KR20140044299A - Method and apparatus for reliably laser marking articles - Google Patents

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KR20140044299A
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pulse
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Application number
KR1020137023187A
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Korean (ko)
Inventor
하이빈 창
글렌 시멘슨
패트릭 레오나르드
Original Assignee
일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 선택가능한 컬러 및 광학 밀도를 갖는 마크(194)를 양극 산화된 알루미늄 표본(190) 상에 생성하기 위한 방법 및 장치이다. 그 방법은 레이저(150), 레이저 광학계(154) 및 레이저 펄스 파라미터를 제어하도록 상기 레이저(150)에 동작적으로 연결된 컨트롤러(160)를 갖는 레이저 마킹 시스템(148)을 제공하는 것을 포함한다. 레이저 마킹 시스템(148)은 마킹 동안 양극 산화된 알루미늄 표본(158)의 표면으로 지향된 유체(168)가 있는 데서 소망의 컬러 및 광학 밀도와 연관된 레이저 펄스 파라미터를 갖는 레이저 펄스(152)를 산출하도록 지향된다.The present invention is a method and apparatus for producing a mark 194 on a anodized aluminum specimen 190 having a selectable color and optical density. The method includes providing a laser marking system 148 having a laser 150, a laser optics 154, and a controller 160 operatively connected to the laser 150 to control laser pulse parameters. The laser marking system 148 produces a laser pulse 152 having a laser pulse parameter associated with the desired color and optical density in the presence of the fluid 168 directed to the surface of the anodized aluminum specimen 158 during marking. Is oriented.

Description

물품을 신뢰성 높게 레이저 마킹하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR RELIABLY LASER MARKING ARTICLES}METHOD AND APPARATUS FOR RELIABLY LASER MARKING ARTICLES}

본 출원은 2010년 2월 11일자 출원 제12/704,293호의 일부 계속 출원이다.This application is a continuation of part of application 12 / 704,293, filed February 11, 2010.

본 발명은 레이저 공정 시스템으로 양극 산화된(anodized) 물품의 레이저 마킹에 관한 것이다. 더 구체적으로 본 발명은 레이저 공정 시스템으로 내구성 있고 상업적으로 바람직한 방식으로 양극 산화된 물품을 마킹하는 것에 관한 것이다. 특히 본 발명은 유체의 존재시에 소망의 컬러 및 광학 밀도를 갖는 내구성 있는 마크를 신뢰가능하고 반복가능하게 생성하도록 양극 산화된 물품과 자외선, 가시광선 및 적외선 파장 레이저 펄스 사이의 상호작용을 특성화하는 것에 관한 것이다.The present invention relates to laser marking of anodized articles with a laser processing system. More particularly, the present invention relates to marking anodized articles in a durable and commercially desirable manner with a laser processing system. In particular, the present invention characterizes the interaction between anodized articles and ultraviolet, visible and infrared wavelength laser pulses to reliably and repeatably produce durable marks having the desired color and optical density in the presence of a fluid. It's about things.

시장화된 제품은 흔히 상업, 규제, 미용 또는 기능 목적으로 제품상에 몇몇 유형의 마킹을 필요로 한다. 마킹을 위한 바람직한 속성은 일관된 외관, 내구성 및 도포의 용이함을 포함한다. 외관은 선택된 형상, 컬러 및 광학 밀도로 신뢰가능하고 반복가능하게 마크를 렌더링하는 능력을 일컫는다. 내구성은 마킹된 표면의 마모에도 불구하고 변하지 않고 남아 있는 품질이다. 도포의 용이함은 프로그램가능성을 포함하여 마크를 산출하는 재료, 시간 및 자원에 있어서의 비용을 일컫는다. 프로그램가능성은 스크린 또는 마스크와 같은 하드웨어를 변경하는 것과 달리 소프트웨어를 변경함으로써 마킹될 신규 패턴으로 마킹 디바이스를 프로그래밍하는 능력을 일컫는다.Marketed products often require some type of marking on the product for commercial, regulatory, cosmetic or functional purposes. Preferred attributes for marking include consistent appearance, durability and ease of application. Appearance refers to the ability to render a mark reliably and repeatably at a selected shape, color and optical density. Durability is the quality that remains unchanged despite the wear of the marked surface. Ease of application refers to costs in materials, time and resources to produce the mark, including programmability. Programmability refers to the ability to program a marking device with a new pattern to be marked by changing software, unlike changing hardware such as a screen or mask.

경량이고, 강성이고, 용이하게 정형화되고(shaped), 내구성 있는 표면 마감을 갖는 양극 산화된 금속 물품은 공업적 및 상업적 상품에 있어서 많은 응용을 갖는다. 양극 산화는 부식 또는 마모에 대한 내성을 증가시키기 위해 그리고 미용 목적으로 알루미늄, 티타늄, 아연, 마그네슘, 니오븀 또는 탄탈룸과 같은 금속상에 자연 산화물층을 증가시키는 다수의 전해 패시베이션 공정 중 하나를 기술하는 것이다. 이들 표면층은 가상적으로 어떠한 컬러로라도 채색 또는 염색될 수 있고, 영구적이고 색이 빠지지 않고 내구성 있는 표면을 금속상에 만든다. 이들 금속 중 다수는 이롭게도 본 발명의 태양을 사용하여 마킹될 수 있다. 부가적으로, 부식에 견디는 스테인리스 스틸과 같은 금속이 이러한 방식으로 마킹될 수 있다. 이들과 같은 금속으로부터 제조된 많은 물품은 영구적이고, 가시적이고, 상업적으로 바람직한 마킹의 필요가 있다. 양극 산화된 알루미늄은 그러한 필요성을 갖는 예시적인 재료이다. 레이저 공정 시스템에 의해 산출된 레이저 펄스로 양극 산화된 알루미늄을 마킹하는 것은 프로그램가능한 방식으로 마크 당 극히 낮은 비용으로 신속하게 내구성 있는 마크를 만들 수 있다.Lightweight, rigid, easily shaped, and anodized metal articles having a durable surface finish have many applications in industrial and commercial goods. Anodic oxidation describes one of a number of electrolytic passivation processes that increase the natural oxide layer on metals such as aluminum, titanium, zinc, magnesium, niobium or tantalum for increased corrosion or wear resistance and for cosmetic purposes. . These surface layers can be colored or dyed in virtually any color, creating a permanent, uncolored and durable surface on the metal. Many of these metals can advantageously be marked using aspects of the present invention. In addition, metals such as stainless steel that resist corrosion can be marked in this way. Many articles made from metals such as these need a permanent, visible and commercially desirable marking. Anodized aluminum is an exemplary material with such a need. Marking anodized aluminum with laser pulses produced by a laser processing system can produce durable marks quickly and at extremely low cost per mark in a programmable manner.

레이저 펄스로 양극 산화된 알루미늄의 표면상에 컬러 변경을 생성하는 것은 수년간 알려져 왔다. 문헌[Appl. Phys. A 69 [Suppl.], S343-S346 (1999), pp S43-S346]에 출간된 P. Maja, M. Autric, P. Delaporte, P. Alloncle(COLA'99 - 5th International Conference on Laser Ablation, July 19-23, 1999, 괴팅겐, 독일)에 의한 "Dry laser cleaning of anodized aluminum"라는 표제의 논문은 알루미늄 표면으로부터 양극 산화물(anodization)을 제거하는 것을 기술하고 있지만, 표면으로부터 양극 산화물의 제거에 필요한 것 아래의 레이저 에너지에서 일어나는 컬러 변경이 주목된다.It has been known for many years to produce color changes on the surface of anodized aluminum with laser pulses. Appl. Phys. A 69 [Suppl.], S343-S346 (1999), pp S43-S346], P. Maja, M. Autric, P. Delaporte, P. Alloncle (COLA'99-5th International Conference on Laser Ablation, July 19-23, 1999, Göttingen, Germany), a paper entitled "Dry laser cleaning of anodized aluminum" describes the removal of anodization from an aluminum surface, but is necessary for the removal of anodization from an aluminum surface. Note the color change that occurs at the laser energy below.

금속 표면의 컬러 또는 광학 밀도에서의 변경을 설명하려 해 온 우리의 메커니즘은 레이저-유도된 주기적 표면 구조(LIPSS; laser-induced periodic surface structure)의 생성이다. 논문["Colorizing metals with femtosecond laser pulses", A. Y. Vorobyev and Chunlei Guo, Applied Physics Letters 92, (041914) 2008, pp 41914-1 ~ 141914-3]은 펨토초 레이저 펄스를 사용하여 알루미늄 또는 알루미늄 같은 금속상에 생성될 수 있는 다양한 컬러를 기술하고 있다. 이 논문은 금속상에 흑색 또는 회색 마크를 만들고 금속상에 금 컬러를 생성하는 것을 기술하고 있다. 몇몇 다른 컬러가 언급되지만 추가적 설명이 없다. LIPSS는 금속 표면상에 마크의 생성을 위해 제안된 설명일 뿐이다. 또한, 65 펨토초의 시간적 펄스 폭을 갖는 레이저 펄스만이 이들 구조를 생성하는데 교시 또는 시사되고 있다. 부가적으로, 알루미늄 샘플이 양극 산화되는지 또는 레이저 공정 전에 표면이 클리닝되게 하는지에 관하여 언급이 없다. 또한, 이 논문은 산화물층에 가능한 손상을 논의하고 있지 않다.Our mechanism that has attempted to account for changes in color or optical density of metal surfaces is the generation of laser-induced periodic surface structures (LIPSS). The paper "Colorizing metals with femtosecond laser pulses", AY Vorobyev and Chunlei Guo, Applied Physics Letters 92, (041914) 2008, pp 41914-1 to 141914-3, used femtosecond laser pulses to It describes the various colors that can be produced. This paper describes the creation of black or gray marks on metal and the gold color on metal. Several other colors are mentioned but no further explanation. LIPSS is only a suggested description for the generation of marks on metal surfaces. In addition, only laser pulses with a temporal pulse width of 65 femtoseconds are taught or suggested to produce these structures. In addition, there is no mention as to whether the aluminum sample is anodized or the surface is cleaned before the laser process. In addition, this paper does not discuss possible damage to the oxide layer.

레이저 펄스 지속시간을 논의할 때, 펄스 지속시간을 측정하는 방법이 정의되어야 한다. 시간적 펄스 형상은 태스크에 의존하여 단순 가우시안 펄스 내지 더 복잡한 형상의 범위에 이를 수 있다. 특정 유형의 공정에 이로운 예시적 비-가우시안 레이저 펄스는 미국 특허 제7,126,746호(발명자: Sun 등, 발명의 명칭: "GENERATING SETS OF TAILORED LASER PULSES")에 기술되어 있고, 이 특허는 본 발명의 양수인에게 양도되었고 참조에 의해 여기에 편입되는 것이다. 이 특허는 다이오드 펌프식 고체(diode pumped solid state: DPSS) 레이저에 의해 산출된 전형적인 가우시안 시간적 프로파일로부터 변화하는 시간적 프로파일을 갖는 레이저 펄스를 생성하는 방법 및 장치를 개시하고 있다. 이들 비-가우시안 펄스는 단일 펄스를 생성하고/생성하거나 펄스를 전자-광학적으로 변조하도록 하나보다 많은 펄스를 조합함으로써 그들 시간적 프로파일이 전형적 가우시안 프로파일로부터 고쳐지기 때문에 소위 "맞춤화된"(tailored) 펄스이다. 이것은, 펄스 지속시간의 일부분 동안 펄스의 평균 전력보다 더 큰 값으로까지 순시 전력이 증가하는 하나 이상의 전력 피크를 종종 포함하여, 펄스 에너지가 시간의 함수로서 변화하는 펄스를 생성한다. 이러한 유형의 맞춤화된 펄스는 찌꺼기를 갖는 문제를 야기하거나 주위 재료의 과도한 가열 없이 높은 레이트로 재료를 처리하는데 효과적일 수 있다. 문제는 가우시안 펄스에 전형적으로 적용되는 표준 방법을 사용하는 이들과 같은 복잡한 펄스의 지속시간을 측정하는 것이 변칙적 결과를 내놓을 수 있다는 것이다. 전형적으로 가우시안 펄스 지속시간은 지속시간의 반치전폭(full width at half maximum: FWHM) 측정을 사용하여 측정된다. 이와는 대조적으로, 미국 특허 제6,058,739호(발명자 Morton 등, 발명의 명칭: "LONG LIFE FUSED SILICA ULTRAVIOLET OPTICAL ELEMENTS")에 기술된 바와 같이 적분 제곱 방법(integral square method)을 사용하면, 복잡한 펄스 시간적 형상이 더 유의미한 방식으로 측정 및 비교될 수 있다. 이 특허에 있어서, 펄스 지속시간은 다음의 식을 사용하여 측정된다:When discussing the laser pulse duration, a method of measuring the pulse duration should be defined. Temporal pulse shapes can range from simple Gaussian pulses to more complex shapes depending on the task. Exemplary non-Gaussian laser pulses that are beneficial for certain types of processes are described in US Pat. No. 7,126,746 (inventor: Sun et al., Titled “GENERATING SETS OF TAILORED LASER PULSES”), which is an assignee of the present invention. And is incorporated herein by reference. This patent discloses a method and apparatus for generating a laser pulse having a temporal profile that changes from a typical Gaussian temporal profile produced by a diode pumped solid state (DPSS) laser. These non-Gaussian pulses are so-called "tailored" pulses because their temporal profile is fixed from a typical Gaussian profile by generating a single pulse and / or combining more than one pulse to electro-optically modulate the pulse. . This often includes one or more power peaks where the instantaneous power increases to a value greater than the average power of the pulse during a portion of the pulse duration, resulting in a pulse in which the pulse energy changes as a function of time. This type of customized pulse can cause problems with debris or be effective at treating the material at high rates without excessive heating of the surrounding material. The problem is that measuring the duration of complex pulses such as those using standard methods typically applied to Gaussian pulses can produce anomalous results. Typically Gaussian pulse duration is measured using full width at half maximum (FWHM) measurements. In contrast, using the integral square method, as described in US Pat. No. 6,058,739 (Inventor Morton et al., Entitled “LONG LIFE FUSED SILICA ULTRAVIOLET OPTICAL ELEMENTS”), complex pulse temporal shapes can be obtained. It can be measured and compared in a more meaningful manner. In this patent, pulse duration is measured using the following equation:

Figure pct00001
Figure pct00001

여기에서 T(t)는 레이저 펄스의 시간적 형상을 표현하는 함수이다.Where T (t) is a function representing the temporal shape of the laser pulse.

양극 산화된 알루미늄에서 소망의 컬러 및 광학 밀도를 갖는 마크를 신뢰가능하고 반복가능하게 산출하는데 또 다른 문제는 쉽게 이용가능한 나노초 펄스 폭 고체 레이저로 매우 어두운 마크를 생성하는데 필요한 에너지가 양극 산화물에 대한 손상, 원치않는 결과를 야기하기에 충분하다는 것이다. "어두움" 또는 "밝음" 또는 색명은 상대적 용어이다. 컬러를 정량화하는 표준 방법은 비색법의 CIE 시스템을 참조한다. 이 시스템은 문헌["CIE Fundamentals for Color Measurements", Ohno, Y., IS&T NIP16 Conf, Vancouver, CN, Oct. 16-20, 2000, pp 540-545]에 기술되어 있다. 이러한 측정 시스템에 있어서, 상업적으로 바람직한 흑색 마크를 달성하는 것은 L*=40, a*=5, 및 b*=10보다 작거나 같은 파라미터를 필요로 한다. 이것은 가시성 회색 또는 색채 없는 중성 컬러의 흑색 마크의 결과를 초래한다. 미국 특허 제6,777,098호(발명의 명칭: "MARKING OF AN ANODIZED LAYER OF AN ALUMINIUM OBJECT")에서 발명자 Keng Kit Yeo는 알루미늄과 양극 산화물 사이의 층에서 일어나서 그리하여 양극 산화된 표면만큼 내구성 있는 흑색 마크로 양극 산화된 알루미늄 물품을 마킹하는 방법을 기술하고 있다. 거기에서 기술된 마크는 나노초 범위의 적외선 레이저 펄스를 사용하여 색조가 어두운 회색 또는 블랙이고 마킹되지 않은 부분보다 다소 덜 빛나는 것으로 기술되어 있다. 부가적으로, 알루미늄은 모든 표면 파티클, 예컨대, 양극 산화 전에 폴리싱 후에 남아 있는 파티클에서 클리닝될 필요가 있다. 이 특허에서 청구된 방법에 의해 마크를 하는 것은 2가지 이유로 불리하다: 첫째로, 나노초 범위의 펄스로 상업적으로 바람직한 흑색 마크를 생성하는 것은 산화물층의 파괴를 야기하는 경향이 있고, 둘째로, 폴리싱 또는 다른 처리에 뒤이어 알루미늄의 클리닝은 공정에 있어서 연관된 비용이 드는 또 다른 단계를 부가하여, 추가적 공정에 의해 소망의 표면 마감을 방해할 가능성이 있다.Another problem with reliable and repeatable calculation of marks with the desired color and optical density in anodized aluminum is that the energy required to produce very dark marks with readily available nanosecond pulse width solid-state lasers damages the anodization. In other words, it is sufficient to cause unwanted results. "Dark" or "bright" or color name is a relative term. Standard methods for quantifying color refer to the CIE system of colorimetric methods. This system is described in CIE Fundamentals for Color Measurements, Ohno, Y., IS & T NIP16 Conf, Vancouver, CN, Oct. 16-20, 2000, pp 540-545. In such a measurement system, achieving commercially desirable black marks requires parameters less than or equal to L * = 40, a * = 5, and b * = 10. This results in black marks of visible gray or neutral color without color. In US Pat. No. 6,777,098 (named “MARKING OF AN ANODIZED LAYER OF AN ALUMINIUM OBJECT”), inventor Keng Kit Yeo takes place in a layer between aluminum and anodized oxide and is thus anodized with a black mark that is as durable as the anodized surface. A method of marking an aluminum article is described. The marks described there are described using infrared laser pulses in the nanosecond range, with shades of dark gray or black and somewhat less shiny than unmarked portions. In addition, aluminum needs to be cleaned on all surface particles, such as those remaining after polishing before anodization. Marking by the method claimed in this patent is disadvantageous for two reasons: firstly, producing commercially desirable black marks with pulses in the nanosecond range tends to cause the destruction of the oxide layer, and secondly, polishing Alternatively, the cleaning of aluminum following other treatments adds another costly step in the process, which is likely to interfere with the desired surface finish by further processing.

원하지만 이 분야에서 개시되지 않은 것은 비싼 펨토초 레이저를 필요로 하거나 공정에 있어서 산화물층을 방해하거나 표면 준비에 뒤이어 클리닝을 필요로 하거나 하지 않는, 흑색으로도 회색으로도 또는 컬러로도 양극 산화된 알루미늄상에 마크를 만드는 신뢰가능하고 반복가능한 방법이다. 부가적으로, 양극 산화된 알루미늄 표면상에 어떻게 반복가능하게 다양한 컬러를 생성하는지에 관한 어떠한 정보도 제공되어 있지 않고, 양극 산화 층에 대한 손상 또는 표백의 어떠한 영향도 철저하게 조사되지 않아 왔다. 그래서, 위에 놓이는 산화물에 대해 원치않는 손상을 야기하거나 양극 산화 전에 클리닝을 필요로 함이 없이, 더 낮은 비용의 레이저를 사용하여 양극 산화된 알루미늄 상에 소망의 광학 밀도 또는 그레이스케일 및 컬러를 갖는 마크를 신뢰가능하고 반복가능하게 생성하기 위한 방법이 필요하다.What is desired but not disclosed in this field is anodized aluminum in black, gray or color, which does not require expensive femtosecond lasers, obstruct the oxide layer in the process, or require cleaning following surface preparation. It is a reliable and repeatable way of making marks on an image. In addition, no information is provided on how to repeatedly produce various colors on the anodized aluminum surface, and no effects of damage or bleaching on the anodization layer have been thoroughly investigated. Thus, a mark having the desired optical density or grayscale and color on anodized aluminum using a lower cost laser without causing unwanted damage to the underlying oxide or requiring cleaning prior to anodization. There is a need for a method for generating reliably and repeatably.

본 발명의 태양은 다양한 광학 밀도 또는 그레이스케일 및 컬러의 가시성 마크로 양극 산화된 알루미늄 물품을 마킹하는 것이다. 이들 마크는 내구성 있고 상업적으로 바람직한 외관을 가져야 한다. 이것은 마크를 생성하도록 레이저 펄스를 사용함으로써 달성된다. 이들 마크는 산화물층 밑 알루미늄의 표면에 생성되고 따라서 산화물에 의해 보호된다. 레이저 펄스는 산화물층에 대한 상당한 손상을 야기함이 없이 상업적으로 바람직한 마크를 생성함으로써 마크가 내구성 있게 한다. 내구성 있고 상업적으로 바람직한 마크는 레이저 펄스를 생성 및 지향시키는 레이저 파라미터를 제어함으로써 양극 산화된 알루미늄 상에 생성된다. 본 발명의 일 태양에 있어서, 레이저 공정 시스템은 프로그램가능한 방식으로 적절한 파라미터를 갖는 레이저 펄스를 산출하도록 적응된다. 레이저 마킹 동안 유체 유동(flow)의 사용은 마킹 동안 산화물층에서의 열적 손상을 막고 더 높은 에너지가 사용되게 허용하여 더 큰 범위의 컬러 및 광학 밀도 및 더 높은 처리량을 내놓는다.An aspect of the present invention is to mark anodized aluminum articles with visibility marks of various optical densities or grayscales and colors. These marks should have a durable and commercially desirable appearance. This is accomplished by using a laser pulse to generate a mark. These marks are produced on the surface of the aluminum underneath the oxide layer and are thus protected by the oxide. The laser pulses make the marks durable by producing commercially desirable marks without causing significant damage to the oxide layer. Durable, commercially desirable marks are created on anodized aluminum by controlling laser parameters that generate and direct laser pulses. In one aspect of the invention, the laser processing system is adapted to produce laser pulses with appropriate parameters in a programmable manner. The use of fluid flow during laser marking prevents thermal damage in the oxide layer during marking and allows higher energy to be used resulting in a larger range of color and optical densities and higher throughput.

양극 산화된 알루미늄을 레이저 마킹하는 신뢰도 및 반복가능성을 향상시키도록 선택될 수 있는 예시적 레이저 펄스 파라미터는 레이저 유형, 파장, 펄스 지속시간, 펄스 반복률, 펄스 수, 펄스 에너지, 펄스 시간적 형상, 펄스 공간적 형상 및 초점 사이즈 및 형상을 포함한다. 부가적 레이저 펄스 파라미터는 물품의 표면에 대한 초점의 위치를 지정하고 물품에 대한 레이저 펄스의 상대 운동을 지향시키는 것을 포함한다.Exemplary laser pulse parameters that may be selected to improve the reliability and repeatability of laser marking anodized aluminum include laser type, wavelength, pulse duration, pulse repetition rate, number of pulses, pulse energy, pulse temporal shape, pulse spatial Shape and focal size and shape. Additional laser pulse parameters include specifying the location of the focal point relative to the surface of the article and directing the relative motion of the laser pulse relative to the article.

본 발명의 태양은 채용되는 특정 레이저 펄스 파라미터에 의존하여 육안으로는 거의 검출될 수 없는 것으로부터 흑색까지의 범위에 이르는 광학 밀도로 양극 산화물 밑 알루미늄의 표면을 어둡게 함으로써 내구성 있고 상업적으로 바람직한 마크를 생성한다. 본 발명의 다른 태양은 마찬가지로 채용되는 특정 레이저 펄스 파라미터에 의존하여 황갈색 또는 금색의 음영으로 다양한 광학 밀도로 컬러를 생성한다. 본 발명의 다른 태양은 밑의 알루미늄을 마킹하거나 또는 마킹하지 않고 염색된 또는 채색된 양극 산화물을 표백 또는 부분적으로 표백함으로써 양극 산화된 알루미늄 상에 내구성 있고 상업적으로 바람직한 마크를 생성한다. 다른 태양은 산화물 손상을 줄이도록 레이저 처리 동안 유체 유동을 사용한다.Aspects of the present invention produce durable and commercially desirable marks by darkening the surface of aluminum under anodization with optical densities ranging from barely detectable to the naked eye to black, depending on the specific laser pulse parameters employed. do. Other aspects of the invention likewise produce colors at varying optical densities with shades of tan or gold depending on the particular laser pulse parameters employed. Another aspect of the invention creates durable and commercially desirable marks on anodized aluminum by bleaching or partially bleaching dyed or colored anodized oxides with or without marking the underlying aluminum. Another aspect uses fluid flow during laser processing to reduce oxide damage.

본 명세서에서 구체화되고 넓게 기술되는 바와 같이, 본 발명의 목적에 따라 이들 및 다른 태양을 갖는 상기의 것을 달성하기 위해, 양극 산화된 알루미늄 표본 상에 컬러 및 광학 밀도 선택가능한 가시성 마크를 생성하는 방법 및 그 방법을 수행하도록 적응된 장치가 본 명세서에 개시된다. 본 발명은 양극 산화된 알루미늄 표본 상에 컬러 및 광학 밀도 선택가능한 가시성 마크를 생성하는 방법 및 장치이다. 그 방법은 레이저, 레이저 광학계 및 레이저 펄스 파라미터를 제어하도록 상기 레이저에 동작성 연결된 컨트롤러를 갖는 레이저 마킹 시스템을 제공하는 것을 포함하고, 저장된 레이저 펄스 파라미터를 갖는 컨트롤러는 소망의 컬러 및 광학 밀도와 연관된 저장된 레이저 펄스 파라미터를 선택하고, 마킹되고 있는 물품에 유체 유동을 지향시키는 동안 소망의 컬러 및 광학 밀도와 연관된 레이저 펄스 파라미터를 갖는 레이저 펄스를 산출하도록 레이저 마킹 시스템을 지향시킨다.As embodied and broadly described herein, a method of producing color and optical density selectable visibility marks on anodized aluminum specimens to achieve the above with these and other aspects in accordance with the purposes of the present invention and Disclosed herein is an apparatus adapted to perform the method. The present invention is a method and apparatus for producing color and optical density selectable visibility marks on anodized aluminum specimens. The method includes providing a laser marking system having a controller operatively coupled to the laser to control a laser, laser optics and laser pulse parameters, wherein the controller having stored laser pulse parameters is stored associated with a desired color and optical density. The laser marking system is directed to select a laser pulse parameter and to produce a laser pulse having a laser pulse parameter associated with the desired color and optical density while directing fluid flow to the article being marked.

도 1은 레이저 공정 시스템을 도시한 도면;
도 2는 종래 기술의 나노초 펄스로 만들어진 마크를 도시한 도면;
도 3은 피코초 펄스로 만들어진 마크
도 4는 빔 허리를 도시한 도면;
도 5는 양극 산화된 알루미늄 상의 그레이스케일 마크를 도시한 도면;
도 6은 양극 산화된 알루미늄 상의 마크를 도시한 도면;
도 7은 염색된, 가시성 마킹된 양극 산화된 알루미늄을 도시한 도면;
도 8은 염색된, IR 마킹된 양극 산화된 알루미늄을 도시한 도면;
도 9는 가시성 레이저 펄스 임계치를 나타내는 그래프;
도 10은 IR 레이저 펄스 임계치를 나타내는 그래프;
도 11은 레이저 파라미터로 변환된 이미지 데이터를 도시한 도면;
도 12a 내지 i는 알루미늄 물품에 적용되는 컬러 양극 산화를 도시한 도면;
도 13은 유체 유동을 갖는 레이저 마킹 시스템를 도시한 도면;
도 14a는 크래킹을 나타내는 양극 산화물 표백을 도시한 도면;
도 14b는 유체로 크래킹 없음을 나타내는 양극 산화물 표백를 도시한 도면.
1 shows a laser processing system;
2 shows a mark made of prior art nanosecond pulses;
3 is a mark made of picosecond pulses
4 shows a beam waist;
5 shows grayscale marks on anodized aluminum;
6 shows a mark on anodized aluminum;
7 shows dyed, visible marked anodized aluminum;
8 shows dyed, IR marked anodized aluminum;
9 is a graph showing the visibility laser pulse threshold;
10 is a graph showing an IR laser pulse threshold;
11 shows image data converted into laser parameters;
12A-I illustrate color anodization applied to an aluminum article;
13 illustrates a laser marking system with fluid flow.
14A shows anodic oxide bleaching showing cracking;
FIG. 14B shows anodic oxide bleaching indicating no cracking with the fluid. FIG.

본 발명의 태양은 내구성 있고, 선택가능하고, 예측가능하고, 반복가능하게 다양한 광학 밀도 및 컬러의 가시성 마크로 양극 산화된 알루미늄 물품을 마킹하는 것이다. 이들 마크는 알루미늄의 표면상에 또는 그 가까이에 나타나 보이고 양극 산화 층을 실질적으로 손상되지 않은 채로 남겨두어 표면과 마크 둘 다를 보호하는 것이 이롭다. 이러한 방식으로 만들어진 마크는 양극 산화물을 형성하는 산화물층 밑 알루미늄의 표면에 또는 그 상에 그것들이 만들어지므로 층간 마크라 일컬어진다. 이상적으로 산화물은 마크를 보호하고 이웃의 마킹된 영역과 비-마킹된 영역 사이에서 기계적으로 인접하는 표면을 제공하기 위해 마킹에 뒤이어 손상되지 않은 채로 남아 있다. 또한, 이들 마크는 신뢰가능하고 반복가능하게 산출될 수 있어야 하는데, 특정 컬러 및 광학 밀도를 갖는 마크를 소망하면, 양극 산화된 알루미늄이 레이저 공정 시스템에 의해 처리될 때 소망의 결과를 산출할 레이저 파라미터의 세트가 알려져 있다는 것을 의미한다. 또한, 레이저 공정 시스템으로 생성된 어떤 그러한 마크는 가시성인 것을 고려한다. 이러한 태양에 있어서, 레이저 공정 시스템은 통상적 시점 조건 하에서는 가시성이지 않지만 다른 조건 하에서는, 예컨대, 자외선 광에 의해 조명될 때에는 가시성으로 되는 마크를 생성한다. 이들 마크는 도난-방지 마킹 또는 다른 특수 마크를 제공하도록 사용하는 것을 고려한다.An aspect of the present invention is to mark anodized aluminum articles with visible marks of various optical densities and colors that are durable, selectable, predictable and repeatable. These marks appear on or near the surface of the aluminum and advantageously protect both the surface and the mark by leaving the anodization layer substantially intact. Marks made in this way are referred to as interlayer marks as they are made on or on the surface of aluminum underneath the oxide layer forming the anodic oxide. Ideally, the oxide remains intact following the marking to protect the mark and provide a mechanically contiguous surface between the marked and non-marked regions of the neighborhood. In addition, these marks must be able to be reliably and repeatably calculated, provided that a mark with a particular color and optical density is desired, the laser parameters that will produce the desired results when anodized aluminum is processed by the laser processing system. Means that the set of is known. It is also contemplated that any such mark generated with a laser processing system is visible. In this aspect, the laser processing system produces a mark that is not visible under conventional viewing conditions but becomes visible under other conditions, for example when illuminated by ultraviolet light. These marks are contemplated for use to provide anti-theft markings or other special marks.

본 발명의 일 실시예는 양극 산화된 알루미늄 물품을 마킹하기 위해 적응된 레이저 공정 시스템을 사용한다. 양극 산화된 알루미늄 물품을 마킹하도록 적응될 수 있는 예시적 레이저 공정 시스템은 오리건주 97229 포틀랜드 소재의 Electro Scientific Industries, Inc.에 의해 제조된 ESI MM5330 마이크로머시닝 시스템이다. 이 시스템은 평균 전력이 30KHz 펄스 반복률에서 5.7W이고 제2 고조파가 532nm 파장으로 두 배로 되는 다이오드-펌프식 Q-스위치형 고체 레이저를 채용하는 마이크로머시닝 시스템이다. 양극 산화된 알루미늄 물품을 마킹하도록 적응될 수 있는 또 다른 예시적 레이저 공정 시스템은 또한 오리건주 97229 포틀랜드 소재의 Electro Scientific Industries, Inc.에 의해 제조된 ESI ML5900 마이크로머시닝 시스템이다. 이 시스템은 5MHz까지의 펄스 반복률에서 약 355㎚(UV) 내지 약 1064㎚(IR)의 파장을 방출하도록 구성될 수 있는 고체 다이오드-펌프식 레이저를 채용한다. 그 중 어느 시스템이든 본 명세서에 개시된 방법에 따라 양극 산화된 알루미늄 표면에 신뢰가능하고 반복가능하게 마크를 산출하도록 적절한 레이저, 레이저 광학계, 파트 핸들링 장비 및 제어 소프트웨어의 부가에 의해 적응될 수 있다. 이들 수정은 레이저 공정 시스템으로 하여금 소망의 컬러 및 광학 밀도를 갖는 소망의 마크를 생성하도록 소망의 레이트 및 피치로 적절히 위치결정 및 유지된 양극 산화된 알루미늄 물품 상의 소망의 장소에 적절한 레이저 파라미터를 갖는 레이저 펄스를 지향시키도록 허용한다. 그러한 적응된 시스템의 도해가 도 1에 도시되어 있다.One embodiment of the present invention uses a laser processing system adapted for marking anodized aluminum articles. An exemplary laser processing system that may be adapted to mark anodized aluminum articles is an ESI MM5330 micromachining system manufactured by Electro Scientific Industries, Inc., 97229 Portland, Oregon. The system is a micromachining system that employs a diode-pumped Q-switched solid state laser with an average power of 5.7W at 30KHz pulse repetition rate and a second harmonic doubled to 532nm wavelength. Another exemplary laser processing system that may be adapted to mark anodized aluminum articles is also an ESI ML5900 micromachining system manufactured by Electro Scientific Industries, Inc., 97229 Portland, Oregon. The system employs a solid-state diode-pumped laser that can be configured to emit wavelengths from about 355 nm (UV) to about 1064 nm (IR) at pulse repetition rates up to 5 MHz. Either system can be adapted by the addition of suitable lasers, laser optics, part handling equipment and control software to reliably and repeatably produce marks on anodized aluminum surfaces in accordance with the methods disclosed herein. These modifications result in a laser having the laser parameters appropriate for the desired location on the anodized aluminum article properly positioned and maintained at the desired rate and pitch to allow the laser processing system to produce the desired mark with the desired color and optical density. Allow to direct the pulse. An illustration of such an adapted system is shown in FIG. 1.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 물품을 마킹하도록 적응된 ESI MM5330 마이크로머시닝 시스템의 도해를 도시하고 있다. 적응 예는, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 1064㎚ 파장에서 동작하는 다이오드 펌프식 Nd:YVO4 고체 레이저로서 독일 카이저슬라우테른 소재의 Lumera Laser GmbH에 의해 제조된 모델 Rapid인 레이저(10)를 포함한다. 옵션으로서, 이러한 레이저는 파장을 532㎚로 줄이도록 고체 고조파 주파수 발생기를 사용하여 주파수가 두 배로 되거나 약 355㎚로 세 배로 됨으로써, 각자, 가시성(녹색) 또는 자외선(UV) 레이저 펄스를 생성한다. 이러한 레이저(10)는 6 와트의 연속적 전력을 산출하도록 레이팅되고 1000KHz의 최대 펄스 반복률을 갖는다. 이 레이저(10)는 컨트롤러(20)와 협력하여 1 피코초 내지 1,000 나노초의 지속시간을 갖는 레이저 펄스(12)를 산출한다. 이들 레이저 펄스(12)는 가우시안이거나 소망의 마킹을 허용하도록 레이저 광학계(14)에 의해 특수하게 정형화 또는 맞춤화될 수 있다. 레이저 광학계(14)는, 컨트롤러(20)와 협력하여, 물품(18) 상에 또는 그 가까이에 레이저 스폿(16)을 형성하도록 레이저 펄스(12)를 지향시킨다. 물품(18)은, 컨트롤러(20) 및 레이저 광학계(14)와 협력하여 합성 빔 위치결정 능력을 제공하는 모션 제어 엘리먼트를 포함하는 스테이지(22) 상에 고정된다. 합성 빔 위치결정은, 스테이지(22), 레이저 스폿(16) 또는 둘 다의 움직임에 의해 유도된 상대적 움직임을 보상하기 위해 컨트롤러(20)가 레이저 광학계(14)에서의 조향 엘리먼트를 지향시키게 함으로써 물품(18)이 레이저 스폿(16)에 대해 상대적으로 움직이고 있는 동안 물품(18) 상에 형상을 마킹하는 능력이다.1 illustrates an illustration of an ESI MM5330 micromachining system adapted to mark an article in accordance with one embodiment of the present invention. An adaptation is, in one embodiment of the invention, a laser of model Rapid, a diode pumped Nd: YVO 4 solid state laser operating at 1064 nm wavelength, manufactured by Lumera Laser GmbH, Kaiserslautern, Germany. It includes. Optionally, these lasers use a solid harmonic frequency generator to reduce the wavelength to 532 nm, doubling the frequency, or doubling to about 355 nm, respectively, producing visible (green) or ultraviolet (UV) laser pulses. This laser 10 is rated to yield 6 watts of continuous power and has a maximum pulse repetition rate of 1000 KHz. The laser 10 cooperates with the controller 20 to produce a laser pulse 12 having a duration of 1 picosecond to 1,000 nanoseconds. These laser pulses 12 are Gaussian or can be specially shaped or customized by the laser optics 14 to allow for the desired marking. The laser optical system 14, in cooperation with the controller 20, directs the laser pulse 12 to form a laser spot 16 on or near the article 18. The article 18 is fixed on a stage 22 that includes a motion control element that cooperates with the controller 20 and the laser optics 14 to provide composite beam positioning capabilities. Composite beam positioning is achieved by causing the controller 20 to direct the steering element in the laser optics 14 to compensate for the relative movement induced by the movement of the stage 22, the laser spot 16, or both. The ability to mark the shape on the article 18 while 18 is moving relative to the laser spot 16.

또한 레이저 펄스(12)는 그들이 물품(18) 상에 또는 그 가까이에 레이저 스폿(16)을 형성하도록 지향됨에 따라 컨트롤러(20)와 협력하여 레이저 광학계(14)에 의해 정형화된다. 레이저 광학계(14)는 가우시안 또는 특수하게 정형화될 수 있는 레이저 펄스(12)의 공간적 형상을 지향시킨다. 예컨대, 마킹되는 물품을 충돌하는 스폿 전체에 걸쳐 균등한 도스의 방사선을 갖는 레이저 펄스(12)를 배달하는 "톱 햇(top hat)" 공간적 프로파일이 사용될 수 있다. 이와 같은 특수하게 정형화된 공간적 프로파일은 회절성 광학 엘리먼트를 사용하여 생성될 수 있다. 또한 레이저 펄스(12)는 레이저 광학계(14)의 전자-광학 엘리먼트, 조향가능한 미러 엘리먼트 또는 갈바노미터 엘리먼트에 의해 개폐 또는 지향될 수 있다.The laser pulses 12 are also shaped by the laser optics 14 in cooperation with the controller 20 as they are directed to form a laser spot 16 on or near the article 18. The laser optics 14 directs the spatial shape of the laser pulse 12, which may be Gaussian or specially shaped. For example, a "top hat" spatial profile may be used that delivers a laser pulse 12 having an even dose of radiation across the spot that impinges the article being marked. Such specially shaped spatial profiles can be generated using diffractive optical elements. The laser pulse 12 can also be opened or closed by an electro-optical element, a steerable mirror element or a galvanometer element of the laser optics 14.

레이저 스폿(16)은 레이저 펄스(12)에 의해 형성되는 레이저 빔의 초점을 일컫는다. 위에서 언급된 바와 같이 레이저 스폿(16)에서의 레이저 에너지의 분포는 레이저 광학계(14)에 의존한다. 부가적으로, 레이저 광학계(14)는 레이저 스폿(16)의 초점의 깊이를 제어하거나, 또는 측정의 평면이 초점 평면으로부터 멀어져 움직임에 따라 스폿이 얼마나 신속하게 초점을 벗어나 가는지를 제어한다. 초점의 깊이를 제어함으로써, 컨트롤러(20)는 높은 정밀도로 반복가능하게 물품(18)의 표면에서든 그 가까이에서든 레이저 스폿(16)을 위치결정시키도록 레이저 광학계(14) 및 스테이지(22)를 지향시킬 수 있다. 물품의 표면 위 또는 아래에 초점을 위치결정시킴으로써 마크를 하는 것은 레이저 빔이 지정된 양만큼 디포커싱하게 함으로써 레이저 펄스에 의해 조명된 면적을 증가시키고 표면에서의 레이저 플루언스(laser fluence)를 감소시킨다. 빔 허리의 기하 구조가 알려져 있으므로, 물품의 실제 표면 위 또는 아래에 초점을 정밀하게 위치결정시키는 것은 스폿 사이즈 및 플루언스에 대한 부가적 정밀 제어를 제공할 것이다.The laser spot 16 refers to the focus of the laser beam formed by the laser pulse 12. As mentioned above, the distribution of laser energy in the laser spot 16 depends on the laser optics 14. In addition, the laser optics 14 controls the depth of focus of the laser spot 16, or how quickly the spot goes out of focus as the plane of measurement moves away from the focal plane. By controlling the depth of focus, the controller 20 directs the laser optics 14 and the stage 22 to position the laser spot 16 at or near the surface of the article 18 with high precision and repeatability. You can. Marking by positioning the focal point above or below the surface of the article allows the laser beam to defocus by a specified amount, thereby increasing the area illuminated by the laser pulses and reducing laser fluence at the surface. Since the geometry of the beam waist is known, precise positioning of the focus above or below the actual surface of the article will provide additional precise control over the spot size and fluence.

도 2는 유체 유동 없이 일보다 더 큰 나노초 펄스를 갖는 종래 기술의 레이저를 사용하여 양극 산화된 알루미늄(30) 상에 생성된 마크를 나타내는 마이크로포토그래프이다. 양극 산화물을 마크 영역(34)에서 크래킹(32)의 분명한 싸인, 원치않는 결과를 나타내고 있다. 도 3은 크래킹을 나타내지 않는 피코초 레이저로 만들어지는 동일 유형의 양극 산화된 알루미늄(36) 상의 동일 컬러 및 광학 밀도 마크(38)를 나타내고 있다. 피코초 레이저는 산화물층에 손상을 야기함이 없이 상업적으로 바람직한 흑색으로 양극 산화된 알루미늄 물품을 마킹한다. 상업적으로 허용가능한 흑색은 L*=40, a*=5 및 b*=10 또는 그 미만의 CIE 색도를 갖는 마크로 정의된다. 피코초 레이저를 사용하는 또 다른 이점은 그것들이 종래 기술의 펨토초 레이저보다 매우 덜 비싸고, 보수를 매우 덜 필요로 하고, 전형적으로 매우 더 긴 동작 수명을 갖는 것이다. 부가적으로, 본 발명의 태양은 상업적으로 바람직한 마크를 생성하기 위해 양극 산화 전에 알루미늄 표면의 클리닝을 필요로 하지 않는다. FIG. 2 is a microphotograph showing marks produced on anodized aluminum 30 using prior art lasers having nanosecond pulses greater than one without fluid flow. Anodic oxides have shown undesired, undesired sign of cracking 32 in mark region 34. 3 shows the same color and optical density marks 38 on the same type of anodized aluminum 36 made with picosecond lasers that do not exhibit cracking. Picosecond lasers mark anodized aluminum articles in a commercially desirable black color without causing damage to the oxide layer. Commercially acceptable black is defined as a mark having a CIE chromaticity of L * = 40, a * = 5 and b * = 10 or less. Another advantage of using picosecond lasers is that they are much less expensive than prior art femtosecond lasers, require very little maintenance, and typically have a much longer operating life. In addition, aspects of the present invention do not require cleaning of the aluminum surface prior to anodizing to produce commercially desirable marks.

본 발명의 일 실시예는 양극 산화물 하에 양극 산화된 알루미늄 상에 마킹을 수행한다. 층간 마킹이 일어나기 위해, 레이저 플루언스는 다음에 의해 정의된다:One embodiment of the invention performs marking on anodized aluminum under anodization. For interlayer marking to occur, laser fluence is defined by:

F = E/sF = E / s

여기서 E는 레이저 펄스 에너지이고 s는 레이저 스폿 면적이고, 다음을 충족해야 한다.Where E is the laser pulse energy and s is the laser spot area, and

Fu < F < Fs F u <F <F s

여기서 Fu는 기판/코팅 인터페이스, 이 경우에서는 알루미늄/알루미늄 산화물의 레이저 수정 임계치이고, Fs는 표면층 또는 양극 산화물에 대한 손상 임계치이다. Fu 및 Fs는 실험에 의해 획득되었고 기판 및 표면층이 손상되기 시작하는 선택된 레이저의 플루언스를 표현한다. 10 ps 펄스에 대해, 우리의 실험은 Al에 대한 Fu가 ps 녹색에 대해서는 ~ 0.13 J/㎠이고 ps IR에 대해서는 ~ 0.2 J/㎠이고, Fs는 ps 녹색에 대해서는 ~ 0.18 J/㎠이고 ps IR에 대해서는 ~ 1 J/㎠이다. 이들 값 사이에서 레이저 플루언스를 변화시키는 것은 변화하는 컬러 및 광학 밀도의 마크를 생성한다. 여러 다른 펄스 지속시간 및 레이저 파장은 각각 Fu 및 Fs의 대응하는 값을 가질 것이다. 양극 산화된 물품 및 레이저 파라미터의 주어진 세트에 대한 실제의 임계치는 실험적으로 결정된다. 마킹하는 동안 유체 유동을 사용하는 이점은 유체 유동이 손상 임계치 Fs를 증가시킴으로써 더 높은 에너지가 물품을 마킹하는데 사용되게 하여 더 높은 처리량 및 더 넓은 범위의 마킹 밀도를 허용하는 것이다.Where F u is the laser modification threshold of the substrate / coating interface, in this case aluminum / aluminum oxide, and F s is the damage threshold for the surface layer or anode oxide. F u and F s are obtained by experiment and represent the fluence of the selected laser where the substrate and surface layer begin to be damaged. For 10 ps pulses, our experiments show that F u for Al is ˜0.13 J / cm 2 for ps green, ˜0.2 J / cm 2 for ps IR, and F s is ˜0.18 J / cm 2 for ps green It is -1 J / cm <2> for ps IR. Changing the laser fluence between these values produces marks of varying color and optical density. Different pulse durations and laser wavelengths will have corresponding values of F u and F s , respectively. The actual threshold for a given set of anodized article and laser parameters is determined experimentally. The advantage of using fluid flow during marking is that fluid flow increases the damage threshold F s so that higher energy is used to mark the article, allowing higher throughput and a wider range of marking densities.

본 발명의 일 실시예는 알루미늄 물품의 표면상에 있는 것으로부터 알루미늄의 표면 위 또는 아래에 정밀 거리 위치하는 것으로 레이저 스폿의 위치를 조절함으로써 알루미늄 물품의 표면에서의 레이저 플루언스를 정밀하게 제어한다. 도 4는 레이저 펄스 초점(40) 및 그 근방 빔 허리의 도해를 나타내고 있다. 레이저 펄스가 따라 주행하는 광학 축(44) 상에서 FWHM 방법에 의해 측정될 때 레이저 펄스의 공간적 에너지 분포의 직경인 표면(42)에 의해 빔 허리가 표현된다. 직경(48)은 레이저 공정 시스템이 표면 위 거리(A-O)에서 레이저 펄스를 포커싱할 때 알루미늄의 표면상의 레이저 펄스 스폿 사이즈를 표현한다. 직경(46)은 레이저 공정 시스템이 표면 아래 거리(O-B)에서 레이저 펄스를 포커싱할 때 알루미늄의 표면상의 레이저 펄스 스폿 사이즈를 표현한다.One embodiment of the present invention precisely controls laser fluence at the surface of an aluminum article by adjusting the position of the laser spot to be positioned precisely above or below the surface of the aluminum from being on the surface of the aluminum article. 4 shows a diagram of the laser pulse focus 40 and its near beam waist. The beam waist is represented by the surface 42 which is the diameter of the spatial energy distribution of the laser pulse as measured by the FWHM method on the optical axis 44 along which the laser pulse travels along. The diameter 48 represents the laser pulse spot size on the surface of the aluminum when the laser processing system focuses the laser pulse at an on-surface distance A-O. The diameter 46 represents the laser pulse spot size on the surface of aluminum when the laser processing system focuses the laser pulse at sub-surface distance O-B.

상업적으로 바람직한 흑색에 부가하여, 그레이스케일값으로 물품을 마킹하는 것 또한 유용하다. 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의해 이루어진 양극 산화된 알루미늄 상에 만들어진 일련의 그레이스케일 마크를 도시하고 있다. 마크의 광학 밀도는 배경과 거의 구별될 수 없는 것으로부터 완전 흑색으로까지의 범위에 이른다. 본 발명의 태양에 의하면, 각각의 그레이스케일 마크는 고유의 3중 CIE 비색법 값에 의해 식별될 수 있다. L*, a* 및 b*. 본 발명의 태양은 명령시 양극 산화된 알루미늄 상에 소망의 그레이스케일값 마크를 신뢰가능하고 반복가능하게 산출하는 레이저 파라미터의 세트와 각각의 소망의 그레이스케일값을 연관시킨다. 또한 육안으로는 구별될 수 없는 것처럼 보일 수 있는 마크가 넓은 스펙트럼 가시광 이외 예컨대 자외선 광으로 조명될 때에는 가시성으로 될 수 있음을 주목하라.In addition to commercially preferred black, it is also useful to mark articles in grayscale values. 5 and 6 illustrate a series of grayscale marks made on anodized aluminum made by one embodiment of the present invention. The optical density of the mark ranges from almost indistinguishable from the background to full black. According to aspects of the present invention, each grayscale mark can be identified by a unique triple CIE colorimetric value. L *, a * and b *. Aspects of the present invention associate each desired grayscale value with a set of laser parameters that reliably and repeatably yield the desired grayscale value mark on the anodized aluminum upon command. Note also that a mark that may seem indistinguishable with the naked eye may become visible when illuminated with, for example, ultraviolet light other than broad spectrum visible light.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의해 양극 산화된 알루미늄(70) 상에 만들어진 흑색 마크(60, 62, 64, 66)를 도시하고 있다. 이들 마크(60, 62, 64, 66)는 L*=40, a*=5 및 b*=10 미만으로부터, 상업적으로 바람직한 마크로 만드는 전적으로 투명으로까지의 범위에 이르는 CIE 색도를 갖는다. 이들 마크의 또 다른 특징은 그것들이 손상되지 않은 양극 산화물 밑에 있으므로 그것들은 넓은 범위의 시야각에 걸쳐 균일한 외관을 갖는다는 것이다. 종래 기술의 방법을 사용하여 만들어진 마크는 양극 산화 층에 대한 손상에 기인하여 시야각에 의존해 외관에서 넓은 편차를 갖는 경향이 있다. 구체적으로, 종래 기술의 나노초 펄스로 마킹할 때, 어두운 마크를 만들도록 표면에 충분한 레이저 펄스 에너지를 인가하는 것은 마크의 외관이 시야각에 따라 변하게 야기하는 양극 산화물에 대한 손상을 야기한다. 본 발명의 일 태양에 의해 만들어진 마크는 마크가 얼마나 어두운지에 무관하게 양극 산화물을 손상시키지도 않고 그 외관이 시야각에 따라 변하지도 않는다. 이들 개선된 마크는 다음의 레이저 파라미터로 만들어진다.5 shows black marks 60, 62, 64, 66 made on anodized aluminum 70 according to one embodiment of the present invention. These marks 60, 62, 64, 66 have CIE chromaticities ranging from less than L * = 40, a * = 5 and b * = 10 to wholly transparent which makes them a commercially desirable mark. Another feature of these marks is that they have a uniform appearance over a wide range of viewing angles because they are under intact anodic oxide. Marks made using prior art methods tend to have wide variations in appearance depending on the viewing angle due to damage to the anodization layer. Specifically, when marking with prior art nanosecond pulses, applying sufficient laser pulse energy to the surface to create a dark mark causes damage to the anode oxide causing the appearance of the mark to change with viewing angle. The mark made by one aspect of the present invention does not damage the anode oxide, and its appearance does not change with the viewing angle, regardless of how dark the mark is. These improved marks are made with the following laser parameters.

Figure pct00002
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마크(60, 62, 64, 66)는 광학 밀도가 마킹되지 않은 알루미늄 대비 가상으로 눈에 띄지 않는 것(60)으로부터 완전 흑색(62)으로까지의 범위에 이른다. 2개의 극단 사이의 그레이스케일 광학 밀도(64, 66)는, 플루언스를 증가시켜 더 어두운 마크를 생성하면서, 초점을 물품에 더 가까이 이동시킴으로써 생성된다. 알루미늄의 표면 위 초점의 높이는 가장 어두운 광학 밀도 마크(62)의 경우 영으로부터 변화하여, 도 5의 우측으로부터 좌측으로 각각의 마크(64, 66)에 대해 500 미크론 증분씩 증가하고, 가장 밝은 마크(60)에 대해 표면 위 5㎜에서 끝난다. 알루미늄의 표면 위 4.5 내지 1.5㎜에 위치한 초점으로 생성된 마크(64)는 황갈색 또는 금색을 나타내고 1㎜ 이하에서의 초점으로 생성된 마크(62, 66)는 회색 또는 흑색을 나타냄을 주목하라. 정규 레이저 공정 톨러런스 내 다른 레이저 파라미터를 유지하는 것에 더하여 작업 표면으로부터의 레이저 초점 거리에 대한 이러한 정밀 제어를 유지하는 것은 양극 산화된 알루미늄 상에 소망의 컬러 및 광학 밀도를 갖는 레이저 마크가 만들어지게 한다. 부가적으로, 가장 어두운 마크는 상업적으로 바람직한 흑색 마크로 만드는 L*=40, a*=5 및 b*=10 미만의 CIE 색도를 나타내 보인다.Marks 60, 62, 64, 66 range from virtually invisible 60 to full black 62 as compared to unmarked aluminum in optical density. Grayscale optical densities 64 and 66 between the two extremes are created by moving the focus closer to the article, increasing the fluence to produce darker marks. The height of the focus on the surface of aluminum varies from zero for the darkest optical density mark 62, increasing in 500 micron increments for each mark 64, 66 from right to left in FIG. End at 5 mm above the surface. Note that the mark 64 created with a focus located 4.5-1.5 mm above the surface of aluminum represents tan or gold and the marks 62, 66 created with a focus at 1 mm or less show gray or black. Maintaining this precise control of the laser focal length from the working surface in addition to maintaining other laser parameters in the normal laser process tolerance results in the creation of laser marks with the desired color and optical density on the anodized aluminum. In addition, the darkest marks exhibit CIE chromaticities of less than L * = 40, a * = 5 and b * = 10, making them commercially desirable black marks.

본 발명의 또 다른 태양은 피코초 레이저 펄스 파라미터와 그레이스케일 이외의 컬러를 갖는 마크 사이의 관계를 결정한다. 그레이스케일 이외의 컬러는 양극 산화된 알루미늄 상에 2개의 다른 방식으로 산출될 수 있다. 첫째로, 금색 톤이 일정 범위의 광학 밀도로 산출될 수 있다. 이러한 컬러는 알루미늄과 산화물 코팅 사이의 인터페이스에서 이뤄진 변경에 의해 산출된다. 레이저 펄스 파라미터의 신중한 선택은 산화물 코팅을 손상시키지 않고 소망의 금색을 산출할 것이다. 도 5는 또한 본 발명의 일 태양에 의해 생성된 황갈색 또는 금색의 다양한 음영을 나타내고 있다.Another aspect of the invention determines the relationship between picosecond laser pulse parameters and marks having colors other than grayscale. Colors other than grayscale can be calculated in two different ways on anodized aluminum. First, gold tones can be calculated with a range of optical densities. This color is produced by changes made at the interface between aluminum and oxide coatings. Careful selection of laser pulse parameters will yield the desired gold color without damaging the oxide coating. 5 also shows various shades of tan or gold produced by one aspect of the present invention.

양극 산화된 알루미늄의 레이저 마킹은 또한 알루미늄을 마킹하도록 IR 파장 레이저 펄스를 사용하는 본 발명의 일 태양에 의해 달성될 수 있다. 이러한 태양은 2개의 다른 방식으로 알루미늄의 표면에서 레이저 플루언스를 변화시킴으로써 변화하는 그레이스케일 밀도의 마크를 생성한다. 위에서 논의된 바와 같이, 그레이스케일은 알루미늄의 표면 위 또는 아래에 초점을 위치결정시킴으로써 표면에서의 플루언스를 변화시킴으로써 달성될 수 있다. 그레이스케일을 제어하는 두 번째 방식은 소망의 패턴을 마킹할 때 바이트 사이즈 또는 라인 피치를 변경함으로써 알루미늄의 표면에서의 총 도스를 변화시키는 것이다. 바이트 사이즈를 변경하는 것은 알루미늄의 표면에 대해 레이저 펄스 빔이 이동되는 레이트를 조절하는 것 또는 펄스 반복률을 변경하는 것 또는 둘 다를 일컫는데, 알루미늄 상의 연속하는 레이저 펄스 충돌 자리 사이의 거리를 변경하는 결과를 초래한다. 라인 피치를 변화시키는 것은 다양한 오버래핑 도수를 달성하기 위해 마킹된 라인 사이의 거리를 조절하는 것을 일컫는다. 도 6은 마크(72)의 어레이를 갖는 알루미늄 물품(74)을 도시하고 있다. 이들 마크(72)는 여섯 개의 열과 네 개의 행의 어레이로 배열되어 있다. 여섯 개의 열은 알루미늄의 표면 위 초점의 여섯 개의 Z-높이를 표현하고 0(상단 행)으로부터 5㎜(하단 행)로까지의 범위에 이른다. 네 개의 행은 상단으로부터 하단으로 5, 10, 20 및 50 미크론 눈금 값의 피치를 표현한다. 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 초점의 Z-높이를 변화시키고 레이저 펄스의 피치를 변화시키는 것은 CIE L*=40, a*=5, 및 b*=10 미만으로부터 거의 투명으로까지 어떠한 소망의 광학 밀도의 회색 레벨을 예측가능하게 산출할 수 있고, 그로써 양극 산화된 알루미늄 상에 상업적으로 바람직한 마크를 산출한다.Laser marking of anodized aluminum can also be accomplished by one aspect of the invention using IR wavelength laser pulses to mark aluminum. This aspect produces a mark of varying grayscale density by changing the laser fluence at the surface of aluminum in two different ways. As discussed above, grayscale can be achieved by varying the fluence at the surface by positioning the focal point above or below the surface of aluminum. The second way of controlling grayscale is to change the total dose at the surface of the aluminum by changing the bite size or line pitch when marking the desired pattern. Changing the bite size refers to adjusting the rate at which the laser pulse beam is moved relative to the surface of aluminum or to changing the pulse repetition rate, or both, as a result of changing the distance between successive laser pulse impact sites on the aluminum. Brings about. Changing the line pitch refers to adjusting the distance between marked lines to achieve various overlapping degrees. 6 shows an aluminum article 74 having an array of marks 72. These marks 72 are arranged in an array of six columns and four rows. The six columns represent the six Z-heights of the focal point on the surface of the aluminum and range from 0 (top row) to 5 mm (bottom row). Four rows represent the pitch of 5, 10, 20 and 50 micron scale values from top to bottom. As can be seen from FIG. 6, changing the Z-height of the focus and the pitch of the laser pulses can be of any desired, from less than CIE L * = 40, a * = 5, and b * = 10 to almost transparent. Gray levels of optical density can be calculated predictably, thereby yielding commercially desirable marks on anodized aluminum.

Figure pct00003
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피코초 레이저 펄스를 사용하여 양극 산화된 알루미늄에 적용될 수 있는 마킹의 제2 유형은 염색된 양극 산화물의 표백에 의해 야기된 컬러 콘트라스트에 있어서의 개조이다. 현미경 스케일 상에서, 양극 산화물은 다공성이고, 많은 유형의 염료를 쉽게 받아들일 것이다. 도 3을 다시 참조하면, 양극 산화된 알루미늄의 이러한 현미경 사진은 표면의 다공성 본질을 보여준다. 염색된 양극 산화된 알루미늄을 마킹하는데 사용된 레이저 펄스는 그것이 알루미늄을 마킹함에 따라 파장 및 펄스 에너지에 의존하여 염료를 표백하여, 양극 산화물을 투명하게 함으로써 밑의 알루미늄 상의 마크를 드러낸다. 더 높은 플루언스로는, 흑색, 그레이스케일 또는 이전 섹션에 제시된 컬러로 양극 산화 층 밑 알루미늄의 마킹과 염료 표백이 동시에 가능하다. 더 적은 에너지의 펄스는 양극 산화물 염료를 부분적으로 표백하여 그것을 반투명으로 렌더링함으로써 기저의 알루미늄 마크를 부분적으로 채색할 수 있다. 마지막으로, 더 긴 파장 펄스는 양극 산화물을 표백함이 없이 상업적으로 바람직한 흑색 또는 그레이스케일 컬러로 알루미늄을 마킹할 수 있다. 도 7은 가시성(532㎚) 레이저 펄스로 만들어진 마크를 갖는 염색된 양극 산화된 알루미늄 물품을 도시하고 있다. 양극 산화물에서의 염료는 레이저 펄스를 받게 되는 영역에서 표백됨을 주목하라. 도 8은 IR(1064㎚) 레이저 펄스로 만들어진 마크를 갖는 동일 유형의 염색된 양극 산화된 알루미늄 물품을 도시하고 있다. 양극 산화물은 IR 레이저 펄스에 의해 표백되지 않고 그리하여 원래 산화물의 반투명 이상으로 밑의 알루미늄 컬러를 드러내지는 않음을 주목하라.A second type of marking that can be applied to anodized aluminum using picosecond laser pulses is a modification in color contrast caused by bleaching of dyed anodized oxides. On the microscopic scale, the anode oxide is porous and will readily accept many types of dyes. Referring again to FIG. 3, this micrograph of anodized aluminum shows the porous nature of the surface. The laser pulse used to mark the dyed anodized aluminum bleaches the dye depending on the wavelength and pulse energy as it marks the aluminum, revealing the mark on the underlying aluminum by making the anode oxide transparent. With higher fluences, it is possible to simultaneously mark and dye bleach the aluminum under the anodization layer in black, grayscale or the colors shown in the previous section. Less energy pulses can partially color the underlying aluminum mark by partially bleaching the anodic oxide dye and rendering it translucent. Finally, longer wavelength pulses can mark aluminum in a commercially desirable black or grayscale color without bleaching the anode oxide. FIG. 7 shows a dyed anodized aluminum article having marks made with visible (532 nm) laser pulses. Note that the dye in the anodic oxide is bleached in the areas subjected to laser pulses. 8 shows the same type of dyed anodized aluminum article having marks made with IR (1064 nm) laser pulses. Note that the anode oxide is not bleached by the IR laser pulses and thus does not reveal the underlying aluminum color beyond the translucency of the original oxide.

본 발명의 또 다른 태양은 피코초 레이저를 사용하여 채색된 양극 산화물을 갖는 양극 산화된 알루미늄을 레이저 마킹하는 것에 관한 것이다. 전형적으로 양극 산화는 다공성 표면을 형성하므로, 알루미늄의 외관을 개조하는 염료가 도입될 수 있다. 이들 염료는 불투명 또는 반투명일 수 있고, 변화하는 양의 입사광으로 하여금 알루미늄에 도달하고 양극 산화물을 통해 되돌아 반사되게 한다. 도 7은 본 발명의 일 태양에 따라 산출된 마크(82)의 어레이 및 양극 산화물에서의 분홍 염료를 갖는 양극 산화된 알루미늄 물품(80)을 도시하고 있다. 밑의 알루미늄이 본색(은색)을 황갈색의 음영으로부터 회색 및 최종적으로 흑색으로 일정 범위의 레이저-마킹된 컬러로 나타낸 바대로 산화물층에서 염료를 표백함으로써 컬러는 생성된다. 이들 음영은 알루미늄의 표면에서 레이저 펄스의 플루언스를 변화시킴으로써 생성된다. 네 개의 행은 10 내지 50 미크론의 레이저 펄스 피치 변화를 표현하고 열은 0.0 내지 5.0㎜로 표면으로부터의 초점 거리를 변화시키는 것을 나타낸다. 모든 경우에 있어서 이들 레이저 파라미터는 알루미늄 위에 놓인 산화물에서 염료를 표백하여 알루미늄 상의 마크가 통하여 나타나게 한다. 레이저 마크 광학 밀도는 투명으로부터 L*=40, a*=5, 및 b*=10 미만의 CIE 색도까지의 범위에 이른다. 이들 마크를 생성하는데 사용된 레이저 파라미터는 표 3에 주어진다.Another aspect of the invention relates to laser marking anodized aluminum with colored anodized oxide using a picosecond laser. Anodic oxidation typically forms a porous surface, so dyes can be introduced that modify the appearance of aluminum. These dyes may be opaque or translucent and cause varying amounts of incident light to reach aluminum and reflect back through the anodic oxide. FIG. 7 illustrates an anodized aluminum article 80 with an array of marks 82 and pink dye in anodization, calculated according to one aspect of the present invention. Color is produced by bleaching the dye in the oxide layer as the underlying aluminum shows a range of laser-marked colors from shades of tan to gray and finally black. These shades are produced by changing the fluence of the laser pulses on the surface of aluminum. Four rows represent laser pulse pitch variations of 10 to 50 microns and columns represent varying focal lengths from the surface by 0.0 to 5.0 mm. In all cases, these laser parameters cause the dye on the aluminum to bleach through the bleaching of the dye over the aluminum. Laser mark optical densities range from transparent to CIE chromaticities of less than L * = 40, a * = 5, and b * = 10. The laser parameters used to generate these marks are given in Table 3.

Figure pct00004
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양극 산화 염료의 표백은 주파수 의존적이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 532㎚ 레이저 펄스는 가장 낮은 플루언스에서도 양극 산화 염료를 표백한다. 다른 한편으로, IR 레이저 파장은 대부분의 반투명 염료 컬러에 대해 염료를 표백함이 없이 염색된 양극 산화된 알루미늄 상에 마크를 생성한다. 도 8은 IR 레이저 펄스로 만들어진 마크(102)를 갖는 분홍 염료를 갖는 양극 산화된 알루미늄 물품(100)을 도시하고 있다. 마크는 반투명으로부터 흑색으로까지의 범위에 이르고 초점으로부터 표면으로까지의 거리도 변경하고 피치도 변경함으로써 레이저 플루언스를 고치는 것에 의해 만들어졌다. 여섯 개의 열은 알루미늄의 표면과 레이저 펄스의 초점 사이의 거리를 5.5㎜(우측)로부터 영(좌측)으로까지 변경하는 것을 표현한다. 네 개의 행은 레이저 펄스 피치를 10으로부터 50 미크론으로까지 변경하는 것을 표현한다. 이들 마크를 생성하는데 사용된 레이저 파라미터는 표 4에 나타나 있다.Bleaching of anodizing dyes is frequency dependent. As shown in FIG. 7, the 532 nm laser pulse bleaches the anodizing dye even at the lowest fluence. IR laser wavelengths, on the other hand, produce marks on dyed anodized aluminum without bleaching the dye for most translucent dye colors. 8 shows anodized aluminum article 100 with a pink dye having a mark 102 made of IR laser pulses. Marks were made by fixing the laser fluence, ranging from translucent to black, changing the distance from the focus to the surface, and also the pitch. Six columns represent changing the distance between the surface of aluminum and the focal point of the laser pulse from 5.5 mm (right) to zero (left). Four rows represent changing the laser pulse pitch from 10 to 50 microns. The laser parameters used to generate these marks are shown in Table 4.

Figure pct00005
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532㎚(녹색) 레이저 파장에 대하여 양극 산화 염료를 표백, 알루미늄을 마킹 그리고 표면 애블레이션(ablation)을 야기하는 것 사이의 관계가 도 9에 도시되어 있다. 표 1 및 표 3에 주어진 것들 내의 파라미터를 갖는 532㎚(녹색) 레이저 펄스에 대해, 도 8은 양극 산화물 표백(Fb), 양극 산화물 아래의 알루미늄을 마킹(Fu) 및 표면 애블레이션(Fs)에 대한 플루언스 임계치를 J/㎠로 나타내고 있다. 본 발명의 일 태양에 대해 532㎚ 레이저 펄스는 Fb = 0.1 J/㎠, Fu = 0.13 J/㎠, 및 Fs = 0.18 J/㎠ 값을 내놓는다. 도 10은 표 2 및 표 4에 주어진 것들 내의 파라미터를 갖는 1064㎚(IR) 레이저 펄스에 대해 플루언스 임계치를 J/㎠로 나타내고 있다. 본 발명의 일 태양에 대해 1064㎚ 레이저 펄스에 대한 플루언스 임계치는 J/㎠로 Fu = 0.2 J/㎠ 및 Fs = 1.0 J/㎠이다. 레이저 플루언스가 위에 놓인 양극 산화물에 대한 손상을 야기하기에 충분히 클 때까지 IR 파장 레이저 펄스는 양극 산화물을 표백하기 시작하지 않으므로 양극 산화물 표백에 대한 임계치는 이용가능하지 않음을 주목하라. Fb, Fu 및 Fs에 대한 정확한 값은 사용된 특정 레이저 및 광학계에 의존할 것임을 주목하라. 그것들은 마킹될 그리고 추후 사용을 위해 컨트롤러에 저장될 소정 공정 셋업 및 물품에 대해 실험적으로 결정되어야 한다.The relationship between bleaching anodizing dye, marking aluminum and causing surface ablation for a 532 nm (green) laser wavelength is shown in FIG. 9. For 532 nm (green) laser pulses with parameters in those given in Tables 1 and 3, FIG. 8 shows anodic oxide bleaching (Fb), marking aluminum below the anodic oxide (F u ) and surface ablation (F s) Fluence threshold for) is expressed in J / cm 2. For one aspect of the invention a 532 nm laser pulse yields Fb = 0.1 J / cm 2, F u = 0.13 J / cm 2, and F s = 0.18 J / cm 2. FIG. 10 shows the fluence threshold in J / cm 2 for 1064 nm (IR) laser pulses with parameters in those given in Tables 2 and 4. FIG. For one aspect of the present invention the fluence threshold for a 1064 nm laser pulse is F u = 0.2 J / cm 2 and F s = 1.0 J / cm 2 at J / cm 2. Note that the threshold for anode oxide bleaching is not available because the IR wavelength laser pulses do not begin to bleach the anode oxide until the laser fluence is large enough to cause damage to the underlying anode oxide. Note that the exact values for Fb, F u and F s will depend on the specific laser and optics used. They must be determined experimentally for certain process setups and articles to be marked and stored in the controller for later use.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 적응된 레이저 공정 시스템의 프로그램가능한 본질은 패턴으로 상업적으로 바람직한 마크로 양극 산화된 알루미늄 물품의 마킹을 허용한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 이 태양에 있어서 패턴(110)은 디지털 표현(112)으로 변환되어, 리스트(114)로 분해되고, 이 경우 리스트(114)에서의 각각의 엔트리(116)에는 각각의 위치와 연관된 컬러 및 광학 밀도를 갖는 단수 또는 복수의 위치의 표현이 들어 있다. 리스트(114)는 컨트롤러(20)에 저장된다. 컨트롤러(20)는 레이저 파라미터를 리스트(114)에서의 각각의 엔트리(116)와 연관시켜서, 레이저 파라미터는, 레이저(10), 광학계(14) 및 모션 제어 스테이지(22)에 명령으로 보내질 때, 레이저(10)가 표면(16)에서 또는 그 가까이서 알루미늄 물품(18)에 부딪히는 하나 이상의 레이저 펄스(12)를 발생시키게 야기할 것이다. 이들 펄스는 소망의 컬러 및 광학 밀도를 갖는 마크를 생성할 것이다. 마크가 생성되고 있을 때 리스트에 저장된 위치에 따라 알루미늄 물품(18)에 상대적으로 레이저 펄스(12)를 이동시킴으로써, 소망 범위의 컬러 및 광학 밀도의 마크가 양극 산화된 알루미늄 표면상에 소망의 패턴으로 만들어진다.In another embodiment of the present invention, the programmable nature of the adapted laser processing system allows for the marking of anodized aluminum articles with commercially preferred marks in a pattern. As shown in FIG. 11, in this aspect, the pattern 110 is converted into a digital representation 112 and decomposed into a list 114, in which case each entry 116 in the list 114 is a respective one. Contains a representation of a singular or plural position having color and optical density associated with the position of. The list 114 is stored in the controller 20. The controller 20 associates the laser parameters with each entry 116 in the list 114 so that when the laser parameters are sent to the laser 10, the optical system 14 and the motion control stage 22 as commands, It will cause the laser 10 to generate one or more laser pulses 12 that strike the aluminum article 18 at or near the surface 16. These pulses will produce a mark with the desired color and optical density. By moving the laser pulse 12 relative to the aluminum article 18 according to the position stored in the list when the mark is being generated, marks of the desired range of color and optical density are in a desired pattern on the anodized aluminum surface. Is made.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서 채색된 양극 산화물은 부가적 컬러 및 광학 밀도를 제시하도록 이전에 패터닝된 마크 위에 패터닝된다. 이 태양에 있어서, 그레이스케일 패턴이 양극 산화된 알루미늄 물품 상에 생성된다. 그 후 물품은 레이저 펄스로의 노출에 의해 현상될 수 있는 포토레지스트 코팅으로 코팅된다. 그레이스케일 패터닝된, 포토레지스트 코팅된 물품은 물품에 이미 적용된 패턴과 맞춰 시스템이 레이저 펄스를 인가할 수 있도록 레이저 공정 시스템 내에 놓여 정렬된다. 사용된 포토레지스트는 "네거티브" 포토레지스트로 알려져 있는 유형이고, 이 경우 레이저 방사선에 노출된 영역은 제거될 것이고 노출되지 않은 영역은 후속의 공정에 이어 물품 상에 남아 있을 것이다. 남아 있는 포토레지스트는 염료의 도입으로부터 물품의 표면을 보호하는 한편, 노출되어 이후 제거되었던 양극 산화물의 영역은 소망의 컬러로 염색될 것이다. 이러한 양극 산화 층은 빛이 양극 산화물을 통과하여 아래의 패턴으로 가서 양극 산화물을 통해 되돌아 반사되게 하기 위해 반투명이어서 선택된 컬러 및 광학 밀도로 컬러 패턴을 생성하도록 설계된다. 이러한 컬러 양극 산화물은 또한 소망의 투명성을 갖는 소망의 컬러를 생성하도록 본 발명의 다른 태양에 의해 개시된 기술을 사용하여 필요하다면 표백될 수 있다. 이러한 컬러는 기저 패턴의 영역 위에 도포되거나 레이저 시스템의 해상도의 한계에 이르기까지 전형적으로 10 내지 400 미크론 범위로 포인트 대 포인트 기준으로 도포될 수 있다. 이러한 동작은 다중 컬러 오버레이를 생성하도록 반복될 수 있다. 본 발명의 일 태양에 있어서, 양극 산화 컬러 오버레이는 베이어 패턴(Bayer pattern)과 같이 다중 컬러 오버레이 그리드에 도포된다. 컬러 오버레이 그리드와 일하도록 그레이스케일 패턴을 설계함으로써, 내구성 있고 상업적으로 바람직한 풀 컬러 이미지가 양극 산화된 알루미늄 물품 상에 생성될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the colored anodic oxide is patterned over previously patterned marks to present additional color and optical density. In this aspect, a grayscale pattern is created on the anodized aluminum article. The article is then coated with a photoresist coating that can be developed by exposure to laser pulses. The grayscale patterned, photoresist coated article is placed and aligned in a laser processing system such that the system can apply laser pulses to a pattern already applied to the article. The photoresist used is of a type known as "negative" photoresist, in which case the areas exposed to laser radiation will be removed and the unexposed areas will remain on the article following the subsequent process. The remaining photoresist will protect the surface of the article from the introduction of the dye, while the areas of the anode oxide that have been exposed and subsequently removed will be dyed in the desired color. This anodic oxide layer is designed to be translucent to produce a color pattern with a selected color and optical density to allow light to pass through the anodic oxide to the pattern below and reflect back through the anodic oxide. Such color anodic oxides can also be bleached if necessary using the techniques disclosed by the other aspects of the invention to produce the desired color with the desired transparency. Such colors may be applied over an area of the base pattern or applied on a point-to-point basis, typically in the range of 10 to 400 microns up to the limit of resolution of the laser system. This operation may be repeated to create multiple color overlays. In one aspect of the invention, anodized color overlay is applied to a multicolor overlay grid, such as a Bayer pattern. By designing a grayscale pattern to work with a color overlay grid, a durable and commercially desirable full color image can be created on anodized aluminum article.

도 12a 내지 도 12i는 2색에 대한 이러한 컬러 오버레이를 생성하는데 사용된 단계의 시퀀스를 도시하고 있다. 도 12a에 있어서, 알루미늄 물품(118)은 투명 양극 산화 층(120) 및 본 발명의 다른 태양에 따라 이전에 도포된 마크(122)를 갖는다. 네거티브 포토레지스트(124)는 투명 양극 산화물(120)의 표면에 도포된다. 도 12b에 있어서, 레이저 펄스(126)는 포토레지스트(124)의 영역(128, 130)을 노출시킨다. 도 12c에 있어서, 노출되지 않은 레지스트(134)는 레지스트 공정 후에 남아 있지만, 노출된 레지스트는 처리된 레지스트 층(134)에서 보이드(132)를 남기면서 제거되었다. 도 12d는 처리된 레지스트 층(134)에서의 보이드(132) 밑에 양극 산화물이 컬러로 염색된 섹션(136)을 갖는 베이스 양극 산화 층(120)을 도시하고 있다. 손상되지 않은 처리된 레지스트(134)는 처리된 레지스트(134)가 제거된 곳(132)을 제외하고는 어디에서도 양극 산화물이 컬러를 획득하지 못하게 방지한다. 도 12e는 처리된 레지스트의 제거 후 이전에 도포된 마크(122)와 관련하여 양극 산화물의 컬러 부분(136)을 갖는 베이스 양극 산화물(120)을 갖는 물품(118)을 도시하고 있다. 12A-12I show a sequence of steps used to create this color overlay for two colors. In FIG. 12A, aluminum article 118 has a transparent anodization layer 120 and a mark 122 previously applied in accordance with another aspect of the present invention. The negative photoresist 124 is applied to the surface of the transparent anodic oxide 120. In FIG. 12B, laser pulse 126 exposes regions 128 and 130 of photoresist 124. In FIG. 12C, the unexposed resist 134 remains after the resist process, but the exposed resist has been removed leaving a void 132 in the treated resist layer 134. FIG. 12D shows the base anodization layer 120 having a section 136 where the anodic oxide is colored in color under the void 132 in the treated resist layer 134. Undamaged processed resist 134 prevents the anode oxide from obtaining color anywhere except where processed resist 134 is removed 132. 12E shows an article 118 having a base anodized oxide 120 having a colored portion 136 of anodized oxide in relation to the mark 122 previously applied after removal of the treated resist.

도 12f는 제2 레지스트 층(138) 및 채색된 부분(136)을 포함하는 베이스 양극 산화물(120)을 갖는 물품(118)을 도시하고 있다. 도 12g는 영역(140)이 노출되게 야기하도록 레이저 펄스(142)에 의해 부딪혀진 이러한 제2 레지스트 층(138)을 도시하고 있다. 도 12h는 제거된 레지스트(140) 밑 양극 산화물을 염색하는 공정 및 남아 있는 레지스트(138)의 제거 후 베이스 양극 산화물(120)을 갖는 물품(118)을 도시하고 있다. 이것은 이전에 마킹된 영역(122) 위에 채색된 영역(136, 144)을 갖는 손상되지 않은 베이스 양극 산화 층을 남긴다. 도 12i는 옵션으로서 부가적 소망의 컬러 또는 광학 밀도를 생성하도록 알루미늄 물품의 이전에 양극 산화되고 염색된 부분의 부분을 표백하는데 사용되고 있는 후속의 레이저 펄스(146)를 도시하고 있다. 본 발명의 이 태양에 의해 기술되는 공정은 그레이스케일 패턴 위에 오버레이되는 채색된 패턴의 결과를 초래하여, 프로그램가능한 패턴으로 넓은 범위의 내구성 있고 상업적으로 바람직한 컬러 및 광학 밀도를 갖는 마크를 생산한다.12F shows an article 118 having a base anodic oxide 120 including a second resist layer 138 and a colored portion 136. FIG. 12G shows this second resist layer 138 impinged by the laser pulse 142 to cause the area 140 to be exposed. FIG. 12H shows an article 118 having a process of dyeing the anodic oxide under the removed resist 140 and the base anodic oxide 120 after removal of the remaining resist 138. This leaves an undamaged base anodization layer with colored regions 136 and 144 over previously marked region 122. FIG. 12I optionally illustrates a subsequent laser pulse 146 being used to bleach a portion of a previously anodized and dyed portion of an aluminum article to produce additional desired color or optical density. The process described by this aspect of the invention results in a colored pattern that is overlaid on the grayscale pattern, producing a mark with a wide range of durable and commercially desirable color and optical densities in a programmable pattern.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 컬러 양극 산화물은 볼 때 풀 컬러 이미지의 외관을 내놓는 특정 패턴으로 양극 산화된 알루미늄 물품 상에 생성될 수 있다. 이 태양에 있어서, 이미지를 표현하는 패턴은 본 명세서에서 설명된 기술을 사용하여 표면에 적용된다. 컬러 염료는, 이들 염료가 양극 산화물의 베이스 층 내로 도입되는 패턴이 그레이스케일 표현을 풀 컬러로 변환하도록 설계된다는 것을 제외하고는, 도 12a 내지 12i에 예시된 방식으로 도입된다. 그러한 패턴의 예는 베이어 필터(도시하지 않음)인데, 눈이 적색, 녹색 및 청색 엘리먼트를 컬러 양극 산화물 필터 밑 그레이스케일 마크와 관련된 광학 밀도를 갖는 단일 컬러로 융합하여 지각하도록 패턴으로 적색, 녹색 및 청색 필터 엘리먼트를 병치함으로써, 풀 컬러 이미지 또는 패턴의 외관을 생성한다. 레지스트는 네거티브 또는 포지티브 레지스트일 수 있고, 레지스트를 노출시키는 패턴은 회로 또는 반도체 애플리케이션에서 사용되는 것과 같은 마스크에 의해 생성되거나, 또는 전자적 수단에 의해 직접 쓰거나 또는 잉크제트와 같은 기술에 의해 직접 퇴적되거나 또는 레이저에 의해 직접 애블레이팅될 수 있다.In another embodiment of the present invention, color anodized oxide can be produced on anodized aluminum articles in a particular pattern that yields the appearance of a full color image when viewed. In this aspect, the pattern representing the image is applied to the surface using the techniques described herein. Color dyes are introduced in the manner illustrated in FIGS. 12A-12I, except that the patterns into which these dyes are introduced into the base layer of the anode oxide are designed to convert grayscale representations to full color. An example of such a pattern is a Bayer filter (not shown), in which the red, green, and blue elements are perceived by fusing the red, green, and blue elements into a single color with an optical density associated with the grayscale mark under the color anodization filter. By juxtaposing the blue filter elements, the appearance of a full color image or pattern is produced. The resist may be a negative or positive resist, and the pattern exposing the resist may be generated by a mask, such as used in circuit or semiconductor applications, directly by electronic means, or directly deposited by a technique such as inkjet, or It can be abbreviated directly by the laser.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 적응된 레이저 마킹 시스템(148)이 노즐(164) 및 유체 공급기(166)를 포함하도록 도 13에 도시되어 있다. 도 13은, 모두 컨트롤러(160)의 제어 하에, 레이저 빔 경로(152)를 따라 주행하여 빔 조향 광학계(154)를 통해 주행하고 여기에서는 모션 스테이지(162) 상에 고정되어 있는 물품(158)에 부딪히도록 지향되는 레이저 펄스를 방출하는 레이저(150)를 포함하는 적응된 레이저 마킹 시스템(148)을 도시하고 있다. 노즐(164)은 유체 공급기(166)에 의해 유체를 공급받고 레이저(150)가 에너지를 받아 레이저 빔(152)을 따라 펄스를 방출하는 때 또는 그 즈음에 레이저 빔(152)에 의해 부딪혀지는 위치에 또는 그 가까이에 유체 유동(168)을 물품(158)으로 지향한다. 어떤 실시예에 있어서는, 컨트롤러(160)의 지시 하에 물품(158)에 상대적으로 노즐(164) 및 그리하여 유체 유동(168)을 이동시킴으로써 유체 유동(168)을 레이저 빔(152)이 물품에 부딪히는 물품(158) 상의 위치 근방으로 지향시키는 모션 제어 장비(170)에 노즐(164)이 부착되어 있다. 다른 실시예에 있어서, 물품(158)의 표면은 레이저 기계 가공 동안 유체로 넘쳐, 레이저 빔(152)과 함께 노즐(164)을 이동시킬 필요성을 없앨 수 있다.In another embodiment of the present invention, an adapted laser marking system 148 is shown in FIG. 13 to include a nozzle 164 and a fluid supply 166. FIG. 13 all travels along the laser beam path 152 under the control of the controller 160 and travels through the beam steering optics 154, where the article 158 is fixed on the motion stage 162. An adapted laser marking system 148 is shown that includes a laser 150 that emits a laser pulse that is directed to strike. The nozzle 164 is supplied with fluid by the fluid supply 166 and is hit by the laser beam 152 at or about the time when the laser 150 receives energy to emit pulses along the laser beam 152. Direct fluid flow 168 to or near article 158. In some embodiments, the article in which the laser beam 152 strikes the article by moving the nozzle 164 and thus the fluid flow 168 relative to the article 158 under the direction of the controller 160. The nozzle 164 is attached to the motion control equipment 170 for directing near the position on the 158. In another embodiment, the surface of the article 158 may overflow with fluid during laser machining, eliminating the need to move the nozzle 164 with the laser beam 152.

유체 유동(168)은 물품의 표면을 냉각시키고 물품(158) 상의 위치에 인가될 수 있는 플루언스의 양을 증가시킨다. 이것은 마킹되고 있는 특정 양극 산화된 알루미늄 물품에 대한 Fs를 증가시켜서 알루미늄과 산화물 사이의 인터페이스에서 알루미늄의 표면을 고치는데 더 많은 플루언스가 사용되게 하지만, 또한 더 큰 플루언스 및 따라서 더 큰 처리량을 허용한다. 이 실시예에 있어서, 물이 유체로 사용되지만, 공기 또는 질소 또는 아르곤과 같은 다른 가스 또는 다른 유체가 사용될 수 있다. 표면상 유체 유동의 목적은 상당한 손상이 시작되는 온도에 도달하지 못하도록 양극 산화의 온도를 유지하려는 것이다. 주어진 레이저 파라미터에 대해 충분히 온도를 줄이는 유체 유동 레이트는 선험적으로 결정되고 사용된 유체 및 양극 산화 및 금속 물품의 열 전달 관련 속성에 의존하여 달리 될 것이다.Fluid flow 168 cools the surface of the article and increases the amount of fluence that can be applied at a location on the article 158. This increases the F s for the particular anodized aluminum article being marked, allowing more fluence to be used to repair the surface of the aluminum at the interface between the aluminum and the oxide, but also allowing for greater fluence and thus higher throughput. do. In this embodiment, water is used as the fluid, but other gases or other fluids such as air or nitrogen or argon may be used. The purpose of fluid flow on the surface is to maintain the temperature of the anodic oxidation so that it does not reach the temperature at which significant damage begins. The fluid flow rate that sufficiently reduces the temperature for a given laser parameter will vary depending on the a priori determined and used properties of the fluid and the anodization and heat transfer related properties of the metal article.

레이저 마킹이 일어나고 있는 동안 물품의 표면에 유체가 배달되는 방식은 사용된 유체에 의존한다. 유체 유동이 공기 또는 불활성 가스와 같이 비교적 고속 유체의 작은 스트림인 경우에, 노즐(164)은 유체 유동(168)과 레이저 빔 경로(152)의 정렬을 유지하도록 빔 조향 광학계(154)에 기계적으로 결합하여야 할 수 있다. 물과 같은 유체의 경우에, 물품의 표면은 침수됨으로써, 물품(158)이 레이저 마킹되고 있는 동안 노즐(164)이 이동되게 해야 할 필요 없이 큰 영역에 걸쳐 열적 보호를 제공한다.The manner in which fluid is delivered to the surface of the article while laser marking is taking place depends on the fluid used. If the fluid flow is a small stream of relatively high velocity fluid, such as air or an inert gas, the nozzle 164 is mechanically coupled to the beam steering optics 154 to maintain alignment of the fluid flow 168 with the laser beam path 152. May need to be combined. In the case of a fluid such as water, the surface of the article is submerged, providing thermal protection over a large area without having to move the nozzle 164 while the article 158 is being laser marked.

이러한 냉각 효과에 의해, 열적 스트레스에 의해 야기된 양극 산화물에 대한 손상을 제한하면서, 마크를 생성하는데 사용된 레이저 파라미터가 변경되어 더 강렬한 컬러 마킹, 더 큰 양극 산화물 표백 및 증가한 처리량을 허용할 수 있다. 도 14a는 염색된 양극 산화물(182)을 갖는 양극 산화된 물품(180)을 도시하고 있다. 양극 산화물의 일부는 레이저 표백(184)되었고, 그 결과 양극 산화물 크래킹(186)을 초래하였다. 사용된 레이저 파라미터는 표 5에 열거된다.This cooling effect allows the laser parameters used to create the mark to be modified, limiting damage to the anode oxide caused by thermal stress, allowing for more intense color marking, larger anode oxide bleaching and increased throughput. . 14A shows anodized article 180 with dyed anodic oxide 182. Some of the anodic oxide was laser bleached 184, resulting in anodic oxide cracking 186. The laser parameters used are listed in Table 5.

Figure pct00006
Figure pct00006

도 14a에 있어서는, 표 5에 열거된 레이저 파라미터를 사용하여 염색된 양극 산화물이 표백된다. 이 실시예에 있어서, 고 전력 안정한 레이저 동작 및 양호한 시스템 처리량을 제공하는 마킹 레이트의 결과를 초래하는 레이저 파라미터가 선택된다. 그때 초점 높이는 레이저 플루언스에 대한 미세 제어를 제공하도록 조절된다. 이 경우에 있어서는, 0.38 J/㎠의 레이저 플루언스가 양극 산화물을 표백하는데 사용되고, 바람직하지 못한 균열(186)을 또한 생성한다. 이 특정 샘플에 있어서, 0.13 J/㎠ 이상의 모든 플루언스는 양극 산화물의 크래킹의 결과를 초래한다. 그러므로, 이 특정 샘플에 대해, 양극 산화물은 양극 산화물을 크래킹함이 없이 효율적으로 표백될 수는 없다. 도 14b는 표 5에 열거된 레이저 파라미터를 또한 사용하여 양극 산화물을 표백하도록 본 발명의 일 실시예를 채용한 결과를 도시하고 있다. 양극 산화된 물품(190)은 염색(192)되었고 일부(194)는 유체가 있는 데서 표백되었다. 0.25 J/㎠의 레이저 플루언스를 사용하여 표백되고 있지만 이 샘플에서는 어떠한 균열도 보이지 않음을 주목하라. 레이저 표백 동안 2 내지 3㎜의 물로 물품을 침수시킴으로써 균열이 방지되었다.In FIG. 14A, the anode oxide dyed using the laser parameters listed in Table 5 is bleached. In this embodiment, laser parameters are selected that result in marking rates that provide high power stable laser operation and good system throughput. The focal height is then adjusted to provide fine control over the laser fluence. In this case, 0.38 J / cm 2 laser fluence is used to bleach the anode oxide, which also creates undesirable cracks 186. For this particular sample, all fluences of 0.13 J / cm 2 or greater result in cracking of the anode oxide. Therefore, for this particular sample, the anodic oxide cannot be bleached efficiently without cracking the anodic oxide. FIG. 14B shows the results of employing one embodiment of the present invention to bleach the anodic oxide also using the laser parameters listed in Table 5. Anodized article 190 was dyed 192 and some 194 was bleached in the presence of fluid. Note that although bleaching is performed using a laser fluence of 0.25 J / cm 2, no cracking is seen in this sample. Cracking was prevented by submerging the article with 2-3 mm of water during laser bleaching.

이롭게도 본 발명의 실시예에 의해 채용될 수 있는 레이저 파라미터는 IR 내지 UV의 범위에 이르는, 또는 더 구체적으로는 약 10.6 미크론으로부터 약 355 ㎚에 이르는 파장을 갖는 레이저를 사용하는 것을 포함한다. 레이저는 2W에서 동작하고, 1W 내지 100W 또는 더 바람직하게는 1W 내지 12W의 범위에서이다. 펄스 지속시간은 1ps 내지 1000ns 또는 더 바람직하게는 1ps 내지 200ns의 범위에 이른다. 레이저 반복률은 1KHz 내지 100MHz 또는 더 바람직하게는 10KHz 내지 1MHz의 범위에 있다. 레이저 플루언스는 약 0.1×10-6 J/㎠ 내지 100.0 J/㎠ 또는 더 구체적으로는 1.0×10-2 J/㎠ 내지 10.0 J/㎠의 범위에 이른다. 마킹되고 있는 물품에 대해 레이저 빔이 이동하는 속도는 1㎜/s 내지 10m/s 또는 더 바람직하게는 100㎜/s 내지 1m/s의 범위에 이른다. 물품의 표면 상에서 레이저 펄스의 인접하는 행들 사이의 피치 또는 간격은 1 미크론 내지 1000 미크론 또는 더 바람직하게는 10 미크론 내지 100 미크론의 범위에 이른다. 물품의 표면에서 측정된 레이저 펄스의 스폿 사이즈는 10 미크론 내지 1000 미크론 또는 더 바람직하게는 50 미크론 내지 500 미크론의 범위에 이른다. 물품의 표면에 대한 레이저 펄스의 초점의 위치는 -10㎜ 내지 +10㎜ 또는 더 구체적으로는 0 내지 +5㎜의 범위에 이른다. Advantageously, laser parameters that may be employed by embodiments of the present invention include using lasers having wavelengths ranging from IR to UV, or more specifically from about 10.6 microns to about 355 nm. The laser operates at 2W and is in the range of 1W to 100W or more preferably 1W to 12W. Pulse durations range from 1 ps to 1000 ns or more preferably 1 ps to 200 ns. The laser repetition rate is in the range of 1 KHz to 100 MHz or more preferably 10 KHz to 1 MHz. Laser fluences range from about 0.1 × 10 −6 J / cm 2 to 100.0 J / cm 2 or more specifically 1.0 × 10 −2 J / cm 2 to 10.0 J / cm 2. The speed at which the laser beam travels with respect to the article being marked ranges from 1 mm / s to 10 m / s or more preferably from 100 mm / s to 1 m / s. The pitch or spacing between adjacent rows of laser pulses on the surface of the article ranges from 1 micron to 1000 microns or more preferably from 10 microns to 100 microns. The spot size of the laser pulses measured at the surface of the article ranges from 10 microns to 1000 microns or more preferably from 50 microns to 500 microns. The position of the focal point of the laser pulse relative to the surface of the article ranges from -10 mm to +10 mm or more specifically 0 to +5 mm.

본 발명의 기저 원리로부터 벗어남이 없이 본 발명의 상기 실시예의 상세에 많은 변경이 이루어질 수 있음이 당업자에게는 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 이하의 청구범위에 의해서만 결정되어야 한다.It will be apparent to those skilled in the art that many changes can be made in the details of the above embodiments of the invention without departing from the underlying principles of the invention. Accordingly, the scope of the invention should be determined only by the claims that follow.

Claims (41)

양극 산화된(anodized) 물품 상에 소망의 속성을 갖는 마크를 생성하기 위한 방법으로서,
상기 양극 산화된 물품 상에 유체 및 프로그램가능한 레이저 펄스 파라미터를 갖는 레이저 마킹 시스템을 제공하는 단계;
상기 유체가 있는 데서 상기 소망의 속성을 갖는 상기 마크를 생성하는 것과 연관된 특정 레이저 펄스 파라미터를 결정하는 단계; 및
상기 유체가 상기 양극 산화된 알루미늄 물품 상에 있는 동안 상기 결정된 특정 레이저 펄스 파라미터를 사용하여 상기 양극 산화된 물품을 마킹함으로써 상기 소망의 속성을 갖는 상기 마크를 생성하도록 상기 레이저 마킹 시스템을 지향시키는 단계를 포함하는, 마크의 생성 방법.
A method for producing a mark having a desired property on an anodized article,
Providing a laser marking system having fluid and programmable laser pulse parameters on the anodized article;
Determining a particular laser pulse parameter associated with generating the mark having the desired attributes in the fluid; And
Directing the laser marking system to produce the mark with the desired attributes by marking the anodized article using the determined specific laser pulse parameter while the fluid is on the anodized aluminum article. Mark generation method to include.
제1항에 있어서, 상기 양극 산화된 물품은 양극 산화된 알루미늄인 것인, 마크의 생성 방법.The method of claim 1, wherein the anodized article is anodized aluminum. 제1항에 있어서, 상기 소망의 속성은 사이즈, 형상, 위치, 컬러 및 광학 밀도를 포함하는 것인, 마크의 생성 방법.The method of claim 1, wherein the desired attributes include size, shape, position, color, and optical density. 제1항에 있어서, 상기 레이저 펄스 파라미터는 펄스 폭, 파장, 펄스 수, 펄스 시간적 형상, 펄스 플루언스(pulse fluence), 스폿 사이즈, 스폿 형상 및 초점을 포함하는 것인, 마크의 생성 방법.The method of claim 1, wherein the laser pulse parameters include pulse width, wavelength, number of pulses, pulse temporal shape, pulse fluence, spot size, spot shape, and focus. 제1항에 있어서, 상기 유체는 물인 것인, 마크의 생성 방법.The method of claim 1, wherein the fluid is water. 제1항에 있어서, 상기 유체는 유동(flow)으로서 제공되는 것인, 마크의 생성 방법.The method of claim 1, wherein the fluid is provided as a flow. 제6항에 있어서, 상기 유체 유동은 상기 유체와 상기 레이저 펄스 사이의 관계를 유지하도록 상기 물품에 상대적으로 이동되는 것인, 마크의 생성 방법.The method of claim 6, wherein the fluid flow is moved relative to the article to maintain a relationship between the fluid and the laser pulses. 제1항에 있어서, 상기 마크는 상기 양극 산화된 물품을 염색 및 옵션으로서 표백하는 것에 의해 생성되는 것인, 마크의 생성 방법.The method of claim 1, wherein the mark is generated by dyeing and optionally bleaching the anodized article. 제4항에 있어서, 상기 펄스 폭은 약 1 피코초 내지 약 1000 나노초의 범위에 이르는 것인, 마크의 생성 방법.The method of claim 4, wherein the pulse width ranges from about 1 picosecond to about 1000 nanoseconds. 제4항에 있어서, 상기 파장은 약 10.6 미크론 내지 약 355 나노미터의 범위에 이르는 것인, 마크의 생성 방법.The method of claim 4, wherein the wavelength ranges from about 10.6 microns to about 355 nanometers. 제4항에 있어서, 상기 펄스 수는 1 내지 약 10000 펄스의 범위에 이르는 것인, 마크의 생성 방법.The method of claim 4, wherein the number of pulses ranges from 1 to about 10000 pulses. 제4항에 있어서, 상기 펄스 시간적 형상은 가우시안인 것인, 마크의 생성 방법.The method of claim 4, wherein the pulse temporal shape is Gaussian. 제4항에 있어서, 상기 펄스 시간적 형상은 맞춤화된(tailored) 것인, 마크의 생성 방법.The method of claim 4, wherein the pulse temporal shape is tailored. 제4항에 있어서, 상기 펄스 플루언스는 1.0×10-6 J/㎠ 내지 10.0 J/㎠의 범위에 이르는 것인, 마크의 생성 방법.The method of claim 4, wherein the pulse fluence ranges from 1.0 × 10 −6 J / cm 2 to 10.0 J / cm 2. 제4항에 있어서, 상기 스폿 사이즈는 약 10 미크론 내지 약 1000 미크론의 범위에 이르는 것인, 마크의 생성 방법.The method of claim 4, wherein the spot size ranges from about 10 microns to about 1000 microns. 제4항에 있어서, 상기 스폿 형상은 가우시안 또는 정형화된(shaped) 것 중 하나인 것인, 마크의 생성 방법.The method of claim 4, wherein the spot shape is one of Gaussian or shaped. 제4항에 있어서, 상기 초점은 상기 양극 산화된 알루미늄 표본의 표면상에, 표면 위에 또는 표면 아래에 중 하나에 포커싱되는 것인, 마크의 생성 방법.5. The method of claim 4, wherein the focal point is focused on one of, on or below the surface of the anodized aluminum specimen. 제3항에 있어서, 상기 소망의 광학 밀도는 약 L*=40, a*=5 및 b*=10보다 작거나 같은 것인, 마크의 생성 방법.The method of claim 3, wherein the desired optical density is less than or equal to about L * = 40, a * = 5 and b * = 10. 제3항에 있어서, 상기 소망의 컬러는 백색, 흑색, 투명, 회색, 황갈색 또는 금색 중 하나인 것인, 마크의 생성 방법.The method according to claim 3, wherein the desired color is one of white, black, transparent, gray, tan or gold. 양극 산화된 물품 상에 소망의 속성을 갖는 마크를 제작하도록 적응된 레이저 마킹 장치로서,
레이저 펄스를 산출하도록 동작하는 레이저;
상기 레이저 펄스를 수정 및 지향시키도록 동작하는 레이저 광학계;
상기 양극 산화된 알루미늄 표본을 유지 및 위치결정시키도록 동작하는 스테이지;
상기 양극 산화된 표본으로부터 열을 흡수하도록 동작하는 유체; 및
소정의 레이저 펄스 파라미터에 액세스하고 상기 레이저, 레이저 광학계 및 스테이지와 협력하여 상기 소정의 레이저 펄스 파라미터에 따라 상기 레이저 펄스를 생성 및 지향시켜 상기 유체가 상기 양극 산화된 표본으로부터 상기 레이저 펄스에 의해 생성된 열을 흡수하는 동안 상기 양극 산화된 물품 상에 부딪히게 함으로써 상기 소망의 속성을 갖는 상기 마크를 제작하도록 동작하는 컨트롤러를 포함하는 레이저 마킹 장치.
A laser marking apparatus adapted to fabricate a mark having desired properties on an anodized article,
A laser operative to calculate a laser pulse;
A laser optical system operative to correct and direct the laser pulse;
A stage operative to hold and position the anodized aluminum specimen;
A fluid operative to absorb heat from the anodized sample; And
Access a predetermined laser pulse parameter and cooperate with the laser, laser optics and stage to generate and direct the laser pulse in accordance with the predetermined laser pulse parameter such that the fluid is generated by the laser pulse from the anodized specimen. And a controller operative to fabricate the mark with the desired properties by impinging on the anodized article while absorbing heat.
제20항에 있어서, 상기 양극 산화된 물품은 양극 산화된 알루미늄인 것인 레이저 마킹 장치.The laser marking apparatus of claim 20, wherein the anodized article is anodized aluminum. 제20항에 있어서, 상기 소망의 속성은 사이즈, 형상, 위치, 컬러 및 광학 밀도를 포함하는 것인 레이저 마킹 장치.21. The laser marking apparatus of claim 20, wherein the desired attributes include size, shape, position, color, and optical density. 제20항에 있어서, 상기 레이저 펄스 파라미터는 펄스 폭, 파장, 펄스 수, 펄스 시간적 형상, 펄스 플루언스, 스폿 사이즈, 스폿 형상 및 초점을 포함하는 것인 레이저 마킹 장치.21. The laser marking apparatus of claim 20, wherein the laser pulse parameters include pulse width, wavelength, number of pulses, pulse temporal shape, pulse fluence, spot size, spot shape, and focus. 제20항에 있어서, 상기 유체는 물인 것인 레이저 마킹 장치.21. The laser marking apparatus of claim 20, wherein the fluid is water. 제20항에 있어서, 상기 유체는 유동으로서 제공되는 것인 레이저 마킹 장치.21. The laser marking apparatus of claim 20, wherein the fluid is provided as a flow. 제25항에 있어서, 상기 유체 유동은 상기 유체와 상기 레이저 펄스 사이의 관계를 유지하도록 상기 물품에 상대적으로 이동되는 것인 레이저 마킹 장치.27. The laser marking apparatus of claim 25, wherein the fluid flow is moved relative to the article to maintain a relationship between the fluid and the laser pulses. 제20항에 있어서, 상기 마크는 상기 양극 산화된 물품을 염색 및 옵션으로서 표백하는 것에 의해 생성되는 것인 레이저 마킹 장치.21. The laser marking apparatus of claim 20, wherein the mark is generated by dyeing and optionally bleaching the anodized article. 제23항에 있어서, 상기 펄스 폭은 약 1 피코초 내지 약 1000 나노초의 범위에 이르는 것인 레이저 마킹 장치.24. The laser marking apparatus of claim 23, wherein the pulse width ranges from about 1 picosecond to about 1000 nanoseconds. 제23항에 있어서, 상기 파장은 약 10.6 미크론 내지 약 355 나노미터의 범위에 이르는 것인 레이저 마킹 장치.24. The laser marking apparatus of claim 23, wherein the wavelength ranges from about 10.6 microns to about 355 nanometers. 제23항에 있어서, 상기 펄스 수는 1 내지 약 10000 펄스의 범위에 이르는 것인 레이저 마킹 장치.24. The laser marking apparatus of claim 23, wherein the number of pulses ranges from 1 to about 10000 pulses. 제23항에 있어서, 상기 펄스 시간적 형상은 가우시안인 것인 레이저 마킹 장치.24. The laser marking apparatus of claim 23, wherein the pulse temporal shape is Gaussian. 제23항에 있어서, 상기 펄스 시간적 형상은 맞춤화된 것인 레이저 마킹 장치.24. The laser marking apparatus of claim 23, wherein the pulse temporal shape is customized. 제23항에 있어서, 상기 펄스 플루언스는 1.0×10-6 J/㎠ 내지 10.0 J/㎠의 범위에 이르는 것인 레이저 마킹 장치.The laser marking apparatus of claim 23, wherein the pulse fluence ranges from 1.0 × 10 −6 J / cm 2 to 10.0 J / cm 2. 제23항에 있어서, 상기 스폿 사이즈는 약 10 미크론 내지 약 1000 미크론의 범위에 이르는 것인 레이저 마킹 장치.24. The laser marking apparatus of claim 23, wherein the spot size ranges from about 10 microns to about 1000 microns. 제23항에 있어서, 상기 스폿 형상은 가우시안 또는 정형화된 것 중 하나인 것인 레이저 마킹 장치.24. The laser marking apparatus of claim 23, wherein the spot shape is one of Gaussian or standardized. 제23항에 있어서, 상기 초점은 상기 양극 산화된 알루미늄 표본의 표면상에, 표면 위에 또는 표면 아래에 중 하나에 포커싱되는 것인 레이저 마킹 장치.24. The laser marking apparatus of claim 23, wherein the focal point is focused on one of, on or below the surface of the anodized aluminum specimen. 제22항에 있어서, 상기 소망의 광학 밀도는 약 L*=40, a*=5 및 b*=10보다 작거나 같은 것인 레이저 마킹 장치.23. The laser marking apparatus of claim 22, wherein the desired optical density is less than or equal to about L * = 40, a * = 5 and b * = 10. 제22항에 있어서, 상기 소망의 컬러는 백색, 흑색, 투명, 회색, 황갈색 또는 금색 중 하나인 것인 레이저 마킹 장치.23. The laser marking apparatus of claim 22, wherein the desired color is one of white, black, transparent, gray, tan or gold. 제20항에 있어서, 상기 마크는 상기 양극 산화된 알루미늄 물품을 염색 및 옵션으로서 표백하는 것에 의해 생성되는 것인 레이저 마킹 장치.21. The laser marking apparatus of claim 20, wherein the mark is generated by dyeing and optionally bleaching the anodized aluminum article. 제20항에 있어서, 상기 레이저 파라미터는 이미지를 형성하도록 변화하는 광학 밀도를 갖는 소망의 패턴으로 상기 양극 산화된 알루미늄 물품 상에 상기 마크를 제작하도록 선택되는 것인 레이저 마킹 장치.21. The laser marking apparatus of claim 20, wherein the laser parameter is selected to fabricate the mark on the anodized aluminum article in a desired pattern having a varying optical density to form an image. 제20항에 있어서, 양극 산화물을 노출시키도록 포토레지스트 층을 선택적으로 제거하고 염색하고 옵션으로서 상기 노출된, 염색된 양극 산화물을 표백하는 것에 의해 상기 이미지 위에 채색된 양극 산화물이 도포됨으로써, 컬러 이미지를 제작하는 것인 레이저 마킹 장치.21. The color image of claim 20, wherein colored anodized oxide is applied onto the image by selectively removing and dyeing the photoresist layer to expose the anodic oxide and optionally bleaching the exposed, dyed anodic oxide. To produce a laser marking device.
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