RU2789410C1 - Method for creating a rainbow effect on the surface of a material and apparatus for implementing the method - Google Patents

Method for creating a rainbow effect on the surface of a material and apparatus for implementing the method Download PDF

Info

Publication number
RU2789410C1
RU2789410C1 RU2021130030A RU2021130030A RU2789410C1 RU 2789410 C1 RU2789410 C1 RU 2789410C1 RU 2021130030 A RU2021130030 A RU 2021130030A RU 2021130030 A RU2021130030 A RU 2021130030A RU 2789410 C1 RU2789410 C1 RU 2789410C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
specified
lines
product
laser
relative movement
Prior art date
Application number
RU2021130030A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Исмаэль ГИЙОТ
Батист ЛАТУШ
Маркос Винисиус ЛОПЕС
Жан-Мишель ДАМАС
Фрэнсис ДИЕТ
Original Assignee
Аперам
Filing date
Publication date
Application filed by Аперам filed Critical Аперам
Application granted granted Critical
Publication of RU2789410C1 publication Critical patent/RU2789410C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: laser technology.
SUBSTANCE: inventions relate to a method and apparatus for creating a rainbow effect on the surface of an item (1). Laser beams (9) with a pulse duration below one nanosecond are directed at said surface in adjacent optical fields of the focusing systems (14) of at least two stationary apparatus or in the optical region of at least one mobile apparatus. Each of said apparatus comprises a laser emission source (8), a scanner (13), and said focusing system (14) for applying a structure in the form of small waves onto said surface to the width of said pulse. Said surface is scanned with at least one scanner (13) using said laser beams (9) along a group of lines (5, 6; 16, 17, 18, 16’, 17’, 18’) arranged in a sequence in the direction (7) of relative movement of the item (1) and at least one scanner (13), and along a group of lines arrange so as to continue each other in a direction perpendicular to said direction (7) of relative movement, with each of said lines belonging to the optical field of one or multiple apparatus. Each line (5, 6; 16, 17, 18, 16’, 17’, 18’) has a width equal to the diameter of said pulse. The optical fields overlap in the overlap region and have a width in the range between double the diameter of the laser beam pulse (9) and 2 cm, so that two lines arranged so as to continue each other overlap at the articulation (2). Between two groups of lines (5, 6; 16, 17, 18, 16’, 17’, 18’) arranged so as to continue each other in the direction (7) of relative movement of the item (1) and at least one scanner (13), said articulation areas (2) are positioned in a random arrangement or in a periodic manner according to a random pattern inside said optical field overlap region.
EFFECT: processing of a larger surface area (in most cases, the entire surface) than would be possible in the case of processing using a single optical field, leading to an increase in the productivity of processing items with a large surface area.
18 cl, 3 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к лазерной обработке поверхностей листа из нержавеющей стали или других материалов, предназначенной для придания радужного внешнего вида этим поверхностям.The present invention relates to laser treatment of the surfaces of a sheet of stainless steel or other materials, designed to impart an iridescent appearance to these surfaces.

Обработка для создания радужного эффекта, также именуемая «ЛИППС» (LIPPS - лазерно-индуцированная периодическая поверхностная структура) или «рябью» (ripples – небольшие волны), относится к обработке поверхности материала посредством воздействия на нее импульсного лазерного излучения с короткой продолжительностью импульсов (менее одной наносекунды). Диаметр каждого импульса в точке его воздействия на материал, подлежащий обработке, составляет приблизительно от 10 до нескольких сотен мкм. Если энергия падающего луча достаточно высокая, это воздействие излучения вызывает модификацию структуры и/или преобразование поверхности материала, на которой образуется периодическая структура. Однако, если энергия луча слишком высокая, может иметь место явление абляции в результате возникновения испарения/сублимации/ударной волны, предпочтительно совместно с формированием периодической поверхностной структуры. Диапазон величины энергии, которая должна использоваться, можно легко определить экспериментально для заданного материала с целью создания требуемого радужного эффекта без изменения состояния или блеска поверхности.Rainbow effect treatment, also referred to as "LIPPS" (LIPPS - laser-induced periodic surface structure) or "ripples" (ripples - small waves), refers to the processing of the surface of a material by exposing it to pulsed laser radiation with a short pulse duration (less than one nanosecond). The diameter of each pulse at the point of impact on the material to be processed is approximately 10 to several hundred microns. If the energy of the incident beam is high enough, this exposure to radiation causes a modification of the structure and/or a transformation of the surface of the material, on which a periodic structure is formed. However, if the beam energy is too high, an ablation phenomenon may occur due to the occurrence of evaporation/sublimation/shock wave, preferably together with the formation of a periodic surface structure. The range of the amount of energy to be used can be easily determined experimentally for a given material in order to produce the desired iridescent effect without changing the state or gloss of the surface.

Указанная обработка, в частности, но неисключительно, выполняется на нержавеющих сталях всех типов. Цель обработки может быть чисто эстетической, но обработка также обеспечивает изменение смачиваемости, а также сопротивление трению и уменьшение бактериального прилипания. Эта обработка может быть выполнена непосредственно на поверхности объекта, имеющего пассивирующий слой на нержавеющей стали, без необходимости предварительной активации/депассивации.The indicated processing, in particular, but non -excitingly, is performed on stainless steels of all types. The purpose of processing can be purely aesthetic, but processing also provides a change in wettability, as well as the resistance of friction and a decrease in bacterial adhesion. This processing can be performed directly on the surface of an object that has a passivating layer on stainless steel, without the need for preliminary activation/depassivation.

Другими материалами, на которых выполняется эта обработка, в частности, являются металлы, полимеры, например, ПВХ, керамика, стекло.Other materials on which this processing is carried out are, in particular, metals, polymers, such as PVC, ceramics, glass.

В остальной части настоящего документа приоритет отдан нержавеющим сталям на том основании, что изобретение относится ко всем металлическим или неметаллическим материалам, которые известны в настоящее время или могут стать известными в будущем, с целью создания радужного эффекта после лазерной обработки, выполняемой как указано выше, по усмотрению посредством приспосабливания точных рабочих параметров установки (мощности и частоты лазеров), которые, как известно, играют роль в создании радужного эффекта в результате формирования периодической поверхностной структуры.In the remainder of this document, priority is given to stainless steels on the basis that the invention relates to all metallic or non-metallic materials that are currently known or may become known in the future, with the aim of creating an iridescent effect after laser processing, performed as above, according to discretion by adjusting the exact operating parameters of the setup (laser power and frequency), which are known to play a role in creating the rainbow effect as a result of the formation of a periodic surface structure.

Несмотря на то что точный механизм формирования этой периодической поверхностной структуры еще не определен, испытания и характеристики, полученные различными лабораториями, показывают, что в зависимости от числа проходов лазера и/или энергии импульса и/или параметров сканирования структура поверхности может представлять собой одну из четырех следующих структур, в зависимости от суммарной энергии излучения на единицу площади поверхности, причем эти структуры классифицированы в порядке увеличения энергии, и их наименование обычно используется даже неанглоговорящими специалистами в этой области:Although the exact mechanism for the formation of this periodic surface structure has not yet been determined, tests and characterizations by various laboratories show that, depending on the number of laser passes and/or pulse energy and/or scan parameters, the surface structure can be one of four the following structures, depending on the total radiation energy per unit surface area, these structures are classified in order of increasing energy, and their name is commonly used even by non-English speakers in this field:

1) Так называемая HSFL-структура (ЛИППС с высокой пространственной частотой):1) The so-called HSFL structure (High Spatial Frequency LIPSS):

Эта структура состоит из небольших волн (ряби), которые применительно к нержавеющим сталям ориентированы в направлении поляризации падающего на поверхность лазерного луча. Пространственная частота этих волн меньше длины волны лазера, используемого для обработки.This structure consists of small waves (ripples), which, as applied to stainless steels, are oriented in the direction of polarization of the laser beam incident on the surface. The spatial frequency of these waves is less than the wavelength of the laser used for processing.

2) Так называемая LSFL-структура (ЛИППС с низкой пространственной частотой):2) The so-called LSFL structure (LIPSS with low spatial frequency):

Эта структура состоит из больших волн (большей ряби), чем в предыдущей структуре и ориентированы они применительно к нержавеющим сталям в направлении, перпендикулярном поляризации падающего на поверхность лазерного луча. Пространственная частота этих волн немного меньше или больше или равна длине волны лазера. Что касается обработки поверхности нержавеющей стали с помощью лазера с длиной волны 1064 нм, периодичность волн составляет приблизительно 1 мкм. HSFL-структура всё еще может быть видна в канавках LSFL-структуры.This structure consists of larger waves (larger ripples) than in the previous structure and they are oriented in relation to stainless steels in the direction perpendicular to the polarization of the laser beam incident on the surface. The spatial frequency of these waves is slightly less than or greater than or equal to the wavelength of the laser. With regard to stainless steel surface treatment with a 1064 nm laser, the frequency of the waves is approximately 1 µm. HSFL structure can still be visible in the grooves of the LSFL structure.

Следует отметить, что для некоторых материалов соответствующие ориентации HSFL-структуры и LSFL-структуры могут быть обратными по сравнению со структурами для нержавеющих сталей.It should be noted that for some materials, the respective orientations of the HSFL structure and LSFL structure may be reversed compared to structures for stainless steels.

3) Так называемая «Grooves»-структура или «Bumps»-структура:3) The so-called "Grooves"-structure or "Bumps"-structure:

Эта структура состоит из выступов микрометрического размера, покрывающих всю обработанную поверхность. Эти выступы сформированы в структуру, напоминающую по внешнему виду «змеиную кожу».This structure consists of micrometer-sized protrusions covering the entire machined surface. These protrusions are formed into a structure resembling "snakeskin" in appearance.

4) «Spike»-структура:4) "Spike"-structure:

Эта структура состоит из шипов, имеющих высоту в диапазоне от нескольких микронов до нескольких десятков микронов. Расстояние, разделяющее шипы, зависит от параметров обработки.This structure consists of spikes ranging in height from a few microns to several tens of microns. The distance separating the spikes depends on the processing parameters.

Дополнительные характеристики структур и механизма их возникновения описаны, в частности, в статье «Evolution of nano-ripples on stainless steel irradiated by picosecond laser pulses», Journal of Laser Applications 26, February 2014, by B. Liu et al. В статье указано, что для равного количества импульсов увеличение плотности излучения ведет к созданию HSFL-структуры, а не LSFL-структуры (как отмечалось выше), в то время как при равной плотности большее количество импульсов ведет к созданию LSFL-структуры, а не HSFL-структуры, вплоть до того момента как количество импульсов становится слишком высоким для наблюдения волн. Точная конфигурация поверхности после воздействия излучения достигается с помощью механизма, вовлекающего как определенное количество принимаемых импульсов, так и энергию, подаваемую каждым из них, для заданного материала. Этот механизм является сложным, но для заданного материала пользователь может экспериментально определить надежные условия для получения одной или другой из вышеупомянутых конфигураций.Additional characteristics of structures and the mechanism of their occurrence are described, in particular, in the article "Evolution of nano-ripples on stainless steel irradiated by picosecond laser pulses", Journal of Laser Applications 26, February 2014, by B. Liu et al. The article states that for an equal number of pulses, an increase in the radiation density leads to the creation of an HSFL structure, and not an LSFL structure (as noted above), while for an equal density, a greater number of pulses leads to the creation of an LSFL structure, and not an HSFL -structures, up to the moment when the number of pulses becomes too high to observe waves. The precise configuration of the surface after exposure to radiation is achieved by a mechanism involving both a certain number of received pulses and the energy supplied by each of them, for a given material. This mechanism is complex, but for a given material, the user can experimentally determine reliable conditions for obtaining one or the other of the above configurations.

В общем, в первых двух случаях это образование периодической поверхности обеспечивает возникновение явления, хорошо известного операторам, выполняющим лазерную обработку поверхности, которое представляет собой дифракцию света посредством создания оптической сетки, когда обрабатываемый образец помещен под источник света. В зависимости от ориентации и положения пользователя и света на образце могут быть видны цвета радуги. Это то, что известно как «радужный эффект»In general, in the first two cases, this formation of a periodic surface results in a phenomenon well known to operators performing laser surface treatment, which is the diffraction of light by creating an optical grid when the workpiece is placed under a light source. Depending on the orientation and position of the user and the light, rainbow colors may be visible on the sample. This is what is known as the "rainbow effect"

Этот эффект больше не существует, когда поверхность образца имеет отчетливо выраженный внешний вид, относящийся к третьему или четвертому вышеупомянутым случаям, поскольку в эти двух случаях энергия, подаваемая источником лазерного излучения на поверхность образца, достигает уровня, который является чрезмерным, по меньшей мере, локально, вызывая деформации поверхности, которые больше не позволяют создавать радужный эффект, поскольку структурирование поверхности теряет периодический характер.This effect no longer exists when the surface of the sample has a distinct appearance related to the third or fourth above cases, because in these two cases the energy supplied by the laser source to the surface of the sample reaches a level that is excessive, at least locally. , causing surface deformations that no longer allow the rainbow effect to be created, as the surface structuring is no longer periodic.

Это придание радужного цвета не следует путать с окрашиванием поверхности нержавеющих сталей, которое получается независимо от того, делается это преднамеренно или нет, посредством плазменной обработки или поверхностного окисления посредством обработки в печи или сварочными горелками. Радужный эффект, рассматриваемый в настоящем изобретении, достигается не посредством окрашивания материала в строгом понимании, а благодаря появлению цветов на поверхности при определенных условиях наблюдения. Отсутствие периодичности структуры поверхности в процессах окрашивания, совместно именуемых надлежащим образом, является существенным различием между приданием радужного цвета поверхности по настоящему изобретению и окрашиванием нержавеющих сталей с помощью плазменной и печной обработки или обработки сварочными горелками.This iridescent coloring should not be confused with the surface coloring of stainless steels, which is obtained whether it is intentional or not, through plasma treatment or surface oxidation through furnace treatment or welding torches. The iridescent effect considered in the present invention is not achieved by coloring the material in the strict sense, but due to the appearance of colors on the surface under certain viewing conditions. The lack of periodicity in the surface structure of the painting processes, collectively referred to as appropriate, is a significant difference between the iridescence of the surface of the present invention and the painting of stainless steels using plasma and furnace treatment or welding torch treatment.

Однако следует отметить, что наблюдение или ненаблюдение указанной радужности обычно связано с высокой направленностью, т.е. наблюдение этой радужности и интенсивности наблюдаемой радужности в значительной степени зависит от угла, под которым наблюдают поверхность материала.However, it should be noted that the observation or non-observation of this iridescence is usually associated with high directivity, i.e. the observation of this iridescence and the intensity of the observed iridescence is largely dependent on the angle at which the surface of the material is observed.

Проблема, с которой сталкиваются операторы во время придания радужности поверхности, состоит в следующем.The problem faced by operators during surface iridescence is the following.

В настоящее время существует возможность получения однородных образцов в лаборатории с обработкой для придания радужности, используя или только систему, соединяющую друг с другом лазер и сканер, создающие как ось быстрого перемещения лазерного луча (с помощью многоугольного колеса или гальванометрического зеркала), так и ось медленного перемещения лазерного луча (с помощью гальванометрического зеркала), или систему лазера и сканера, соединенных с механической рукой, перемещающей сканер вдоль медленной оси относительно объекта, подлежащего обработке.It is currently possible to obtain homogeneous samples in the laboratory with iridescence processing, using either only a system that connects a laser and a scanner to each other, creating both an axis of fast movement of the laser beam (using a polygonal wheel or a galvanometric mirror) and an axis of slow moving a laser beam (using a galvanometric mirror), or a system of laser and scanner connected to a mechanical arm that moves the scanner along a slow axis relative to the object to be processed.

Перемещение сканера вдоль медленной оси может быть заменено перемещением объекта, подлежащего обработке, например, металлического листа, вдоль медленной оси перед лазером, который остается неподвижным на медленной оси и движется вдоль быстрой оси. Также может быть предусмотрено, чтобы лазер оставался неподвижным вдоль обеих осей (медленной оси и быстрой оси), и вдоль обеих осей движется объект, подлежащий обработке. Существенным является относительное перемещение между объектом, подлежащим обработке, и лазером последовательно вдоль обеих осей.Moving the scanner along the slow axis can be replaced by moving the object to be processed, such as a metal sheet, along the slow axis in front of the laser, which remains stationary on the slow axis and moves along the fast axis. It can also be provided that the laser remains stationary along both axes (slow axis and fast axis) and the object to be processed moves along both axes. What is essential is the relative movement between the object to be processed and the laser sequentially along both axes.

Вышеописанный механизм формирования структур зависит от суммарной энергии, передаваемой на поверхность материала, и от пространственного и временнóго распределения этой энергии. Таким образом, «интенсивность» радужности, получаемая с помощью LSFL-структур, увеличивается между каждым новым проходом лазера на уже обработанных проходах до тех пор пока не будет достигнут максимум, после чего она уменьшается, когда LSFL-структуры постепенно становятся «выступами» под действием дополнительной прикладываемой энергии.The mechanism of structure formation described above depends on the total energy transferred to the surface of the material and on the spatial and temporal distribution of this energy. Thus, the "intensity" of iridescence obtained with LSFL structures increases between each new laser pass on already processed passes until a maximum is reached, after which it decreases as the LSFL structures gradually become "protrusions" under the action of additional applied energy.

Это означает, что существует оптимум энергии, который должен передаваться на поверхность материала, т.е. оптимум, для которого радужный эффект является наиболее интенсивным, и этот оптимум должен определяться и прикладываться ко всей рассматриваемой поверхности.This means that there is an energy optimum that must be transferred to the surface of the material, i.e. the optimum for which the rainbow effect is most intense, and this optimum must be determined and applied to the entire surface under consideration.

Однако такие обработанные объекты обычно имеют небольшой размер и/или изготавливаются с низкой производительностью.However, such processed objects are typically small in size and/or manufactured at low throughput.

Ограничение размеров объектов главным образом связано с ограниченными размерами оптических полей узлов, образованных лазером, сканером и системой фокусирования, причем последняя может быть линзой или сходящимся зеркалом. Обеспечение однородной обработки требует надлежащего управления обработкой в каждой точке поверхности. Однако независимо от используемых систем фокусировки все они имеют оптическое поле, на котором они имеют устойчивый эффект в пределах оптимальной области. Но вскоре после выхода из этой оптимальной области система инициирует искажения и ослабления мощности лазерного луча. Они приводят к неоднородной обработке между оптимальной областью оптического поля и областями, лежащими вне этой оптимальной области.The limitation on the size of objects is mainly due to the limited size of the optical fields of the nodes formed by the laser, the scanner and the focusing system, the latter being a lens or a converging mirror. Ensuring a uniform finish requires proper control of the finish at every point on the surface. However, regardless of the focusing systems used, they all have an optical field in which they have a stable effect within the optimal region. But shortly after leaving this optimal area, the system initiates distortion and attenuation of the laser beam power. They lead to inhomogeneous processing between the optimal region of the optical field and regions outside this optimal region.

Следовательно, для обработки больших поверхностей листа из нержавеющей стали требуются системы фокусировки с широким полем, которые являются крупногабаритными и собираются только по запросу. Кроме того, они должны использоваться совместно с лазерами с ультракороткой продолжительностью импульсов и большой мощностью и пока ещё широко не представлены на рынке.Therefore, for processing large surfaces of stainless steel sheet, wide field focusing systems are required, which are large and assembled only on request. In addition, they must be used in conjunction with lasers with ultra-short pulse duration and high power and are not yet widely available on the market.

Для устранения указанного двойного недостатка в известных технических решениях используются традиционные системы фокусирования и лазеры, в настоящее время представленные на рынке, и:To eliminate this double drawback, the known technical solutions use traditional focusing systems and lasers currently on the market, and:

- либо размещают несколько устройств, содержащих эти фокусирующие и лазерные системы, бок о бок, для линейной обработки движущейся полосы;- or place several devices containing these focusing and laser systems, side by side, for linear processing of the moving strip;

- либо выполняют обработку за несколько раз (на последовательных полосах, распределенных по поверхности, для установки групповой обработки);- or perform processing for several times (on successive strips distributed over the surface, to set the group processing);

- либо комбинируют эти два технических решения.- or combine these two technical solutions.

Однако это решение требует особо тщательного регулирования стыковых зон между оптическими полями двух последовательных устройств, которые в случае их ненадлежащего регулирования могут вызывать явление, известное специалистам в этой области как «сшивание», которое описано ниже.However, this solution requires particularly careful regulation of the interface areas between the optical fields of the two serial devices, which, if improperly regulated, can cause a phenomenon known to those skilled in the art as "crosslinking", which is described below.

Этот механизм исключает необходимость очень большого перекрытия полей для сочленения друг с другом двух последовательных полей лазерной обработки.This mechanism eliminates the need for a very large field overlap to couple two consecutive laser processing fields to each other.

В случае очень большого перекрытия полей порядка величины разрешения человеческого глаза это означает, что область перекрытия принимает вдвое больше энергии, чем передается на остальную часть поверхности. Эта удвоенная энергия, передаваемая во время обработки, вызывает локальное изменение структуры и, таким образом, внешнего вида поверхности по сравнению с участками, которые принимают только номинальное количество энергии при обработке, и это изменение видно невооруженным глазом. Это явление более известно как «сшивка», и оно может сделать видимой зону соединения между двумя полями.In the case of a very large field overlap on the order of the resolution of the human eye, this means that the overlap region receives twice as much energy as is transmitted to the rest of the surface. This doubling of energy transmitted during processing causes a local change in the structure and thus appearance of the surface compared to areas that receive only a nominal amount of energy during processing, and this change is visible to the naked eye. This phenomenon is more commonly known as "crosslinking" and can make the junction between two fields visible.

И наоборот, расстояние между полями лазерной обработки, которое могло бы надежным образом исключить это явление, повлекло бы за собой формирование между двумя полями необработанной зоны или зоны, которая в любом случае подвергалась бы меньшей обработке, чем в нормальном режиме. Эта зона также была бы видна невооруженным глазом.Conversely, a distance between the fields of laser processing, which could reliably eliminate this phenomenon, would entail the formation between the two fields of an untreated zone or a zone that would in any case be less processed than in normal mode. This zone would also be visible to the naked eye.

Таким образом, между следующими друг за другом полями обработки требуется практически идеальное сочленение.Thus, an almost perfect articulation is required between successive processing fields.

Помимо этого, выполнение указанного типа обработки с высокой производительностью предполагает сканирование с высокими скоростями (по меньшей мере, вплоть до км/с). Системы сканирования, используемые для этого типа обработки, в большинстве случаев являются сканерами, имеющими по меньшей мере одно многоугольное колесо. При высоких частотах лазерного излучения и высоких скоростях сканирования эти системы, в общем, имеют тенденцию к проблемам синхронизации между электронными компонентами лазера и электронными компонентами сканера. Эти различия в синхронизации вызывают смещение в положении первого импульса относительно его целевого положения и, таким образом, всей линии. Даже при том, что это различие поддается оценке и вычислению (поскольку его получают из разницы между управляющими частотами двух компонентов оборудования), оно встречается в большинстве существующих систем и может соответствовать разнице в несколько десятков микрон между началом линий обработки (линий, относящихся к перемещению многоугольного колеса). Это различие зависит от числа оборотов многоугольника и собственной частоты лазера, и опыт показывает, что перекрытие полей с такой разницей является вполне достаточным для создания зоны, в которой выполняется двойная обработка для получения радужного эффекта металлического листа.In addition, performing this type of processing with high performance involves scanning at high speeds (at least up to km/s). The scanning systems used for this type of processing are in most cases scanners having at least one polygonal wheel. At high laser frequencies and high scan speeds, these systems generally tend to have synchronization problems between the laser electronics and the scanner electronics. These timing differences cause a shift in the position of the first pulse relative to its target position and thus the entire line. Even though this difference is estimable and calculable (because it is obtained from the difference between the control frequencies of two equipment components), it occurs in most existing systems and can correspond to a difference of several tens of microns between the beginning of the processing lines (lines related to the movement of a polygonal wheels). This difference depends on the number of revolutions of the polygon and the natural frequency of the laser, and experience has shown that overlapping fields with this difference is quite sufficient to create a zone in which double processing is performed to obtain the iridescent effect of the metal sheet.

Некоторые системы, находящиеся в разработке, содержат внутренние средства для частичной корректировки этого смещения за счет действия дополнительного отражающего зеркала, именуемого «гальвозеркалом», которое действует по типу гальванометра, расположенного выше многоугольника по технологическому потоку. Например, компания RAYLASE представила концепцию указанной системы на конгрессе SLT 2018 в Штутгарте 5 и 6 июня 2018 г.: «New Generation of High-Speed Polygon-Driven 2D Deflection Units and Controller for High-Power and High-Rep. Rate Applications» (presentation by E. Wagner, M. Weber and L. Bellini).Some systems in development include internal means to partially correct for this offset through the action of an additional reflective mirror, referred to as a "galvo mirror", which acts like a galvanometer located upstream of the polygon in the process flow. For example, RAYLASE presented the concept of this system at the SLT 2018 congress in Stuttgart on June 5 and 6, 2018: “New Generation of High-Speed Polygon-Driven 2D Deflection Units and Controller for High-Power and High-Rep. Rate Applications" (presentation by E. Wagner, M. Weber and L. Bellini).

Однако это усовершенствование само по себе является недостаточным для окончательного устранения отрицательных эффектов смещения поля. Существует риск, что начальная и конечная части каждой линии не обрабатываются с подачей такой же энергии, как к остальной части линии. Соответствующие линии двух смежных полей также должны быть строго выровненными.However, this improvement by itself is not sufficient to permanently eliminate the negative effects of field shifting. There is a risk that the start and end of each line is not treated with the same energy as the rest of the line. The corresponding lines of two adjacent fields must also be strictly aligned.

Для устранения локального недостатка обработки можно предусмотреть увеличение подачи энергии на остальную часть линии, но это повлекло бы за собой риск превышения максимального количества энергии, настроенного для создания LSFL-структур, и уменьшения или даже невозможности получения радужности. Для всех других систем это отсутствие синхронизации влечет за собой необходимость «воображаемого» перекрытия порядка по меньшей мере двукратного разброса положения линии, которая начинается между различными оптическими полями. Следовательно, это перекрытие преобразуется в неоднородную полосу, в которой отсутствуют необработанные зоны между полями, но в которой может быть перекрытие, составляющее двукратный указанный разброс, в некоторых точках.To address a local processing disadvantage, it is possible to increase the energy supply to the rest of the line, but this would run the risk of exceeding the maximum amount of energy configured to create LSFL structures, and reducing or even incapacitating iridescence. For all other systems, this lack of synchronization entails the need for an "imaginary" overlap of the order of at least a twofold spread in the position of a line that starts between different optical fields. This overlap therefore translates into a patchy swath that has no untreated areas between fields, but may have an overlap of two times the specified spread at some points.

Если края каждого поля определяются как «прямые линии», и, следовательно, если длина каждой линии каждого поля постоянно одна и та же, что предположительно является очевидным для специалистов в рассматриваемой области, область перекрытия будет иметь форму тонкой прямоугольной полосы, покрывающей изделие, в направлении относительного перемещения изделия и устройств лазерного сканирования, и имеющей ширину, по существу, равную ширине линий обработки и, таким образом, по существу, равную удвоенному диаметру импульса, на которой внешний вид обработки не будет таким же, как на остальной поверхности. Сходным образом, если края области обработки определяются периодическим рисунком, область перекрытия будет воспроизводить этот рисунок и при всём том будет видна невооруженным глазом.If the edges of each field are defined as "straight lines", and therefore if the length of each line of each field is consistently the same, as would be expected to be apparent to those skilled in the art, the area of overlap will be in the form of a thin rectangular strip covering the article, in in the direction of relative movement of the product and laser scanners, and having a width substantially equal to the width of the processing lines and thus essentially equal to twice the pulse diameter, on which the appearance of the processing will not be the same as on the rest of the surface. Similarly, if the edges of the treatment area are defined by a periodic pattern, the overlap area will reproduce that pattern and be visible to the naked eye for all that.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ лазерной обработки, с ультракороткими импульсами, для обработки поверхности изделия, такого как лист из нержавеющей стали, но не ограничиваясь им, позволяющий сделать зону сочленения нескольких последовательных оптических полей невидимой для невооруженного глаза, причем указанные поля располагаются таким образом, что совместно они обеспечивают обработку большого участка поверхности (в большинстве случаев всю поверхность), чем это было бы возможно в случае обработки с использованием одиночного оптического поля. Этот способ должен иметь надлежащую производительность, так что он может применяться экономически обоснованным образом в промышленном масштабе для обработки изделий с большой площадью поверхности.The object of the present invention is to provide a laser treatment method, with ultra-short pulses, for surface treatment of a product such as a stainless steel sheet, but not limited to, making the junction of several successive optical fields invisible to the naked eye, and these fields arranged in such a way that together they provide processing of a large area of the surface (in most cases the entire surface) than would be possible in the case of processing using a single optical field. This method must have adequate productivity so that it can be applied in an economically viable manner on an industrial scale to process articles with a large surface area.

С этой целью предметом изобретения является способ создания визуального радужного эффекта на поверхности изделия, согласно которому лазерные лучи, имеющие продолжительность импульса меньше одной наносекунды, направляются на указанную поверхность в смежных оптических полях систем фокусирования по меньшей мере двух неподвижных устройств или в области по меньшей мере одного подвижного устройства, причем вышеуказанное устройство (устройства) содержат источник лазерного излучения, сканер и указанную систему фокусирования для нанесения структуры в форме небольших волн на указанную поверхность на ширину указанного импульса, и указанная поверхность сканируется указанным сканером (сканерами) с помощью указанных лазерных лучей вдоль группы последовательных линий в направлении относительного перемещения изделия и сканера (сканеров) и вдоль группы линий, лежащих на продолжении друг друга в направлении, перпендикулярном указанному направлению относительного перемещения, и относящихся к оптическому полю устройства (устройств), причем каждая линия имеет ширину, равную диаметру указанного импульса; способ характеризуется тем, что указанные оптические поля двух неподвижных смежных устройств или оптические поля, соответствующие двум последовательным положениям указанного подвижного устройства, перекрываются в области перекрытия шириной, находящейся в диапазоне между удвоенным диаметром импульса лазерного луча и 2 см, так что две линии, находящиеся на продолжении друг друга, перекрываются в месте сочленения, и между двумя группами последовательных линий в направлении относительного перемещения изделия и сканера (сканеров) указанные зоны сочленения расположены вразброс или организованы периодическим образом по произвольной схеме с периодичностью, равной по меньшей мере десятикратной максимальной величине смещения между местами сочленения на двух последовательных линиях в указанном направлении относительного перемещения внутри указанной области перекрытия оптических полей.To this end, the subject of the invention is a method for creating a visual iridescent effect on the surface of a product, according to which laser beams having a pulse duration of less than one nanosecond are directed to the specified surface in adjacent optical fields of focusing systems of at least two stationary devices or in the area of at least one of a movable device, wherein said device(s) comprise a laser source, a scanner and said focusing system for depositing a structure in the form of small waves on said surface for a specified pulse width, and said surface is scanned by said scanner(s) using said laser beams along the group consecutive lines in the direction of the relative movement of the product and the scanner (scanners) and along a group of lines lying on the continuation of each other in the direction perpendicular to the indicated direction of relative movement, and related to the optical field device (devices), and each line has a width equal to the diameter of the specified pulse; the method is characterized in that said optical fields of two fixed adjacent devices or optical fields corresponding to two successive positions of said moving device overlap in an overlap region with a width between twice the laser beam pulse diameter and 2 cm, so that the two lines located on continuation of each other, overlap at the junction, and between two groups of serial lines in the direction of the relative movement of the product and the scanner (scanners), these junction zones are scattered or organized periodically in an arbitrary pattern with a frequency equal to at least ten times the maximum value of the displacement between places joints on two consecutive lines in the specified direction of relative movement within the specified region of overlap of the optical fields.

Между выполнением сканирования вдоль двух последовательных линий в указанном направлении относительного перемещения изделия и сканера (сканеров) существует возможность изменения поляризации лазерного луча таким образом, чтобы создать волны различных ориентаций на указанных двух последовательных линиях и с общей попарно ориентацией в направлении, перпендикулярном направлению относительного перемещения.Between scanning along two consecutive lines in the specified direction of relative movement of the product and the scanner (scanners), it is possible to change the polarization of the laser beam in such a way as to create waves of different orientations on these two consecutive lines and with a common pairwise orientation in a direction perpendicular to the direction of relative movement.

Поляризация лазерного луча может быть изменена согласно периодической схеме, причем указанная периодическая схема простирается на M последовательных линий в направлении относительного перемещения изделия и сканеров, и M равно по меньшей мере 2, предпочтительно, по меньшей мере 3.The polarization of the laser beam can be changed according to a periodic pattern, said periodic pattern extending for M successive lines in the direction of the relative movement of the product and scanners, and M is at least 2, preferably at least 3.

Две последовательные линии в направлении относительного перемещения изделия и сканеров имеют углы поляризации, отличающиеся по меньшей мере на 20°.Two consecutive lines in the direction of relative movement of the product and scanners have polarization angles that differ by at least 20°.

Поляризации двух линий двух смежных полей, которые лежат на продолжении друг друга, могут быть идентичными.The polarizations of two lines of two adjacent fields that lie on each other's extension can be identical.

Указанное относительное перемещение указанной поверхности указанного изделия и устройств, испускающих указанные лазерные лучи, может быть обеспечено посредством размещения указанного изделия на подвижной опоре.Said relative movement of said surface of said article and devices emitting said laser beams can be achieved by placing said article on a movable support.

Указанное относительное перемещение указанной поверхности указанного изделия и устройств, испускающих указанный лазерный луч (лучи), может быть обеспечено посредством размещения указанного устройства (устройств) на подвижной опоре.Said relative movement of said surface of said article and devices emitting said laser beam(s) can be achieved by placing said device(s) on a movable support.

Указанное изделие может быть металлическим листом.Said article may be a metal sheet.

Указанная поверхность указанного изделия может быть трехмерной, и в этом случае измеряется расстояние между системой фокусирования и поверхностью изделия, и система фокусирования регулируется таким образом, чтобы обеспечить, по существу, одинаковые диаметр импульса и плотность энергии лазерного луча независимо от фактического расстояния между системой фокусирования и изделием.Said surface of said article may be three-dimensional, in which case the distance between the focusing system and the surface of the article is measured, and the focusing system is adjusted to provide substantially the same pulse diameter and laser beam energy density, regardless of the actual distance between the focusing system and the surface of the article. product.

Указанная поверхность указанного изделия может быть трехмерной, и в этом случае измеряется расстояние между системой фокусирования и поверхностью изделия, и относительное положение указанного устройства и указанной поверхности регулируется таким образом, чтобы при осуществлении указанного способа расстояние между указанной системой фокусирования и указанной поверхностью сохранялось одним и тем же.Said surface of said article may be three-dimensional, in which case the distance between the focusing system and the surface of the article is measured, and the relative position of said device and said surface is adjusted so that when said method is carried out, the distance between said focusing system and said surface remains the same. same.

Указанное изделие может быть выполнено из нержавеющей стали.The specified product can be made of stainless steel.

Другим объектом изобретения является устройство для придания радужного эффекта поверхности изделия посредством формирования небольших волн на указанной поверхности с помощью импульса лазерного луча, причем указанное устройство образовано по меньшей мере из двух неподвижных смежных отдельных устройств или по меньшей мере одного подвижного отдельного устройства, каждое из которых содержит источник лазерного излучения, генерирующий лазерный луч с продолжительностью импульса короче 1 нс, оптическую систему формирования луча, сканер, выполненный с возможностью линейного сканирования оптического поля на поверхности изделия импульсом лазерного луча после прохождения его через систему фокусирования, причем вышеуказанные оптические поля двух смежных отдельных устройств перекрываются по ширине на величину в диапазоне между двойным диаметром импульса лазерного луча и 2 см и содержат сочленения двух линий, каждая из которых создается отдельным устройством, и средства для создания относительного перемещения в заданном направлении между указанным устройством и указанным изделием для выполнения обработки по меньшей мере на одном участке поверхности указанного изделия; отличающееся тем, что указанные сканеры указанных отдельных устройств выполнены с возможностью формировать указанные сочленения таким образом, что вместе они формируют произвольную схему или периодически организованную произвольную схему с периодичностью, равной по меньшей мере десятикратной максимальной величине смещения между сочленениями на двух последовательных линиях в указанном направлении относительного перемещения внутри указанной области перекрытия оптических полей.Another object of the invention is a device for giving a rainbowing surface of the product by forming small waves on the specified surface using a laser ray pulse, and the indicated device is formed at least two motionless related individual devices or at least one mobile separate device, each of which contains The source of laser radiation generating a laser beam with a pulse duration is shorter than 1 ns, the optical system of forming a beam, a scanner made with the possibility of a linear scanning of an optical field on the surface of the product with a laser beam with a pulse of a laser beam after passing it through a focus system, and the above optical fields of two adjacent individuals are blocked in width by the size in the range between the double diameter of the laser beam and 2 cm pulse and contain the joints of two lines, each of which is created by a separate device, and the means to create a relative one sternation in a given direction between the specified device and the specified product to perform processing at least on one section of the surface of the specified product; characterized by the fact that these scanners of the indicated individual devices are made with the ability to form the specified joints in such a way that together they form an arbitrary scheme or periodically organized arbitrary scheme with a frequency of at least tenfold maximum displacement between the joints on two sequential lines in the indicated direction of the relative direction movement within the specified area of overlap of the optical fields.

Оптические системы указанных отдельных устройств могут содержать оптическую систему поляризации, которая обеспечивает заданную поляризацию указанного луча, и средства, позволяющие изменять эту поляризацию, так чтобы на указанной поверхности в определенном направлении были получены смежные линии с помощью импульсов с различными поляризациями.The optical systems of said separate devices may comprise an optical polarization system that provides a given polarization of said beam, and means for changing this polarization so that adjacent lines are obtained on said surface in a certain direction by means of pulses with different polarizations.

Указанные отдельные устройства могут обеспечивать получение с помощью импульсов двух смежных линий, имеющих различие в поляризации по меньшей мере 20°.These separate devices can provide pulses of two adjacent lines having a difference in polarization of at least 20°.

Указанные отдельные устройства могут содержать средства для измерения расстояния между системой фокусирования и поверхностью изделия, соединенные со средствами управления системой фокусирования, так чтобы последняя поддерживала постоянный диаметр импульса и постоянную плотность энергии на указанной поверхности независимо от указанного расстояния.These separate devices may include means for measuring the distance between the focusing system and the surface of the product, connected to the controls of the focusing system, so that the latter maintains a constant pulse diameter and a constant energy density on the specified surface, regardless of the specified distance.

Указанные отдельные устройства могут содержать средства для измерения расстояния между системой фокусирования и поверхностью изделия, соединенные со средствами управления системой фокусирования, управляющими относительным положением указанного устройства и указанной поверхности, обеспечивая поддержание постоянного расстояния между указанной системой фокусирования и указанной поверхностью.Said separate devices may include means for measuring the distance between the focusing system and the surface of the product, connected to the focusing system controls that control the relative position of said device and said surface, ensuring that a constant distance is maintained between said focusing system and said surface.

Указанные средства для обеспечения относительного перемещения в заданном направлении между указанным устройством и указанным изделием могут содержать подвижную опору для изделия.Said means for providing relative movement in a given direction between said device and said article may comprise a movable support for the article.

Указанные средства для обеспечения относительного перемещения между указанным устройством и указанным изделием могут содержать подвижную опору для указанных отдельных устройств.Said means for providing relative movement between said device and said article may comprise a movable support for said individual devices.

Как должно быть понятно, задача изобретения состоит в том, чтобы сделать невидимыми или практически невидимыми сочленения между двумя противолежащими и обращенными друг к другу линиями поверхности, образованными по меньшей мере двумя неподвижными смежными лазерными сканирующими устройствами, соответствующие лазерные сканеры которых движутся вдоль оси, именуемой «медленной осью», причем поля указанных устройств немного перекрываются для исключения риска невыполнения обработки или недостаточной обработки этих зон сочленения. С этой целью точки сочленения указанных противолежащих и обращенных друг к другу линий поверхности, каждая из которых образована лазерным сканирующим устройством, распределены произвольно (т.е. соответствующие быстрые оси устройств расположены на продолжении друг друга), если рассматриваются два набора линий, которые следуют друг за другом в направлении относительного перемещения изделия и лазерных сканирующих устройств, именуемом «быстрой осью», которое, по существу, перпендикулярно медленной оси.As should be understood, the object of the invention is to make invisible or practically invisible joints between two opposite and facing surface lines formed by at least two stationary adjacent laser scanning devices, the respective laser scanners of which move along an axis referred to as " slow axis”, and the fields of these devices overlap slightly to eliminate the risk of non-processing or insufficient processing of these articulation zones. To this end, the points of articulation of said opposing and facing surface lines, each of which is formed by a laser scanning device, are randomly distributed (i.e., the respective fast axes of the devices are located on each other's extension) if two sets of lines that follow each other are considered. behind the other in the direction of relative movement of the product and laser scanners, referred to as the "fast axis", which is essentially perpendicular to the slow axis.

При необходимости, по меньшей мере два неподвижных смежных устройства могут быть заменены одиночным подвижным лазерным сканирующим устройством, которое перемещается вдоль быстрой оси для последовательного получения противолежащих и обращенных друг к другу линий в оптических полях, соответствующих двум последовательным положениям подвижного устройства, которое в техническом отношении эквивалентно одновременному использованию нескольких неподвижных смежных устройств, но увеличивается время обработки.If necessary, the at least two fixed adjacent devices can be replaced by a single movable laser scanner that moves along the fast axis to successively obtain opposite and facing lines in optical fields corresponding to two consecutive positions of the movable device, which is technically equivalent to simultaneous use of several stationary adjacent devices, but the processing time increases.

Другими словами, точки сочленения противолежащих и обращенных друг к другу линий, генерируемых двумя смежными лазерными сканирующими устройствами (или лазерным сканирующим устройством, которое в то же самое время перемещается), не находятся на прямой линии, ориентированной по существу вдоль медленной оси, и, таким образом, по существу, перпендикулярной направлению сканирования (быстрая ось) лазерных устройств. Они образуют ломаную линию произвольной формы или периодической формы, но построенной по произвольной схеме, которая периодически повторяется (тем самым исключая правильную периодическую схему, такую как синусоида) и остается в пределах области перекрытия полей двух лазерных сканирующих устройств с общей ориентацией, которая, по существу, перпендикулярна указанному направлению сканирования. Таким образом, сочленения между оптическими полями двух наборов последовательных линий в этой общей ориентации не образуют совместно линейную схему, и эта схема является менее видимой невооруженном глазу, чем если бы она образовывала, по существу, прямую линию. Эта схема не является и предпочтительно не является периодической схемой с небольшим периодом, что также создавало бы риск ее видимости невооруженным глазом. Если схема является периодической, предпочтительно, чтобы длина указанного расстояния была не меньше десятикратной максимальной величины смещения между сочленениями на двух последовательных линиях.In other words, the articulation points of the opposing and facing lines generated by two adjacent laser scanners (or a laser scanner that is moving at the same time) are not on a straight line oriented substantially along the slow axis, and thus in a manner substantially perpendicular to the scanning direction (fast axis) of the laser devices. They form a broken line of arbitrary shape or a periodic shape but built in an arbitrary pattern that repeats periodically (thereby eliminating a regular periodic pattern such as a sine wave) and remains within the overlapping area of the fields of two laser scanners with a common orientation, which is essentially , perpendicular to the specified scanning direction. Thus, the junctions between the optical fields of two sets of serial lines in this general orientation do not jointly form a linear pattern, and the pattern is less visible to the naked eye than if it formed a substantially straight line. This pattern is not, and preferably is not, a short period periodic pattern, which would also risk being visible to the naked eye. If the pattern is periodic, it is preferred that the length of said distance be at least ten times the maximum displacement between joints on two consecutive lines.

Ширина области, внутри которой находятся указанные сочленения, предпочтительно не должна превышать 2 см. Если эта ширина слишком маленькая (меньше двойного диаметра импульса), существует риск образования ломаной линии, очень похожей на прямую линию, и может сохраняться риск видимости сочленения. Если ширина слишком большая, эффективное оптическое поле устройств уменьшается, тем самым снижая производительность установки.The width of the area within which these joints are located should preferably not exceed 2 cm. If this width is too small (less than twice the pulse diameter), there is a risk of forming a broken line, very similar to a straight line, and the risk of visibility of the joint may remain. If the width is too large, the effective optical field of the devices is reduced, thereby reducing the performance of the installation.

Понятно, что если существует необходимость использования больше двух лазерных сканирующих устройств для обработки всей поверхности изделия, изобретение используется последовательно для всех пар расположенных рядом устройств.It is clear that if there is a need to use more than two laser scanning devices for processing the entire surface of the product, the invention is used sequentially for all pairs of next devices.

Как преимущество, этот способ и относящееся к нем устройство могут использоваться совместно со способом и относящимся к нему устройством, относящимися к устранению или, по меньшей мере, очень значительному уменьшению проблем, связанных с чрезмерной направленностью наблюдения радужности на поверхности нержавеющей стали, обработанной с помощью устройства, содержащего лазерный сканер. С помощью этого способа выполняется различная поляризация излучения, испускаемого лазером, для образования ЛИППС на двух линиях, расположенных последовательно в направлении относительного перемещения изделия и лазерных сканирующих устройств. Для получения популярного эффекта рекомендуется использование по меньшей мере трех различных поляризаций, используемых для группы по меньшей мере из трех последовательных линий.As an advantage, this method and related device can be used in conjunction with a method and related device related to the elimination or at least a very significant reduction in problems associated with excessive iridescence viewing directionality on the surface of stainless steel treated with the device. containing a laser scanner. Using this method, different polarizations of the radiation emitted by the laser are performed to form LIPSs on two lines arranged in series in the direction of the relative movement of the product and laser scanning devices. To obtain a popular effect, it is recommended to use at least three different polarizations used for a group of at least three consecutive lines.

Изобретение станет более понятным после изучения нижеприведенного описания со ссылкой на приложенные чертежи:The invention will become more clear after reading the following description with reference to the attached drawings:

фиг. 1 – поверхность металлического листа, на которой была выполнена обработка для придания ему радужного эффекта по изобретению, используя два смежных лазерных устройства, образующих линии, лежащие в продолжении друг друга вдоль быстрых осей устройств, с участками перекрытия между двумя линиями, расположенными по предпочтительному варианту изобретения, а именно, на произвольной ломаной линии, общая ориентация которой является ориентацией медленной оси, а не прямой линии, которая, по существу, соответствовала бы медленной оси, или на периодической ломаной линии, в целом ориентированной вдоль медленной оси.fig. 1 shows the surface of a metal sheet on which the iridescence treatment according to the invention has been carried out using two adjacent laser devices forming lines extending each other along the rapid axes of the devices, with areas of overlap between the two lines arranged according to the preferred embodiment of the invention. , namely, on an arbitrary broken line whose general orientation is that of the slow axis rather than a straight line, which would essentially correspond to the slow axis, or on a periodic broken line generally oriented along the slow axis.

фиг. 2 – схема устройства по изобретению, обеспечивающего осуществление способа, соответствующего изобретению, в оптическом поле устройства лазерной обработки, а также обеспечивающее наблюдение радужности поверхности металлического листа независимо от угла наблюдения, по предпочтительному варианту изобретения;fig. 2 is a diagram of a device according to the invention, which provides the implementation of the method corresponding to the invention, in the optical field of the laser processing device, and also provides observation of the iridescence of the surface of a metal sheet, regardless of the viewing angle, according to a preferred embodiment of the invention;

фиг. 3 – поверхность металлического листа, полученная в результате осуществления предпочтительного варианта способа изобретения, усовершенствующего способ, используемый в случае фиг. 1.fig. 3 shows the surface of a metal sheet resulting from a preferred embodiment of the method of the invention, which improves on the method used in the case of FIG. 1.

Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы выполнять обработку, дефекты которой сложно обнаружить человеческим глазом, который может легко обнаруживать линейные или периодические дефекты с коротким шагом. В этом случае, если считать, что оптимальная обработка поверхности металлического листа 1 требует N последовательных проходов лазера по одной и той же линии, соответствующей быстрой оси заданного оптического поля, для подачи некоторого количества энергии, необходимого и достаточного для получения требуемых волн, для N наложенных линий смещение вразброс от медленной оси является идентичным от одного прохода лазера к другому.Thus, it is an object of the present invention to perform processing, the defects of which are difficult to detect by the human eye, which can easily detect short-pitch linear or periodic defects. In this case, if we assume that the optimal processing of the surface of the metal sheet 1 requires N successive laser passes along the same line corresponding to the fast axis of a given optical field to supply a certain amount of energy necessary and sufficient to obtain the required waves, for N superimposed lines offset randomly from the slow axis is identical from one pass of the laser to another.

На фиг. 1 представлена указанная структура, выполненная на металлическом листе 1. Можно видеть, что для группы из двух проходов (линий сканирования) с помощью сканера 13, соответствующих двум полям смежных сканеров 13, которые расположены друг за другом и немного наложены во избежание необработанных зон на поверхности металлического листа 1, точки 2 сочленения соответствующих оптических полей двух групп 3, 4 линий, полученных с помощью соответственно одного из двух сканеров, смещены не линейно, а вразброс между двумя линиями 5, 6 или двумя группами из N наложенных линий, последовательно полученных вдоль медленной оси 7, которая является направлением относительного перемещения металлического листа 1 и лазерных сканеров 13. Другими словами, соответствующие сочленения 2 двух противолежащих обращенных к другу линий, каждая из которых относится к группе 3, 4, образуют совместно не прямую линию или периодический рисунок с коротким шагом, а произвольную ломаную линию, которая менее легко различима, чем прямая линия или ломаная линия, в которой смещения сочленений 2 являются периодическими и небольшими.In FIG. 1 shows this structure, made on a metal sheet 1. It can be seen that for a group of two passes (scan lines) using a scanner 13, corresponding to two fields of adjacent scanners 13, which are located one after the other and slightly overlap to avoid unprocessed areas on the surface metal sheet 1, points 2 of the junction of the corresponding optical fields of two groups of lines 3, 4, obtained using one of the two scanners, respectively, are not shifted linearly, but randomly between two lines 5, 6 or two groups of N superimposed lines, successively obtained along a slow axis 7, which is the direction of relative movement of the metal sheet 1 and the laser scanners 13. In other words, the respective articulations 2 of two opposite lines facing each other, each of which belongs to the group 3, 4, together form an irregular line or a short-pitch periodic pattern , and an arbitrary broken line, which is less easily distinguishable, h We eat a straight line or a broken line in which the displacements of the joints 2 are periodic and small.

Следует отметить, что между двумя последовательными линиями 5, 6, образованными в одном и том же оптическом поле и, таким образом, смещенными в направлении 7 перемещения (другими словами, в направлении медленной оси) лазерных сканеров 13 или в направлении перемещения металлического листа 1, если именно лист движется вдоль медленной оси, в то время как сканеры являются неподвижными, эта проблема, в общем, не возникает с такой же интенсивностью, если перекрытие между линиями двух групп 3, 4 последовательно вдоль медленной оси 7 не является заведомо недостаточным.It should be noted that between the two consistent lines 5, 6 formed in the same optical field and, thus, displaced in direction 7 of the movement (in other words, in the direction of the slow axis) of laser scanners 13 or in the direction of moving the metal sheet 1, If it is the sheet that moves along the slow axis, while the scanners are motionless, this problem, in general, does not arise with the same intensity, if the overlap between the lines of the two groups 3, 4 in series along the slow axis 7 is not obviously insufficient.

Фактически, сравнительно медленное относительное движение металлического листа 1 и сканеров 13 должно быть принято в расчет, как показано стрелкой 7, определяющей медленную ось.In fact, the relatively slow relative motion of the metal sheet 1 and the scanners 13 must be taken into account, as indicated by the arrow 7 defining the slow axis.

Как уже указано, различные линии 5, 6 каждой группы 3, 4 имеют ширину, которая, по существу, равна диаметру импульса, т.е. приблизительно в общем 30 – 40 мкм. Для того чтобы на поверхности металлического листа не остались необработанные зоны между двумя последовательными линиями 5, 6 одной и той же группы 3, 4 вдоль медленной оси 7, можно отрегулировать гальвозеркало сканера и/или устройство перемещения металлического листа, так чтобы последовательные линии 5, 6 вдоль медленной оси 7 перекрывались.As already indicated, various lines 5, 6 of each group 3, 4 have a width, which, in essence, is equal to the diameter of the pulse, i.e. approximately in general 30 - 40 microns. In order to prevent the unprocessed zones between the two sequential lines 5, 6 of the same group 3, 4 along the slow axis 7, you can adjust the scanner and/or the device for moving the metal sheet on the surface of the metal sheet, so that the sequential lines 5, 6 along the slow axis 7 overlapped.

Другими словами, линии 5, 6 одной и той же группы 3, 4 образованы после смещения относительных положений импульсов каждого сканера 13 и металлического листа 1, причем смещение немного меньше диаметра импульсов. В области перекрытия линий 5, 6 фактически может иметь место двойная обработка поверхности металлического листа 1, но поскольку смещение линий 5, 6 вдоль медленной оси 7 может регулироваться с надлежащей точностью, причем с намного большей точностью, чем перекрытие смежных оптических полей вдоль быстрой оси, ширина этих областей, если таковые имеются, в любом случае достаточно узкая (несколько мкм), так что двойная обработка визуально не воспринимается как искажение радужного эффекта по отношению к эффекту, полученному на остальной части поверхности металлического листа 1. Выбор может быть намеренно сделан таким образом, чтобы не предусматривать перекрытие между двумя последовательными линиями 5, 6 вдоль медленной оси 7, а задать намного меньшее смещение порядка нескольких мкм, в любом случае достаточно уменьшенное, так чтобы это не являлось причиной наличия необработанных линий, которые были бы видны невооруженным глазом в направлении, перпендикулярном медленной оси 7.In other words, the lines 5, 6 of the same group 3, 4 are formed after a shift in the relative positions of the pulses of each scanner 13 and the metal sheet 1, the shift being slightly less than the diameter of the pulses. In the area of overlap of lines 5, 6, in fact, double surface treatment of the metal sheet 1 can take place, but since the displacement of lines 5, 6 along the slow axis 7 can be controlled with appropriate accuracy, and with much greater accuracy than the overlap of adjacent optical fields along the fast axis, the width of these areas, if any, is in any case sufficiently narrow (a few µm) so that the double treatment is not visually perceived as a distortion of the iridescent effect with respect to the effect obtained on the rest of the surface of the metal sheet 1. The choice can be deliberately made in this way , so as not to provide for an overlap between two successive lines 5, 6 along the slow axis 7, but to give a much smaller offset of the order of a few µm, in any case sufficiently reduced so that it does not cause unprocessed lines that would be visible to the naked eye in the direction , perpendicular to the slow axis 7.

Следует принять во внимание, что на фиг. 1 каждая группа линий 3, 4, расположенных друг за другом и встречающихся в сочленении 2, сама по себе состоит из наложения N накладываемых линий, где, например, N = 3. Количество накладываемых линий для заданного оптического поля зависит от величины энергии, которое должно переноситься на поверхность металлического листа 1 для получения требуемой структуры волн, обеспечивающих радужный эффект поверхности. Чем больше эта величина энергии, тем большее количество линий должно быть при одной и той же величине энергии, доставляемой за каждый проход лазера.It should be noted that in Fig. 1, each group of lines 3, 4, located one behind the other and meeting at joint 2, itself consists of an overlay of N superimposed lines, where, for example, N = 3. The number of superimposed lines for a given optical field depends on the amount of energy that must be be transferred to the surface of the metal sheet 1 to obtain the desired wave pattern, providing a rainbow surface effect. The greater this energy value, the greater the number of lines must be for the same amount of energy delivered for each pass of the laser.

По мере возможности эта структура представляет собой структуру LSFL такого типа, который, как можно было видеть, более пригоден для создания радужного эффекта при условиях, которые, тем не менее, зависят от угла обзора. Энергия, подаваемая вдоль заданной линии, должна находиться в диапазоне между нижним пределом, ниже которого волны не будет достаточно заметны, и верхним пределом, выше которого сильно увеличивается вероятность излишнего присутствия выступов. Понятно, что пределы в большой степени зависят от множества факторов, в частности, правильно выбранного материала металлического листа 1, состояния его поверхности, энергии, подаваемой с помощью импульсов при каждом проходе лазера в заданной зоне. Специалисты в этой области должны выполнить исследования в установленном порядке для определения указанных пределов в зависимости от имеющегося оборудования и материала, подлежащего обработке.To the extent possible, this structure is an LSFL structure of the type that has been seen to be more suitable for producing a rainbow effect under conditions that nevertheless depend on the viewing angle. The energy supplied along the given line should be in the range between a lower limit, below which the waves will not be sufficiently noticeable, and an upper limit, above which the probability of excessive presence of protrusions greatly increases. It is clear that the limits depend to a large extent on many factors, in particular, the correctly chosen material of the metal sheet 1, the condition of its surface, the energy supplied by pulses with each pass of the laser in a given zone. Those skilled in the art should carry out studies in due course to determine the specified limits depending on the equipment available and the material to be processed.

Несмотря на то что этот первый подход обеспечивает значительное уменьшение видимости перекрытия двух последовательных полей в зависимости от используемого материала и/или целевого эффекта, поскольку перекрытия межу полями (сочленение 2) расположены не на прямой линии, которая соответствует медленной оси 7, а на произвольной ломаной линии, только общая ориентация которой, по существу, соответствует медленной оси 7, и которая соответствует смещениям между перекрытиями, это может оказаться недостаточным для получения надлежащей однородной поверхности. В этом случае можно использовать тот же самый подход, но посредством изменения смещения между различными проходами лазера. Это позволяет дополнительно увеличить случайный характер схемы определения перекрытий по сравнению с предыдущим случаем. Другими словами, ломаная линия, соединяющая последовательные перекрытия и образующая указанный рисунок, является линией непериодического или случайного типа, что даже менее очевидно. Однако следует обеспечить, чтобы соседние поля обработки имели такие же смещения, как первое смещение для каждого прохода, поскольку локальное накапливание проходов лазера должно быть исключено, чтобы обеспечить обработку с однообразным внешним видом, так чтобы в идеальном варианте каждая точка поверхности получила одно и то же количество энергии согласно одному и тому же распределению, одному и тому же количеству импульсов и проходов.Although this first approach provides a significant reduction in the visibility of the overlap of two consecutive fields, depending on the material used and/or the target effect, since the overlaps between the fields (joint 2) are not located on a straight line, which corresponds to the slow axis 7, but on an arbitrary polyline line, only the general orientation of which essentially corresponds to the slow axis 7, and which corresponds to the offsets between overlaps, this may not be sufficient to obtain a proper uniform surface. In this case, the same approach can be used, but by changing the offset between different laser passes. This makes it possible to further increase the random nature of the overlap detection scheme compared to the previous case. In other words, the broken line connecting successive overlaps and forming the indicated pattern is a line of a non-periodic or random type, which is even less obvious. However, it should be ensured that adjacent processing fields have the same offsets as the first offset for each pass, since local accumulation of laser passes must be avoided to provide processing with a uniform appearance, so that ideally every point on the surface receives the same the amount of energy according to the same distribution, the same number of impulses and passes.

Таким образом, использование схемы случайного наложения для краев полей обеспечивает распределение точек неоднородности без последующего формирования прямой линии или ломаной линии с коротким шагом, которые были очень заметны невооруженному глазу. Когда рисунок, который они создают, идентичен для всех проходов лазера вдоль быстрой оси, образующей заданную линию, эти точки наложения являются локальными точками, имеющими высокую неоднородность, поскольку разрыв непрерывности линии заметен на каждом проходе.Thus, the use of a random overlay scheme for the edges of the fields ensures the distribution of points of inhomogeneity without the subsequent formation of a straight line or a broken line with a short step, which were very visible to the naked eye. When the pattern they create is identical for all passes of the laser along the fast axis forming a given line, these overlapping points are local points that have a high discontinuity, since the discontinuity of the line is noticeable on each pass.

Как указано, определенная периодичность рисунка сочленений 2 на краю поля является приемлемой, если ее получают на достаточной длине вдоль медленной оси 7, а именно по меньшей мере равной десятикратной максимальной величине смещения между сочленениями 2 на двух последовательных линиях 5, 6 вдоль медленной оси 7.As indicated, a certain periodicity of the articulation pattern 2 at the edge of the field is acceptable if it is obtained at a sufficient length along the slow axis 7, namely at least ten times the maximum displacement between the joints 2 on two consecutive lines 5, 6 along the slow axis 7.

Выполнение обработки в форме линий, ориентированных вдоль быстрой оси, позволяет использовать преимущество высокой частоты повторения лазером ультракоротких импульсов для увеличения производительности обработки. Таким образом, при однократном сканировании линии сканером вдоль быстрой оси линия может подвергаться воздействию излучения N раз, если расстояние между двумя импульсами двух смежных полей равно диаметру импульса, деленному на N. Это позволяет исключить эффект, при котором небольшие колебания мощности могли бы стать причиной неоднородности поверхности. Например, для выполнения N последовательных излучений для обработки одной и той же точки на поверхности металлического листа 1 необязательно выполнять N проходов лазерного луча 9 на указанной точке, и один проход лазерного луча 9 может быть достаточным.Performing processing in the form of lines oriented along the fast axis allows you to take advantage of the high frequency of repetition of ultrashort pulses of the laser to increase processing performance. Thus, when a line is scanned once by a scanner along the fast axis, the line can be exposed to radiation N times if the distance between two pulses of two adjacent fields is equal to the pulse diameter divided by N. This eliminates the effect in which small power fluctuations could cause inhomogeneity surfaces. For example, to perform N successive exposures to treat the same point on the surface of the metal sheet 1, it is not necessary to perform N passes of the laser beam 9 on said point, and one pass of the laser beam 9 may be sufficient.

Однако такой режим работы имеет недостаток, состоящий в образовании зон неоднородности на концах линий на расстояниях, эквивалентных диаметру импульса (несколько десятков микронов).However, this mode of operation has a drawback, which consists in the formation of zones of inhomogeneity at the ends of the lines at distances equivalent to the pulse diameter (several tens of microns).

Как указано, радужный эффект, получаемый посредством обработки ультракороткими импульсами лазера 8, относится к спонтанному образованию на поверхности металлического листа 1 периодической структуры, имеющей характер, сходный с оптической сеткой в отраженном от поверхности свете. Как описано выше, механизм формирования этой структуры в виде волн, периодически распределенных по обработанной поверхности, еще не определен научным сообществом.As indicated, the rainbow effect obtained by processing with ultrashort laser pulses 8 refers to the spontaneous formation on the surface of the metal sheet 1 of a periodic structure having a character similar to an optical grid in the light reflected from the surface. As described above, the mechanism for the formation of this structure in the form of waves periodically distributed over the treated surface has not yet been determined by the scientific community.

Однако было показано (см. например, документ «Control Parameters In Pattern Formation Upon Femtosecond Laser Ablation», Olga Varlamova et al., Applied Surface Science 253 (2007) pp. 7932–7936), что ориентация волн в основном связана с поляризацией лазерного луча, излучаемого на поверхность. Например, на нержавеющей стали ориентация HSFL-структур параллельна поляризации падающего луча, в то время как LSFL-структуры, которые формируются в дальнейшем, когда к поверхности листа подается большее количество энергии, ориентированы перпендикулярно поляризации падающего луча. На других материалах наблюдается обратный эффект, но это не ставит под сомнение применимость изобретения к этим материалам.However, it was shown (see, for example, the document “Control Parameters in Pattern Formation Upon Femtosecond Laser Ablation”, Olga Varlamova et al., Applied Surface Science 253 (2007) PP. 7932–7936), which is mainly related beam radiating to the surface. For example, on stainless steel, the orientation of HSFL structures is parallel to polarization of the falling beam, while LSFL structures that are formed in the future, when a larger amount of energy is supplied to the surface, oriented perpendicular to polarization of the falling beam. On other materials, the opposite effect is observed, but this does not question the applicability of the invention to these materials.

При лазерной обработке по линиям поверхность, обрабатываемая без изменения поляризации лазерного луча 9 на протяжении различных проходов по заданной линии указанной поверхности, в конце обработки приобрела бы структуру, состоящую из линий/волн, ориентированных в одном и том же направлении. Это означает, что эффект «оптической сетки» поверхности также является ориентированным.In laser processing along lines, a surface treated without changing the polarization of the laser beam 9 during various passes along a given line of said surface would, at the end of processing, acquire a structure consisting of lines/waves oriented in the same direction. This means that the "optical grid" effect of the surface is also oriented.

Радужный эффект оказывается максимальным, если наблюдение выполняется в поперечном направлении к ориентации волн, и ослабевает в случае, когда угол ориентации наблюдения выравнивается со структурой поверхности. Следовательно, наблюдение поверхности по одной прямой с волнами не позволяет проявляться цвету. Это можно считать недостатком готового изделия, поскольку требуется соответствующий выбор ориентации волн в начале обработки для получения изделия, имеющего радужный эффект при требуемых условиях наблюдения. Кроме того, готовое изделие имеет полную цветовую окраску только в основном направлении наблюдения для заданного источника света.The rainbow effect is maximum when the observation is made transverse to the wave orientation, and weakens when the observation orientation angle is aligned with the surface structure. Therefore, observing the surface in a straight line with the waves does not allow color to appear. This can be considered a disadvantage of the finished product, since an appropriate choice of wave orientation is required at the beginning of processing in order to obtain a product that has a rainbow effect under the required viewing conditions. In addition, the finished product has a full coloration only in the main viewing direction for a given light source.

Оптимальный вариант изобретения, как показано на фиг. 2 и 3, позволяет устранить этот недостаток. Если два последовательных поля, совместно образующие одну и ту же линию по всей ширине металлического листа 1 (направление, перпендикулярное медленной оси 7), имеют одну и ту же поляризацию на этой линии, визуальный эффект двойной обработки зоны сочленения между этими двумя полями имеет тенденцию к тому, чтобы быть намного менее заметным, чем когда два поля имеют разные поляризации с разницей в угле поляризации, причем указанная разница предпочтительно составляет 20° – 90°.The best embodiment of the invention, as shown in Fig. 2 and 3 eliminates this shortcoming. If two successive fields jointly forming the same line across the entire width of the metal sheet 1 (direction perpendicular to the slow axis 7) have the same polarization on this line, the visual effect of double processing of the articulation zone between these two fields tends to to be much less noticeable than when the two fields have different polarizations with a difference in polarization angle, said difference being preferably 20° - 90°.

Кроме того, в предпочтительном варианте изобретения, имеющем поляризации, которые явным образом достаточно отличаются между двумя последовательными линиями в направлении 7 относительного движения изделия и лазерных сканирующих устройств, устраняется направленность наблюдения радужного эффекта. Комбинация описанных явлений означает, что радужный эффект обработанного металлического листа 1 кажется намного более однородным во всех направлениях наблюдения, чем в случае, когда между смежными линиями отсутствует чередование поляризации.In addition, in a preferred embodiment of the invention, having polarizations that are clearly sufficiently different between two successive lines in the direction 7 of the relative movement of the product and the laser scanners, the directionality of the observation of the rainbow effect is eliminated. The combination of the phenomena described means that the rainbow effect of the treated metal sheet 1 appears to be much more uniform in all viewing directions than when there is no polarization alternation between adjacent lines.

Обработка выполняется «по линиям» с расстоянием, разделяющим центры импульсов, которое немного меньше диаметра импульса в направлении быстрого сканирования, чтобы исключить зоны, необработанные с помощью импульса. Техническое решение по предпочтительному варианту выполнения изобретения состоит в том, чтобы чередовать линии, для которых ориентация волн изменяется от одной линии к другой, за счет действия поляризатора или поляризующего устройства любого другого типа, расположенного на оптическом пути лазерного луча 9.Processing is done "line by line" with a distance separating the centers of pulses that is slightly less than the diameter of the pulse in the direction of the fast scan to exclude areas not treated with the pulse. The technical solution according to the preferred embodiment of the invention is to alternate lines for which the orientation of the waves changes from one line to another, due to the action of a polarizer or any other type of polarizing device located in the optical path of the laser beam 9.

Следовательно, поле обработки получают или с помощью автоматической системы, обеспечивающей изменение поляризации падающего луча между линиями, или поле обработки получают в количестве M раз, равном по меньшей мере двум и, предпочтительно, по меньшей мере трем, и, таким образом, M соответствует количеству ориентаций, придаваемых волнам с помощью периодических последовательных поляризаций импульса лазерного луча, образующего эти волны.Therefore, the treatment field is obtained either by an automatic system for changing the polarization of the incident beam between the lines, or the treatment field is obtained in a number of M times equal to at least two and preferably at least three, and thus M corresponds to the number orientations given to waves by periodic successive polarizations of the pulse of the laser beam that forms these waves.

На фиг. 2 схематически показана типовая компоновка части отдельного устройства, обеспечивающего внедрение способа изобретения и относящегося к упомянутому предпочтительному исполнению, для обработки части металлического листа 1 из нержавеющей стали по заданному полю. Понятно, что это устройство управляется автоматическими средствами, обеспечивающими синхронизацию относительных перемещений опоры 15 листа 1 и лазерного луча 9 и, при необходимости, регулирование параметров лазерного луча и его фокусировку. Программирование этих автоматических средств находится в пределах возможностей специалистов в рассматриваемой области техники.In FIG. 2 schematically shows a typical arrangement of a part of a separate device for implementing the method of the invention and related to the above-mentioned preferred embodiment, for processing a part of a stainless steel metal sheet 1 in a given field. It is clear that this device is controlled by automatic means that synchronize the relative movements of the support 15 of the sheet 1 and the laser beam 9 and, if necessary, adjust the parameters of the laser beam and focus it. The programming of these automatic means is within the ability of those skilled in the art.

Отдельное устройство на фиг. 2 в первую очередь содержит источник 8 лазерного излучения традиционно известного типа для создания радужных эффектов на металлических поверхностях, и соответственно источник 8 генерирует импульсный лазерный луч 9 с короткой продолжительностью импульса меньше одной наносекунды, причем диаметр каждого импульса составляет порядка 30 – 40 мкм. Величина энергии, подаваемой на поверхность нержавеющей стали с помощью импульса, должна определяться экспериментально с целью генерирования волн ЛИППС на поверхности металлического листа 1, предпочтительно LSFL-типа, и предотвращения образования выступов и тем более шипов, и частота и мощность лазерного луча 9 должны выбираться согласно критериям, известным специалистам в этой области и имеющим отношение к точным характеристикам других элементов устройства и материала, подлежащего обработке. Лазерный луч 9, генерируемый источником 8, проходит через оптическую систему 10, формирующую луч 9, которая в добавление к традиционным компонентам, обеспечивающим регулирование формы и размера луча 9, при необходимости содержит согласно предпочтительному варианту изобретения поляризующий оптический элемент 12, обеспечивающий поляризацию луча 9, выбираемую оператором или автоматическими средствами, управляющими устройством.The separate device in Fig. 2 primarily contains a laser radiation source 8 of a traditionally known type for creating iridescent effects on metal surfaces, and accordingly, the source 8 generates a pulsed laser beam 9 with a short pulse duration of less than one nanosecond, and the diameter of each pulse is of the order of 30 - 40 μm. The amount of energy supplied to the surface of stainless steel using a pulse must be determined experimentally in order to generate LIPSS waves on the surface of the metal sheet 1, preferably of the LSFL type, and prevent the formation of protrusions, and even more so spikes, and the frequency and power of the laser beam 9 must be selected according to criteria known to those skilled in the art and related to the precise characteristics of the other elements of the device and the material to be processed. The laser beam 9 generated by the source 8 passes through the optical system 10 that forms the beam 9, which, in addition to the traditional components that provide control of the shape and size of the beam 9, if necessary, according to a preferred embodiment of the invention, a polarizing optical element 12, which ensures the polarization of the beam 9, selected by the operator or automatic means that control the device.

Далее лазерный луч 9 проходит через сканирующее устройство (например, сканер) 13, который, как известно, позволяет лучу 9 сканировать поверхность металлического листа по прямолинейной траектории (быстрая ось) в области обработки. На выходе сканера 13, как обычно, расположена система 14 фокусировки, например, фокусирующая линза, с помощью которой лазерный луч 9 фокусируется в направлении металлического листа 1.Next, the laser beam 9 passes through a scanning device (eg scanner) 13, which, as is known, allows the beam 9 to scan the surface of the metal sheet along a straight path (fast axis) in the processing area. At the output of the scanner 13, as usual, there is a focusing system 14, for example a focusing lens, with which the laser beam 9 is focused in the direction of the metal sheet 1.

В показанном примере металлический лист 1 поддерживается опорой 15, обеспечивающей перемещение металлического листа 1 по плоскости в направлении 7 (медленная ось) или, при необходимости, в трехмерном пространстве относительно устройства, генерирующего, поляризующего и сканирующего лазерный луч 9, так что последний может обрабатывать поверхность металлического листа 1 вдоль новой линии поля обработки показанного устройства.In the example shown, the metal sheet 1 is supported by a support 15, which allows the metal sheet 1 to move in a plane in the direction 7 (slow axis) or, if necessary, in three-dimensional space relative to the device that generates, polarizes and scans the laser beam 9, so that the latter can process the surface metal sheet 1 along the new processing field line of the device shown.

Предпочтительно, перед этой обработкой указанной новой линии по варианту изобретения, результат которой показан на фиг. 3, была изменена регулировка оптического поляризующего устройства 12 для поляризации лазерного луча 9, которая отличается от его предыдущей поляризации при обработке предыдущей линии. С помощью оптического поляризующего устройства 10 могут быть получены по меньшей мере два различных угла поляризации и, предпочтительно, по меньшей мере три, и они чередуются предпочтительно, но необязательно, с периодичностью при каждом изменении линии. Периодичность схемы поляризации не является существенной, и, как упомянуто, достаточно, чтобы углы поляризации двух смежных линий 16, 17, 18, 16’, 17’, 18’ вдоль медленной оси отличались друг от друга, предпочтительно отличались по меньшей мере на 20°, но не больше чем на 90°. Однако периодичность схемы, например, как показано с помощью углов поляризации, которые повторяются каждые три линии 16, 17, 18, 16’, 17’, 18’, является предпочтительной, поскольку периодическое программирование изменения поляризации является более простым, чем случайное программирование, в частности, поскольку две линии 16, 16’ или 17, 17’ или 18, 18’, относящиеся к двум разным полям и лежащие на продолжении друг друга вдоль быстрой оси и встречающиеся у сочленения 2, должны иметь одну и ту же ориентацию волн.Preferably, prior to this treatment of said new line according to an embodiment of the invention, the result of which is shown in FIG. 3, the adjustment of the optical polarizing device 12 has been changed to polarize the laser beam 9, which is different from its previous polarization when processing the previous line. With the optical polarizing device 10, at least two different polarization angles, and preferably at least three, can be obtained and preferably, but not necessarily, alternate with each line change. The periodicity of the polarization scheme is not essential and, as mentioned, it is sufficient that the polarization angles of two adjacent lines 16, 17, 18, 16', 17', 18' along the slow axis differ from each other, preferably differ by at least 20° but no more than 90°. However, the periodicity of the pattern, for example, as shown by the polarization angles that repeat every three lines 16, 17, 18, 16', 17', 18', is preferred because periodic programming of polarization change is simpler than random programming, in in particular, since two lines 16, 16' or 17, 17' or 18, 18', belonging to two different fields and lying on the continuation of each other along the fast axis and meeting at joint 2, must have the same wave orientation.

Последовательность случайных поляризаций в заданном оптическом поле, предпочтительно, принимая во внимание вышеуказанную минимальную разницу в углах 20° – 90°, была бы приемлемой. A sequence of random polarizations in a given optical field, preferably taking into account the above minimum difference in angles of 20° - 90°, would be acceptable.

По изобретению устройство в сборе для обработки металлического листа 1 содержит множество отдельных устройств, описанных выше, которые расположены таким образом, что они обращены к металлическому листу 1 и помещены рядом друг с другом, так что соответствующие поля для обработки двух помещенных рядом отдельных устройств, т.е. оптические поля систем 14 фокусировки соответствующих сканеров 13, слегка перекрываются. Это перекрытие составляет приблизительно два размера импульса плюс погрешность позиционирования относительно периода подачи импульса лазера 8 и скорости сканирования лазерного луча вдоль быстрой оси. Должно быть экспериментально подтверждено, что это перекрытие является достаточным для исключения необработанной зоны на металлическом листе 1 в конце операции. Кроме того, линии 16, 16’ или 17, 17’ или 18, 18’, генерируемые каждым из этих полей, должны лежать на продолжении друг друга в двух смежных полях, и регулирование отдельных устройств должно быть идентичным для двух смежных полей в момент времени t, в частности, с точки зрения размера, формы, мощности и угла поляризации соответствующих лазерных лучей 9, так чтобы обработка была однородной по всей линии, имеющей ширину металлического листа 1, и так чтобы чередование углов поляризации лазерного луча 9 между двумя следующими друг за другом линиями 16, 17, 18, 16’, 17’, 18’ вдоль медленной оси 7 было одинаковым по всей ширине металлического листа 1.According to the invention, an assembly for processing a metal sheet 1 comprises a plurality of individual devices described above, which are arranged in such a way that they face the metal sheet 1 and are placed next to each other, so that the respective fields for processing two separate devices placed side by side, i.e. .e. the optical fields of the focusing systems 14 of the respective scanners 13 overlap slightly. This overlap is approximately two pulse sizes plus a positioning error with respect to the pulse period of the laser 8 and the scanning speed of the laser beam along the fast axis. It must be experimentally confirmed that this overlap is sufficient to eliminate the untreated zone on the metal sheet 1 at the end of the operation. In addition, the lines 16, 16' or 17, 17' or 18, 18' generated by each of these fields must lie on each other's extension in two adjacent fields, and the control of the individual devices must be identical for the two adjacent fields at the time t, in particular in terms of the size, shape, power and polarization angle of the respective laser beams 9, so that the processing is uniform over the entire line having the width of the metal sheet 1, and so that the alternation of the polarization angles of the laser beam 9 between two successive other lines 16, 17, 18, 16', 17', 18' along the slow axis 7 was the same over the entire width of the metal sheet 1.

Средства управления этими отдельными устройствами являются общими для всех отдельных устройств, так что они действуют в полной синхронизации друг с другом. Предпочтительно, они также управляют перемещениями опоры 15 металлического листа 1 также для наилучшей синхронизации относительных перемещений металлического листа 1 и лазерных лучей 9 отдельных узлов.The controls for these individual devices are common to all individual devices so that they operate in complete synchronization with each other. Preferably, they also control the movements of the support 15 of the metal sheet 1 also in order to best synchronize the relative movements of the metal sheet 1 and the laser beams 9 of the individual nodes.

Понятно, что подвижная опора 15 могла бы быть заменена неподвижной опорой, и относительное перемещение металлического листа 1 и лазерных лучей 9 отдельных узлов обработки могло бы быть обеспечено посредством их размещения на подвижной опоре. Кроме того, оба варианта могли бы быть скомбинированы, в том смысле, что устройство по изобретению содержало бы подвижную опору 15 для металлического листа 1 и другую подвижную опору для отдельных устройств обработки, причем по желанию пользователя любая из двух опор или обе опоры одновременно могут быть приведены в действие с помощью управляющего устройства. Если предусмотрено только одно устройство обработки, оно перемещается вдоль быстрой оси после обработки части металлического листа 1. В этом случае схема сочленений 2, полученная после обработки части металлического листа 1 указанным устройством, хранится в памяти, и эту же схему получают на обрабатываемом поле (полях) после перемещения (перемещений) устройства вдоль быстрой оси.It is clear that the mobile support 15 could be replaced by a motionless support, and the relative movement of the metal sheet 1 and laser rays of 9 separate processing nodes could be ensured by placing them on a movable support. In addition, both options could be combined, in the sense that the device in the invention contains a movable support 15 for a metal sheet 1 and other movable support for individual processing devices, and at the request of the user, any of the two supports or both supports can be simultaneously actuated by a control device. If only one processing device is provided, it is moved along the fast axis after processing part of the metal sheet 1. In this case, the joint scheme received after processing the part of the metal sheet 1 with the specified device is stored in the memory, and the same scheme is obtained on the processed field (fields ) after moving(s) the device along the fast axis.

Кроме того, относительное перемещение металлического листа 1 и лазерных лучей 9 отдельных устройств вдоль медленной оси 7 может быть обеспечено с помощью оптических средств, встроенных в отдельные устройства обработки и действующих на точки быстрой оси для перемещения лазерных лучей 9 этих отдельных устройств. Эти оптические средства заменяют или являются дополнением к механическим средствам для перемещения подвижной опоры 15 металлического листа 1 и/или подвижной опоры лазеров 8 отдельных устройств обработки.In addition, the relative movement of the metal sheet 1 and the laser beams 9 of the individual devices along the slow axis 7 can be provided by means of optical means built into the individual processing devices and acting on the points of the fast axis to move the laser beams 9 of these individual devices. These optical means replace or supplement the mechanical means for moving the movable support 15 of the metal sheet 1 and/or the movable support of the lasers 8 of the individual processing devices.

Использование только оптических средств могло бы быть достаточным для обработки изделий небольшого размера, но, весьма вероятно, может быть недостаточным для обработки изделий относительно большого размера с надлежащей точностью. Однако можно комбинировать оптические средства и механические средства посредством размещения механических средств в заданном положении и обеспечения относительного перемещения лазерного луча 9 вдоль медленной оси 7 с оптическими средствами на достаточно короткое расстояние d, так чтобы точность относительного перемещения была достаточной, и затем перемещения механических средств на расстояние, равное d, для продолжения обработки металлического листа 1, используя оптические средства для обеспечения последующего относительного перемещения лазерных лучей 9 и металлического листа 1 вдоль медленной оси.The use of optical means alone would be sufficient to process small sized products, but would very likely not be sufficient to process relatively large sized products with adequate accuracy. However, it is possible to combine optical means and mechanical means by placing the mechanical means at a predetermined position and allowing the relative movement of the laser beam 9 along the slow axis 7 with the optical means over a sufficiently short distance d so that the accuracy of the relative movement is sufficient, and then moving the mechanical means over a distance , equal to d, to continue processing the metal sheet 1, using optical means to ensure the subsequent relative movement of the laser beams 9 and the metal sheet 1 along the slow axis.

В предпочтительном варианте изобретения количество M соответствует количеству различных ориентаций, которые желательно придать волнам, обеспечивая расстояние в M раз больше, чем при обычной обработке, и смещая линии на традиционное расстояние при выполнении линий. На фиг. 3 показан пример внешнего вида согласно вышеприведенному описанию с M = 3.In a preferred embodiment of the invention, the number M corresponds to the number of different orientations that it is desirable to give the waves, providing a distance M times greater than in conventional processing, and shifting the lines by a conventional distance when making lines. In FIG. 3 shows an example of the appearance according to the above description with M = 3.

Металлический лист 1 на своей поверхности имеет периодическую последовательность линий 16, 17, 18, 16’, 17’, 18’, образованных двумя устройствами изобретения, что обеспечивает создание этой периодической схемы трех видов указанных линий на двух смежных оптических полях 19, 20, причем линии 16, 17, 18 заданного поля лежат в продолжении сходных линий 16’, 17’, 18’, выполненных в смежном оптическом поле.The metal sheet 1 has on its surface a periodic sequence of lines 16, 17, 18, 16', 17', 18', formed by two devices of the invention, which ensures the creation of this periodic pattern of three types of these lines on two adjacent optical fields 19, 20, and lines 16, 17, 18 of the given field lie in the continuation of similar lines 16', 17', 18', made in an adjacent optical field.

Линии 16, 17, 18, 16’, 17’, 18’ схемы отличаются друг от друга эффектами различных поляризаций, которые поляризующее устройство 12 в момент формирования выполняет в отношении лазерного луча 9.The lines 16, 17, 18, 16', 17', 18' of the scheme differ from each other by the effects of different polarizations that the polarizing device 12 performs in relation to the laser beam 9 at the time of formation.

Как можно видеть на участке из фиг. 3, где показана увеличенная часть поверхности металлического листа 1, в показанном неограничивающем примере поляризация, выполняемая в отношении лазерного луча 9 при генерировании первой линии 16, 16’ ведет к ориентации волн в направлении, перпендикулярном относительному направлению 7 движения (медленная ось) металлического листа 1 относительно устройства лазерной обработки. Далее для генерирования второй линии 17, 17’ схемы поляризация лазерного луча 9 была изменена для получения ориентации волн под углом 45° относительно ориентации волн первой линии 16, 16’. И, наконец, для генерирования третьей линии 18, 18’ схема поляризация лазерного луча 9 была изменена для получения ориентации волн под углом 45° относительно ориентации волн второй линии 17, 17’, т.е. под углом 90° относительно ориентации волн первой линии 16, 16’: таким образом, волны третьей линии 18, 18’ ориентированы параллельно направлению 7 движения металлического листа 1 относительно устройства лазерной обработки.As can be seen in the section of FIG. 3, which shows an enlarged portion of the surface of the metal sheet 1, in the non-limiting example shown, the polarization performed on the laser beam 9 when generating the first line 16, 16' leads to the orientation of the waves in a direction perpendicular to the relative direction of movement 7 (slow axis) of the metal sheet 1 regarding the laser processing device. Next, to generate the second line 17, 17' of the circuit, the polarization of the laser beam 9 was changed to obtain the orientation of the waves at an angle of 45° relative to the orientation of the waves of the first line 16, 16'. And finally, to generate the third line 18, 18', the polarization scheme of the laser beam 9 was changed to obtain a wave orientation at an angle of 45° relative to the wave orientation of the second line 17, 17', i.e. at an angle of 90° with respect to the orientation of the waves of the first line 16, 16': thus, the waves of the third line 18, 18' are oriented parallel to the direction 7 of movement of the metal sheet 1 relative to the laser processing device.

В зоне соединения двух линий 16, 16’, 17, 17’, 18, 18’, лежащих на продолжении друг друга, к поверхности металлического листа 1 подается энергия, которая больше энергии, подаваемой к остальной поверхности, как в основном варианте изобретения, описанном выше. Это подтверждается существованием зон 2, которые были избыточно обработаны и расположены в сочленении смежных полей, точное положение которых внутри зоны перекрытия полей является неопределенностью, подтверждающей изобретение. Однако в этих зонах 2 сочленения, поскольку соединяющиеся линии 16, 17, 18, 16’, 17’, 18’ каждого оптического поля были получены с помощью одной и той же поляризации лазерного луча 9, это дополнительно и в большей степени ослабляет ухудшение визуального радужного эффекта поверхности, что было бы проблемой при отсутствии регулируемой поляризации лазерного луча 9. Отсутствие непрерывности ориентации волн от одного оптического поля к другому имело бы тенденцию к увеличению видимости зоны сочленения полей на данной линии, создавая на поверхности область неоднородности. Необходимо следить за тем, чтобы линии 16, 17, 18, 16’, 17’, 18’ двух смежных полей, выполненных с одинаковыми поляризациями, располагались в соответствующем продолжении друг друга, но это предупреждение в отношении коллинеарности линий 16, 17, 18, 16’, 17’, 18’ смежных полей также должно быть принято во внимание при реализации основного варианта способа изобретения, как показано на фиг. 1, и оборудование, использованное для этой цели, также может использоваться для указанного варианта изобретения. Необходимо только обеспечить, чтобы изменения поляризации лазерных лучей 9 устройств для каждого поля выполнялись с одними и теми же величинами для сочленяющихся линий 16, 17, 18, 16’, 17’, 18’ полей.In the zone of connection of two lines 16, 16', 17, 17', 18, 18', lying on the continuation of each other, energy is supplied to the surface of the metal sheet 1, which is greater than the energy supplied to the rest of the surface, as in the main embodiment of the invention described higher. This is confirmed by the existence of zones 2 which have been over-treated and located at the junction of adjacent fields, the exact position of which within the zone of overlapping fields is an uncertainty supporting the invention. However, there are 2 junctions in these zones, since the connecting lines 16, 17, 18, 16', 17', 18' of each optical field were obtained with the same polarization of the laser beam 9, this further and more attenuates the visual rainbow deterioration. surface effect, which would be a problem in the absence of a controlled polarization of the laser beam 9. The lack of continuity in the orientation of the waves from one optical field to another would tend to increase the visibility of the field junction zone on a given line, creating an area of inhomogeneity on the surface. It is necessary to ensure that the lines 16, 17, 18, 16', 17', 18' of two adjacent fields made with the same polarizations are located in the appropriate continuation of each other, but this is a warning regarding the collinearity of the lines 16, 17, 18, 16', 17', 18' adjacent fields must also be taken into account when implementing the main variant of the method of the invention, as shown in FIG. 1, and the equipment used for this purpose can also be used for this embodiment of the invention. It is only necessary to ensure that the polarization changes of the laser beams of the 9 devices for each field are carried out with the same values for the mating lines 16, 17, 18, 16', 17', 18' fields.

Использование M = 2 ориентаций различных поляризаций, смещенных, например, на 90°, уже является достаточным для получения видимого радужного эффекта в большинстве направления наблюдения. Однако интенсивность радужного эффекта всё же варьируется в значительной степени при наблюдении под углом 45°, и можно считать, что проблема отсутствия направленности радужного эффекта всё еще полностью не решена. Эта проблема решается, как только M становится больше 2, и предпочтительно, если углы между последовательными линиями 16, 17, 18, 16’, 17’, 18’ отличаются больше, чем на 20°.The use of M = 2 orientations of different polarizations, shifted by, for example, 90°, is already sufficient to obtain a visible rainbow effect in most directions of observation. However, the intensity of the rainbow effect still varies greatly when viewed at 45°, and it can be considered that the problem of the lack of directionality of the rainbow effect is still not completely solved. This problem is solved as soon as M becomes greater than 2, and preferably if the angles between successive lines 16, 17, 18, 16', 17', 18' differ by more than 20°.

Опыт показывает, что благодаря выполнению обработки по меньшей мере с тремя различными углами поляризации, распределенными между 0° и 90° и предпочтительно имеющими различия в поляризации по меньшей мере 20° между двумя последовательными линиями 16, 17, 18, 16’, 17’, 18’ вдоль медленной оси 7, радужный эффект поверхности становится видимым с одинаковой интенсивностью во всех направлениях. Существует возможность использования ориентаций M больше 3, но следует обеспечить, чтобы углы поляризации двух смежных линий достаточно отличались друг от друга во избежание направленности требуемого радужного эффекта.Experience has shown that by performing processing with at least three different polarization angles distributed between 0° and 90° and preferably having a polarization difference of at least 20° between two successive lines 16, 17, 18, 16', 17', 18' along the slow axis 7, the iridescent surface effect becomes visible with the same intensity in all directions. It is possible to use orientations M greater than 3, but care must be taken that the polarization angles of two adjacent lines are sufficiently different from each other to avoid directivity of the desired rainbow effect.

Однако очевидно, что распределение структуры поверхности в различных ориентациях вызывает уменьшение общей интенсивности радужного эффекта по сравнению с поверхностью, обработанной в одиночном направлении поляризации и наблюдаемой под оптимальным углом (под углом в поперечном направлении относительно структуры). Таким образом, должно быть найдено компромиссное соотношение между интенсивностью визуального радужного эффекта, воспринимаемого наблюдателем, и всенаправленностью этого радужного эффекта. Однако три направления поляризации (и, таким образом, периодичность трех линий этих направлений, как показано на фиг. 3) уже представляют собой указанное надлежащее компромиссное соотношение, по меньшей мере, в большинстве частых случаев.However, it is clear that the distribution of the surface structure in different orientations causes a decrease in the overall intensity of the rainbow effect compared to a surface treated in a single polarization direction and observed at the optimal angle (at an angle transverse to the structure). Thus, a compromise must be found between the intensity of the visual rainbow effect perceived by the observer and the omnidirectionality of this rainbow effect. However, the three directions of polarization (and thus the periodicity of the three lines of these directions, as shown in FIG. 3) is already said to be a proper compromise, at least in most common cases.

И, наконец, для достижения эффекта наиболее возможной однородности рекомендуется чередовать ориентации, предпочтительно с периодичностью, на минимально возможных расстояниях. Для M различных ориентаций предпочтительно периодически чередовать только одну линию каждой ориентации, имеющую ширину, равную или предпочтительно (для обеспечения обработки всей поверхности металлического листа) немного меньше диаметра импульса.And finally, to achieve the effect of the most uniformity possible, it is recommended to alternate the orientations, preferably with periodicity, at the smallest possible distances. For M different orientations, it is preferable to periodically alternate only one line of each orientation, having a width equal to or preferably (to ensure the treatment of the entire surface of the metal sheet) slightly less than the pulse diameter.

Существует возможность обработки металлических листов 1, которые не имеют идеальной плоскостности, посредством включения в состав устройства обработки средств для измерения расстояния между системой 14 фокусировки и металлическим листом 1 и их соединения со средствами управления системой 14 фокусировки, так что последние могут обеспечивать, что диаметр импульса и плотность лазерного луча 9, по существу, являются одинаковыми независимо от фактического расстояния между системой 14 фокусировки и металлическим листом 1. Как вариант, указанные средства для измерения расстояния между системой 14 фокусировки и металлическим листом 1 могут быть сервоуправляемыми посредством обеспечения относительного перемещения устройства изобретения и металлического листа 1, что позволяет поддерживать постоянное расстояние между системой 14 фокусировки и поверхностью металлического листа 1 на протяжении всей обработки металлического листа 1.It is possible to process metal sheets 1 that do not have perfect flatness by including in the processing apparatus means for measuring the distance between the focusing system 14 and the metal sheet 1 and connecting them to the controls of the focusing system 14 so that the latter can ensure that the pulse diameter and the density of the laser beam 9 are essentially the same regardless of the actual distance between the focusing system 14 and the metal sheet 1. Alternatively, said means for measuring the distance between the focusing system 14 and the metal sheet 1 can be servo-controlled by providing a relative movement of the device of the invention and metal sheet 1, which makes it possible to maintain a constant distance between the focusing system 14 and the surface of the metal sheet 1 throughout the processing of the metal sheet 1.

Применение способа также может быть предусмотрено в отношении других материалов помимо плоских металлических листов (например, формованных листов, прутков, труб, деталей, имеющих, в общем, трехмерные поверхности) за счет приспосабливания средств для относительного перемещения лазеров и деталей, подлежащих обработке, и/или регулирования средств фокусировки, если требуется регулирование расстояния между лазерным излучателем и поверхностью. Что касается изделий, имеющих, по существу, цилиндрические поверхности (например, прутки, трубы круглого сечения), лазерные устройства могли бы быть помещены на неподвижную опору, и могла бы быть предусмотрена опора для изделия, позволяющая приводить изделие во вращение, так чтобы поверхность изделия перемещалась в оптических полях лазеров.The application of the method can also be envisaged for materials other than flat metal sheets (eg shaped sheets, rods, pipes, parts having generally three-dimensional surfaces) by adapting the means for the relative movement of the lasers and the parts to be processed and/ or adjusting the focusing means, if adjustment of the distance between the laser emitter and the surface is required. For products having substantially cylindrical surfaces (e.g., bars, round tubes), the laser devices could be placed on a fixed support, and a support could be provided for the product to allow rotation of the product so that the surface of the product moved in the optical fields of lasers.

И, наконец, следует принять во внимание, что, несмотря на приоритетность использования в качестве материалов нержавеющих сталей, настоящее изобретение также предусматривает использование другого металла и неметаллических материалов, на поверхности которых с помощью лазерной обработки может быть получен радужный эффект.Finally, it should be appreciated that while stainless steels are prioritized as materials, the present invention also contemplates the use of other metal and non-metal materials on whose surface a rainbow effect can be obtained by laser processing.

Claims (18)

1. Способ создания визуального радужного эффекта на поверхности изделия, включающий направление лазерных лучей с длительностью импульса меньше одной наносекунды на указанную поверхность изделия для нанесения структуры в виде волн на указанную поверхность на ширине указанного импульса, при этом используют по меньшей мере два неподвижных устройства или по меньшей мере одно подвижное устройство, причем каждое из устройств содержит источник лазерного излучения, сканер и систему фокусирования, и лазерные лучи направляют в смежных оптических полях систем фокусирования указанных устройств, при этом указанным сканером или сканерами сканируют указанную поверхность указанными лазерными лучами вдоль группы последовательных линий в направлении относительного перемещения изделия и сканера или сканеров и вдоль группы линий, лежащих на продолжении друг друга в направлении, перпендикулярном указанному направлению относительного перемещения, каждая из которых относится к оптическому полю устройства или устройств, причем каждая линия имеет ширину, равную диаметру указанного импульса, отличающийся тем, что указанные оптические поля двух неподвижных смежных устройств или оптические поля, соответствующие двум последовательным положениям указанного подвижного устройства, перекрывают в области перекрытия шириной, составляющей величину в диапазоне между удвоенным диаметром импульса лазерного луча и 2 см, с обеспечением перекрытия двух линий, лежащих на продолжении друг друга, в месте сочленения, а между двумя группами последовательных линий в направлении относительного перемещения изделия и сканера или сканеров указанные зоны сочленения располагают вразброс или располагают периодическим образом по произвольной схеме на длине в направлении оси перемещения лазерных сканеров или в направлении перемещения металлического изделия, равной по меньшей мере десятикратной максимальной величине смещения между сочленениями на двух последовательных линиях в указанном направлении относительного перемещения внутри указанной области перекрытия оптических полей.1. A method for creating a visual iridescent effect on the surface of a product, which includes directing laser beams with a pulse duration of less than one nanosecond to the specified surface of the product for applying a structure in the form of waves to the specified surface at the width of the specified pulse, while using at least two fixed devices or at least one movable device, each of the devices contains a source of laser radiation, a scanner and a focusing system, and the laser beams are directed in adjacent optical fields of the focusing systems of these devices, while the specified scanner or scanners scan the specified surface with the specified laser beams along a group of serial lines in the direction of relative movement of the product and the scanner or scanners and along a group of lines lying on the continuation of each other in a direction perpendicular to the specified direction of relative movement, each of which refers to the optical field of the device or devices, and each line has a width equal to the diameter of the specified pulse, characterized in that the specified optical fields of two fixed adjacent devices or optical fields corresponding to two successive positions of the specified mobile device overlap in the overlap area with a width of a value in the range between twice the pulse diameter of the laser beam and 2 cm, ensuring the overlap of two lines lying on the continuation of each other at the junction, and between two groups of consecutive lines in the direction of the relative movement of the product and the scanner or scanners, these junction zones are scattered or arranged periodically according to an arbitrary pattern on length in the direction of the axis of movement of laser scanners or in the direction of movement of a metal product, equal to at least ten times the maximum displacement between joints on two consecutive lines in the indicated direction of relative movement inside the specified region of overlapping optical fields. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что между выполнением сканирования вдоль двух последовательных линий в указанном направлении относительного перемещения изделия и сканера или сканеров осуществляют поляризацию лазерного луча, которую изменяют для создания волн различных ориентаций на указанных двух последовательных линиях и создания общей попарной ориентации в направлении, перпендикулярном направлению относительного перемещения.2. The method according to claim 1, characterized in that between scanning along two consecutive lines in the indicated direction of relative movement of the product and the scanner or scanners, the polarization of the laser beam is carried out, which is changed to create waves of different orientations on these two consecutive lines and create a common pair orientation in a direction perpendicular to the direction of relative movement. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что поляризацию лазерного луча изменяют по периодической схеме, причем указанная периодическая схема простирается на M последовательных линий в направлении относительного перемещения изделия и сканеров, при этом M равно по меньшей мере 2.3. The method according to claim 2, characterized in that the polarization of the laser beam is changed in a periodic pattern, and the specified periodic pattern extends for M successive lines in the direction of the relative movement of the product and scanners, while M is equal to at least 2. 4. Способ по п. 2 или 3, отличающийся тем, что две последовательные линии в направлении относительного перемещения изделия и сканеров имеют углы поляризации, отличающиеся по меньшей мере на 20°.4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that two consecutive lines in the direction of the relative movement of the product and scanners have polarization angles that differ by at least 20°. 5. Способ по одному из пп. 2 – 4, отличающийся тем, что поляризации двух линий двух смежных полей, лежащих на продолжении друг друга, являются одинаковыми.5. The method according to one of paragraphs. 2 - 4, characterized in that the polarizations of two lines of two adjacent fields lying on the continuation of each other are the same. 6. Способ по любому из пп. 1 – 5, отличающийся тем, что указанное относительное перемещение указанной поверхности указанного изделия и устройств, испускающих указанные лазерные лучи, получают путем размещения указанного изделия на подвижной опоре.6. Method according to any of the paragraphs. 1 - 5, characterized in that the specified relative movement of the specified surface of the specified product and devices emitting the specified laser beams is obtained by placing the specified product on a movable support. 7. Способ по любому из пп. 1 – 6, отличающийся тем, что указанное относительное перемещение указанной поверхности указанного изделия и устройств, испускающих указанные лазерные лучи, получают путем размещения устройств, испускающих указанные лазерные лучи, на подвижной опоре.7. The method according to any one of paragraphs. 1 - 6, characterized in that the specified relative movement of the specified surface of the specified product and devices emitting the specified laser beams is obtained by placing the devices emitting the specified laser beams on a movable support. 8. Способ по любому из пп. 1 – 7, отличающийся тем, что указанное изделие является металлическим листом.8. The method according to any one of paragraphs. 1 - 7, characterized in that the specified product is a metal sheet. 9. Способ по любому из пп. 1 – 7, отличающийся тем, что указанная поверхность указанного изделия является трехмерной, при этом измеряют расстояние между системой фокусирования и поверхностью изделия и систему фокусирования регулируют таким образом, чтобы обеспечить, по существу, одинаковые диаметр импульса и плотность энергии лазерного луча независимо от фактического расстояния между системой фокусирования и изделием.9. The method according to any one of paragraphs. 1 - 7, characterized in that the specified surface of the specified product is three-dimensional, while measuring the distance between the focusing system and the surface of the product and the focusing system is adjusted in such a way as to provide essentially the same pulse diameter and energy density of the laser beam, regardless of the actual distance between the focusing system and the product. 10. Способ по любому из пп. 1 – 7, отличающийся тем, что указанная поверхность указанного изделия является трехмерной, при этом измеряют расстояние между системой фокусирования и поверхностью изделия и относительное положение указанного устройства и указанной поверхности регулируют таким образом, чтобы при осуществлении способа расстояние между указанной системой фокусирования и указанной поверхностью сохранялось одним и тем же.10. The method according to any one of paragraphs. 1 - 7, characterized in that the specified surface of the specified product is three-dimensional, while measuring the distance between the focusing system and the surface of the product and the relative position of the specified device and the specified surface is adjusted so that when implementing the method, the distance between the specified focusing system and the specified surface is maintained one and the same. 11. Способ по любому из пп. 1 – 10, отличающийся тем, что указанное изделие выполнено из нержавеющей стали.11. The method according to any one of paragraphs. 1 - 10, characterized in that the specified product is made of stainless steel. 12. Устройство для создания визуального радужного эффекта поверхности изделия посредством формирования волн на указанной поверхности с помощью импульса лазерного луча, состоящее по меньшей мере из двух неподвижных расположенных рядом отдельных устройств или по меньшей мере одного подвижного отдельного устройства, при этом каждое из отдельных устройств содержит источник лазерного излучения для генерации лазерного луча с длительностью импульса меньше 1 нс, оптическую систему для формирования луча, сканер, выполненный с возможностью сканирования импульсом луча после его прохождения через систему фокусирования в форме линий оптического поля по поверхности изделия, причем указанные оптические поля двух расположенных рядом отдельных устройств перекрываются на ширину в диапазоне между двойным диаметром импульса лазерного луча и 2 см и содержат сочленения двух линий, каждое из которых создается отдельным устройством, при этом каждое отдельное устройство содержит средства для создания относительного перемещения в заданном направлении между указанным устройством и указанным изделием для выполнения обработки по меньшей мере на одном участке поверхности указанного изделия, отличающееся тем, что указанные сканеры указанных отдельных устройств выполнены с возможностью обеспечивать расположение указанных сочленений таким образом, что вместе они образуют произвольную схему или указанные зоны сочленения располагаются периодическим образом по произвольной схеме на длине в направлении оси перемещения лазерных сканеров или в направлении перемещения металлического изделия, равной по меньшей мере десятикратной максимальной величине смещения между сочленениями на двух последовательных линиях в указанном направлении относительного перемещения внутри указанной области перекрытия оптических полей.12. Device for creating a visual iridescent effect of the surface of the product by forming waves on the specified surface using a pulse of a laser beam, consisting of at least two fixed adjacent separate devices or at least one movable separate device, each of the individual devices contains a source laser radiation to generate a laser beam with a pulse duration of less than 1 ns, an optical system for beam formation, a scanner configured to scan the beam with a pulse after it passes through the focusing system in the form of optical field lines over the surface of the product, and these optical fields of two adjacent separate devices overlap in a width between twice the laser beam pulse diameter and 2 cm and contain junctions of two lines, each of which is created by a separate device, while each separate device contains means for creating a relative movement in a predetermined direction between said device and said article to perform processing on at least one surface area of said article, characterized in that said scanners of said separate devices are configured to arrange said joints in such a way that together they form an arbitrary pattern or said joint zones are arranged periodically in an arbitrary pattern at a length in the direction of the axis of movement of laser scanners or in the direction of movement of a metal product, equal to at least ten times the maximum displacement between the joints on two consecutive lines in the specified direction of relative movement within the specified area of overlapping optical fields. 13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что оптические системы указанных отдельных устройств содержат оптическую систему поляризации, которая обеспечивает заданную поляризацию указанного луча, и средства, вызывающие изменение этой поляризации таким образом, чтобы две смежные линии в направлении на указанной поверхности были получены с помощью импульсов с различной поляризацией.13. The device according to claim 12, characterized in that the optical systems of said individual devices comprise an optical polarization system that provides a given polarization of said beam, and means for causing this polarization to change so that two adjacent lines in the direction on said surface are obtained using pulses with different polarizations. 14. Устройство по п. 13, отличающееся тем, что указанные отдельные устройства выполнены с возможностью формирования двух смежных линий с помощью импульсов, поляризация которых отличается по меньшей мере на 20°.14. Device according to claim 13, characterized in that said separate devices are configured to form two adjacent lines with pulses whose polarization differs by at least 20°. 15. Устройство по любому из пп. 12 – 14, отличающееся тем, что указанные отдельные устройства содержат средства для измерения расстояния между системой фокусирования и поверхностью изделия, соединенные со средствами регулирования системы фокусирования таким образом, чтобы система фокусирования поддерживала постоянный диаметр импульса и постоянную плотность энергии на указанной поверхности независимо от указанного расстояния.15. The device according to any one of paragraphs. 12 - 14, characterized in that these separate devices contain means for measuring the distance between the focusing system and the surface of the product, connected to the means for adjusting the focusing system so that the focusing system maintains a constant pulse diameter and a constant energy density on the specified surface, regardless of the specified distance . 16. Устройство по любому из пп. 12 – 14, отличающееся тем, что указанные отдельные устройства содержат средства для измерения расстояния между системой фокусирования и поверхностью изделия, при этом указанные средства для измерения соединены со средствами управления относительным положением указанного устройства и указанной поверхности таким образом, чтобы поддерживалось постоянное расстояние между указанной системой фокусирования и указанной поверхностью.16. The device according to any one of paragraphs. 12 - 14, characterized in that these separate devices contain means for measuring the distance between the focusing system and the surface of the product, while these measuring means are connected to the means for controlling the relative position of the specified device and the specified surface in such a way that a constant distance between the specified system is maintained focusing and specified surface. 17. Устройство по любому из пп. 12 – 16, отличающееся тем, что указанные средства для создания относительного перемещения в заданном направлении между указанным устройством и указанным изделием содержат подвижную опору для изделия.17. The device according to any one of paragraphs. 12 - 16, characterized in that said means for creating relative movement in a given direction between said device and said article contain a movable support for the article. 18. Устройство по любому из пп. 12 – 17, отличающееся тем, что указанные средства для создания относительного перемещения между указанным устройством и указанным изделием содержат подвижную опору для указанных отдельных устройств.18. The device according to any one of paragraphs. 12 - 17, characterized in that said means for creating a relative movement between said device and said article contain a movable support for said individual devices.
RU2021130030A 2019-04-16 Method for creating a rainbow effect on the surface of a material and apparatus for implementing the method RU2789410C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2789410C1 true RU2789410C1 (en) 2023-02-02

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2379581C1 (en) * 2008-04-17 2010-01-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" Lamp
US20150352664A1 (en) * 2014-06-05 2015-12-10 Nlight Photonics Corporation Laser Patterning Skew Correction
RU2573160C2 (en) * 2009-03-30 2016-01-20 Боэгли-Гравюр С.А. Method and device for structuring of surface of solid body coated with solid material with help of laser
RU2580901C2 (en) * 2009-12-18 2016-04-10 Боэгли-Гравюр С.А. Method and device for fabrication of mask for laser unit for production of microstructures

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2379581C1 (en) * 2008-04-17 2010-01-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" Lamp
RU2573160C2 (en) * 2009-03-30 2016-01-20 Боэгли-Гравюр С.А. Method and device for structuring of surface of solid body coated with solid material with help of laser
RU2580901C2 (en) * 2009-12-18 2016-04-10 Боэгли-Гравюр С.А. Method and device for fabrication of mask for laser unit for production of microstructures
US20150352664A1 (en) * 2014-06-05 2015-12-10 Nlight Photonics Corporation Laser Patterning Skew Correction

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11126056B2 (en) Reducing diffraction effects on an ablated surface
DK2976176T3 (en) Method and apparatus for preparing a structure on the surfaces of components with a laser beam
KR20150005939A (en) Method and device for machining a workpiece using laser radiation
US10114157B2 (en) Pulse width controller
DE102020102077A1 (en) Laser machining device and method for laser machining a workpiece
US20220297229A1 (en) Method for laser material processing and laser processing apparatus
TWI647046B (en) Laser shield component, laser process device, and laser illuminating method
RU2789410C1 (en) Method for creating a rainbow effect on the surface of a material and apparatus for implementing the method
CN113811419B (en) Method for producing iridescence effect on material surface and device for implementing said method
TW201236791A (en) Laser processing device and laser processing method
CN113825587B (en) Method for producing iridescent visual effects on a surface of a material, device for implementing said method and component obtained
CN111065759B (en) Laser device and method for processing thin film
Gafner et al. Ultrafast stamping by combination of synchronized galvanometer scanning with doe’s or slm
US11130195B2 (en) Laser ablation with reduced visual effects
RU2790856C1 (en) Method for creation of rainbow visual effect on material surface, devices for its implementation and part obtained in such a way
KR100787236B1 (en) Processing apparatus and mehtod of using ultrashort pulse laser
CN116710226A (en) Apparatus for processing material
CN112975162A (en) Ground glass cutting device and method based on adaptive optics
CA3148493A1 (en) Device and method for processing material by means of laser radiation
JPH04253588A (en) Laser beam processing method for metallic surface
JP2024520891A (en) Laser processing system with improved laser beam homogeneity
CN118234593A (en) Laser processing system with improved uniformity of laser beam