. 필요에 따라 위에서 설명한 레이저 마킹 조건 설정 도표가 프로그램이 된 형태로 저장이 될 수 있다. 그리고 조건이 입력되면 그에 따라 마킹 인자가 결정되도록 하는 프로그램을 가진 제어 장치(22)가 설치될 수 있다. 제어 장치(22)는 마킹 조건에 따른 마킹 인자를 고려하여 레이저에서 발생되는 빔을 제어할 수 있다.

발생기(21)에서 발생된 레이저는 제어장치(22)에 의하여 제어되어 익스팬더(25)로 전달될 수 있다. 익스팬더(25)는 통과되는 레이저의 단면적을 조절하기 위하여 일정 거리만큼 이격된 오목렌즈와 볼록렌즈로 이루어질 수 있다. 익스팬더(25)를 통과하면서 초점이 조절된 레이저는 X-방향 미러(L1) 및 Y-방향 미러(L2)에서 주사 방향이 결정되고 다시 F-세타 렌즈(L3)를 통과하여 프레임(F)에 고정된 정해진 작업 소재(W)의 표면에 초점을 형성하게 된다. 정해진 작업 소재(W)의 표면에 초점이 형성되면서 원하는 형태로 각인이 될 수 있고 그리고 분리 장치(isolator)(23)는 작업 소재(W)의 표면으로부터 반사된 레이저 광이 다시 레이저 발생기(21) 또는 레이저 오실레이터로 유입되는 것을 차단하게 된다. 레이저 각인이 된 상태는 탐지 모듈(26)에 의하여 탐지될 수 있다. 탐지 모듈(26)은 예를 들어 온도 센서 또는 카메라와 같은 장치를 포함할 수 있고 가공물(W)의 상태를 제어 장치(22) 또는 다른 장치로 전달하여 각인의 정상 여부를 판단할 수 있다. 온도 센서가 설치되는 것은 금속 가공물(W)이 용융점에 해당되는 온도에 도달하였는지 여부를 탐지하기 위한 것이다. 추가로 탐지 모듈(26)은 반사율 측정 유닛을 포함할 수 있다. 반사율 측정 유닛에 의하여 레이저 가공 이전과 레이저 가공 이후의 표면 조도 또는 해칭 상태가 탐지될 수 있다. 다른 한편으로 탐지 모듈(26)은 거리 측정 센서를 포함할 수 있다.

레이저 마킹 과정에서 작업 소재(W)는 프레임(F)에 포함된 이송 장치(도시되지 않음)에 의하여 이송되어 일정 위치에 고정될 수 있다. 작업 소재(W)는 일반적으로 균일한 X-Y 평면 위에 존재하지만 다양한 원인으로 인하여 높이 차이가 발생할 수 있다. 구체적으로 F-세타 렌즈(L3)와 작업 소재(W)의 표면 사이의 거리가 미리 결정된 거리와 차이가 생길 수 있고 이로 인하여 초점이 정확하게 작업 소재(W)의 표면에 형성되지 않을 수 있다. 이와 같은 높이 차이의 발생과 초점 형성의 어긋남은 레이저 마킹의 품질을 저하시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, F-세타 렌즈(L3)와 작업 소재(W)의 표면 사이의 거리를 실시간으로 측정을 하기 위한 거리 측정 장치가 탐지 모듈(26)에 설치될 수 있다. 거리 측정 장치는 예를 들어 발광 소자 및 수광 소자로 이루어진 초음파 근접 각 센서와 같은 것이 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.

거리 측정 장치에서 측정된 값은 미리 결정되어 예를 들어 메모리 장치에 위치 또는 좌표에 따른 값이 저장될 수 있다. 거리 측정 장치는 독립된 구동 장치(도시되지 않음)에 의하여 이동되거나 또는 가공물(W)의 표면에서 형성되는 초점의 위치에 연계되어 이동될 수 있다. 예를 들어 거리 측정 장치는 현재 초점의 위치로부터 다음 초점이 형성될 위치의 사이의 일정 지점에서 거리를 측정할 수 있다. 거리 측정 장치에 의하여 측정된 값이 미리 저장되는 경우 가공물(W) 표면에서 측정된 위치로 레이저 마킹 장치가 이동되면 그에 따라 제어 장치(22)가 측정된 거리에 따라 초점을 조절하게 된다. 다른 한편으로 레이저의 초점이 이동하기 이전에 거리가 측정되는 경우 레이저의 이동과 동시에 제어 장치(22)에 의하여 초점이 조절될 수 있다.

이와 같이 측정된 거리는 미리 메모리 장치에 저장이 되거나 또는 레이저 초점이 이동이 되기 직전에 측정이 되어 제어 장치(22)로 전달될 수 있다. 미리 메모리 장치에 저장이 되면 레이저 초점이 해당 위치로 이동되면서 제어 장치(22)는 저장된 값을 불러오고 이에 따라 레이저 빔의 초점을 조절하게 된다. 그리고 초점이 이동이 되기 직전에 측정이 되면 현재 위치에서 각인이 끝나고 만약 다음 위치에서 초점이 조절될 필요가 있다면 그에 따라 제어 장치(22)는 레이저 빔의 초점을 조절하게 된다.

각인이 되는 작업 소재(W)의 위치에 따라 초점 조절이 필요한 경우 제어장치는 익스팬더(25)를 조절하여 초점 위치를 조절하게 된다. 초점 위치의 조절을 위하여 모터(M)에 의하여 구동되는 초점 조절 수단(24)이 설치될 수 있다.

탐지 모듈(26)에서 탐지된 값은 제어 장치(22)로 전달될 수 있고 그리고 탐지 상태에 따라 마킹 인자가 적절하게 조절될 수 있다.

도 2a에 제시된 실시 예는 예시적인 것으로 다양한 레이저 장치에 본 발명에 따른 방법이 적용될 수 있다.

마킹이 진행되면(S14) 그에 따라 해칭 또는 메시가 형성될 수 있다(S15). 본 발명에 따른 해칭 또는 메시의 사선은 도트 형태로 만들어질 수 있다. 또한 해칭 또는 메시의 형성을 위하여 반드시 사선 방향으로 가공물 또는 레이저가 이동이 되어야 하는 것은 아니다. 직선, 곡선 또는 임의의 형태의 선이 가능하며 각각의 선은 도트 형태로 만들어질 수 있다. 그리고 마커의 형태에 따라 서로 교차하는 직선 또는 곡선이 만들어질 수 있다.

각각의 직선 또는 곡선이 도트 형태로 만들기 위하여 펄스를 출력하도록 레이저가 작동될 수 있고 펄스 간격에 의하여 도트의 형상이 조절될 수 있다. 도트 형태로 만들어지는 것은 각각의 곡선 또는 직선의 형태가 일정하도록 하면서 이와 동시에 한 점이 용융되면서 이와 동시에 다른 점이 서서히 응고가 되도록 하여 정해진 형상이 쉽게 만들어지도록 한다는 이점을 가진다. 추가로 도트 형태는 마커의 내구성이 유지되도록 하면서 마커의 위쪽에 부식 코팅과 같은 것이 이루어지는 경우라도 마커가 쉽게 인식이 되도록 한다. 구체적으로 각각의 도트에서 발생되는 빛의 반사율과 도트가 형성되지 않는 점에서 발생되는 반사율의 차이로 인하여 쉽게 마커가 인식이 되도록 한다.

본 발명에 따르면, 마커가 형성된 이후 레이저에 의한 이차 조사가 이루어질 수 있다(S15). 이차 조사는 예를 들어 동일 또는 유사한 레이저 장치로 마커가 형성된 이후 이루어지거나 또는 마커가 이루어지면서 예를 들어 1 내지 20 초 이내에 만들어진 마커에 대하여 이루어질 수 있다. 이차 조사는 마커를 형성하는 제1 조건에 비하여 완화된 제2 조건으로 이루어질 수 있다. 예를 들어 마커를 형성하는 제1 조건에 포함된 주파수, 초점 거리, 마킹 속도 또는 펄스 간격과 같은 매개변수와 이차 조사를 위한 제2 조건에 포함된 주파수, 초점 거리, 마킹 속도 또는 펄스 간격과 같은 매개변수가 대비될 수 있다.

본 발명에 따르면, 제2 조건에 포함된 매개변수는 제1 조건에 포함되는 매개변수와 동일하거나 서로 다를 수 있다. 그리고 제2 조건에 포함된 매개변수는 제1 조건에 포함된 매개변수의 값과 서로 값을 가지는 적어도 하나의 매개변수를 포함한다.

예를 들어 제2 조건은 주파수가 10 내지 100 kHz, 바람직하게 20 내지 45 kHz가 될 수 있다. 마킹 속도가 100 내지 5000 mm, 바람직하게 500 내지 3000 mm가 될 수 있다. 펄스 길이는 0.1 내지 200 us(마이크로 초), 바람직하게 0.2 내지 50 us(마이크로 초)가 될 수 있다. 그리고 해칭 또는 메시 간격은 0.01 내지 1.0 mm, 바람직하게 0.05 내지 0.1 mm가 될 수 있다.

이차 조사는 마커가 형성된 이후 1 내지 20초 이내에 이루어질 수 있지만 이에 제한되지 않는다.

일반적으로 금속 표면이 10 내지 300 ㎛의 깊이로 짧은 시간에 급속도로 용융점에 도달하면서 메시가 형성되면 마킹이 된 부분은 다른 부분과 표면 거칠기 또는 조도가 다르게 된다. 이와 동시에 산화 막이 형성되면서 표면 색상이 다르게 된다. 이와 같은 조도 및 표면 색상의 변화는 영구적이 되고 이로 인하여 본 발명에 따른 마커는 공지 기술에 비하여 뛰어난 내구성을 가지게 된다.

다른 한편으로 금속 표면이 용융점에 도달된 이후 다시 냉각이 되는 과정에서 재(ash)에 해당되는 찌꺼기 또는 파편이 발생하게 되고 이와 같이 찌꺼기 또는 파면은 마킹 경계면으로부터 외부 면으로 번지면서 마커의 품질을 손상시키게 된다. 이를 방지하기 위하여 이차 조사가 이루어질 수 있다(S16).

이차 조사를 위하여 마킹 조건과 관련된 원본 데이터를 가지는 제1 프로그램과 제1 프로그램에 의한 마킹과 역으로 진행되도록 하는 제2 프로그램이 준비될 수 있다. 그리고 일차적으로 제1 프로그램에 의하여 마킹이 되면서 이와 동시에 제2 프로그램에 의하여 시차 간격을 두고 미리 결정된 영역에 대한 이차 조사가 이루어질 수 있다. 미리 결정된 영역은 마커가 된 이외의 영역 또는 주변 영역을 의미한다. 이와 같은 이차 조사로 인하여 찌꺼기 또는 파편이 제거되고 그리고 마커가 형성된 부분에 요구되는 산화 막이 형성될 수 있다(S17). 다만 산화 막은 마커가 형성된 이후 냉각 과정에서 형성될 수 있고 제1 프로그램에 의한 마커 부분과 제2 프로그램에 의한 마커를 제외한 부분에 대하여 각각 형성될 수 있다. 다만 마커 부분에 형성된 탄화 막 또는 산화 막과 마커를 제외한 부분에 형성된 탄화 막 또는 산화 막은 서로 다른 물리적 성질을 가질 수 있다. 제1 프로그램에 대한 역-복사(inverting) 형태인 제2 프로그램에 해당되는 마킹 데이터에 의한 작동은 제1 프로그램에 해당되는 원본 마킹 데이터의 작동에 의한 주변의 면을 마무리하는 기능을 가질 수 있다. 예를 들어 제1 프로그램이 마커에 해당되는 부분의 레이저 조사라면 제1 프로그램에 대한 역-복사는 마커를 제외한 부분에 대한 레이저 조사를 의미한다.

도 2b는 본 발명에 따른 마킹 방법에서 제1 조건에 따른 마킹과 제2 조건에 따른 마킹의 실시 예를 도시한 것이다.

도 2b를 참조하면, 먼저 제1 조건에 의하여 미리 결정된 제1 영역(M_I)에 마커(L)가 형성될 수 있다. 마커(L)는 해칭(H) 형상으로 만들어질 수 있다. 그리고 각각의 사선 또는 해칭은 연속이 된 돌기 또는 도트(dot) 형태로 이루어질 수 있다. 제1 조건에 따라 마커(L)가 형성되면 마커(L) 주위로 용융 상태가 번지게 되거나 또는 파편이나 찌꺼기가 발생될 수 있다. 이를 방지하기 위하여 미리 결정된 제2 영역(M_II)에 제2 조건에 따라 이차 조사가 이루어질 수 있다.

마커 영역(A)이 결정되면 제1 조건에 따라 해칭(H) 형상으로 마커(L)가 만들어질 수 있다. 마커(L)의 형성을 위한 레이저의 작동은 제1 프로그램에 의하여 진행될 수 있다. 그리고 제1 조건에 따른 마커(L)가 이루어진 후 예를 들어 1 내지 20초와 같은 시간 간격을 두고 제2 프로그램에 따른 이차 조사가 제2 영역(M_II)에 대하여 진행된다. 제2 프로그램은 원본 데이터에 해당되는 제1 프로그램에 대한 역-복사(inverting) 프로그램이 미리 준비될 수 있다. 제1 프로그램이 마커(L)에 해당되는 제1 영역(M_I)에 대한 레이저 조사라면 제2 프로그램은 마커(L)를 제외한 부분에 해당되는 제2 영역(M_II)에 대한 레이저 조사가 된다.

제2 영역(M_II)에 대한 이차 조사도 해칭 또는 메시 형상으로 이루어질 수 있고 다만 제1 조건의 매개변수의 값과 다른 값으로 이루어진다. 예를 들어 이차 조사는 얇은 해칭 깊이를 가질 수 있다. 그리고 이와 같은 이차 조사에 의하여 우수한 품질을 가지는 마커(L)가 만들어질 수 있다.

본 발명에 따른 마킹 방법은 임의의 금속 제품의 금속 표면에 적용될 수 있고 예를 들어 금속 제품에 형성된 마커는 탄화된 막 또는 산화 막을 가지고, 해칭 또는 메시 형상이 되고, 상기 해칭 또는 메시의 깊이는 10 내지 500 ㎛가 되고 그리고 해칭에 의하여 형성된 홈 사이의 간격이 0.005 내지 0.5 ㎜가 된다. 추가로 마커가 된 부분은 탄화 막 또는 산화 막으로 인하여 다른 부분과 다른 색상을 가지게 되고, 표면 조도가 다르게 되고 이로 인하여 반사율이 다르게 된다. 예를 들어 마커는 차량 등록 번호 또는 차대 번호와 같은 것이 될 수 있다.

본 발명에 따른 마커는 마킹이 된 이후 마킹이 된 제품 전체를 다양한 색상의 도료로 도장을 하여도 마커가 인지가 될 수 잇도록 한다. 예를 들어 마커 부분은 다른 부분과 서로 다른 반사율을 가지거나 서로 다른 색상을 가지게 되어 명암비가 다르게 된다. 그러므로 다양한 분야에 본 발명에 따른 마킹 방법이 적용될 수 있다. 예를 들어 2D 코드 또는 QR 코드에 본 발명에 따른 방법이 적용될 수 있다. 또한 본 발명에 따른 방법은 유지 및 관리에 따른 비용이 감소되도록 하면서 제조비용이 감소되도록 한다는 이점을 가진다. 예를 들어 본 발명에 따른 마커는 인식이 용이하면서 내구성을 가지고 그리고 위조 방지가 가능하다는 이점을 가진다. 추가로 본 발명에 따른 마커는 부식 방지 코팅 또는 다양한 칼라 코팅이 형성되는 경우에도 외부에서 인지가 가능하고 그리고 마커로 인하여 외부 형상의 변형이 방지될 수 있도록 한다는 장점을 가진다.

위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

20: 레이저 마킹 장치 21: 발생기
22: 제어 장치 23: 분리 장치
24: 초점 조절 수단 25: 익스팬더
26: 탐지 모듈
L1: X-방향 미러 L2: Y-방향 미러
L3: F-세타 렌즈 F: 프레임
M: 모터 W: 가공물

Claims (4)

1. 레이저 마킹에 의하여 금속 표면에 마커를 형성하는 방법에 있어서,
   미리 결정된 방법에 의하여 설정된 매개변수를 포함하는 제1 조건에 따라 마커를 형성하는 단계; 및 제1 조건의 매개변수의 값과 서로 다른 값을 가지는 적어도 하나의 매개변수를 포함하는 제2 조건에 기초하여 제1 조건에 의하여 형성된 마커를 제외한 미리 결정된 영역을 따라 레이저를 조사하여 해칭 또는 메시가 형성되는 단계로 이루어지고,
   상기 마커를 형성하는 단계 및 상기 미리 결정된 영역을 따라 레이저를 조사하는 단계는 상기 마커를 형성하는 원본 데이터를 가지는 제1 프로그램과 상기 제1 프로그램에 의한 마킹과 역으로 진행되도록 하는 제2 프로그램에 의하여 시차 간격을 두고 진행되고, 상기 제1 조건에 따른 해칭 또는 매시의 깊이는 10 내지 500 ㎛가 되고 그리고 상기 제2 조건에 따른 해치 또는 매시의 형성에 의한 반사율의 차이로 인하여 보호 코팅이 된 상기 금속 표면에서 상기 제1 조건에 따른 상기 마커가 인지가 되는 것을 특징으로 하는 금속 표면에 마커를 형성하는 방법.
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