KR20210151217A - 재료의 표면 상에 광택 시각 효과를 생성하기 위한 방법, 상기 방법을 수행하기 위한 디바이스, 및 이들에 의해서 얻어진 부품 - Google Patents

Abstract

부품(1)의 표면 상에 광택 시각 효과(iridescent visual effect)를 생성하기 위한 방법으로서, 동일한 배향을 가지는 웨이블렛의 형태인 구조체를 펄스의 폭에 걸쳐서 상기 표면에 적용하기 위하여, 레이저 소스(6), 스캐너(11) 및 포커싱 시스템(12)을 포함하는 디바이스의 상기 포커싱 시스템(12)의 광학 필드 내에서 1 나노초 미만의 펄스 지속기간을 가지는 레이저 빔(7)이 상기 표면 상에 전송되고, 상기 스캐너(11)는 일련의 연속 라인(14, 15, 16) 또는 포인트들의 매트릭스를 따라서 상기 표면 및 레이저 빔을 방출하는 디바이스의 상대적인 운동을 이용하여, 상기 레이저 방사선(7)을 이용하여 상기 표면을 스캔하며, 각각의 라인(14, 15, 16)의 폭 또는 각각의 매트릭스의 각각의 포인트의 치수는 상기 펄스의 직경과 동일하고, 두 개의 연속 라인(14, 15, 16) 또는 두 개의 인접 포인트를 따라서 스캐닝을 수행하는 사이에, 상기 레이저 빔(7)의 편광은 두 개의 연속 라인(14, 15, 16) 또는 두 개의 인접 포인트 상에 상이한 배향을 가지는 웨이블릿을 생성하기 위해서 수정되는, 광택 시각 효과 생성 방법. 이러한 방법을 수행하기 위한 디바이스, 및 부품도 이렇게 얻어진다.

Description

재료의 표면 상에 광택 시각 효과를 생성하기 위한 방법, 상기 방법을 수행하기 위한 디바이스, 및 이들에 의해서 얻어진 부품

본 발명은, 스테인레스강 시트 또는 다른 재료의 표면에 광택 효과를 제공하도록 의도된, 스테인레스강 시트 또는 다른 재료의 레이저 처리에 관한 것이다.

"LIPPS" 또는 "웨이블렛"이라고도 불리는 광택 처리는 재료의 표면을 짧은 펄스 지속기간(1 나노초 미만)의 펄스형 레이저 방사선으로 조사하는 것으로 이루어진다. 처리될 재료 상의 충격 포인트에서의 각각의 펄스의 직경은 통상적으로 약 10 내지 수 백 μm이다. 입사 빔의 에너지가 충분히 높다면, 이러한 조사는 구조체의 수정 및/또는 재료 표면의 재조직화를 유발하고, 이것은 주기적 구조체를 채용할 것이다. 그러나, 빔 에너지가 너무 높으면, 우선적으로 또는 주기적 표면 구조체가 형성되는 것과 공동으로 증발/승화/충격파에 의한 삭마 현상이 발생할 수 있다. 표면 상태 또는 글로스(gloss)의 변경이 있거나 변경이 없이 소망되는 광택 효과를 얻기 위해서, 주어진 재료에 대해서 어떠한 범위의 에너지가 사용되어야 하는지를 실험적으로 결정하는 것은 쉽다.

특히, 이러한 처리는 모든 타입의 스테인레스강에서 실시되지만 유일하게 실시되는 것은 아니다. 이러한 처리의 목적 순전히 심미적일 수 있지만, 표면의 젖음성(wettability)이 수정되게 하거나 마찰 및 세균 흡착에 대한 그 저항성이 감소되게 할 수도 있다. 이러한 처리는 앞선 활성화/디패시베이션(depassivation)이 필요가 없이, 스테인레스강 희생층이 그 위에 위치된 대상물의 표면 상에 직접적으로 수행될 수 있다.

이러한 처리가 수행되는 다른 재료는 특히 다양한 금속, PVC와 같은 폴리머, 세라믹, 유리이다.

후속하는 설명에서, 스테인레스강에 대한 경우가 선호될 것이지만, 본 발명 현재 알려져 있거나 추후에 공지될 모든 금속성 또는 비-금속성 재료에 표시된 바와 같이 수행된 레이저 처리에 수고하여 광택 효과를 제공할 수 있도록, 가능하게는 주기적 표면 구조체를 형성함으로부터 초래되는 광택 효과를 획득하는 데에 있어서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있는 설비의 정밀한 동작 파라미터(레이저의 파워 및 주파수 등)를 적응시킴으로써 적용가능하다는 것이 이해된다.

비록 이러한 주기적 표면 구조체의 정확한 형성 메커니즘은 아직 결정되지 않았지만, 다양한 연구실에서 수행된 테스트 및 특성화는, 레이저 패스(pass)의 횟수 및/또는 펄스 에너지 및/또는 스캐닝 파라미터에 따라서, 표면의 구조체가 네 가지 후속하는 구조체 중 하나를 제공할 수 있는 것을 밝혔고, 표면의 단위별 총 조사 에너지에 따라서, 이러한 구조체가 에너지가 증가하는 순서로 분류되며 이들의 명칭은 비영어권 당업자에게도 다음과 같이 사용된다:

1) "HSFL(High Spatial Frequency LIPPS)"이라고 알려져 있는 구조체:

이러한 구조체는, 스테인레스강의 경우에는 입사 레이저 빔의 편광의 방향으로 배향되는 작은 웨이블렛들로 구성된다. 이러한 웨이블렛의 공간 주파수는 이러한 처리를 위해서 사용되는 레이저 파장보다 낮다.

2) "LSFL(Low Spatial Frequency LIPPS)"이라고 알려져 있는 구조체:

이러한 구조체는, 스테인레스강의 경우에 이전의 배향보다 크고 입사 빔의 편광에 수직인 방향으로 배향되는 웨이블렛들로 구성된다. 이러한 웨이블렛의 공간 주파수는 레이저 파장보다 다소 낮거나, 높거나, 또는 동일하다. 스테인레스강 표면을 1064 nm의 레이저 파장으로 처리하기 위하여, 웨이블렛의 주기성은 약 1 μm이다. LSFL 구조체의 중공 내에서 HSFL 구조체를 보는 것이 여전히 가능하다.

HSFL 및 LSFL 구조체의 각각의 배향은 스테인레스강에 대한 경우와 비교할 때 일부 재료에 대해서는 반전될 수 있다는 것에 주의해야 한다.

3) "홈(groove)" 또는 "범프(bump)"라고 알려져 있는 구조체:

이러한 구조체는 처리된 표면 전체를 덮는 마이크로미터 치수의 범프들로 구성된다. 이러한 범프는 구조체 내에서 "스테이크 피부(snake skin)" 효과와 유사하게 조직화된다.

4) 피크 또는 "스파이크(spike)"의 구조체:

이러한 구조체는 그 높이가 수 마이크로미터 내지 수 십 마이크로미터의 범위인 스파이크들로 구성된다. 스파이크들 사이의 거리는 처리 파라미터에 의존한다.

이러한 구조체 및 그들의 효과의 메커니즘의 더 많은 세부사항은 B. Liu 등에 의한 간행물 "Evolution of nano-wavelets on stainless steel irradiated by picosecond laser pulses", Journal of Laser Applications, February 26 2014에서 발견될 수 있다. 특히, 펄스의 개수가 동일할 때에는, 조사의 플루엔스(fluence)가 증가하면 LSFL(직전에 전술됨)이 아니라 HSFL에 얻어지는 반면에, 플루엔스가 같은 경우, 펄스의 개수가 많아지면 펄스의 개수가 웨이블렛이 관측되기에 너무 많을 때까지 HSFL가 아니라 LSFL이 생성된다는 것이 언급된다. 따라서, 주어진 재료에 대한 조사 이후의 표면의 정확한 구조는 수광되는 펄스 수신의 개수 및 이들 각각에 의해 전달되는 에너지 양자 모두를 수반하는 메커니즘의 결과이다. 이러한 메커니즘은 복잡하지만, 주어진 재료에 대해서는 전술된 구조들 중 하나 또는 다른 구조를 얻기 위한 신뢰가능한 조건은 사용자에 의해서 실험적으로 결정될 수 있다.

일반적으로, 처음 두 가지 경우에, 표면을 이렇게 주기적으로 조직화하면 레이저 표면 처리의 조작자에게 잘 알려져 있는 현상이 유도될 수 있는데, 이것은 처리된 샘플이 광원 아래에 배치될 때 광학 네트워크(optical network)를 생성함으로써 광이 회절되는 것이다. 배향 및 사용자 및 광의 위치의 함수로서 무지개색이 샘플에서 관찰될 수 있다. 이것은 "광택 효과(iridescent effect)"라고 알려져 있다.

이러한 효과는 샘플의 표면이 전술된 세 번째 또는 네 번째 경우의 두드러진 효과를 가지는 경우에는 더 이상 존재하지 않는데, 그 이유는 이러한 두 가지 경우에는 레이저 소스에 의해서 샘플의 표면 상에 전달된 에너지가 적어도 국지적으로 너무 높은 레벨에 도달해서, 표면 변형이 생기게 해서 표면 구조가 그 주기적 성질을 잃어버리기 때문에 광택 효과를 더 이상 허용하지 않기 때문이다.

이러한 광택화(iridizing)는 플라즈마 처리 또는 퍼니스(furnace) 또는 토치 처리에 의해 얻어지는 표면 산화에 의해 자발적으로 또는 그렇지 않게 얻어지는 스테인레스강의 표면 착색과 혼동되어서는 안 된다. 광택 효과는 착색으로부터 생기는 것이 아니고, 특정 관측 조건에서의 표면 상의 색상의 효과로부터 초래된다. 착색 프로세스 중에 적합하게 표면 구조에 주기성이 없다는 것이 본 발명에 따른 표면 광택화와 플라즈마, 퍼니스 또는 토치 처리를 통한 스테인레스강의 착색 사이의 본질적인 차이이다.

그러나, 이러한 광택을 관측하는 것은 고도의 방향성을 가지고, 즉 이러한 광택을 관측하는 것과 관측된 광택의 세기는 재료 표면이 관측되는 각도에 많이 의존한다.

표면 광택을 실시하는 사람들이 마주하는 다른 문제점이 후속된다.

레이저 빔의 고속 이동 축(다각형 휠 또는 검류기 미러를 통함) 및 레이저 빔의 저속 이동 축(갈보(galvo) 미러를 통함), 양자 모두를 생성하는 레이저 및 스캐너와 함께 커플링되는 시스템만을 사용하거나, 스캐너를 저속 축에 따라서 이동시키는 로봇식 암과 커플링된 레이저 및 스캐너 시스템을 사용해서 광택화 처리가 된 균질한 샘플을 실험실에서 얻는 것은 현재도 가능하다.

스캐너를 저속 축을 따라서 이동시키는 것은, 저속 축에 고정된 상태를 유지하는 레이저의 전방에서 처리될 시트를 이동시키는 것으로 대체될 수 있다. 또한, 레이저가 양자 모두의 축들(저속 및 고속)을 따라서 고정되게 유지되게 하도록 하는 준비도 이루어질 수 있고, 두 축들을 따라서 이동되는 것이 처리될 대상물이다.

바로 앞에서 설명된 구조체의 형성 메커니즘은 재료의 표면에 전달된 총 에너지 및 이러한 에너지의 공간적 및 시간적 분포에 의존한다. 따라서, LSFL로 획득된 광택화의 "세기"는 레이저가 이미 처리된 구역 상에 지나가는 각각의 새로운 패스 사이에서, 최대치에 도달할 때까지 증가할 것이고, 그 이후에 세기는 LSFL이 추가적으로 인가된 에너지의 효과를 받아 점진적으로 "범프"가 되어 갈 때에 감소할 것이다.

이것은, 재료의 표면 상으로 전달되기에 최적인 에너지, 그리고 광택 효과가 가장 두드러지게 나타날 최적 값이 존재한다는 것을 의미하고, 이러한 최적이 결정되고 고려 대상인 모든 표면에 적용되어야 한다.

그러나, 이러한 샘플은 일반적으로 작은 크기이고 및/또는 낮은 생산성으로 얻어진다.

샘플의 크기에 대한 한계는 레이저, 스캐너 및 포커싱 시스템에 의해 형성되는 어셈블리의 광학 필드의 치수의 한계에 주로 기인하고, 후자는 예를 들어 렌즈 또는 수렴 미러일 수 있다. 사실상, 균질한 처리를 얻으려면 표면의 모든 포인트에서의 처리를 완벽하게 제어할 것을 요구한다. 아직까지, 사용되는 포커싱 시스템과 무관하게, 이들은 최적 구역 내에서 안정된 효과를 가지는 광학 필드를 가지지만, 이러한 최적 구역을 벗어나자마자, 시스템은 레이저 빔의 파워의 왜곡 및/또는 감쇠를 유발하고, 이것은 결과적으로 광학 필드의 최적 구역 및 이러한 최적 존을 벗어나서 위치되는 구역 사이의 비-균질한 처리를 초래한다.

따라서, 큰 면적의 스테인레스강 시트를 처리하기 위해서, 매우 고가이고 민감도가 매우 높은 광-필드 포커싱 시스템이 요구된다. 또한, 이들은 매우 짧은 펄스 지속기간 및 고파워의 레이저와 공동으로 사용되어야 할 것인데, 이러한 레이저는 아직까지는 시장에서 널리 이용가능하지 않다.

이러한 이중의 단점을 극복하기 위하여, 알려진 솔루션은 현재 시장에서 이용가능한 종래의 포커싱 시스템 및 레이저를 사용하고, 이러한 포커싱 및 레이저 시스템을 포함하는 여러 디바이스를 나란히 배치하는 것이거나(이동하는 스트립의 인-라인 처리의 경우), 또는 이러한 처리를 여러 번 수행하거나(표면을 불연속 시스템에 대한 스트립으로 절단함으로써), 또는 이러한 두 가지 솔루션을 조합하는 것이다. 그러나, 이러한 솔루션은 두 개의 연속 디바이스의 광학 필드들 사이의 결합 구역을 특히 주의깊게 관리하는 것을 요구하는데, 이러한 구역은 잘못 관리되면 당업자에게 "스티칭(stitching)"이라고 알려지고 후술되는 현상이 초래될 수 있다.

그러므로, 이러한 메커니즘은 레이저 처리의 두 개의 연속 필드를 결합하도록 필드들의 큰 중첩을 사용하는 것을 방지한다.

사실상, 필드에 거의 인간의 눈의 분해능에 해당하는 큰 중첩이 있으면, 이것은 중첩 구역이 표면들의 나머지에 전달되는 에너지량의 두 배를 수광한다는 것을 의미할 것이다. 이렇게 처리 시간에 주입되는 에너지가 두 배가 되면 구조체에 국지적인 변화가 생기게 되고, 따라서 처리 에너지의 공칭량만을 수광하는 영역과 비교되는 표면 효과가 생기게 되며, 이러한 변화를 육안으로 볼 수 있다. 가시적인 두 개의 필드들 사이에 결합 구역이 생긴다는 점에서 이러한 현상은 일반적으로 "스티칭"이라고 불린다.

반대로, 처리 및 결과적으로 얻어지는 "스티칭"이 국지적으로 두 배가 되는 이러한 현상을 방지하는 것을 가능하게 할, 레이저 처리 필드들 사이의 간극은, 처리되지 않은 구역, 또는 정상보다 적게 처리된 구역이 두 개의 필드들 사이에 형성된다는 것을 암시할 것이다. 이러한 구역은 육안으로도 보일 것이다.

그러므로 연속 레이저 처리 필드들 사이에 거의 완벽한 결합이 요구된다.

이에 반해, 이러한 타입의 고생산성 처리를 수행한다는 것은 고 주파수에서(수 백 kHz로부터) 동작하고 있다는 것을 의미한다. 이러한 타입의 처리를 위해서 사용되는 스캐닝 시스템은 가장 통상적으로 적어도 하나의 다각형 휠을 가지는 스캐너이다. 높은 주파수에서, 이러한 시스템에는 일반적으로 레이저 전자기기와 스캐너 전자기기 사이에 동기화 문제가 나타난다. 이러한 동기화 편차는 그 타겟 위치에 상대적인 라인의, 그리고 따라서 전체 라인의 제 1 펄스의 위치에 천이를 초래한다. 이러한 편차가 예측가능하고 계산될 수 있지만(두 디바이스들의 관리 주파수에서의 차이로부터 초래되기 때문에), 이것은 가장 최근의 시스템에서도 만나게 되고, 처리 라인들(다각형 휠의 이동에 기인한 라인들)의 시작 사이에 수 십 마이크로미터의 편차를 나타낼 수 있다. 이러한 갭은 다각형의 회전 속도 및 레이저 자체의 주파수의 함수이고, 경험에 따르면 필드가 이러한 차이와 중첩되는 것이 처리가 두 번 이루어진 구역이 금속 시트의 충격 광택 효과에 영향을 주게 하기에 충분하다는 것이 밝혀졌다.

개발 중인 일부 시스템은 "갈보(galvo)"라고 불리고 다각형의 업스트림에 위치된 검류기와 같이 동작하는 추가적인 편향 미러의 동작에 의해서 이러한 오프셋을 부분적으로 정정하는 내부 수단을 가진다. 예를 들어, RAYLASE 사는 SLT 2018 congress in Stuttgart on 5 and 6 June, 2018: "New Generation of High-Speed Polygon-Driven 2D Deflection Units and Controller for High-Power and High-Rep. Rate Applications"(E. Wagner, M. Weber 및 L. Bellini에 의해 프리젠테이션됨)에서 이러한 시스템의 개념을 제시했다. 하지만 이러한 개선만으로는 필드 천이의 바람직하지 않은 효과가 사라지도록 보장하는 충분한 품질이 되지 않는다. 사실상, 각각의 라인의 최초 부품 및 이디(ed) 부품은 라인의 나머지와 동일한 전달된 에너지로 처리되지 않을 수도 있다. 이러한 국부적인 처리 부족을 해결하기 위하여, 라인의 나머지 상의 에너지 입력을 증가시키는 것이 상상될 수 있지만, 그러면 LSFL의 생성을 위해서 적응된 최대 에너지 입력을 초과하는 위험이 생길 것이고, 따라서 광택화 효과를 감소시키거나 심지어는 억제하게 될 것이다. 갈보 미러를 다각형의 업스트림에서 사용하면 이러한 문제점을 완화시킬 수 있지만, 이러한 재료는 여전히 실험 단계에 있고, 만일 상업적으로 성공인 경우에도, 현재의 것보다 필수적으로 더 복잡하고 더 비싸질 것이다. 다른 모든 시스템의 경우, 이렇게 동기화가 부족하다는 것은 라인의 위치의 분산에 적어도 약 두 배인 "가상" 중첩이 상이한 광학 필드들 사이에서 시작된다는 것을 암시한다. 따라서, 이러한 중첩은 비균질한 스트립으로 전환되고, 비균질한 스트립 내에서는 필드들 사이에 처리되지 않은 구역은 존재하지 않지만 일부 포인트에서 이러한 분산의 두 배의 중첩이 존재할 수 있다.

만일 각각의 필드의 에지가 "직선"으로 규정된다면, 중첩 구역은 처리 라인의 폭에 대해 폭에 있어서 실질적으로 동일한, 따라서 펄스의 직경의 두 배와 실질적으로 같은 얇은 직선형 스트립으로 나타나고, 그 위에서의 처리 효과는 표면의 나머지에 대해서 동일하지 않다. 이와 유사하게, 만일 처리 필드의 에지가 주기적 패턴에 의해서 규정된다면, 후자는 육안에 여전히 보이게 남을 것이다.

그러면, 중첩 구역의 비균질도를 감소시키거나 가리기 위한 여러 전략들이 가능하다.

첫 번째 전략은 스캐너의 스캐닝 방향에 수직인 랜덤 오프셋을 두 개의 연속 라인들 사이에 사용함으로써, 함께 고려될 때 두 개의 연속 라인들의 광학 필드들 사이의 결합부(junction)가 선형 또는 주기적 패턴을 형성하지 않게 하고, 따라서 이것이 실질적으로 직선형 라인 또는 주기적 패턴인 경우보다 이러한 패턴이 덜 보이게 하는 것이다. 목적은, 주기적 및/또는 선형인 것을 쉽게 지적하는 인간의 눈으로 쉽게 검출할 수 있는 처리를 달성하는 것이다. 이러한 경우에, 시트(1)의 표면의 최적 처리가 N 번의 패스(pass)를 요구한다고 여겨지면, 중첩된 라인들의 N 개의 시리즈의 랜덤 오프셋이 패스마다 그리고 필드마다 같아지게 된다.

도 1은 시트(1) 상에 수행된 이러한 구조를 도시한다. 도면으로부터, 서로 연속하여 위치되는 두 개의 연속 필드에 대응하는, 스캐너에 의한 일련의 두 개의 패스(스캔 라인)에 대하여, 라인들의 두 개의 시리즈(3, 4)의 각각의 광학 필드의 결합부(2)가 비선형 방식으로 천이된다는 것을 알 수 있다. 다르게 말하면, 라인(3, 4)의 각각의 결합부(2)는 그들 사이에 직선형 라인 또는 주기적 패턴을 형성하지 않지만, 직선형 라인보다 쉽지 않게 구별될 수 있는 파선을 형성한다. 연속하는 결합부들(2) 사이의 오프셋의 일부 주기성이 허용가능할 수 있지만, 이러한 주기성의 패턴이 보이지 않게 하려면 주기가 충분한 길이에 걸쳐서 연장되어야 한다(통상적으로 스캐너의 전진 방향(6)을 따라서 두 개의 연속 라인(4, 5)의 두 개의 결합부들(2) 사이의 오프셋의 최대 값의 적어도 10 배).

동일한 광학 필드 내에 형성된 두 개의 연속 라인들(4, 5) 사이의, 따라서 스캐너의 이동 방향(6)으로의(또는 이러한 방향으로 이동하는 것이 시트이고 스캐너가 고정되는 경우에는 시트(1)의 이동 방향으로의) 오프셋에서, 라인들 사이의 중첩이 분명히 열악하지 않다면 이러한 문제점이 일반적으로 동일한 세기로 생기지 않는다는 것에 주의하여야 한다. 사실상, 지적한 바와 같이, 상이한 라인(3, 4, 5)은 펄스의 직경과 실질적으로 동일한 폭, 즉 일반적으로 약 30-40 μm의 폭을 가진다. 이러한 직경은 렌즈 및 렌즈에 진입하는 레이저 빔의 직경에 의존한다. 저속 축을 따라서 두 연속 라인(4, 5) 사이의 시트의 표면 상에 처리되지 않은 구역이 존재하지 않도록 보장하기 위하여, 두 개의 연속 라인(4, 5)이 중첩하도록 스캐너의 갈보 및/또는 시트 이동 디바이스를 조절하는 것이 가능하다. 다르게 말하면, 라인(4, 5)은 각각의 스캐너의 펄스 및 시트(1) 사이에 펄스의 직경보다 조금 더 작은 오프셋을 부여한 이후에 형성된다. 따라서, 라인(4, 5)의 중첩 구역 내에서 시트(1)의 표면의 이중 처리가 실제로 생길 수 있지만, 라인(4, 5)의 오프셋이 병치된 광학 필드들의 중첩보다 훨씬 더 정확하게 양호한 정확도로 제어될 수 있기 때문에, 이러한 구역이 존재할 때 그 폭은 어떠한 경우에서도 충분히 좁아져서 이중 처리가 시트(1)의 표면의 나머지 상에서 얻어진 효과와 관련하여 광택 효과의 교란으로 시각적으로 전환되지 않게 된다.

도 1에서, 서로에 대해서 연속하여 위치되고 결합부(2)에서 만나는 각각의 일련의 라인(3, 4)은 그 자체로 N 개의 중첩된 라인의 중첩으로 구성되고, 예를 들어 N = 3이다. 주어진 광학 필드에 대한 중첩된 라인의 개수는 표면 광택 효과를 담당하는 소망되는 웨이블릿 구조를 얻기 위해서 시트(1)의 표면 상에 전달될 에너지의 양에 의존한다. 이러한 양이 많아질수록, 각각의 레이저 패스에 의해서 공급되는 동일한 에너지에 대한 라인들의 개수가 많아진다.

가능한 바와 같이, 이러한 구조는 LSFL 타입의 구조체를 나타내고, 이것은 이미 본 바와 같이, 그럼에도 불구하고 보는 각도에 의존하는 조건에서 이러한 광택 효과를 더 많이 제공할 수 있다. 그러므로, 주어진 라인을 따라서 공급된 에너지는 그 아래에서는 웨이블렛이 충분히 표시되지 않을 하한과 그 위에서는 범프의 과도한 존재의 확률이 크기 증가되는 상한 사이에 포함되어야 한다. 이러한 한계는 다수의 인자, 특히 시트(1)의 정밀한 재료, 그 표면 상태, 주어진 구역 상의 각각의 레이저 패스에서 펄스에 의해 공급되는 펄스에 의해 전달되는 에너지 등에 고도로 의존적인 것이 분명하다. 루틴 실험은 당업자가 이러한 한계를 이용가능한 장비 및 처리될 재료의 함수로서 규정하게 할 것이다.

그러나, 이러한 첫 번째 접근법이 두 개의 연속 필드의 중첩부의 가시성이, 사용된 재료 및/또는 표적화된 효과의 함수로서 크게 감소되게 하지만, 필드들 사이의 중첩부가 직선형 라인으로 배치되지 않고 중첩들 사이의 천이를 따라가는 파선으로 배치되기 때문에, 이것이 충분히 균질한 표면을 얻기에는 불충분하다는 것이 증명될 수 있다. 이러한 경우에, 동일한 접근법을 사용하지만 상이한 레이저 패스들 사이의 오프셋을 변경하면서 사용하는 것이 가능하다. 그러면, 앞선 경우와 비교할 때 중첩의 위치설정 패턴의 랜덤한 성질을 더 증가시키는 것이 가능하다. 다르게 말하면, 연속 중첩부들을 연결하고 상기 패턴을 형성하는 파선은 훨씬 덜 뚜렷한 비-주기적 또는 랜덤 특성을 가진다. 하지만, 병치된 처리 필드가 각각의 패스에 대하여 첫 번째 경우와 같은 오프셋을 가지도록 보장하는 것이 여전히 필요한데, 그 이유는 이상적으로는 표면의 모든 포인트가 동일한 분포, 동일한 개수의 펄스 및 패스에 따라서 동일한 양의 에너지를 수광해야 하는 것과 같은 방식으로 균질한 효과의 처리를 얻기 위해서는 레이저 패스가 국지적으로 누적되는 것을 피해야 하기 때문이다.

그러므로, 랜덤 필드 에지 패턴을 사용하면 비균질도 포인트가 육안에 너무 잘 보이게 될 직선형 라인을 형성하지 않게 하면서 비균질도 포인트가 분포될 수 있다. 이들이 그리는 패턴이 모든 패스에 대해서 동일한 경우, 이러한 포인트들은 비균질도가 강한 위치이고, 그 이유는 라인들의 불연속성이 각각의 패스에서 표시되기 때문이다.

그러나, 이러한 패턴이 각각의 패스에 대하여 다른 경우(랜덤이거나 랜덤이 아님), 비록 비균질도 포인트의 개수가 패스들의 횟수 N으로 승산되지만, 이러한 포인트들은 이전의 경우에서의 표면의 나머지와 비교할 때 덜 두드러진 비균질도를 가지는데, 그 이유는 이들이 N-1 회의 연속 패스 및 오직 하나의 불연속 패스를 수용하였기 때문이다.

이러한 두 번째 접근법은 처리 필드의 결합 구역의 효율적 마스킹을 허용한다. 그러나, 이것은 레이저 라인의 방향(중첩부 또는 처리되지 않은 구역이 존재하지 않도록) 및 횡방향(필드들이 천이되면, 결합부는 더 이상 정확하지 않아질 것이고, 따라서 과소 처리되거나 반대로 과대처리되는 영역들이 생기게 될 수 있음) 양자 모두에서, 처리 필드들의 위치가 서로에 대해 엄밀하게 제어되도록 요구한다. 더욱이, 선택된 파라미터에 의존하여, 표면 상의 처리 라인의 라인 또는 주기성을 지각하는 것이 가끔 가능하다. 병치된 필드들 사이의 이러한 라인들의 고도(altitude)가 천이되면 라인들 사이의 위상 천이에 기인하여 결합부의 가시성이 증폭되는 경향이 있다.

라인의 형태로 처리를 수행하는 것은, 처리의 생산성을 높이기 위해서 초단파 펄스 지속기간 레이저의 높은 반복 주파수의 장점을 취할 수 있게 한다. 따라서, 스캐너에 의한 라인의 단일 스캔에서, 두 개의 연속 펄스들 사이의 거리가 펄스의 직경 나누기 N과 같다면 라인은 N 번 조사될 수 있다. 따라서, 작은 파워 요동이 표면 균질도에 줄 수 있는 영향을 제거할 수 있다.

그러나, 이러한 동작 모드는 펄스의 직경(수 십 마이크로미터)의 거리에 걸쳐서 라인 단부에 비균질한 구역이 형성된다는 단점을 가진다.

이것을 피하기 위하여, 가능한 솔루션은 펄스가 라인의 형태가 아닌 포인트들의 매트릭스의 형태인 패턴을 그리도록 함으로써(상기 포인트는 픽셀에 비견될 수 있음), 그리고 처리가 끝나면 아주 적게 중첩하거나 중첩하지 않는 펄스의 영향에 의해서 시트의 표면이 전부 커버되도록 필요한 수의 매트릭스들을 수행함으로써 처리를 수행하는 것일 것이다. 따라서, 상이한 필드(및 각각의 필드의 상이한 펄스)의 결합부는 상대적으로 큰 치수의 연속 패턴을 형성하지 않고, 이론상으로는 더 이상 볼 수 없다. 각각의 포인트는 펄스의 형상 및 치수에 대응하는 형상 및 치수(예를 들어 가우시안 레이저의 경우에는 원형)를 가진다.

그러나, 포인트 접근법은 앞서 언급된 레이저 및 스캐너 사이의 동기화 문제 때문에 아직은 높은 생산성으로 가능하지 않다. 사실상, 이러한 접근법이 유효하고 균질한 최종 효과를 가지는 처리를 제공하기 위해서는, 각각의 포인트에서 LSFL 구조체의 동일한 세기 레벨을 형성하기 위해서 필요한 누적 효과를 가지기 위해서 레이저는 매번 정밀하게 동일한 영역(동일한 포인트)을 조사해야 한다. 그러나, 동기화가 이렇게 부족하면 펄스와 치수와 유사한 치수일 수 있는 랜덤 천이가 초래되고, 조사에 대해서 요구되는 정확도를 달성하는 것이 가능하지 않다.

이러한 문제점은, 동기화가 열악해서 생길 수 있는 이러한 오프셋의 정정 및/또는 예상을 위한 추가적인 갈보를 가지는 새로운 세대의 스캐너를 사용함으로써 부분적으로 해결될 수 있다. 이러한 경우에, 두 개의 필드의 병치의 정확도가 표면의 전체 균질도와 함께 개선될 것이다. 그러나, 이러한 방법의 생산성은 큰 표면을 가지는 부품을 처리하기 위해서는 여전히 만족스럽지 않을 것이다.

더욱이, 스폿 처리의 원리 그 자체로는, 광택을 모든 소망되는 시야각으로부터 관찰하는 것이 불가능하다는 문제점을 해결할 수 없다.

본 발명의 목적은, 스테인레스강 시트와 같은 제품의 표면을 처리하기 위해서 초단파 펄스를 가지는 레이저 방법을 제공하여, 광택이 복수 개의 병치된 필드를 사용하여 획득되는 경우에도 적어도 대부분, 바람직하게는 모든 관측각에 따라서, 처리에 후속하여 균질하게 보이는 이러한 광택이 표면 상에 생성되게 하는 것이지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.

또한, 라인에 의한 처리의 경우에, 이러한 방법은 여러 연속 광학 필드들의 결합 구역이 육안으로 보이지 않게 하는 결과를 최적으로 초래할 것이고, 필드들은 단일 광학 필드를 가지고서 가능할 것과 비교할 때 더 넓은 표면을 가지는 부품(통상적으로 그 전체)이 처리되게 하도록 서로 배치된다. 이러한 방법은 양호한 생산성을 가질 것이고, 큰 표면을 가지는 제품을 처리하는 데에 적용될 수 있을 것이다.

이러한 목적을 위하여, 본 발명의 목적은 부품의 표면 상에 광택 시각 효과(iridescent visual effect)를 생성하기 위한 방법으로서, 동일한 배향을 가지는 웨이블렛의 형태인 구조체를 펄스의 폭에 걸쳐서 상기 표면에 적용하기 위하여, 레이저 소스, 스캐너 및 포커싱 시스템을 포함하는 디바이스의 상기 포커싱 시스템의 광학 필드 내에서 1 나노초 미만의 펄스 지속기간을 가지는 레이저 빔이 상기 표면 상에 투영되고, 상기 표면은 일련의 연속 라인 또는 포인트들의 매트릭스를 따라서 상기 레이저 방사선으로 상기 스캐너(들)에 의해 스캔되며, 각각의 라인의 폭 또는 각각의 매트릭스의 각각의 포인트의 치수는, 상기 표면 및 상기 레이저 빔을 방출하는 디바이스의 상대적인 이동을 이용하여 상기 펄스의 직경과 동일하고, 두 개의 연속 라인 또는 두 개의 인접 포인트를 따라서 스캐닝을 수행하는 사이에, 상기 레이저 빔의 편광은 두 개의 연속 라인 또는 두 개의 인접 포인트 상에 상이한 배향의 웨이블릿을 생성하기 위한 방식으로 수정되는, 광택 시각 효과 생성 방법이다.

상기 레이저 빔의 편광은 주기적 패턴에 따라서 수정될 수 있고, 상기 주기적 패턴은 M 개의 연속 라인에 걸쳐서 연장되며, M은 적어도 2, 바람직하게는 적어도 3과 같다.

두 개의 연속 라인 또는 두 개의 인접 포인트는, 적어도 20° 그리고 최대 90°만큼 다른 편광각들을 가진다.

1 나노초 미만의 펄스 지속기간을 가지는 레이저 빔은, 레이저 소스, 스캐너 및 상기 포커싱 시스템을 포함하는 제 1 디바이스의 상기 포커싱 시스템의 광학 필드 내에서 상기 표면 상에 지향될 수 있고, 1 나노초 미만의 펄스 지속기간을 가지는 레이저 빔은, 레이저 소스, 스캐너 및 포커싱 시스템을 포함하는 적어도 하나의 제 2 디바이스의 상기 포커싱 시스템의 광학 필드 내에서 상기 표면 상에 지향될 수 있으며, 서로의 연장에 위치된 두 개의 라인 또는 두 개의 인접 필드에 속하는 두 개의 인접 포인트의 편광은 동일하다.

상기 부품의 상기 표면 및 상기 레이저 빔을 방출하는 디바이스의 상기 상대적인 이동은, 상기 부품을 모바일 지지대 상에 배치함으로써 달성될 수 있다.

상기 부품의 상기 표면 및 상기 레이저 빔을 방출하는 디바이스의 상기 상대적인 이동은, 상기 레이저 빔(들)을 방출하는 디바이스(들)를 모바일 지지대 상에 배치함으로써 달성될 수 있다.

상기 부품은 시트 금속일 수 있다.

상기 부품의 표면은 3-차원일 수 있다.

상기 부품은 스테인레스강으로 제조될 수 있다.

또한, 본 발명은 레이저 빔의 펄스에 의해 표면 상에 웨이블렛을 형성함으로써 부품의 상기 표면 상에 광택 효과를 부여하기 위한 단위 디바이스로서, 1 ns보다 짧은 펄스 지속기간의 레이저 빔을 생성하는 레이저 소스, 빔-포밍(beam-forming) 광학 시스템, 포커싱 시스템을 통과한 이후에, 빔의 펄스가 상기 부품의 표면 상의 광학 필드를 라인 스캔하게 하는 스캐너, 및 상기 부품의 표면의 적어도 일부 상에 처리를 수행하기 위하여, 상기 디바이스와 상기 부품 사이에 상대적인 운동을 생성하기 위한 수단을 포함하고, 상기 광학 시스템은, 결정된 편광을 상기 빔 상에 부여하기 위한 광학 편광 시스템, 및 상기 표면 상에서 두 개의 라인 또는 두 개의 근접 포인트가 상이한 편광의 펄스들로 생성되도록, 상기 편광을 변경하기 위한 수단을 포함하는, 단위 디바이스에 관한 것이다.

바람직하게는, 상기 디바이스는, 두 개의 근접 포인트가 편광이 적어도 20°만큼 상이한 편광을 가지는 펄스들로 형성되게 할 수 있다.

상기 단위 디바이스는, 상기 포커싱 시스템과 상기 포커싱 시스템을 제어하기 위한 수단에 연결된 상기 부품의 표면 사이의 거리를, 후자가 상기 거리와 무관하게 상기 표면 상에 일정한 펄스 직경 및 플루엔스(fluence)를 유지하게 하도록 측정하기 위한 수단을 포함할 수 있다.

상기 디바이스 및 상기 부품 사이에 상대적인 운동을 생성하기 위한 상기 수단은 상기 부품을 위한 가동 지지대를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 부품의 표면 상에, 레이저 빔 펄스에 의해서 상기 표면 상에 웨이블릿을 형성함으로써 상기 표면 상에 광택 효과를 부여하기 위한 디바이스로서, 전술된 타입의 적어도 두 개의 단위 디바이스를 포함하고, 포커싱 시스템의 광학 필드들은 중첩하는, 디바이스에 관한 것이다.

상기 디바이스 및 상기 부품 사이에 상대적인 운동을 생성하기 위한 상기 수단은 상기 단위 디바이스(들)를 위한 가동 지지대를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 레이저 처리를 이용하여 표면이 광택 효과를 가지는 재료로 제작된 부품으로서, 상기 처리는 상기 부품의 표면 상에 웨이블렛을 형성하였고, 상기 웨이블렛은, 바람직하게는 주기적 패턴으로 상기 부품의 표면에 걸쳐서 분포되는 적어도 두 개의 배향, 바람직하게는 적어도 세 개의 배향을 가지는, 부품에 관한 것이다.

이해될 수 있는 바와 같이, 본 발명은 레이저 스캐너를 포함하는 디바이스에 의해 처리되는 스테인레스강의 표면 광택화를 관찰하는 것의 과도한 방향성에 관련된 문제점을, 레이저 빔을 디바이스의 포커싱 렌즈의 광학 필드에 따라서 스캐닝함으로써 형성되는 두 개의 연속 라인 또는 두 개의 도트 매트릭스들의 근접 포인트들의 LIPPS를 형성하기 위해서 레이저에 의해서 방출되는 광의 상이한 편광을 적용함으로써, 제거하거나 적어도 매우 크게 감쇠시키는 것으로 이루어진다. 일련의 적어도 세 개의 연속 라인 또는 세 개의 도트 어레이에 대해서 적어도 세 개의 상이한 편광을 사용하는 것이 소망되는 효과를 얻기 위해서 추천된다.

또한, 이러한 방법은 그 필드가 다소 중첩하는 두 개의 레이저 스캐너 디바이스의 병치에 의해서 생성되고 서로 바라보는 두 개의 라인들 사이의 결합부가 보이지 않거나 거의 보이지 않게 함으로써 이러한 결합 구역이 처리되지 않거나 과소 처리되는 위험을 피하도록 의도되는 방법과 공동으로 사용될 수 있다.

본 발명이 그 기본적인 원리에 있어서, 라인 레이저 처리 및 레이저 포인트 처리 양자 모두에, 또는 양자 모두의 모드를 결합하는 처리에 적용가능하다는 것에 주의해야 한다. 물론, 대상물의 부품의 표면의 일부로 처리를 한정하거나(단일 레이저와 그 광학 필드만으로 충분할 수 있는 경우), 또는 대상물의 전체 표면 상에서 처리를 수행하도록 선택할 수도 있다. 이것을 수행하기 위하여, 관심 대상인 전체 표면을 처리하는 것이 가능해지도록, 레이저 디바이스(들)의 포커싱 렌즈(들)의 광학 필드(들)의 개수 및 치수 및 처리 디바이스와 처리될 대상물사이의 상대적인 이동의 정도를 적응시키는 것으로 충분하다.

본 발명은 후속하는 첨부 도면을 참조하여 제공된 후속하는 설명을 정독하면 더 양호하게 이해될 것이다:
- 도 1은 도입부에서 언급된 바와 같이 라인들의 중첩 구역의 가시성을 줄이기 위한 목적으로, 알려진 선행 기술에 따르는 방법에 의해서, 두 개의 디바이스의 각각의 광학 필드 내에 생성된 두 개의 라인들 사이에 중첩 구역을 가지면서 서로의 연장 내에 위치된 라인들을 무작위로 형성하는 알려진 타입의 두 개의 근접 레이저 디바이스를 이용하여 수행된 광택 레이저 처리가 그 위에 수행된 금속 시트의 표면을 도시한다;
- 도 2는 관측각과 독립적으로 금속 시트의 표면 광택화가 관측될 수 있게 하기 위한 목적으로, 본 발명의 방법이 레이저 처리 디바이스의 광학 필드에서 구현되게 하는, 본 발명에 따른 디바이스의 개략도를 도시한다;
- 도 3은 도 1의 경우에 사용되고, 사용한 결과가 본 발명에 따른 방법의 결과와 누적될 수 있는 방법을 두 개의 근접 레이저 처리 디바이스에 의해서 개선하는 것으로부터 초래되는 금속 시트의 표면을 보여준다.

표시된 바와 같이, 초단파 펄스 레이저로 처리함으로써 얻어진 광택 효과는, 표면 상에 표면-반사 광 상의 광학 네트워크와 유사한 거동을 가지는 주기적 구조체가 자발적으로 형성되는 것에 관련된다. 앞에서 논의된 바와 같이, 처리된 표면에 걸쳐서 주기적으로 분포되는 이러한 웨이블릿 구조체의 형성 메커니즘은 아직 과학 커뮤니티에서 구축되지 않았다.

그러나, 웨이블렛의 배향이 주로 표면을 조사하는 레이저 빔의 편광에 관련된다는 것은 밝혀졌다(예를 들어, 논문 "Control Parameters In Pattern Formation Upon Femtosecond Laser Ablation", Olga Varlamova 등, Applied Surface Science 253(2007) pp. 7932-7936을 참조한다). 따라서, HSFL의 배향은 입사 빔의 편광에 평행한 반면에, 더 큰 에너지량이 시트 표면에 전달될 때 후속하여 형성되는 LSFL은 입사 빔의 편광에 수직으로 배향된다.

라인에 의한 레이저 처리를 위하여, 이것은 이제 표면이 레이저 빔의 편광을 상기 표면의 주어진 라인 상에서의 그것의 상이한 패스 전체에 걸쳐서 수정하지 않고서 처리되는 결과가 되고, 따라서 처리가 끝나면 모두 동일한 방향으로 배향된 라인/웨이블렛으로 이루어지는 구조체가 초래될 것이다. 이것은 표면의 "광학 네트워크(optical network)" 효과도 역시 배향된다는 것을 의미한다.

사실상, 광택 효과는 관측이 웨이블렛의 배향에 횡방향으로 이루어지면 최대로 보이고, 배향 관측각이 표면의 구조체와 정렬될 때에 감소한다. 그러므로, 웨이블렛의 정렬 방향에서 표면을 관측하면 어떠한 색상도 나타나지 않게 된다. 소망되는 관람 조건 하에서 광택 효과를 가지는 제품을 얻기 위해서 웨이블렛의 배향이 처리를 시작할 때에 조심스럽게 선택되어야 하기 때문에 이것은 최종산물에 대해서는 단점이다. 더욱이, 최종 산물은 하나의 주된 관람 방향에서만 완전한 컬러로 보이게 된다.

본 발명은 이러한 단점을 피하는 것을 가능하게 하는데, 그 이유는 사용되는 디바이스가 광택 효과가 관측 방향에서 동일한 방식으로 가시적이 되는 표면을 얻는 것을 가능하게 하기 때문이다. 동일한 라인을 함께 형성하는 두 개의 연속 필드가 이러한 라인을 따라서 동일한 편광을 가진다면, 이러한 두 개의 필드들 사이의 결합 구역의 이중 처리의 시각 효과는 두 개의 필드가 상이한 편광을 가지며 편광각의 차이가 바람직하게는 20° 이상이고 90° 이하인 경우보다 훨씬 덜 두드러지게 표시되는 경향이 있다. 또한, 두 개의 연속 라인 사이에서 충분히 분명하게 다른 편광을 가지면 광택 효과를 관측하는 방향성이 회피된다. 이러한 현상들을 조합하면 처리된 시트의 광택 효과가 근접 라인들 사이의 편광이 이렇게 변경되지 않는 경우보다 모든 관람 방향에 있어서 훨씬 더 균일하게 된다.

처리가 "라인으로(in lines)" 수행되고, 펄스들의 중심을 분리하는 거리가 고속 스캐닝의 방향으로 펄스의 펄스보다 약간 작은 경우, 펄스에 의해 처리되지 않은 구역이 존재하지 않는 것을 보장하기 위해서, 본 발명의 솔루션은 빔의 광학 경로 상에 위치된 편광자 또는 임의의 다른 타입의 편광 광학 디바이스의 동작을 통하여 웨이블렛 배향이 라인마다 수정되는 라인을 교번시킬 것이다.

그러므로, 처리 필드가 각각의 라인 사이에서 입사 빔의 편광의 수정을 허용하는 자동 시스템으로 획득되거나, 처리 필드가 적어도 두 번이고 바람직하게는 적어도 세 번인 횟수 M에서 획득되는데, 따라서 M은 이러한 웨이블렛을 형성하는 레이저 빔 펄스의 주기적으로 연속하는 편광에 의해서 웨이블렛에 부여되는 상이한 배향의 개수에 대응한다.

본 발명의 원리는 처리가 매트릭스에 따라서 "포인트별로(by points)" 수행되는 경우에도 유효하다. 펄스 영향에 대응하는 각각의 포인트는 그 이웃과 다른 웨이블릿 배향을 가진다. 두 개의 근접 광학 필드 내에서, 포인트들은 서로 확장되는 매트릭스들에 따라서 생성된다.

도 2는 주어진 필드 상의 스테인레스강 시트(1)의 적어도 일부를 처리하기 위한 본 발명의 방법이 구현되게 하는 단위 디바이스의 부품의 통상적인 아키텍처를 도시한다. 물론, 이러한 디바이스는 자동화된 수단에 의하여 제어되어, 시트(1)의 지지대(13) 및 레이저 빔(7)의 상대 운동의 동기화를 가능하게 하고, 필요할 경우 레이저 빔(7) 및 그 편광의 파라미터를 조절할 수 있게 한다.

디바이스는 우선 금속 표면 상의 광택 효과를 획득하는 것으로 종래에 알려져 있는 타입의 레이저 소스(6), 그러므로 통상적으로 짧은 펄스 지속기간(1 나노초 미만)의 펄스형 레이저 빔(7)을 생성하는 소스(6)를 포함하고, 각각의 펄스의 직경은 통상적으로, 예를 들어 앞서 본 것과 같이 약 30 내지 40 μm이다. 시트(1)의 표면 상에, 바람직하게는 LSFL 타입인 LIPPS 웨이블렛을 생성하고, 범프, 심지어는 스파이크가 형성되는 것을 방지하기 위해서, 펄스에 의해서 스테인레스강의 표면에 주입되는 에너지는 실험적으로 결정될 것이고, 레이저 빔(7)의 주파수 및 파워는 이에 따라서, 이러한 목적을 위하여 당업자들에게 알려져 있는 기준들을 따르고 디바이스 및 처리될 재료의 다른 요소의 정밀한 특성을 참조하여 선택되어야 한다. 그러면, 소스(6)에 의해서 생성된 레이저 빔(7)이 광학 빔 성형 시스템(8)을 통과하는데, 이러한 시스템은 빔(7)의 형상 및 치수를 조절하게 하는 자신의 종래의 컴포넌트(9)에 추가하여, 본 발명에 따르면 운영자 또는 관리 디바이스를 관리하는 자동화에 의해 선택된 편광을 빔(7)에 부여하는 것을 가능하게 하는 편광 광학 요소(10)를 포함한다.

그러면, 레이저 빔(7)은 스캐닝 디바이스(예를 들어 스캐너(11))를 통과하고, 이것은 알려진 바에 따르면 빔(7)이 시트(1)의 표면을 처리 필드 내에서 직선형 경로를 따라서 스캔할 수 있게 한다. 스캐너(11)의 출력에서, 역시 종래의 경우와 마찬가지로, 레이저 빔(7)이 시트(1)의 방향으로 포커싱되는데 사용되는 포커싱 시스템(12), 예컨대 포커싱 렌즈가 존재한다.

도시된 예에서, 시트(1)는 모바일 지지대(13)에 의해 운반되어, 시트가 평면을 따라서 또는 선택적으로 디바이스에 상대적인 세 개의 공간적 치수에서 이동되게 되고, 이러한 디바이스는 레이저 빔이 시트(1)의 표면을 예시된 디바이스의 처리 필드의 새로운 라인을 따라서 처리할 수 있도록 레이저 빔(7)을 생성, 편광 및 스캐닝한다. 하지만, 상기 새로운 라인의 이러한 처리 이전에, 본 발명에 따르면, 선행 라인을 처리할 때의 자신의 이전의 편광과 다른 편광을 레이저 빔(7)에 부여하기 위해서, 레이저 빔(7)의 광학 편광 디바이스(10)는 자신의 설정이 수정되게 했다.

적어도 두 개 및 바람직하게는 적어도 세 개의 상이한 편광각이 편광 광학적 디바이스(10)로 획득될 수 있고, 바람직하게는 각각의 라인 변화 시에 주기적으로 교번되지만, 꼭 그래야 하는 것은 아니다. 편광 패턴의 주기성은 필수적인 것이 아니다; 언급된 바와 같이, 두 개의 인접한 라인(14, 15, 16)의 편광각이 바람직하게는 적어도 20° 및 최대 90°만큼 상이하면 충분하다. 그러나, 예를 들어 세 개의 라인(14, 15, 16)마다 반복되는 편광각으로 예시되는 바와 같은 패턴의 주기성은, 특히 두 개의 상이한 필드에 속하고 서로 연속(continuation) 내에 놓여 있는 두 개의 라인(14, 15, 16)이 동일한 웨이블렛 배향을 가져야 하기 때문에, 편광 변경의 주기적 프로그래밍이 랜덤 프로그래밍보다 쉬운 한 바람직하다.

바람직하게는 앞서 언급된 20° 의 최소 각도차 및 앞서 언급된 90°의 최대 각도차를 가지는 주어진 광학 필드 내의 랜덤 편광의 연속은, 특히 상대적으로 좁은 시트를 처리하기 위해서 사용될 설비가 이러한 목적을 위하여 단일 필드만을 요구할 것이고 이에 대해서 서로의 연장(extension) 내에 위치되고 두 개의 근접 필드 내에서 생성되는 두 라인 상에서 편광 아이덴티티에 대한 물음이 생기지 않는 경우에는, 수용가능할 것이다.

시트(1)를 처리하기 위한 전체 디바이스는 가장 통상적으로, 방금 설명되고 시트(1)를 바라보면서 배치되며, 그들의 각각의 처리 필드, 즉, 스캐너(11)의 포커싱 시스템(12)의 광학 필드들이 다소 중첩하도록 병치되는 복수 개의 단위 디바이스를 포함한다. 이러한 중첩은 통상적으로 펄스의 크기의 약 두 배에 레이저의 펄스 공급 기간 및 고속 축에 따른 레이저의 스캐닝 속도를 합산한 것이다. 이러한 중첩이 처리되지 않은 구역이 동작의 종료 시에 시트 상에 남아 있지 않는 것을 보장하기 위해서 충분하다는 것이 실험적으로 증명되어야 한다. 또한, 이러한 필드들 각각에 의하여 생성되는 라인들은 서로 연속되어야 하고, 단위 디바이스의 설정은, 특히 형상, 크기, 파워 및 그들의 각각의 레이저 빔(7)의 시점 t에서의 편광각에 관하여 동일함으로써, 처리가 시트(1)의 폭을 가지는 전체 라인에 걸쳐서 균질해지게 하고, 두 개의 연속 라인들 사이의 레이저 빔(7)의 편광각의 교번이 시트의 전체 폭에 걸쳐서 동일해지게 해야 한다.

이러한 단위 디바이스를 제어하는 수단은 모든 단위 디바이스에 공통인 가장 통상적인 수단이어서, 이들이 서로 완벽한 동기화 상태에서 동작하게 한다. 이들은 시트(1)의 지지대(13)의 이동도 제어한다.

물론, 모바일 지지대(13)는 고정된 지지대에 의해서 대체될 수 있고, 시트(1) 및 유닛 처리 디바이스의 상대적인 이동은 이들을 모바일 지지대 상에 배치함으로써 보장될 수 있다. 본 발명의 디바이스가 시트(1)에 대한 모바일 지지대(13) 및 유닛 처리 디바이스에 대한 다른 모바일 지지대 양자 모두를 포함할 것이라는 점에서 양자 모두의 변동도 결합될 수 있는데, 이러한 두 가지 중 어느 하나 또는 양자 모두가 사용자가 원하는 바에 따라서 제어 디바이스에 의해서 동시에 작동된다.

따라서, 개수 M은, 종래의 처리보다 M 배 큰 라인 간격을 보장함으로써 그리고 라인들을 각각의 필드 구현 형태 사이의 종래의 간격만큼 오프셋함으로써, 웨이블렛에 부여하고자 하는 상이한 배향의 개수에 대응한다. 도 3은 M = 3인 경우의 상기 생성의 효과의 일 예를 보여준다.

그 표면 상의 시트(1)는, 본 발명의 두 디바이스에 의해 형성된 라인(14, 15, 16)의 주기적 연속을 보여주는데, 이것은 세 종류의 라인(14, 15, 16)의 이러한 주기적 패턴이 두 개의 근접 광학 필드(17, 18) 상에 생성되게 허용했고, 주어진 필드의 라인(14, 15, 16)은 근접 광학 필드의 라인(14, 15, 16)의 연속 내에 놓여 있다.

패턴 내의 라인(14, 15, 16)은 편광 디바이스(10)가 그들이 형성될 때 레이저 빔(7)에 적용했던 상이한 편광의 영향에 의해서 서로 다르다.

표면의 확대된 작은 부분을 도시하는 도 3의 일부에서 알 수 있는 바와 같이, 예시된 비한정적인 예에서, 패턴의 제 1 라인(14)을 생성하는 도중에 레이저에 부여된 편광은 레이저 처리 디바이스에 대한 시트(1)의 상대적인 이동 방향(6)에 수직인 방향으로 웨이블렛이 배향되게 한다. 그러면, 패턴의 제 2 라인(15)을 생성하기 위하여, 레이저 빔(7)의 편광은 제 1 라인(14)의 웨이블렛의 배향으로부터 45°인 웨이블렛의 배향을 획득하도록 수정되었다. 마지막으로, 패턴의 제 3 라인(16)을 생성하기 위하여, 레이저 빔(7)의 편광은 제 2 라인(15)의 웨이블렛의 배향의 45°인, 따라서 제 1 라인(14)의 웨이블렛의 배향의 90°인 웨이블렛의 배향을 획득하기 위해서 수정되었다: 따라서, 제 3 라인(16)의 웨이블렛은 레이저 처리 디바이스에 상대적으로 시트(1)의 상대적인 이동 방향(6)에 평행하게 배향된다.

두 개의 근접 필드의 결합 구역 내에서, 종래 기술에서 바로 앞서 설명된 바와 같이 표면의 나머지에 주입되는 것보다 더 많은 에너지가 시트(1)의 표면 상에 주입된다. 그러나, 서로 만나는 각각의 광학 필드의 라인(14, 15, 16)이 이러한 결합 구역 내에서 레이저 빔(7)의 동일한 편광으로 생성되었다는 사실은, 레이저 빔(7)의 제어된 편광이 없다면 발생될 표면의 시각적 광택 효과의 열화를 분명하게 감쇠시킨다. 광학 필드마다 웨이블렛의 배향의 연속성이 부족하다는 것은, 주어진 라인(14, 15, 16) 상의 필드의 결합 구역의 가시성을 증가시키는 경향이 있을 것이고, 표면 상에 비균질한 영역을 생성한다. 동일한 편광으로 제조된 두 개의 근접 필의 라인(14, 15, 16)이 서로 나란하다는 것을 보장하기 위해서 주의를 기울여야 하지만, 근접 필드의 라인(14, 15, 16)의 공동-선형성에 대한 이러한 주의는 종래 기술(도 1을 참조한다)의 방법을 구현할 때도 기울여졌던 것이고, 이러한 목적을 위하여 알려져 있는 장비가 본 발명의 변형예에서 사용될 수 있다. 각각의 필드에 관련된 디바이스의 레이저 빔(7)의 편광 변화가 해당 필드들의 연결하는 라인들에 대한 것과 동일한 값으로 수행된다는 것만 보장되면 된다.

예를 들어 90°에 의한 서로 다른 편광 오프셋의 M = 2 개의 배향을 사용하면, 대부분의 관람 방향을 따라서 가시적인 광택 효과를 획득하기에 이미 충분하다. 그러나, 광택 효과의 세기는 45°의 각도에서 볼 때에는 여전히 실질적으로 변하고, 광택 효과의 방향성이 부족한 문제점이 여전히 완전히 만족스러운 방식으로 해결되지 않았다고 여겨질 수 있다. 이것은 M이 2 보다 크면, 바람직하게는 각도가 두 개의 연속 라인(14, 15, 16) 사이에서 20°보다 크게 다르다면 더 이상 보이지 않는다.

그러므로, 0 및 90° 사이에 분포되는 적어도 세 개의 상이한 편광각으로 처리를 수행하고, 바람직하게는 두 개의 연속 라인(14, 15, 16) 사이에서 적어도 20°의 편광차를 가짐으로써, 표면의 광택 효과가 모든 방향으로 유사한 세기로 보일 수 있다는 것이 경험에 의해 밝혀졌다. 3 보다 많은 배향의 개수 M을 사용하는 것이 가능하지만, 그러면 소망되는 광택 효과의 방향성을 피하기 위해서 두 개의 근접 라인의 편광각이 서로 충분히 다르도록 보장하기 위해서 주의를 기울여야 한다.

두 개의 근접 포인트들 사이의 적어도 20° 의 편광차의 동일한 조건이 포인트 처리의 경우에 고려되는 것이 바람직하다.

그러나, 상이한 배향인 표면 구조체 분포가, 단일 편광 방향으로 처리되고 최적 각도(구조체에 대한 횡방향 각도)로 관람하는 표면과 비교할 때 광택 효과의 총 세기가 감소하도록 유발한다는 것이 명백하다. 그러므로, 관측자에 의해 지각되는 시각적 광택 효과의 세기 및 이러한 광택 효과의 무방향성 성질 사이에서 트레이드-오프를 찾아야 한다. 그러나, 세 개의 편광 방향(그러므로, 도 3에 도시된 바와 같이 이러한 방향의 세 개의 라인의 주기성)은 적어도 대부분의 경우에 상기 양호한 트레이드-오프를 이미 나타낸다.

스캐너가 매트릭스에 따른 "포인트별(in points)" 처리를 허용하는 경우, 웨이블릿 배향은 라인의 상이한 포인트들 사이 및/또는 연속 라인들 사이에서 수정될 수 있다. 그러나, 주어진 포인트를 형성하기 위해서 주입된 에너지가 레이저 빔(7)의 여러 패스를 사용하여 주입되어야 한다면, 동일한 편광을 공유하는 조사의 누산(accumulation)에 의해서만 각각의 포인트가 형성된다는 것은 여전히 중요하다. 이것은 각각의 포인트 사이에서 조사 빔의 편광을 변경하거나 포인트들의 M 개의 어레이를 만듦으로써 달성될 수 있는데, M은 적어도 2와 같고 바람직하게는 적어도 3과 같으며, 포인트들 각각은 상이한 웨이블릿 배향을 가지며, 다르게 말하면 각각은 레이저 빔(7)의 상이한 편광으로 생성되었다.

광학적 수단(편광자(10))이 아니라 기계적 수단에 의하여, 통상적으로는 지지대(13)가 이전에 생성된 라인(14, 15, 16)에 대한 주어진 라인(14, 15, 16)의 웨이블렛에 대한 소망되는 배향 차이와 같은 각도만큼 회전하게 함으로써, 시트(1)의 지지대(13) 및 레이저 스캐너 디바이스의 지지대의 상대 배향을 수정하여 웨이블릿 배향에 차이가 생기게 하는 것을 생각할 수 있다. 하지만 이러한 솔루션은 이상적인 것이 되지 않을 것이다. 사실상, 웨이블렛의 정밀한 생성은 레이저 빔(7)의 가능한 편광 이상에 의존할 것이고, 지지대(13)를 필요한 속도 및 각도 정밀도로 회전시키는 것은, 특히 무겁고 큰 대상물을 처리하도록 의도되는 산업 설비의 경우에 복잡한 기계적 문제가 생기게 할 것이다. 편광자(10)를 사용하고 제어하는 것이 일반적으로 구현하기가 더 쉽다.

마지막으로, 가능한 가장 높은 균질한 효과를 얻기 위해서, 바람직하게는 주기적으로, 가능한 최단 거리에 걸쳐서 배향을 교번시키는 것이 추천된다. 라인의 경우에, 펄스의 직경과 같거나 바람직하게는 다소 작은 폭으로 각각의 배향의 단일 라인을 주기적으로 교번시키는 것이 바람직하다(시트의 전체 표면의 처리를 보장하기 위하여). 스폿 처리의 경우에, 레이저 빔(7)의 편광에 대해서 가능한 상이한 배향의 개수와 동일한 개수의 스폿을 포함하는 정방형 또는 직사각형 패턴 상에서 배향을 주기적으로 교번시키는 것이 바람직하다.

물론, 폭이 상대적으로 작아서 오직 하나의 스캐너가 그 전체 표면을 주기적 패턴인 상이한 편광의 라인으로 구성하는 것을 수행하도록 요구할 시트에 이러한 방법을 적용하는 것도 여전히 본 발명의 기술적 사상에 속할 것이다. 본 발명의 주된 장점은 광택 효과의 세기가 시트가 관측되는 각도에 의존하지 않는다는 것이다. 이러한 좁은 시트를 처리하는 것만을 원한다면, 도 2에 따른 디바이스를 오직 하나 포함할 장비를 가지고 이를 수행할 수 있게 될 것이다.

또한 동일한 설비에서, 도 2에 따른 디바이스의 처리 필드의 폭 이하인 상대적으로 작은 폭의 시트, 및 각각이 단일 처리 필드에 작용하는 도 2에 따른 수 개의 디바이스가 병치되도록 요구하는 더 큰 폭의 시트 양자 모두를 처리하는 것도 가능하다. 이러한 목적을 위하여, 좁은 시트를 처리할 때에는 이러한 디바이스 중 하나만을 활성화시키면 충분하다. 각각의 필드에 대해서 동일한 설정이 개별적으로 취해지면서 본 발명의 방법이 여러 시트 폭에 대해서 사용될 수 있다는 사실은, 상기 폭과 무관하게 동일한 효과의 시트를 획득할 수 있게 하고, 따라서 제조사가 생성하기를 희망할 수 있는 다양한 폭의 제품의 범위의 효과를 균질화하는 것이 가능하다.

포커싱 시스템(12) 및 시트(1) 사이의 거리를 측정하기 위한 수단을 처리 디바이스 내에 포함함으로써, 그리고 이것을 포커싱 시스템(12)을 제어하기 위한 수단과 커플링함으로써, 완벽한 평행성(planarity)을 가지지 않는 시트(1)를 처리하는 것이 가능하게 됨으로써, 후자는 펄스의 직경 및 레이저 빔의 플루엔스가 포커싱 시스템(12) 및 시트(1) 사이의 실효 거리와 무관하게 실질적으로 동일하게 된다는 것을 보장할 수 있다. 포커싱 시스템 및 금속 시트(1)의 표면 사이의 거리도, 이것이 적절한 기계적 수단에 의해서 실시간으로 조절될 수 있다면, 영향받을 수 있는 파라미터이다.

또한, 레이저 및 처리될 부품의 상대 운동을 위한 수단을 상응하도록 적응시키는 것 및/또는 레이저 방출기 및 표면 사이의 거리차가 관리되어야 하는 경우에는 포커싱 수단의 제어에 의하여, 이러한 방법을 평면형 금속 시트 이외의 재료(예를 들어 일반적으로 3-차원 표면을 포함하는 형성된 시트, 바, 튜브, 부품)에 적용하는 것을 구상하는 것도 가능하다. 실질적으로 원통형 표면(예를 들어, 원형 단면의 바, 튜브)을 가지는 부품의 경우, 하나의 진행 방식은 레이저 디바이스를 고정된 지지대 상에 배치하고, 부품이 회전되어 배치됨으로써 부품의 표면이 레이저의 광학 필드 내에서 이동하게 허용하는, 부품에 대한 지지대를 제공하는 것일 것이다.

마지막으로, 스테인레스강이 본 발명이 바람직하게 적용될 수 있는 재료이지만, 레이저 처리에 의해서 그 표면 상에 광택 효과가 획득될 수 있는 다른 금속 및 비금속 재료도 역시 본 발명과 관련된다는 것이 상기된다.

Claims (16)

1. 부품(1)의 표면 상에 광택 시각 효과(iridescence visual effect)를 생성하기 위한 방법으로서,
   동일한 배향을 가지는 웨이블렛의 형태인 구조체를 펄스의 폭에 걸쳐서 상기 표면에 적용하기 위하여, 레이저 소스(6), 스캐너(11) 및 포커싱 시스템(12)을 포함하는 디바이스의 상기 포커싱 시스템(12)의 광학 필드 내에서 1 나노초 미만의 펄스 지속기간을 가지는 레이저 빔(7)이 상기 표면 상에 전송되고,
   상기 스캐너(11)는 일련의 연속 라인(14, 15, 16) 또는 포인트들의 매트릭스를 따라서 상기 표면을 상기 레이저 방사선(7)으로 스캔하며,
   각각의 라인(14, 15, 16)의 폭 또는 각각의 매트릭스의 각각의 포인트의 치수는, 상기 표면 및 상기 레이저 빔을 방출하는 디바이스의 상대적인 이동을 이용하여 상기 펄스의 직경과 동일하고,
   두 개의 연속 라인(14, 15, 16) 또는 두 개의 인접 포인트를 따라서 스캐닝을 수행하는 사이에, 상기 레이저 빔(7)의 편광은 두 개의 연속 라인(14, 15, 16) 또는 두 개의 인접 포인트 상에 상이한 배향의 웨이블릿을 생성하기 위해서 수정되는, 광택 시각 효과 생성 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 레이저 빔(7)의 편광은 주기적 패턴에 따라서 수정되고,
   상기 주기적 패턴은 M 개의 연속 라인에 걸쳐서 연장되며,
   M은 적어도 2, 바람직하게는 적어도 3과 같은, 광택 시각 효과 생성 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   두 개의 연속 라인(14, 15, 16) 또는 두 개의 인접 포인트는, 적어도 20° 그리고 최대 90°만큼 다른 편광각들을 가지는, 광택 시각 효과 생성 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   1 나노초 미만의 펄스 지속기간을 가지는 레이저 빔(7)은, 레이저 소스(6), 스캐너(11) 및 상기 포커싱 시스템(12)을 포함하는 제 1 디바이스의 상기 포커싱 시스템(12)의 광학 필드 내에서 상기 표면 상에 전송되고,
   1 나노초 미만의 펄스 지속기간을 가지는 레이저 빔(7)은, 레이저 소스(6), 스캐너(11) 및 포커싱 시스템(12)을 포함하는 적어도 하나의 제 2 디바이스의 상기 포커싱 시스템(12)의 광학 필드 내에서 상기 표면 상에 전송되며,
   서로의 연장(extension) 내에 위치된 두 개의 라인(14, 15, 16) 또는 두 개의 인접 필드에 속하는 두 개의 인접 포인트의 편광은 동일한, 광택 시각 효과 생성 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 부품의 상기 표면 및 상기 레이저 빔(들)을 방출하는 디바이스(들)의 상기 상대적인 이동은, 상기 부품을 모바일 지지대(mobile support) 상에 배치함으로써 수행되는, 광택 시각 효과 생성 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 부품의 상기 표면 및 상기 레이저 빔(들)을 방출하는 디바이스(들)의 상기 상대적인 이동은, 상기 레이저 빔(들)을 방출하는 디바이스(들)를 모바일 지지대 상에 배치함으로써 수행되는, 광택 시각 효과 생성 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 부품은 시트 금속인, 광택 시각 효과 생성 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 부품의 상기 표면은 3-차원인, 광택 시각 효과 생성 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 부품은 스테인레스강인, 광택 시각 효과 생성 방법.
10. 레이저 빔의 펄스에 의해 표면 상에 웨이블렛을 형성함으로써 부품(1)의 상기 표면에 광택 효과를 부여하기 위한 단위 디바이스로서,
    1 ns 미만의 펄스 지속기간의 레이저 빔(7)을 생성하는 레이저 소스(6),
    빔(7)을 성형(shaping)하는 광학 시스템(8),
    포커싱 시스템(12)을 통과한 이후에, 빔(7)의 펄스가 라인 또는 포인트들의 매트릭스의 형태로 상기 부품(1)의 표면 상의 광학 필드를 스캔하게 하는 스캐너(11), 및
    상기 부품(1)의 표면의 적어도 일부 상에 처리를 수행하기 위하여, 상기 디바이스와 상기 부품(1) 사이에 상대적인 운동을 생성하기 위한 수단을 포함하고,
    상기 광학 시스템(8)은,
    결정된 편광을 상기 빔(7) 상에 부여하기 위한 광학 편광 시스템(10), 및
    상기 표면 상에서 두 개의 라인 또는 두 개의 근접 포인트가 상이한 편광의 펄스들로 생성되도록, 상기 편광을 변경하기 위한 수단을 포함하는, 단위 디바이스.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 디바이스는, 편광이 적어도 20° 그리고 최대 90°만큼 상이한 펄스들로 두 개의 근접 포인트가 형성되게 하는, 단위 디바이스.
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 단위 디바이스는,
    상기 포커싱 시스템(12)과 상기 포커싱 시스템(12)을 제어하기 위한 수단에 연결된 상기 부품(1)의 표면 사이의 거리 및/또는 상기 포커싱 시스템(12)과 상기 부품(1)의 표면 사이의 거리를, 상기 거리와 무관하게 상기 표면 상에 일정한 펄스 직경 및 플루엔스(fluence)를 유지하기 위해서 측정하기 위한 수단을 포함하는, 단위 디바이스.
13. 부품(1)의 표면 상에, 레이저 빔 펄스에 의해서 상기 표면 상에 웨이블릿을 형성함으로써 광택 효과를 부여하기 위한 디바이스로서,
    제 10 항 또는 제 11 항에 따르는 적어도 두 개의 단위 디바이스를 포함하고,
    포커싱 시스템의 광학 필드들은 중첩하는, 디바이스.
14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디바이스와 상기 부품(1) 사이에 상대적인 운동을 생성하기 위한 상기 수단은, 상기 부품(1)을 위한 모바일 지지대(13)를 포함하는, 디바이스.
15. 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디바이스와 상기 부품(1) 사이에 상대적인 운동을 생성하기 위한 상기 수단은, 상기 단위 디바이스(들)를 위한 모바일 지지대(13)를 포함하는, 디바이스.
16. 레이저 처리를 이용하여 표면이 광택 효과를 가지는 재료로 제작된 부품(1)으로서,
    상기 처리는 상기 부품(1)의 표면 상에 웨이블렛을 형성하였고,
    상기 웨이블렛은, 바람직하게는 주기적 패턴으로 상기 부품(1)의 표면에 걸쳐서 분포되는 적어도 두 개의 배향, 바람직하게는 적어도 세 개의 배향을 가지는, 부품.

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