RU2790856C1 - Method for creation of rainbow visual effect on material surface, devices for its implementation and part obtained in such a way - Google Patents
Method for creation of rainbow visual effect on material surface, devices for its implementation and part obtained in such a way Download PDFInfo
- Publication number
- RU2790856C1 RU2790856C1 RU2021130038A RU2021130038A RU2790856C1 RU 2790856 C1 RU2790856 C1 RU 2790856C1 RU 2021130038 A RU2021130038 A RU 2021130038A RU 2021130038 A RU2021130038 A RU 2021130038A RU 2790856 C1 RU2790856 C1 RU 2790856C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- specified
- polarization
- laser beam
- laser
- lines
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к лазерной обработке поверхностей листов из нержавеющей стали или других материалов, предназначенной для придания этим поверхностям радужного эффекта. The present invention relates to laser treatment of the surfaces of stainless steel sheets or other materials to give these surfaces an iridescent effect.
Радужная обработка, также называемая «ЛИППС (LIPPS – лазерно-индуцированные периодические поверхностные структуры)» или «небольшие волны» (ripples), заключается в облучении поверхности материала импульсным лазерным излучением с короткой длительностью импульса (менее одной наносекунды). Диаметр каждого импульса в точке его воздействия на обрабатываемый материал обычно составляет от 10 до нескольких сотен мкм. Если энергия падающего луча достаточно высока, это облучение вызывает модификацию структуры и/или преобразование поверхности материала, которая принимает периодическую структуру. Однако, если энергия луча слишком высока, может иметь место явление абляции посредством испарения/сублимации/ударной волны, предпочтительно или совместно с образованием периодической поверхностной структуры. Экспериментально легко определить, какой диапазон энергии следует использовать для данного материала, чтобы получить желаемый радужный эффект с изменением или без изменения состояния поверхности или блеска.Iridescent processing, also called "LIPPS (LIPPS - laser-induced periodic surface structures)" or "small waves" (ripples), consists in irradiating the surface of a material with 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 being processed is usually from 10 to several hundred microns. If the energy of the incident beam is high enough, this irradiation causes a modification of the structure and/or a transformation of the surface of the material, which assumes a periodic structure. However, if the beam energy is too high, an ablation phenomenon by evaporation/sublimation/shock wave may occur, preferably or together with the formation of a periodic surface structure. Experimentally, it is easy to determine what energy range should be used for a given material in order to obtain the desired iridescent effect with or without a change in surface condition or gloss.
Такая обработка практикуется, в частности, но не только, на нержавеющих сталях всех типов. Цель этой обработки может быть чисто эстетической, но она также позволяет изменить смачиваемость поверхности, а также снизить сопротивление трению и прилипание бактерий. Обработку можно проводить непосредственно на поверхности объекта, на котором расположен пассивирующий слой из нержавеющей стали, без необходимости предварительной активации/депассивации.Such processing is practiced in particular, but not exclusively, on stainless steels of all types. The purpose of this treatment may be purely aesthetic, but it also makes it possible to change the wettability of the surface, as well as to reduce friction resistance and bacterial adhesion. The treatment can be carried out directly on the surface of the object on which the stainless steel passivation layer is located, without the need for prior activation/depassivation.
Другие материалы, на которых проводится эта обработка, - это различные металлы, полимеры, такие как ПВХ, керамика, в частности стекло.Other materials on which this processing is carried out are various metals, polymers such as PVC, ceramics, in particular glass.
В дальнейшем предпочтение будет отдаваться случаю использования нержавеющих сталей, при этом следует понимать, что изобретение применимо ко всем металлическим или неметаллическим материалам, которые известны в настоящее время, или будут известны в будущем, чтобы иметь возможность получать радужный эффект после лазерной обработки, которая выполняется, как было указано ранее, возможно, с помощью настройки точных рабочих параметров оборудования (мощности и частоты лазеров и т.д.), которые, как известно, играют роль в получении радужного эффекта, возникающего в результате образования периодической поверхностной структуры.In the following, preference will be given to the case of using stainless steels, it being understood that the invention is applicable to all metallic or non-metallic materials that are currently known, or will be known in the future, in order to be able to obtain an iridescent effect after laser processing, which is carried out, as stated earlier, perhaps by adjusting the precise operating parameters of the equipment (power and frequency of lasers, etc.) which are known to play a role in producing the rainbow effect resulting from the formation of a periodic surface structure.
Хотя точный механизм формирования этой периодической поверхностной структуры еще не определен, испытания и характеристики, проведенные в различных лабораториях, показывают, что в соответствии с количеством проходов лазера, и/или энергией импульса, и/или параметрами сканирования, структура поверхности может представлять одну из четырех следующих структур, в соответствии с общей энергией излучения на единицу поверхности, причем эти структуры классифицируются в порядке возрастания энергии, и их названия обычно используются специалистами в данной области техники, даже не говорящими по-английски:Although the exact mechanism for the formation of this periodic surface structure has not yet been determined, tests and characterizations carried out in various laboratories show that, according to the number of laser passes, and/or pulse energy, and/or scanning parameters, the surface structure can be one of four the following structures, according to the total radiation energy per unit surface, these structures being classified in ascending order of energy, and their names are commonly used by those skilled in the art, even those who do not speak English:
1) Структура, известная как HSFL (High Spatial Frequency LIPPS,ЛИППС с высокой пространственной частотой):1) The structure known as HSFL (High Spatial Frequency LIPPS, LIPSS with high spatial frequency):
Эта структура состоит из небольших волн, которые в случае нержавеющих сталей ориентированы в направлении поляризации падающего лазерного луча. Пространственная частота этих волн меньше, чем длина волны лазера, используемого для обработки.This structure consists of small waves, which in the case of stainless steels are oriented in the direction of polarization of the incident laser beam. The spatial frequency of these waves is less than the wavelength of the laser used for processing.
2) Структура, известная как «LSFL» (Low Spatial Frequency LIPPS, ЛИППС с низкой пространственной частотой):2) The structure known as "LSFL" (Low Spatial Frequency LIPPS, LIPPS with low spatial frequency):
Эта структура состоит из волн, которые больше, чем в предыдущей структуре, ориентированных в направлении, перпендикулярном поляризации падающего луча, в случае нержавеющих сталей. Пространственная частота этих волн немного ниже, или выше, или равна длине волны лазера. Для обработки поверхности из нержавеющей стали с длиной волны лазера 1064 нм периодичность волн составляет порядка 1 мкм. В полостях структуры LSFL все еще можно увидеть структуру HSFL.This structure consists of waves that are larger than in the previous structure, oriented in a direction perpendicular to the polarization of the incident beam, in the case of stainless steels. The spatial frequency of these waves is slightly lower, or higher, or equal to the laser wavelength. For stainless steel surface treatment with a laser wavelength of 1064 nm, the frequency of the waves is in the order of 1 µm. In the cavities of the LSFL structure, the HSFL structure can still be seen.
Следует отметить, что соответствующие ориентации структур HSFL и LSFL могут быть изменены на обратные для некоторых материалов по сравнению с их ориентацией для нержавеющих сталей.It should be noted that the respective orientations of the HSFL and LSFL structures can be reversed for some materials compared to their orientation for stainless steels.
3) Структура, известная как «канавки» (grooves) или «неровности» (bumps):3) The structure, known as "grooves" (grooves) or "roughness" (bumps):
Эта структура состоит из неровностей микронных размеров, покрывающих всю обрабатываемую поверхность. Эти неровности имеют структуру, напоминающую эффект «змеиной кожи».This structure consists of micron-sized irregularities covering the entire surface to be machined. These irregularities have a structure that resembles the effect of "snakeskin".
4) Структура пиков или «шипов» (spikes):4) The structure of peaks or "spikes" (spikes):
Эта структура состоит из шипов, высота которых колеблется от нескольких микрометров до нескольких десятков микрометров. Расстояние между шипами зависит от параметров обработки.This structure consists of spikes, the height of which varies from a few micrometers to several tens of micrometers. The distance between the spikes depends on the processing parameters.
Более подробную информацию об этих структурах и механизме их воздействия можно найти в статье B. Liu et al. "Evolution of nano-wavelets on stainless steel irradiated by picosecond laser pulses", Journal of Laser Applications, February 26, 2014. В частности, утверждается, что для равного числа импульсов увеличение плотности потока излучения приводит к получению в большей степени HSFL, чем LSFL (как только что упомянуто), в то время как для равной плотности потока излучения большее количество импульсов приводит к созданию в большей степени LSFL, чем HSFL, до тех пор пока количество импульсов не станет слишком большим для наблюдения волн. Таким образом, точная конфигурация поверхности для данного материала после облучения является результатом механизма, включающего в себя как количество принятых импульсов, так и энергию, передаваемую каждым из них. Этот механизм является сложным, но для данного материала надежные условия получения той или иной из упомянутых выше конфигураций могут быть определены пользователем экспериментально.More information about these structures and their mechanism of action can be found in B. Liu et al. "Evolution of nano-wavelets on stainless steel irradiated by picosecond laser pulses", Journal of Laser Applications, February 26, 2014. In particular, it is stated that for an equal number of pulses, increasing the radiation flux density results in more HSFL than LSFL (as just mentioned), while for equal flux density, more pulses produce more LSFL than HSFL, until the number of pulses becomes too large to observe waves. Thus, the exact surface configuration for a given material after irradiation is the result of a mechanism involving both the number of pulses received and the energy transmitted by each of them. This mechanism is complex, but for a given material, reliable conditions for obtaining one or another of the configurations mentioned above can be determined experimentally by the user.
Как правило, в первых двух случаях такая периодическая организация поверхности допускает индуцированное явление, хорошо известное операторам лазерной обработки поверхности, которое представляет собой дифракцию света посредством создания оптической сети, когда обрабатываемый образец помещается под источник света. В зависимости от ориентации и положения пользователя, а также света, на образце можно увидеть цвета радуги. Это явление известно как «радужный эффект».Typically, in the first two cases, this periodic surface organization allows for an induced phenomenon well known to laser surface treatment operators, which is the diffraction of light by creating an optical network when the sample to be processed is placed under a light source. Depending on the orientation and position of the user, as well as the light, rainbow colors can be seen on the sample. This phenomenon is known as the "rainbow effect".
Этот эффект не существует, когда поверхность образца имеет ярко выраженный эффект третьего или четвертого из вышеупомянутых случаев, поскольку в этих двух случаях энергия, передаваемая лазерным источником на поверхность образца, достигает слишком высокого уровня, по меньшей мере, локально, вызывая деформацию поверхности, которая больше не позволяет получить радужный эффект, так как структурирование поверхности потеряло свой периодический характер.This effect does not exist when the sample surface has a pronounced effect of the third or fourth of the above cases, because in these two cases the energy transmitted by the laser source to the sample surface reaches too high a level, at least locally, causing a surface deformation that is greater than does not allow to obtain a rainbow effect, since the structuring of the surface has lost its periodic character.
Эту радужность не следует путать с окрашиванием поверхности нержавеющих сталей, которая получается независимо от того, преднамеренно это происходит или нет, за счет плазменной обработки или окисления поверхности, полученными при обработке в печи или с помощью горелки. Радужный же эффект возникает не в результате окрашивания, а в результате проявления цветов на поверхности при определенных условиях наблюдения. Отсутствие периодичности структуры поверхности в процессах окрашивания, как это правильно называют, является существенным отличием между радужностью поверхности в соответствии с настоящим изобретением и окрашиванием нержавеющей стали в результате обработки плазмой, в печи, или горелкой.This iridescence should not be confused with the coloration of the surface of stainless steels, which is obtained, whether intentionally or not, by plasma treatment or surface oxidation, obtained by working in a furnace or with a torch. The rainbow effect does not occur as a result of staining, but as a result of the manifestation of colors on the surface under certain observation conditions. The lack of periodicity in the surface structure of painting processes, as it is rightly called, is a significant difference between the iridescence of the surface according to the present invention and the painting of stainless steel as a result of plasma treatment, in a furnace, or a torch.
Однако проявление такой радужности является в высокой степени направленным, то есть наблюдение радужности и интенсивность наблюдаемой радужности сильно зависит от угла, под которым наблюдается поверхность материала.However, the manifestation of such iridescence is highly directional, that is, the observation of iridescence and the intensity of the observed iridescence is highly dependent on the angle at which the surface of the material is observed.
Еще одна проблема, с которой сталкиваются практикующие специалисты при создании радужности поверхности, заключается в следующем.Another problem that practitioners face when creating surface iridescence is the following.
В настоящее время возможно получить однородные образцы в лаборатории с помощью обработки для придания радужности, используя только систему, связывающую вместе лазер и сканер, обеспечивающую ось быстрого перемещения лазерного луча (посредством многоугольного колеса или гальванометрического зеркала) и ось медленного перемещения лазерного луча (посредством гальванометрического зеркала) или систему лазера и сканера, связанную с роботизированной рукой, перемещающей сканер вдоль медленной оси.It is currently possible to obtain homogeneous samples in the laboratory by iridescence processing using only a system linking the laser and scanner together, providing a fast axis of the laser beam (via a polygonal wheel or a galvanometric mirror) and a slow axis of the laser beam (via a galvanometric mirror). ) or a laser and scanner system associated with a robotic arm that moves the scanner along a slow axis.
Перемещение сканера по медленной оси может быть заменено перемещением обрабатываемого листа перед лазером, который остается зафиксированным на медленной оси. Также можно предусмотреть, чтобы лазер оставался фиксированным по обеим осям (медленной и быстрой), и чтобы именно обрабатываемый объект перемещался по двум осям.Moving the scanner along the slow axis can be replaced by moving the worksheet in front of the laser, which remains fixed on the slow axis. It can also be provided that the laser remains fixed along both axes (slow and fast), and that it is the object being processed that moves along two axes.
Механизм образования только что описанных структур зависит от полной энергии, передаваемой на поверхность материала, и от пространственного и временного распределения этой энергии. Таким образом, «интенсивность» радужности, полученная с помощью LSFL, будет увеличиваться между каждым новым проходом лазера на уже обработанных областях до тех пор пока не будет достигнут максимум, после чего она будет уменьшаться, когда LSFL постепенно станут «неровностями» под воздействием дополнительной переданной энергии.The mechanism of formation of the structures just described 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 the iridescence obtained with the LSFL will increase between each new pass of the laser on the already treated areas until a maximum is reached, after which it will decrease as the LSFL gradually become "bumps" under the influence of additional transmitted energy.
Это означает, что существует оптимум по энергии, которая должна передаваться на поверхность материала, оптимум, для которого радужный эффект является наиболее интенсивным, причём этот оптимум должен быть определен и применен ко всей рассматриваемой поверхности.This means that there is an optimum for the energy that must be transferred to the surface of the material, an optimum for which the rainbow effect is the most intense, and this optimum must be determined and applied to the entire surface under consideration.
Однако эти образцы обычно имеют небольшой размер и/или получаются с низкой производительностью.However, these samples are usually small in size and/or produced with low productivity.
Ограничение размера образцов в основном связано с ограничением размеров оптических полей узлов, образованных лазером, сканером и фокусирующей системой, при этом последняя, возможно, представляет собой, например, линзу или контррефлектор. Безусловно, для получения однородной обработки требуется совершенный контроль обработки в каждой точке поверхности. Тем не менее независимо от используемых систем фокусировки все они имеют оптическое поле, на котором они имеют стабильный эффект в пределах оптимальной области, но как только происходит выход из этой оптимальной области система создает искажения и/или ослабления мощности лазерного луча, что приводит к неоднородной обработке между оптимальной областью оптического поля и зонами, лежащими за пределами этой оптимальной зоны.The limitation of the size of the samples is mainly due to the limitation of the size of the optical fields of the nodes formed by the laser, the scanner and the focusing system, while the latter may be, for example, a lens or a counter-reflector. Of course, to obtain a uniform finish, perfect control of the finish at every point on the surface is required. 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 as soon as this optimal region is exited, the system creates distortion and / or attenuation of the laser beam power, which leads to non-uniform processing. between the optimal region of the optical field and zones outside this optimal zone.
Таким образом, для обработки больших областей листов нержавеющей стали требуются системы фокусировки с широким полем, которые были бы очень дорогими и очень чувствительными. Кроме того, их потребовалось бы использовать совместно с лазерами с ультракороткими импульсами большой мощности, такие системы пока еще не являются широко доступными на рынке.Thus, to process large areas of stainless steel sheets, wide field focusing systems are required, which would be very expensive and very sensitive. In addition, they would need to be used in conjunction with high power ultrashort pulse lasers, such systems are not yet widely available on the market.
Чтобы преодолеть этот двойной недостаток, известные решения заключаются в использовании традиционных фокусирующих систем и лазеров, доступных в настоящее время на рынке, или в размещении нескольких устройств, включающих такие фокусирующие и лазерные системы, рядом друг с другом, в случае поточной обработки движущейся полосы, или в выполнении обработки за несколько раз (разделяя поверхность на полосы для прерывистой системы), или в объединении этих двух решений. Однако это решение требует особенно тщательного управления в стыковых зонах между оптическими полями двух последовательных устройств, что при неправильном управлении может вызвать явление, известное специалистам в данной области техники как «стык», которое будет описано ниже.To overcome this double disadvantage, the known solutions are to use traditional focusing systems and lasers currently available on the market, or to place several devices incorporating such focusing and laser systems next to each other, in the case of in-line processing of a moving strip, or in performing the processing over several times (dividing the surface into strips for a discontinuous system), or in combining these two solutions. However, this solution requires particularly careful management of the splice areas between the optical fields of the two serial devices, which, if mismanaged, can cause a phenomenon known to those skilled in the art as a "splice", which will be described below.
Таким образом, этот механизм предотвращает использование значительного перекрытия полей для сочленения двух последовательных полей лазерного обработки.Thus, this mechanism prevents the use of significant field overlap for the articulation of two successive laser processing fields.
Безусловно, если есть значительное перекрытие полей, составляющее порядка величины разрешения человеческого глаза, это будет означать, что зона перекрытия принимает вдвое больше энергии, чем энергия, передаваемая на остальную поверхность. Это удвоение энергии, вводимой во время обработки, вызывает локальные изменения в структуре и, следовательно, в поверхностном эффекте, по сравнению с областями, которые получили только номинальное количество энергии обработки, и это изменение видно невооруженным глазом. Это явление обычно называют «стыковкой» (stitching), поскольку оно делает видимым область соединения двух полей.Of course, if there is significant field overlap, on the order of the resolution of the human eye, this will mean that the overlap zone receives twice as much energy as the energy transmitted to the rest of the surface. This doubling of the energy input during treatment causes local changes in the structure, and therefore in the skin effect, compared to areas that received only the nominal amount of treatment energy, and this change is visible to the naked eye. This phenomenon is commonly referred to as "stitching" because it makes visible the junction of two fields.
И наоборот, пространственное разнесение между полями лазерной обработки, что позволило бы избежать этого явления локального удвоения обработки и результирующего «стыка», означало бы образование между двумя полями необработанной зоны или менее обработанной зоны, чем при номинальной обработке. Эта зона также будет видна невооруженным глазом.Conversely, spacing between the laser processing fields, which would avoid this phenomenon of local doubling of processing and the resulting "junction", would mean the formation between the two fields of an untreated zone or less processed zone than with nominal processing. This zone will also be visible to the naked eye.
Следовательно, необходимо почти идеальное сочленение между последовательными полями лазерной обработки.Therefore, an almost perfect articulation between successive laser processing fields is required.
Напротив, выполнение этого вида высокопроизводительной обработки подразумевает работу на высокой частоте (от сотен кГц). Системы сканирования, используемые для этого типа обработки, чаще всего представляют собой сканеры, имеющие по меньшей мере одно многоугольное колесо. На высоких частотах в этих системах обычно возникают проблемы синхронизации между электроникой лазера и электроникой сканера. Эти отклонения синхронизации приводят к смещению положения первого импульса линии по отношению к ее целевому положению и, следовательно, всей линии. Несмотря на то, что это отклонение предсказуемо и может быть рассчитано (поскольку оно является результатом разницы в частотах управления двух устройств), оно встречается в большинстве современных систем и может представлять собой отклонение в несколько десятков микрометров между началом линий обработки (линий вследствие перемещения многоугольного колеса). Этот зазор является функцией скорости вращения многоугольного колеса и собственной частоты лазера, при этом опыт показал, что перекрытия полей с такой разницей достаточно для того, чтобы зона, в которой обработка была дублирована, повлияла на радужный эффект металлического листа.On the contrary, performing this kind of high-performance processing involves working at a high frequency (from hundreds of kHz). Scanning systems used for this type of processing are most often scanners having at least one polygonal wheel. At high frequencies, these systems typically experience synchronization problems between the laser electronics and the scanner electronics. These timing deviations lead to a shift in the position of the first pulse of the line with respect to its target position and, consequently, the entire line. Although this deviation is predictable and can be calculated (because it is the result of a difference in the control frequencies of the two devices), it is found in most modern systems and can represent a deviation of several tens of micrometers between the beginning of the processing lines (lines due to the movement of the polygonal wheel ). This gap is a function of the rotational speed of the polygonal wheel and the natural frequency of the laser, and experience has shown that overlapping fields with this difference is sufficient for the area in which the processing has been duplicated to affect the iridescent effect of the metal sheet.
Некоторые разрабатываемые системы имеют внутренние средства частичной коррекции этого смещения посредством действия дополнительного отклоняющего зеркала, называемого «гальваническим» (galvo), работающего как гальванометр, расположенного выше по ходу процесса от многоугольника. Например, компания RAYLASE представила концепцию такой системы на конгрессе SLT 2018 в Штутгарте 5 и 6 июня 2018 года: «New Generation of High-Speed Polygon-Driven 2D Deflection Units and Controller for High-Power and High-Rep. Rate Applications” (презентация E. Wagner, M. Weber and L. Bellini). Но одно лишь это улучшение не имеет достаточного качества, чтобы гарантировать, что нежелательные эффекты смещения поля исчезнут. Безусловно, начальная и конечная части каждой линии не могут получать ту же энергию, что и остальная часть линии. Чтобы разрешить этот недостаток локальной обработки, можно вообразить возможность увеличения ввода энергии на остальную часть линии, но тогда это может привести к превышению максимального ввода энергии, настроенного для создания LSFL, тем самым уменьшая или даже подавляя радужность. Использование гальванического зеркала перед многоугольником может облегчить эту проблему, но этот материал все еще находится на экспериментальной стадии, и в случае коммерческого успеха он обязательно будет более сложным и более дорогим, чем тот, который существует в настоящее время. Для всех других систем это отсутствие синхронизации подразумевает необходимость «виртуального» перекрытия на величину порядка по меньшей мере в два раза превышающую дисперсию позиций начала линии между различными оптическими полями. Таким образом, это перекрытие интерпретируется как неоднородная полоса, в которой нет необработанных зон между полями, но в которой в некоторых точках может быть перекрытие, вдвое превышающее эту дисперсию.Some systems under development have internal means of partially correcting this bias through the action of an additional deflecting mirror, called a "galvanic" (galvo), operating as a galvanometer, located upstream of the polygon. For example, RAYLASE presented the concept of such a 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). But this improvement alone is not of sufficient quality to ensure that the unwanted effects of field shifting disappear. Of course, the beginning and end of each line cannot receive the same energy as the rest of the line. To overcome this lack of local processing, it is possible to imagine the possibility of increasing the energy input to the rest of the line, but then this can lead to exceeding the maximum energy input configured to create LSFL, thereby reducing or even suppressing the iridescence. The use of a galvanic mirror in front of the polygon may alleviate this problem, but this material is still at an experimental stage and, if commercially successful, is bound to be more complex and more expensive than what currently exists. For all other systems, this lack of synchronization implies the need for a "virtual" overlap of an order of at least twice the dispersion of line start positions between different optical fields. Thus, this overlap is interpreted as a non-uniform band in which there are no untreated areas between fields, but in which at some points there may be an overlap of twice this dispersion.
Если края каждого поля определены как «прямые», тогда область перекрытия выглядит как тонкая прямая полоса, по существу равная (по ширине) ширине линий обработки, таким образом, по существу равная удвоенному диаметру импульса, на которой эффект обработки не идентичен по отношению к остальной поверхности. Аналогичным образом, если края поля обработки определяются периодическим рисунком, последний останется видимым невооруженным глазом.If the edges of each field are defined to be "straight" then the area of overlap appears as a thin straight band substantially equal (in width) to the width of the processing lines, thus substantially equal to twice the pulse diameter, on which the processing effect is not identical with respect to the rest surfaces. Similarly, if the edges of the treatment field are defined by a periodic pattern, the latter will remain visible to the naked eye.
В этом случае возможно несколько стратегий, чтобы попытаться ослабить или замаскировать неоднородность область перекрытия.In this case, several strategies are possible to try to weaken or mask the inhomogeneity of the overlap region.
Первая стратегия заключается в использовании случайного смещения между двумя последовательными линиями, перпендикулярными направлению сканирования сканера, чтобы соединения между оптическими полями двух последовательных линий, взятых вместе, не образовывали линейный или периодический рисунок, и, таким образом, этот рисунок был менее заметен, чем если бы он был по существу прямой линией или периодическим рисунком. Задача состоит в том, чтобы добиться обработки, дефекты которой легко обнаруживаются человеческим глазом, который легко определяет то, что является периодическим и/или линейным. В этом случае, если учесть, что для оптимальной обработки поверхности листа 1 требуется N проходов, случайное смещение серии N наложенных линий является идентичным от одного прохода к другому и от одного поля к другому.The first strategy is to use a random offset between two consecutive lines perpendicular to the scanning direction of the scanner so that the connections between the optical fields of two consecutive lines taken together do not form a linear or periodic pattern, and thus this pattern is less visible than if it was essentially a straight line or periodic pattern. The challenge is to achieve processing whose defects are easily detectable by the human eye, which easily determines what is periodic and/or linear. In this case, given that N passes are required for optimal surface treatment of
На фиг. 1 показана такая конфигурация, выполненная на листе 1. Здесь можно увидеть, что для серии из двух проходов (линий сканирования) сканером, соответствующих двум последовательным полям, расположенным в виде продолжения друг друга, соединения 2 соответствующих оптических полей двух серий 3, 4 линий смещены нелинейным образом. Другими словами, соответствующие соединения 2 линий 3, 4 образуют между собой не прямую линию или периодический рисунок, а ломаную линию, которую труднее различить, чем прямую. Некоторая периодичность смещений между последовательными соединениями 2 может быть приемлемой, но этот период должен превышать достаточную длину (обычно по меньшей мере в 10 раз больше максимального значения смещения между двумя соединениями 2 двух последовательных линий 4, 5 вдоль направления поступательного перемещения 6 сканеров), таким образом рисунок этой периодичности не является видимым.In FIG. 1 shows such a configuration made on
Следует отметить, что между двумя последовательными линиями 4, 5, сформированными в одном оптическом поле и, следовательно, смещенными в направлении перемещения 6 сканеров (или в направлении перемещения листа 1, если это лист, который может перемещаться в этом направлении, в то время как сканеры являются фиксированными), эта проблема обычно не возникает с той же интенсивностью до тех пор, пока перекрытие между линиями явно является недостаточным. Действительно, как уже указывалось ранее, разные линии 3, 4, 5 имеют ширину, которая по существу равна диаметру импульса, то есть в общем около 30-40 мкм. Этот диаметр зависит от линзы и диаметра лазерного луча, попадающего в линзу. Чтобы гарантировать отсутствие необработанных областей на поверхности листа между двумя последовательными линиями 4, 5 вдоль медленной оси, можно отрегулировать гальванометр сканера, и/или устройство перемещения листа таким образом, чтобы две последовательные линии 4, 5 перекрывали друг друга. Другими словами, линии 4, 5 формируются после смещения относительных положений импульсов каждого сканера и листа 1, которые немного меньше диаметра импульсов. Таким образом, двойная обработка поверхности листа 1 в области перекрытия линий 4, 5 действительно может иметь место, но поскольку смещение линий 4, 5 можно контролировать с хорошей точностью, гораздо более точно, чем перекрытие соседних оптических полей, ширина этих областей, когда они есть, в любом случае достаточно узкая, чтобы двойная обработка визуально не воспринималась как нарушение радужного эффекта по сравнению с эффектом, полученным на остальной части поверхности листа 1.It should be noted that between two
Следует понимать, что на фиг. 1 каждая последовательность линий 3, 4, расположенных в виде продолжения друг друга и пересекающихся на соединении 2, сама состоит из наложения N наложенных друг на друга линий, например, с N = 3. Количество наложенных линий для данного оптического поля зависит от величины энергии, передаваемой на поверхность листа 1 для получения желаемой конфигурации волны, ответственной за радужный эффект на поверхности. Чем выше это количество, тем больше количество линий для одной и той же энергии, подаваемой за каждый проход лазера.It should be understood that in FIG. 1, each sequence of lines 3, 4, arranged as a continuation of each other and intersecting at
Насколько это возможно, эта конфигурация демонстрирует структуру типа LSFL, которая, как мы видели, более способна обеспечивать этот радужный эффект, однако, в условиях, зависящих от угла обзора. Таким образом, энергия, передаваемая вдоль заданной линии, должна находиться между нижним пределом, ниже которого волны не будут достаточно заметны, и верхним пределом, выше которого вероятность чрезмерного присутствия неровностей сильно возрастает. Эти ограничения явным образом сильно зависят от множества факторов, в частности от определённого материала листа 1, состояния его поверхности, энергии, передаваемой импульсами, которые подаются при каждом проходе лазера в заданной зоне. Специалисты в данной области техники будут иметь возможность экспериментально установить порядок, чтобы определить эти пределы в зависимости от доступного оборудования и обрабатываемого материала.As far as possible, this configuration exhibits an LSFL type structure that we have seen is more capable of providing this rainbow effect, however, under viewing angle dependent conditions. Thus, the energy transmitted along a given line must be 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 irregularities is greatly increased. These limitations are clearly highly dependent on many factors, in particular on the specific material of the
Хотя этот первый подход позволяет существенно уменьшить видимость перекрытия двух последовательных полей в зависимости от используемого материала и/или целевого эффекта, поскольку перекрытия между полями расположены не по прямой линии, а в виде пунктирной линии, которая следует за сдвигами между перекрытиями, однако это оказывается недостаточным для получения достаточно однородной поверхности. В этом случае можно использовать тот же подход, но с изменением смещения между разными проходами лазера. Это позволяет дополнительно усилить случайный характер позиционирования рисунка перекрытий по сравнению с предыдущим случаем. Другими словами, пунктирная линия, соединяющая последовательные перекрытия и образующая упомянутый рисунок, имеет еще менее очевидный непериодический или случайный характер. Но все же необходимо гарантировать, чтобы смежные поля обработки имели те же смещения, что и первые, для каждого прохода, поскольку необходимо избегать локального накопления лазерных проходов для получения обработки с однородным эффектом, аналогичным образом в идеальном случае каждая точка поверхности должна получать одинаковое количество энергии, которое соответствует одинаковому распределению, одинаковому количеству импульсов и проходов.Although this first approach can significantly reduce the visibility of overlap between two consecutive fields, depending on the material used and/or the desired effect, since the overlaps between fields are not in a straight line, but in the form of a dotted line that follows shifts between overlaps, however, this is not sufficient. to obtain a sufficiently uniform surface. In this case, you can use the same approach, but with a change in the offset between different laser passes. This makes it possible to further enhance the random nature of the positioning of the floor pattern compared to the previous case. In other words, the dotted line connecting successive overlaps and forming said pattern has an even less obvious non-periodic or random character. However, it is still necessary to ensure that adjacent treatment fields have the same offsets as the first for each pass, since local accumulation of laser passes must be avoided in order to obtain a treatment with a uniform effect, similarly, in the ideal case, each point of the surface should receive the same amount of energy. , which corresponds to the same distribution, the same number of pulses and passes.
Таким образом, использование случайного рисунка краев поля позволяет распределить точки неоднородности без образования из них прямой линии, которая была бы слишком заметна невооруженным глазом. Когда рисунок, который они образуют, является идентичным для всех проходов, эти точки являются позициями с сильной неоднородностью, потому что разрыв линии отмечается на каждом проходе.Thus, the use of a random pattern of the edges of the field allows you to distribute the points of inhomogeneity without forming a straight line from them, which would be too noticeable to the naked eye. When the pattern they form is identical for all passes, these points are positions with strong discontinuity because a line break is noted on each pass.
Однако, когда этот рисунок отличается для каждого прохода (в любом случае, является ли он случайным или нет), хотя количество точек неоднородности умножается на количество проходов N, эти точки имеют менее выраженную неоднородность по сравнению с остальной поверхностью, чем в предыдущем случае, потому что они имеют N-1 непрерывных проходов и только один прерывистый проход.However, when this pattern is different for each pass (in any case, whether it is random or not), although the number of inhomogeneity points is multiplied by the number of passes N, these points have less pronounced inhomogeneity compared to the rest of the surface than in the previous case, because that they have N-1 continuous passes and only one discontinuous pass.
Этот второй подход позволяет эффективно маскировать область соединения полей обработки. Однако это требует строгого контроля положения полей обработки по отношению друг к другу, как в направлении лазерных линий (чтобы не было перекрытия или необработанной области), так и в поперечном направлении (если поля смещены, соединения больше не будут точными, и это может привести к образованию недостаточно обработанных или, наоборот, чрезмерно обработанных областей. Кроме того, в зависимости от выбранных параметров, иногда можно различать линии или периодичность линий обработки на поверхности. Смещение по высоте этих линий между соседними полями имеет тенденцию усиливать видимость соединения вследствие фазового смещения между линиями.This second approach makes it possible to effectively mask the connection area of the processing fields. However, this requires strict control of the position of the treatment fields in relation to each other, both in the direction of the laser lines (so that there is no overlap or untreated area) and in the transverse direction (if the fields are displaced, the connections will no longer be accurate, and this can lead to the formation of under-treated or, conversely, over-treated areas.In addition, depending on the selected parameters, it is sometimes possible to distinguish lines or periodicity of treatment lines on the surface.The shift in height of these lines between adjacent fields tends to increase the visibility of the connection due to the phase shift between the lines.
Выполнение обработки в виде линий позволяет воспользоваться преимуществом высокой частоты повторения для лазеров с импульсами ультракороткой продолжительности для повышения производительности обработки. Таким образом, за одно сканирование линии сканером линия может облучаться N раз, если расстояние между двумя последовательными импульсами равно диаметру импульса в течение N раз. Таким образом, это позволяет устранить эффект, который небольшие колебания мощности могут оказывать на однородность поверхности.Performing processing in lines allows you to take advantage of the high repetition rate of ultra-short pulse width lasers to increase processing throughput. Thus, in one line scan by the scanner, the line can be irradiated N times if the distance between two successive pulses is equal to the pulse diameter for N times. This thus eliminates the effect that small power fluctuations can have on surface uniformity.
Однако этот способ воздействия имеет недостаток, заключающийся в формировании зон неоднородности на концах линии на расстояниях, эквивалентных диаметру импульса (несколько десятков микрометров).However, this method of exposure has a drawback, which consists in the formation of zones of inhomogeneity at the ends of the line at distances equivalent to the pulse diameter (several tens of micrometers).
Чтобы избежать этого, возможным решением было бы проведение обработки таким образом, чтобы импульсы рисовали рисунок в форме не линий, а матрицы точек, причем указанные точки сравнимы с пикселями, и выполнять столько матриц, сколько это необходимо для того, чтобы в конце обработки поверхность листа была полностью покрыта результатом воздействия импульсов, которые перекрываются лишь очень незначительно или совсем не перекрываются. Таким образом, соединение различных полей (и различных импульсов каждого поля) не образует непрерывный рисунок относительно больших размеров и, в принципе, больше не виден. Каждая точка имеет форму и размер (например, круговой для гауссова лазера), сравнимые с формой и размером импульса.To avoid this, a possible solution would be to carry out the processing in such a way that the pulses do not draw a pattern in the form of lines, but a matrix of dots, and these dots are comparable to pixels, and to carry out as many matrices as necessary so that at the end of the processing the sheet surface was completely covered by the effects of pulses that overlap very little or not at all. Thus, the combination of different fields (and different impulses of each field) does not form a continuous pattern of relatively large dimensions and, in principle, is no longer visible. Each dot has a shape and size (for example, circular for a Gaussian laser) comparable to the shape and size of the pulse.
Однако использование точечного подхода с высокой производительностью пока невозможно из-за проблем синхронизации между лазером и сканером, упомянутыми выше. Безусловно, чтобы этот подход был применим и обеспечивал обработку с однородным конечным эффектом, лазер должен каждый раз облучать точно одну и ту же область (одну и ту же точку), чтобы иметь совокупный эффект, необходимый для формирования одного и того же уровня интенсивности излучения структуры LSFL в каждой точке. Однако это отсутствие синхронизации приводит к случайному смещению, которое может иметь такие же размеры, как у импульса, при этом невозможно достичь точности, необходимой для облучения.However, using a point approach with high performance is not yet possible due to the timing issues between laser and scanner mentioned above. Of course, for this approach to be applicable and provide processing with a uniform final effect, the laser must each time irradiate exactly the same area (the same point) in order to have the cumulative effect necessary to form the same level of radiation intensity of the structure. LSFL at every point. However, this lack of synchronization results in a random offset that can have the same dimensions as the pulse, and the accuracy required for irradiation cannot be achieved.
Эта проблема может быть частично решена посредством использования сканеров нового поколения, которые имеют дополнительный гальванический элемент для коррекции и/или упреждения этого смещения, которое могло бы быть вызвано плохой синхронизацией. В этом случае точность сопоставления двух полей также улучшится, как и общая однородность поверхности. Однако производительность способа оставалась бы неудовлетворительной для обработки деталей с большой поверхностью.This problem can be partly solved by using newer generation scanners which have an additional galvanic cell to correct and/or anticipate this offset which could be caused by bad timing. In this case, the accuracy of matching the two fields will also improve, as will the overall surface uniformity. However, the productivity of the method would remain unsatisfactory for processing parts with a large surface.
Кроме того, принцип точечной обработки сам по себе не способен разрешить проблему невозможности наблюдения радужности со всех желаемых углов обзора.In addition, the principle of spot processing alone is not able to solve the problem of the impossibility of observing iridescence from all desired viewing angles.
Задачей изобретения является предложить способ лазерной обработки с помощью ультракоротких импульсов для обработки поверхности продукта, такого как лист из нержавеющей стали, но не ограничиваясь этим, позволяющий придавать этой поверхности радужный эффект, так чтобы поверхность после обработки выглядела однородной, по меньшей мере, при большинстве углов наблюдения, а предпочтительно при всех углах наблюдения, даже если этот радужный эффект получен посредством множества смежных полей.The object of the invention is to provide a laser treatment method using ultrashort pulses for treating the surface of a product, such as a stainless steel sheet, but not limited to this, allowing to give this surface an iridescent effect, so that the surface after treatment looks uniform, at least at most angles observation, and preferably at all viewing angles, even if this rainbow effect is obtained through a plurality of adjacent fields.
Кроме того, в случае обработки с помощью линий этот способ должен оптимально привести к тому, что зона соединения нескольких последовательных оптических полей будет выполнена невидимой для невооруженного глаза, при этом поля расположены таким образом, чтобы вместе они позволяли обрабатывать больший участок поверхности (обычно полностью всей поверхности), чем было бы возможно с одним оптическим полем. Этот способ должен обладать хорошей производительностью, чтобы его можно было применять для обработки изделий с большой поверхностью.In addition, in the case of processing with lines, this method should optimally lead to the fact that the junction of several successive optical fields is made invisible to the naked eye, while the fields are arranged in such a way that together they allow processing a larger area of the surface (usually the entire surface) than would be possible with a single optical field. This method must have good productivity so that it can be used for processing products with a large surface.
Для выполнения этой задачи объектом изобретения является способ создания визуального радужного эффекта на поверхности детали, при котором лазерные лучи с длительностью импульса менее одной наносекунды проецируются на указанную поверхность в оптическом поле фокусирующей системы устройства, содержащего лазерный источник, сканер и указанную систему фокусировки, чтобы нанести на указанную поверхность структуру в виде небольших волн, имеющих одинаковую ориентацию по ширине указанного импульса, при этом указанная поверхность сканируется указанным сканером (сканерами) с помощью указанных лазерных лучей вдоль ряда последовательных линий, или матрицы из точек, причём ширина каждой линии или размер каждой точки каждой матрицы равны диаметру указанного импульса, посредством относительного перемещения указанной поверхности и устройства, излучающего указанный лазерный луч. Способ характеризуется тем, что между предварительным формированием сканирования по двум последовательным линиям или двум смежным точкам поляризация лазерного луча изменяется таким образом, чтобы создавать волны различной ориентации на двух последовательных линиях или на двух смежных точках.To accomplish this task, the subject of the invention is a method for creating a visual iridescent effect on the surface of a part, in which laser beams with a pulse duration of less than one nanosecond are projected onto the specified surface in the optical field of the focusing system of the device containing the laser source, the scanner and the specified focusing system to apply on the specified surface structure in the form of small waves having the same orientation along the width of the specified pulse, while the specified surface is scanned by the specified scanner (scanners) using the specified laser beams along a series of successive lines, or a matrix of dots, and the width of each line or the size of each dot of each the matrices are equal to the diameter of the specified pulse, through the relative movement of the specified surface and the device emitting the specified laser beam. The method is characterized by the fact that between the preliminary scanning along two consecutive lines or two adjacent points, the polarization of the laser beam is changed in such a way as to create waves of different orientations on two consecutive lines or two adjacent points.
Поляризация лазерного луча может быть изменена в соответствии с периодическим рисунком, при этом указанный периодический рисунок охватывает M последовательных линий, M равно по меньшей мере 2, предпочтительно по меньшей мере 3.The polarization of the laser beam can be changed in accordance with the periodic pattern, while the specified periodic pattern covers M consecutive lines, M is equal to at least 2, preferably at least 3.
Две последовательные линии или соседние точки предпочтительно имеют углы поляризации, которые различаются по меньшей мере на 20° и не более чем на 90°.Two consecutive lines or adjacent dots preferably have polarization angles that differ by at least 20° and not more than 90°.
Лазерный луч с длительностью импульса менее одной наносекунды может быть направлен на указанную поверхность в оптическом поле фокусирующей системы первого устройства, содержащего лазерный источник, сканер и указанную систему фокусировки, а также лазерный луч с длительностью импульса менее одной наносекунды может быть направлен на указанную поверхность в оптическом поле системы фокусировки по меньшей мере одного второго устройства, содержащего лазерный источник, сканер и указанную систему фокусировки, с поляризациями двух линий, расположенных на продолжении друг друга, либо двух соседних точек, принадлежащих двум соседним полям, которые являются идентичными.A laser beam with a pulse duration of less than one nanosecond can be directed to the specified surface in the optical field of the focusing system of the first device containing a laser source, a scanner and the specified focusing system, and a laser beam with a pulse duration of less than one nanosecond can be directed to the specified surface in the optical the field of the focusing system of at least one second device containing a laser source, a scanner and the specified focusing system, with polarizations of two lines located on the continuation of each other, or two adjacent points belonging to two adjacent fields that are identical.
Указанное относительное перемещение указанной поверхности указанной детали и устройства (устройств), излучающего указанный(ые) лазерный луч(лучи), может быть достигнуто путем размещения указанной детали на подвижной опоре.Said relative movement of said surface of said part and device(s) emitting said laser beam(s) can be achieved by placing said part on a movable support.
Указанное относительное перемещение указанной поверхности указанной детали и устройства(устройств), излучающего указанный(ые) лазерный(ые) луч(лучи), может быть достигнуто путем размещения устройства(устройств), излучающего указанный лазерный луч(лучи), на подвижной опоре.Said relative movement of said surface of said part and device(s) emitting said laser beam(s) can be achieved by placing device(s) emitting said laser beam(s) on a movable support.
Указанная деталь может быть листовым металлом.The specified part can be sheet metal.
Указанная поверхность указанной детали может быть трехмерной.Said surface of said part may be three-dimensional.
Указанная деталь может быть изготовлена из нержавеющей стали.This part can be made of stainless steel.
Изобретение также относится к модульному устройству для придания радужного эффекта на поверхности детали путем формирования небольших волн на указанной поверхности с помощью импульсов лазерного луча; устройство содержит лазерный источник, генерирующий лазерный луч с длительностью импульса менее 1 нс, оптическую систему формирования луча, сканер, позволяющий импульсу луча, после прохождения через систему фокусировки, сканировать линию оптического поля на поверхности детали, и средство для создания относительного перемещения между упомянутым устройством и упомянутой деталью для выполнения обработки по меньшей мере одного участка поверхности упомянутой детали, отличающемуся тем, что упомянутая оптическая система содержит поляризационную оптическую систему, которая придает определенную поляризацию упомянутому лучу, и средство для изменения этой поляризации таким образом, чтобы на упомянутой поверхности две линии или две смежные точки создаются с помощью импульсов различной поляризации.The invention also relates to a modular device for imparting an iridescent effect to the surface of a part by generating small waves on said surface using pulses of a laser beam; the device contains a laser source that generates a laser beam with a pulse duration of less than 1 ns, an optical beam forming system, a scanner that allows the beam pulse, after passing through the focusing system, to scan the optical field line on the surface of the part, and means for creating a relative movement between the said device and said part for processing at least one area of the surface of said part, characterized in that said optical system contains a polarization optical system that imparts a certain polarization to said beam, and a means for changing this polarization so that on the said surface there are two lines or two adjacent points are created using pulses of different polarization.
Предпочтительно, указанное устройство может позволять получать две смежные линии с помощью импульсов, поляризация которых отличается по меньшей мере на 20°.Preferably, said device may make it possible to obtain two adjacent lines with pulses whose polarization differs by at least 20°.
Указанное устройство может содержать средство для измерения расстояния между фокусирующей системой и поверхностью детали, соединенное со средством управления фокусирующей системы, в результате чего последняя поддерживает постоянный диаметр импульса и постоянную плотность энергии на указанной поверхности, независимо от указанного расстояния.Said device may comprise means for measuring the distance between the focusing system and the surface of the workpiece, connected to the focusing system control means, as a result of which the latter maintains a constant pulse diameter and a constant energy density on said surface, regardless of the said distance.
Указанное средство для создания относительного перемещения между указанным устройством и указанной деталью может включать в себя подвижную опору для этой детали.Said means for creating relative movement between said device and said part may include a movable support for that part.
Изобретение также относится к устройству для создания радужного эффекта на поверхности детали путем формирования небольших волн на указанной поверхности с помощью импульсов лазерного луча, отличающемуся тем, что оно содержит по меньшей мере два модульных устройства предыдущего типа, причем оптические поля систем фокусировки этих устройств перекрываются.The invention also relates to a device for creating a rainbow effect on the surface of a part by generating small waves on said surface using laser beam pulses, characterized in that it contains at least two modular devices of the previous type, and the optical fields of the focusing systems of these devices overlap.
Указанное средство для создания относительного перемещения между указанным устройством и указанной деталью может содержать подвижную опору для указанного модульного устройства (устройств).Said means for creating relative movement between said device and said part may comprise a movable support for said modular device(s).
Изобретение также относится к детали, изготовленной из материала, радужность поверхности которой обеспечивается посредством лазерной обработки, причем указанная обработка приводит к формированию небольших волн на поверхности указанной детали, отличающейся тем, что указанные небольшие волны имеют по меньшей мере две ориентации, предпочтительно по меньшей мере три ориентации, распределенные по поверхности указанной детали, предпочтительно в виде периодического рисунка.The invention also relates to a part made from a material whose surface iridescence is provided by laser processing, said processing leading to the formation of small waves on the surface of said part, characterized in that said small waves have at least two orientations, preferably at least three orientations distributed over the surface of said part, preferably in a periodic pattern.
Как будет понятно, изобретение состоит в устранении или, по меньшей мере, в очень сильном ослаблении проблем, относящихся к чрезмерной направленности наблюдения радужности поверхности нержавеющей стали, обработанной устройством, содержащим лазерный сканер, путем применения различной поляризации света, излучаемого лазером для формирования ЛИППС из двух последовательных линий или смежных точек двух точечных матриц, образованных с помощью сканирования лазерного луча, в соответствии с оптическим полем фокусирующей линзы устройства. Для получения желаемого эффекта рекомендуется использовать по меньшей мере три различных поляризации для серии из по меньшей мере трех последовательных линий или трех точечных массивов.As will be appreciated, the invention consists in eliminating or at least greatly reducing the problems related to excessive iridescence observation directionality of a stainless steel surface processed by a device containing a laser scanner by using different polarizations of light emitted by a laser to form LIPSS from two consecutive lines or adjacent dots of two dot arrays formed by scanning a laser beam, in accordance with the optical field of the focusing lens of the device. To obtain the desired effect, it is recommended to use at least three different polarizations for a series of at least three consecutive lines or three dot arrays.
Этот способ также может использоваться в сочетании со способом, предназначенным для визуализации невидимых или почти невидимых соединений между двумя линиями, обращенными друг к другу, и обеспеченного путем сопоставления двух устройств лазерного сканирования, поля которых слегка перекрываются, чтобы избежать риска отсутствия обработки или недостаточной обработки этих зон соединения.This method can also be used in conjunction with a method designed to visualize invisible or almost invisible connections between two lines facing each other, and provided by comparing two laser scanners whose fields slightly overlap, in order to avoid the risk of under-processing or under-processing of these connection zones.
Следует отметить, что изобретение применимо, по своему основному принципу, как для линейной обработки лазером, так и для обработки точечным лазерным лучом, или для обработки, сочетающей оба режима. Конечно, можно ограничивать обработку частью поверхности объекта (для которой, возможно, может быть достаточно одного лазера и его оптического поля) или выполнять обработку на всей поверхности объекта. Для этого достаточно адаптировать количество и степень оптического поля (полей) фокусирующей линзы (линз) лазерного устройства (устройств) и степень относительного перемещения между устройством для обработки и объектом, который будет обрабатываться, чтобы можно было обработать всю рассматриваемую поверхность.It should be noted that the invention is applicable, in its basic principle, to both linear laser processing and point laser beam processing, or processing combining both modes. Of course, it is possible to limit the processing to a part of the surface of the object (for which one laser and its optical field may possibly be sufficient) or to perform the processing on the entire surface of the object. To do this, it is sufficient to adapt the amount and degree of the optical field(s) of the focusing lens(s) of the laser device(s) and the degree of relative movement between the device to be processed and the object to be processed so that the entire surface under consideration can be processed.
Изобретение будет более понятным после прочтения последующего описания, приведенного со ссылкой на следующие прилагаемые чертежи:The invention will be better understood after reading the following description given with reference to the following accompanying drawings:
Фиг. 1, которая показывает, как упомянуто во введении, поверхность металлического листа, на котором была выполнена лазерная обработка для получения радужности посредством способа в соответствии с известным уровнем техники с помощью двух смежных лазерных устройств известного типа, выполняя произвольное формирование линий, расположенных на продолжении друг друга, с перекрывающимися областями между двумя линиями, созданными в соответствующих оптических полях двух устройств, с целью уменьшения видимости перекрывающихся областей указанных линий;Fig. 1, which shows, as mentioned in the introduction, the surface of a metal sheet on which laser processing has been carried out to obtain iridescence by a method according to the prior art by means of two adjacent laser devices of a known type, performing random formation of lines located on each other's continuation. , with overlapping areas between the two lines, created in the respective optical fields of the two devices, in order to reduce the visibility of the overlapping areas of these lines;
Фиг. 2, на которой показана блок-схема устройства согласно изобретению, позволяющая реализовать способ в соответствии с изобретением в оптическом поле устройства для лазерной обработки, с целью обеспечить радужность поверхности металлического листа, наблюдаемую независимо от угла обзора;Fig. 2, which shows a block diagram of an apparatus according to the invention, allowing the method according to the invention to be carried out in the optical field of a laser processing apparatus, in order to provide an iridescence of the surface of a metal sheet, observed regardless of the viewing angle;
Фиг. 3, на которой показана поверхность металлического листа, полученная в результате реализации способа, улучшающего способ, использованный в случае фиг. 1, с помощью двух смежных устройств для лазерной обработки, использование которых может быть совокупным с реализацией способа в соответствии с изобретением.Fig. 3, which shows the surface of a metal sheet resulting from the implementation of a method improving the method used in the case of FIG. 1 with two adjacent laser processing devices, the use of which can be combined with the implementation of the method in accordance with the invention.
Как было указано ранее, радужный эффект, получаемый при обработке лазером с ультракороткими импульсами, относится к спонтанному образованию на поверхности периодической структуры, имеющей характер, подобный оптической структуре, в отраженном от поверхности свете. Как обсуждалось ранее, механизм формирования этой структуры в виде небольших волн, периодически распределённых по обрабатываемой поверхности, еще не установлен научным сообществом.As mentioned earlier, the rainbow effect obtained by processing with an ultrashort pulse laser refers to the spontaneous formation on the surface of a periodic structure, having a character similar to the optical structure, in the light reflected from the surface. As discussed earlier, the mechanism for the formation of this structure in the form of small waves periodically distributed over the treated surface has not yet been established by the scientific community.
Однако было показано (см., например, статью "Control Parameters In Pattern Formation Upon Femtosecond Laser Ablation", Olga Varlamova et al, Applied Surface Science 253 (2007) pp. 7932-7936), что ориентация небольших волн в основном зависит от поляризации лазерного луча, облучающего поверхность. Таким образом, ориентация HSFL (ЛИППС с высокой пространственной частотой) параллельна поляризации падающего луча, тогда как LSFL (ЛИППС с низкой пространственной частотой), которые образуются впоследствии, когда к поверхности листа подводится большее количество энергии, ориентированы перпендикулярно поляризации падающего луча.However, it has been shown (see e.g. "Control Parameters In Pattern Formation Upon Femtosecond Laser Ablation", Olga Varlamova et al, Applied Surface Science 253 (2007) pp. 7932-7936) that the orientation of small waves is mainly polarization dependent. laser beam irradiating the surface. Thus, the orientation of the HSFL (High Spatial Frequency LIPS) is parallel to the polarization of the incident beam, while the LSFL (Low Spatial Frequency LIPS), which are subsequently formed when more energy is applied to the sheet surface, are oriented perpendicular to the polarization of the incident beam.
Таким образом, для лазерной обработки с помощью линий это приводит к тому, что поверхность, обработанная без изменения поляризации лазерного луча на протяжении его различных проходов на заданной линии указанной поверхности, в конце обработки в результате будет иметь структуру, состоящую из линий/небольших волн, которые все ориентированы в одном и том же направлении. Это означает, что эффект «оптической сетки (структуры)» поверхности также является ориентированным.Thus, for laser processing with lines, this leads to the fact that the surface processed without changing the polarization of the laser beam during its various passes on a given line of the specified surface, at the end of processing, will have a structure consisting of lines / small waves, which are all oriented in the same direction. This means that the "optical grid (structure)" effect of the surface is also oriented.
Действительно, радужный эффект проявляется максимально, если наблюдение осуществляется в направлении, поперечном ориентации небольших волн, и уменьшается по мере выравнивания ориентации угла наблюдения с ориентацией структуры поверхности. Следовательно, наблюдение поверхности, когда волны ориентированы по одной линии, не приводит к появлению какого-либо цвета. Это может быть недостатком для конечного продукта, потому что ориентация волн должна быть тщательно выбрана в начале обработки, чтобы получить продукт, обладающий радужным эффектом при желаемых условиях просмотра. Кроме того, конечный продукт выглядит полностью окрашенным только в одном основном направлении просмотра.Indeed, the rainbow effect manifests itself to the maximum if the observation is carried out in a direction transverse to the orientation of small waves, and decreases as the orientation of the observation angle aligns with the orientation of the surface structure. Therefore, observing the surface when the waves are oriented along the same line does not result in the appearance of any color. This can be a disadvantage for the final product because the orientation of the waves must be carefully chosen at the start of processing in order to obtain a product that has an iridescent effect under the desired viewing conditions. Also, the final product appears fully colored in only one primary viewing direction.
Изобретение позволяет избежать этого недостатка, поскольку используемое устройство позволяет получить поверхность, на которой радужный эффект одинаково виден во всех направлениях наблюдения. Если два последовательных поля, вместе образующих одну и ту же линию, имеют одинаковую поляризацию вдоль этой линии, визуальный эффект двойной обработки зоны сочленения между этими двумя полями будет гораздо менее заметным, чем если бы два поля имели разные поляризации, с разницей по углу поляризации, предпочтительно больше или равна 20° и меньше или равна 90°. Кроме того, наличие поляризаций, которые определенно существенно различаются между двумя последовательными линиями, устраняет направленность наблюдения радужного эффекта. Комбинация этих явлений делает радужный эффект обработанного листа гораздо более однородным во всех направлениях обзора, чем в случае, когда нет этого чередования поляризации между смежными линиями.The invention avoids this drawback, since the device used makes it possible to obtain a surface on which the rainbow effect is equally visible in all viewing directions. If two successive fields together forming the same line have the same polarization along that line, the visual effect of double treating the junction between the two fields will be much less noticeable than if the two fields had different polarizations, with a difference in polarization angle, preferably greater than or equal to 20° and less than or equal to 90°. In addition, the presence of polarizations that are definitely significantly different between two successive lines eliminates the directionality of observing the rainbow effect. The combination of these phenomena makes the iridescent effect of the treated sheet much more uniform in all viewing directions than when there is no such polarization alternation between adjacent lines.
Если обработка выполняется «по линиям», с небольшим расстоянием между центрами импульсов, которое немного меньше диаметра импульса в направлении быстрого сканирования, чтобы гарантировать отсутствие зон, не обрабатываемых импульсом, решение в соответствии с изобретением состоит в том, чтобы чередовать линии, для которых ориентация волны изменяется от одной линии к другой, посредством поляризатора или поляризующего оптического устройства любого другого типа, позиционируемого на оптическом пути луча.If the processing is carried out "along the lines", with a small distance between the centers of the pulses, which is slightly less than the diameter of the pulse in the direction of the fast scan, in order to ensure that there are no zones not processed by the pulse, the solution according to the invention is to alternate the lines for which the orientation waveform is changed from one line to another by means of a polarizer or any other type of polarizing optical device positioned in the optical path of the beam.
Следовательно, либо обработанное поле получается с помощью автоматической системы, позволяющей изменять поляризацию падающего луча между каждой линией, либо обработанное поле получается за М раз, где М равно по меньшей мере двум, а предпочтительно по меньшей мере трем, таким образом, M соответствует количеству различных ориентаций, сообщаемых волнам посредством периодически следующих друг за другом поляризаций импульса лазерного луча, формирующего эти волны.Therefore, either the processed field is obtained by an automatic system that allows the polarization of the incident beam to be changed between each line, or the processed field is obtained in M times, where M is at least two, and preferably at least three, thus M corresponds to the number of different orientations imparted to the waves by periodically successive polarizations of the pulse of the laser beam that forms these waves.
Принцип изобретения справедлив и тогда, когда обработка проводится «по точкам», в соответствии с матрицей. В каждой точке, соответствующей воздействию импульса, ориентация небольшой волны отличается от ориентации небольшой волны в соседних точках. В двух смежных оптических полях точки генерируются в соответствии с матрицами, которые продолжают друг друга.The principle of the invention is also valid when processing is carried out "point by point", in accordance with the matrix. At each point corresponding to the impact of the impulse, the orientation of the small wave differs from the orientation of the small wave at neighboring points. In two adjacent optical fields, dots are generated according to matrices that extend each other.
На фиг. 2 показана типичная архитектура части модульного устройства, позволяющая реализовать способ согласно изобретению для обработки, по меньшей мере, части листа 1 из нержавеющей стали в заданном поле. Конечно, это устройство управляется автоматизированными средствами, позволяющими синхронизировать относительные перемещения опоры 13 листа 1 и лазерного луча 7, а также регулировать параметры лазерного луча 7 и его поляризацию, по мере надобности.In FIG. 2 shows an exemplary architecture of a part of a modular device that makes it possible to implement the method according to the invention for processing at least a part of a
Устройство сначала содержит лазерный источник 6 того типа, который известен как традиционный источник для получения радужного эффекта на металлических поверхностях, поэтому обычно источник 6 генерирует импульсный лазерный луч 7 с короткой длительностью импульса (менее одной наносекунды), диаметр каждого импульса обычно составляет порядка 30-40 мкм, например, как было показано ранее. Энергия, передаваемая в импульсе на поверхность нержавеющей стали, должна быть определена экспериментально, чтобы создавать на поверхности листа 1 небольшие волны ЛИППС, предпочтительно типа LSFL (ЛИППС с низкой пространственной частотой), и предотвратить образование неровностей, тем более пиков, а частота и мощность лазерного луча 7 должны быть выбраны соответственно, следуя критериям, известным для этой цели специалистам в данной области техники, и с учетом точных характеристик других элементов устройства и материала, который должен обрабатываться. Лазерный луч 7, генерируемый источником 6, затем проходит через оптическуюо систему 8 формирования луча, которая в дополнение к своим традиционным компонентам 9, позволяющим регулировать форму и размеры луча 7, включает, согласно изобретению, оптический поляризационный элемент 10, который позволяет придавать лучу 7 поляризацию, выбранную оператором или автоматами, управляющими устройством.The device first contains a
Затем лазерный луч 7 проходит через сканирующее устройство (например, сканер) 11, которое, как известно, позволяет лучу 7 сканировать поверхность листа 1 по прямолинейному пути в поле обработки. На выходе сканера 11 опять же, как в традиционных устройствах, имеется фокусирующая система 12, такая как фокусирующая линза, с помощью которой лазерный луч 7 фокусируется в направлении листа 1.The
В показанном примере лист 1 поддерживается подвижной опорой 13, позволяющей выполнять перемещение листа вдоль плоскости или, при необходимости, в трех пространственных измерениях относительно устройства, генерирующего, поляризующего и сканирующего лазерный луч 7, в результате чего последний способен обрабатывать поверхность листа 1 вдоль новой линии в поле обработки проиллюстрированного устройства. Но перед этой обработкой по указанной новой линии, согласно изобретению, должны быть изменены установочные параметры устройства 10 оптической поляризации лазерного луча 7, чтобы поляризация лазерного луча 7 отличалась от его предыдущей поляризации, при обработке предыдущей линии.In the example shown, the
По меньшей мере два разных угла поляризации и предпочтительно по меньшей мере три угла могут быть получены с помощью оптического поляризационного устройства 10, и они чередуются, предпочтительно, но не обязательно, периодически при каждой смене линии. Периодичность поляризационного рисунка не является существенной; как уже упоминалось, достаточно, чтобы углы поляризации для двух соседних линий 14, 15, 16 были разными, предпочтительно, по меньшей мере, на 20° и не более чем на 90°. Однако периодичность рисунка, например, как показано с углами поляризации, которые повторяются через каждые три линии 14, 15, 16, является предпочтительной, поскольку периодическое программирование изменения поляризации проще, чем случайное программирование, в частности, поскольку две линии 14, 15, 16, принадлежащие двум разным полям, но лежащие на продолжении друг друга, должны иметь одинаковую ориентацию волн.At least two different polarization angles, and preferably at least three angles, can be obtained with the
Последовательность случайных поляризаций в заданном оптическом поле, предпочтительно с соблюдением вышеупомянутой минимальной угловой разницы в 20° и вышеупомянутой максимальной угловой разности в 90°, была бы приемлемой, в частности, если бы оборудование должно было использоваться для обработки относительно узких листов, для этой цели требуется только одно поле, при этом не возникает вопрос об идентичности поляризации на двух линиях, расположенных на продолжении друг друга и генерируемых в двух смежных полях.A sequence of random polarizations in a given optical field, preferably respecting the aforementioned minimum angular difference of 20° and the aforementioned maximum angular difference of 90°, would be acceptable, in particular if the equipment were to be used to process relatively narrow sheets, for which purpose only one field, while the question of the identity of the polarization on two lines, located on the continuation of each other and generated in two adjacent fields, does not arise.
Всё устройство для обработки листа 1, чаще всего, содержит множество модульных устройств, таких, как только что описанные, размещенных таким образом, что они обращены к листу 1, при этом они размещены рядом таким образом, что их соответствующие поля обработки, то есть оптические поля фокусирующих систем 12 сканеров 11 слегка перекрывают друг друга. Это перекрытие обычно примерно в два раза превышает размер импульса, плюс неопределенность положения, связанная с периодом подачи импульса лазера и скоростью сканирования лазера вдоль быстрой оси. Экспериментально необходимо проверить, что этого перекрытия достаточно для гарантии того, что в конце операции на листе не останется необработанных областей. Кроме того, линии, генерируемые каждым из этих полей, должны быть непрерывными друг с другом, а настройки модульных устройств должны быть идентичными, в частности, с точки зрения формы, размера, мощности и угла поляризации в момент времени t их соответствующих лазерных лучей 7, в результате чего обработка является однородной по всей линии в ширину листа 1, и выполняется таким образом, чтобы чередование углов поляризации лазерного луча 7 между двумя последовательными линиями было одинаковым по всей ширине листа.The entire device for processing
Средства управления этими единичными устройствами чаще всего являются общими для всех модульных устройств, в результате чего они работают в полной синхронизации друг с другом. Они также управляют перемещениями опоры 13 листа 1.The controls of these single devices are most often common to all modular devices, as a result of which they work in complete synchronization with each other. They also control the movements of the
Конечно, подвижная опора 13 может быть заменена неподвижной опорой, и относительное перемещение листа 1 и модульных устройств для обработки можно гарантировать посредством размещения их на подвижной опоре. Оба варианта также могут быть объединены в том, что устройство согласно изобретению, будет содержать как подвижную опору 13 для листа 1, так и другую подвижную опору для модульных устройств обработки, причем либо одно из двух, возможно, приводится в действие, либо оба одновременно с помощью устройства управления, по желанию пользователя.Of course, the
Число M, таким образом, соответствует количеству различных ориентаций, которые нужно придать волнам, обеспечивая расстояние между линиями в M раз большее, чем при традиционной обработке, и смещая линии на обычное (традиционное) расстояние между каждой реализацией поля. На фиг. 3 показан пример результата такого создания ориентаций с M = 3.The number M thus corresponds to the number of different orientations to be given to the waves, providing a distance between lines M times greater than in traditional processing, and shifting the lines by the usual (traditional) distance between each realization of the field. In FIG. 3 shows an example of the result of such creation of orientations with M = 3.
На поверхности листа 1 наблюдается периодическая последовательность линий 14, 15, 16, образованная двумя устройствами, соответствующими изобретению, что позволило создать этот периодический рисунок из трех видов линий 14, 15, 16 на двух смежных оптических полях 17, 18, при этом линии 14, 15, 16 данного поля лежат на продолжении линий 14, 15, 16 смежного оптического поля.On the surface of
Линии 14, 15, 16 на рисунке отличаются друг от друга эффектами различных поляризаций, которые устройство 10 поляризации применило к лазерному лучу 7 во время формирования линий.The
Как можно увидеть на части фиг. 3, показывающей увеличенный фрагмент поверхности в проиллюстрированном неограничивающем примере, поляризация лазерного излучения, формируемая во время создания первой линии 14 рисунка, приводит к ориентации волн в направлении, перпендикулярном направлению перемещения 6 листа 1 относительно устройства для лазерной обработки. Затем для создания второй линии 15 рисунка поляризация лазерного луча 7 была изменена, для получения ориентации волн под углом 45° к ориентации волн первой линии 14. И наконец, для создания третьей линии 16 рисунка, поляризация лазерного луча 7 была изменена таким образом, чтобы получить ориентацию волн под углом 45° к ориентации волн второй линии 15, следовательно, под углом 90° к ориентации волн первой линии 14: волны третьей линии 16, таким образом, ориентированы параллельно направлению перемещения 6 листа 1 относительно устройства для лазерной обработки.As can be seen in part of FIG. 3 showing an enlarged fragment of the surface in the illustrated non-limiting example, the polarization of the laser light generated during the creation of the
В зоне сочленения двух смежных полей на поверхность листа 1 подается больше энергии, чем на остальную поверхность, как и в ранее описанном предшествующем уровне техники. Однако тот факт, что в этой зоне сочленения линии 14, 15, 16 каждого оптического поля, которые встречаются в этой зоне, были созданы с одной и той же поляризацией лазерного луча 7, явно ослабляет ухудшение визуального радужного эффекта поверхности, которое могло бы возникнуть, если бы отсутствовало регулирование поляризации лазерного луча 7. Отсутствие непрерывности ориентации волн при переходе от одного оптического поля к другому будет способствовало бы увеличению видимости зоны сочленения полей на данной линии 14, 15, 16, создавая область неоднородности на поверхности. Необходимо просто позаботиться о том, чтобы линии 14, 15, 16 двух смежных полей, созданных с идентичными поляризациями, были бы выровнены по отношению друг к другу, но эти меры предосторожности относительно коллинеарности линий 14, 15, 16 смежных полей также должны были быть приняты во внимание в способах реализации предшествующего уровня техники (см. фиг. 1), и оборудование, известное для этой цели, может быть использовано в этом варианте изобретения. Необходимо только обеспечить, чтобы изменения поляризации лазерных лучей 7 устройств, относящиеся к каждому полю, выполнялись с одинаковыми значениями для сочленения линий полей.At the junction of two adjacent fields, more energy is applied to the surface of the
Использование M = 2 ориентаций с разным смещением поляризации, например, на 90°, уже достаточно для получения видимого радужного эффекта вдоль большей части направлений обзора. Однако интенсивность радужного эффекта тем не менее довольно существенно меняется при просмотре под углом 45°, и можно считать, что проблема отсутствия направленности радужного эффекта все еще не решена полностью удовлетворительным образом. Это больше не является заметным, как только M превышает значение 2, предпочтительно, если углы отличаются более чем на 20° между двумя последовательными линиями 14, 15, 16.The use of M = 2 orientations with different polarization shifts, for example by 90°, is already sufficient to obtain a visible rainbow effect along most of the viewing directions. However, the intensity of the rainbow effect still changes quite significantly when viewed at a 45° angle, and it can be considered that the problem of the lack of directionality of the rainbow effect has not yet been solved in a completely satisfactory manner. This is no longer noticeable as soon as M exceeds the
Следовательно, при выполнении обработки по меньшей мере с тремя разными углами поляризации, распределенными между 0 и 90° и предпочтительно имеющими разность поляризации не менее 20° между двумя последовательными линиями 14, 15, 16, как показал опыт, радужный эффект поверхности становится видимым во всех направлениях с одинаковой интенсивностью. Можно использовать несколько ориентаций M в количестве, превышающем 3, но при этом необходимо следить за тем, чтобы углы поляризации двух смежных линий отличались друг от друга в значительной степени, чтобы избежать анизотропности желаемого радужного эффекта.Therefore, when processing is performed with at least three different polarization angles distributed between 0 and 90° and preferably having a polarization difference of at least 20° between two
То же условие разности поляризации не менее 20° между двумя смежными точками предпочтительно должно соблюдаться в случае точечной обработки.The same condition of a polarization difference of at least 20° between two adjacent points should preferably be observed in the case of spot processing.
Однако очевидно, что распределение структуры поверхности по различным ориентациям вызывает уменьшение общей интенсивности радужного эффекта по сравнению с поверхностью, обработанной с одним направлением поляризации и рассматриваемой под оптимальным углом (под углом, поперечным к структуре). Следовательно, необходимо найти компромисс между интенсивностью визуального радужного эффекта, воспринимаемого наблюдателем, и всенаправленным характером этого радужного эффекта. Однако три направления поляризации (следовательно, периодичность трех линий этих направлений, как проиллюстрировано на фиг. 3) уже представляют указанный хороший компромисс, по меньшей мере, в большинстве случаев.However, it is obvious that the distribution of the surface structure over different orientations causes a decrease in the overall intensity of the rainbow effect compared to a surface treated with one direction of polarization and viewed at an optimal angle (at an angle transverse to the structure). Therefore, it is necessary to find a compromise between the intensity of the visual rainbow effect perceived by the observer and the omnidirectional nature of this rainbow effect. However, the three directions of polarization (hence the periodicity of the three lines of these directions, as illustrated in FIG. 3) already represent said good compromise, at least in most cases.
Если сканер позволяет проводить обработку «в точках», в соответствии с матрицей, ориентация волны может быть изменена между разными точками линии и/или между последовательными линиями. Однако по-прежнему остается важным, чтобы каждая точка формировалась только посредством накопления излучения, имеющего одну и ту же поляризацию, если энергия, введенная для образования данной точки, должна быть введена посредством нескольких проходов лазерного луча 7. Этого можно достичь путем изменения поляризации облучающего луча для каждой точки, или создавая M массивов точек, где M равно по меньшей мере 2, а предпочтительно по меньшей мере 3, каждый из которых имеет разную ориентацию волны, другими словами, каждый из которых был создана с разной поляризацией лазерного луча 7.If the scanner allows processing "in points", according to the matrix, the orientation of the wave can be changed between different points of the line and/or between successive lines. However, it still remains important that each dot is formed only by the accumulation of radiation having the same polarization if the energy input to form a given dot is to be input by several passes of the
Можно подумать о создании разницы в ориентации волн не с помощью оптических средств (поляризатора 10), а с помощью механических средств, путем изменения относительной ориентации опоры 13 листа 1 и опоры устройств лазерного сканирования, обычно путем поворота опоры 13 на угол, равный желаемой разнице в ориентации волн данной линии 14, 15, 16 по отношению к ранее выполненной линии 14, 15, 16. Но это решение было бы не идеальным. Действительно, точное создание волн будет зависеть от возможных неоднородностей поляризации лазерного луча 7, и вращение опоры 13 с необходимой скоростью и угловой точностью может создавать сложные механические проблемы, в частности, в случае промышленного оборудования, предназначенного для обращения с тяжелыми и крупными объектами. Использование и управление поляризатором 10, как правило, проще в реализации.One might think of creating a difference in wave orientation not by optical means (polarizer 10) but by mechanical means, by changing the relative orientation of the
И наконец, для получения максимально возможного однородного эффекта рекомендуется чередовать ориентации, предпочтительно периодически, на минимально возможных расстояниях. В случае линий, предпочтительно периодически чередовать одну линию каждой ориентации, имеющей ширину, равную или предпочтительно немного меньшую, чем диаметр импульса (чтобы обеспечить обработку всей поверхности листа). В случае точечной обработки предпочтительно периодически чередовать ориентации на квадратном или прямоугольном рисунке, содержащем количество пятен, равное количеству различных ориентаций, возможных для поляризации лазерных лучей 7.Finally, to obtain the greatest possible uniform effect, it is recommended to alternate the orientations, preferably periodically, at the smallest possible distances. In the case of lines, it is preferable to periodically alternate one line of each orientation having a width equal to, or preferably slightly less than, the pulse diameter (to ensure that the entire surface of the sheet is treated). In the case of spot processing, it is preferable to periodically alternate orientations in a square or rectangular pattern containing a number of spots equal to the number of different orientations possible for the polarization of
Конечно, в пределы объёма изобретения все еще будет попадать применение этого способа к листу, относительно небольшая ширина которого потребовала бы только одного сканера для выполнения структурирования всей его поверхности, в виде линий с различными поляризациями в периодическом рисунке. Основное преимущество изобретения заключается в том, что интенсивность радужного эффекта не зависит от угла обзора листа. Если кто-то хочет обрабатывать только такие узкие листы, можно сделать это с помощью оборудования, которое будет включать в себя только одно устройство, соответствующее фиг. 2.Of course, it would still fall within the scope of the invention to apply this method to a sheet whose relatively small width would require only one scanner to perform structuring of its entire surface, in the form of lines with different polarizations in a periodic pattern. The main advantage of the invention is that the intensity of the rainbow effect does not depend on the viewing angle of the sheet. If one wishes to process only such narrow sheets, one can do so with equipment which will include only one device according to FIG. 2.
Также возможно на таком же оборудовании обрабатывать как листы относительно небольшой ширины, меньшей или равной ширине поля обработки устройства, соответствующего фиг. 2, так и листы большей ширины, требующие совмещения нескольких устройств, соответствующих фиг. 2, каждое из которых действует в одном поле обработки. Для этого достаточно активировать только одно из этих устройств при обработке узкого листа. Тот факт, что способ согласно изобретению, можно использовать для листов, имеющих различную ширину, одинаковую настройку для каждого поля, взятого индивидуально, позволяет получать листы с одинаковым эффектом независимо от указанной ширины и, таким образом, обеспечивать однородность эффекта для диапазона изделий различной ширины, которые изготовитель пожелает производить.It is also possible, on the same equipment, to process as sheets a relatively small width less than or equal to the width of the processing field of the device according to FIG. 2, as well as sheets of greater width, requiring the combination of several devices corresponding to FIG. 2, each of which operates in one processing field. To do this, it is enough to activate only one of these devices when processing a narrow sheet. The fact that the method according to the invention can be used for sheets having different widths, the same setting for each margin taken individually, makes it possible to obtain sheets with the same effect regardless of the specified width and thus ensure a uniform effect for a range of products of different widths, which the manufacturer wishes to produce.
Возможно выполнять обработку листов 1, не имеющих идеальной плоскостности, включив в устройство обработки также средства измерения расстояния между фокусирующей системой 12 и листом 1 и связав их со средствами управления фокусирующей системой 12, чтобы последняя могла гарантировать, что диаметр импульса и плотность потока энергии лазерного луча по существу одинаковые независимо от эффективного расстояния между фокусирующей системой 12 и листом 1. Расстояние между фокусирующей системой и поверхностью металлического листа 1 также является параметром, на который можно оказывать влияние, если его можно регулировать в реальном времени с помощью соответствующих механических средств.It is possible to process
Также можно предусмотреть применение этого способа к материалам, отличным от плоских металлических листов (например, к формованным листам, стержням, трубам, деталям, обычно имеющим трехмерную поверхность), путем соответствующей адаптации средств относительного перемещения лазеров и обрабатываемой детали, и/или средств управления фокусирующим средством, если необходимо управлять различием в расстоянии между лазерным излучателем и поверхностью. Для деталей, имеющих по существу цилиндрические поверхности (например, стержней, труб круглого сечения), одним из способов обработки было бы размещение лазерных устройств на неподвижной опоре и обеспечение опоры для детали, позволяющей размещать детали с возможностью вращения таким образом, что поверхность детали перемещается в оптических полях лазеров.It can also be envisaged to apply this method to materials other than flat metal sheets (e.g. molded sheets, rods, pipes, parts generally having a three-dimensional surface) by suitably adapting the relative movement of the lasers and the workpiece and/or the focusing controls. means if it is necessary to control the difference in distance between the laser emitter and the surface. For parts having substantially cylindrical surfaces (e.g. rods, round tubes), one method of processing would be to place the laser devices on a fixed support and provide support for the part to allow the parts to be rotated so that the surface of the part moves into optical fields of lasers.
Наконец, следует напомнить, что, хотя нержавеющие стали являются материалами, к которым предпочтительно применимо изобретение, другие металлические и неметаллические материалы, на поверхности которых может быть получен радужный эффект с помощью лазерной обработки, также относятся к настоящему изобретению.Finally, it should be recalled that although stainless steels are materials to which the invention is preferably applied, other metallic and non-metallic materials on which a rainbow effect can be obtained by laser processing are also included in the present invention.
Claims (16)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2790856C1 true RU2790856C1 (en) | 2023-02-28 |
Family
ID=
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007012215A1 (en) * | 2005-07-28 | 2007-02-01 | Boegli-Gravures Sa | Method and device for the defined structuring of a surface with a laser unit |
| DE102005043495A1 (en) * | 2005-09-10 | 2007-03-15 | Reisse, Günter | Method and device for structuring at least one region of a solid surface uses a nano- to femto-second pulsed laser to form a grid structure with a polarized beam and relative movement to the surface |
| RU2368845C1 (en) * | 2008-02-04 | 2009-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Decorative lighting fixture |
| DE102010034085A1 (en) * | 2010-08-12 | 2012-02-16 | Giesecke & Devrient Gmbh | Embossing tools for microstructure elements |
| RU2494035C2 (en) * | 2007-09-13 | 2013-09-27 | Эдванст Трэк Энд Трэйс | Method and device for surface marking by controlled intermittent nanostructures |
| RU2567138C2 (en) * | 2009-03-30 | 2015-11-10 | Боэгли-Гравюр С.А. | Method and apparatus for structuring solid body surface coated with solid material using laser |
| 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 |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007012215A1 (en) * | 2005-07-28 | 2007-02-01 | Boegli-Gravures Sa | Method and device for the defined structuring of a surface with a laser unit |
| DE102005043495A1 (en) * | 2005-09-10 | 2007-03-15 | Reisse, Günter | Method and device for structuring at least one region of a solid surface uses a nano- to femto-second pulsed laser to form a grid structure with a polarized beam and relative movement to the surface |
| RU2494035C2 (en) * | 2007-09-13 | 2013-09-27 | Эдванст Трэк Энд Трэйс | Method and device for surface marking by controlled intermittent nanostructures |
| RU2368845C1 (en) * | 2008-02-04 | 2009-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Decorative lighting fixture |
| RU2567138C2 (en) * | 2009-03-30 | 2015-11-10 | Боэгли-Гравюр С.А. | Method and apparatus for structuring solid body surface coated with solid material using laser |
| 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 |
| DE102010034085A1 (en) * | 2010-08-12 | 2012-02-16 | Giesecke & Devrient Gmbh | Embossing tools for microstructure elements |
| US20150352664A1 (en) * | 2014-06-05 | 2015-12-10 | Nlight Photonics Corporation | Laser Patterning Skew Correction |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6022038B2 (en) | Workpiece processing method and processing apparatus using laser beam | |
| US10882143B2 (en) | System for asymmetric optical beam shaping | |
| US20220121082A1 (en) | High-Speed Dynamic Beam Shaping | |
| EP3459509B1 (en) | Ophthalmological device for treating eye tissue using a pulsed processing laser beam | |
| DE102020102077A1 (en) | Laser machining device and method for laser machining a workpiece | |
| DE102014108259A1 (en) | Device for laser material processing | |
| WO2020239846A1 (en) | Laser machining apparatus and method for simultaneously and selectively machining a plurality of machining points of a workpiece | |
| DE102020107760A1 (en) | Laser machining device and method for laser machining a workpiece | |
| RU2790856C1 (en) | Method for creation of rainbow visual effect on material surface, devices for its implementation and part obtained in such a way | |
| KR101897337B1 (en) | Method and device for laser machining a substrate with multiple deflections of a laser radiation | |
| WO2021151925A1 (en) | Laser-machining device and method for laser machining a workpiece | |
| US20220274204A1 (en) | Method For Creating An Iridescent Visual Effect On The Surface Of A Material, Devices For Carrying Out Said Method, And Part Obtained Thereby | |
| JP7366150B2 (en) | Method for producing an iridescent effect on the surface of a material and a device for carrying out the 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 | |
| EP1068923A2 (en) | Process for obtaining an intensity repartition on a working laser beam as an apparatus therefor | |
| WO2022135909A1 (en) | Device for influencing a laser beam | |
| RU2789410C1 (en) | Method for creating a rainbow effect on the surface of a material and apparatus for implementing the method | |
| KR100787236B1 (en) | Processing apparatus and mehtod of using ultrashort pulse laser | |
| JP2017148853A (en) | Optical processing device and optical processing method | |
| US20240017352A1 (en) | Apparatus and method for laser machining a workpiece | |
| JPWO2020251782A5 (en) | ||
| KR20230054453A (en) | Methods for processing materials | |
| DE102012101643A1 (en) | Electromagnetic radiation deflecting device for e.g. laser machining apparatus, for irradiating object such as workpiece, has second beam deflector that deflects turned electromagnetic radiation along second and third directions | |
| JP2018202458A (en) | Laser processing method and laser processor |