TWI558578B - 用於最佳化地雷射標記物品之方法和設備 - Google Patents

Description

用於最佳化地雷射標記物品之方法和設備

本發明和雷射標記物品有關。明確地說，其和藉由下面方式來雷射標記物品有關：雷射燒蝕被塗敷至物品的塗料，其會露出位於塗料下方的該物品的表面，從而藉由該物品的外露表面和相鄰剩餘塗料之間截然不同的外觀來形成該標記。該標記還可以藉由下面方式來形成：雷射燒蝕第一塗料層或最上方塗料層用以露出位於該塗料層下方的一第二塗料層，從而藉由該外露的第二塗料和相鄰剩餘塗料之間的對比來形成該標記。雷射參數會經過選擇，以便提供均勻且為市場所希的外觀，並且避免對下方表面造成毀損，同時又保有可接受的系統生產量。

市售產品通常需要在產品上產生某種類型的標記，以達商用、調整、修飾、或功能方面的目的。標記的定義為物品表面中在視覺上和相鄰表面截然不同的連續區域(region)或場域(area)。用於標記的所希屬性包含一致的外觀、耐用性、以及容易應用。外觀所指的係可靠地且重複地讓一標記具有選定形狀及均勻顏色與光學密度的能力。耐用性為即使該標記表面有磨損仍可保持不變的品質。容易應用則係指產生一標記的材料、時間、以及資源的成本，其包含可程式化能力。可程式化能力係指藉由改變軟體而以一要被標記的新圖樣來程式化該標記裝置的能力，不同於改變硬體(例如，屏幕或遮罩)的方式。

特別感興趣的係在有塗佈或有塗繪的物品上創造標記。由金屬或各種類型塑膠製成的物品通常會以各種工業塗料來塗繪或覆蓋，以便保護並且改變該物品表面的外觀。雷射燒蝕該塗料(尤其是圖樣)用以移除該塗料並且露出位於其下方的該物品的表面係一種用以在物品上創造標記的所希方式。利用二或多層塗料來覆蓋一物品並且雷射燒蝕一第一塗料以便露出位於其下方的一第二塗料則係另一種用以創造標記的所希方式。藉由利用雷射移除一塗料以露出位於其下方的物品來標記一產品已在2008年6月26日公開的美國專利申請案第2008/0152859號中討論過，該案發明人為Masanori Nagai。此方法相依於該塗料的亮度高於該物品的表面。1992年10月29日公開的日本專利申請案第03-150842號則說明利用雷射來移除一或多個塗料層用以露出位於其下方的塗料層，該案發明人為Iwasaki Noboru。

此等引證案有一共同的情況係，為移除塗料但卻不會移除要被移除之塗料層下方的材料，要被移除之材料的雷射燒蝕臨界值必須低於其下方之材料的雷射燒蝕臨界值。雷射燒蝕臨界值係移除材料所需要的最小能量。此移除方式可能為燒蝕移除，當藉由雷射將足夠的能量置入該材料中用以讓該材料分離成電漿即可；或者，可能為熱移除，其中，該材料基本上會被熔化及蒸發；或者是兩者的組合。和燒蝕臨界值有關的係毀損臨界值。毀損臨界值係對材料的外觀造成非所希改變所需要的最小雷射能量。材料的毀損臨界值通常會低於而且有時候會遠低於燒蝕臨界值。毀損的定義為在以雷射移除最頂層之後在構成該物品的材料或下方塗料的外觀中有任何非所希的改變。

圖1所示的係用於標記一物品的示範性先前技術加工路徑(tool path)。加工路徑係指一物品上為創造該標記而曝露在雷射輻射中的多個位置的順序。此雷射輻射可能為連續波(Continuous Wave，CW)或脈衝式。於任一情況中，該雷射與光學系統都會有一雷射射束，其為該雷射(脈衝式或CW)被供能用以發出輻射時依循前進的光學路徑。圖1顯示一物品10，其塗佈著一不透明的塗料11。形狀12描繪出要被移除以便形成該標記的材料的場域。針對一雷射所佈局的加工路徑13係從移除起始點14處的材料開始。接著，該雷射射束會沿著該加工路徑13相對於該物品10來移動，用以移除材料，一直到抵達結束點16為止。此加工路徑會經過最佳化，俾便該加工路徑會被配置成用以最大化該雷射實際上用於移除材料的時間數額，不同於僅定位該雷射射束而不進行切割。圖2所示的係如圖1中所示之移除材料的結果。具有塗料21的物品20已經從標記22的場域處移除該塗料，從而露出其下方的材料24、26。於此情況中，雷射輻照度(laser irradiance)已經過選擇，以便最佳化該「T」形形狀中構成垂直部分24的部分的材料移除速率。輻照度係每單位面積中雷射能量被施加至該物品表面的速率，而測量單位為瓦/cm2。此輻照度會在該「T」形形狀26的其它部分中導致毀損或非所希的外觀，從而造成該標記之不可接受的外觀。此問題的先前技術解決方式係減緩雷射相對於該物品的移動速度或是降低輻照度，兩者都會降低生產量，因此，都不是所希的方式。

本技術所希但未被揭示過的係一種用以在要被移除的材料的燒蝕臨界值接近或低於下方材料的毀損臨界值時或者毀損臨界值因為前一次雷射處理而改變時移除材料但並不會毀損該下方材料的可靠且可重複的方法。因此，本技術需要一種用以可靠地且可重複地在有塗佈的物品上創造具有所希外觀之標記的方法，其會利用雷射移除一塗料層，但卻不會對下方材料造成毀損，同時會保有可接受的系統生產量。

本發明的觀點係利用一種雷射標記系統在有塗佈的物品上創造具有所希特性的標記。該雷射標記系統具有資料儲存體以及可控制的雷射能量密度(laser fluence)。能量密度(fluence)的定義為每單位面積中被施加的累積雷射能量，而測量單位為焦耳/cm2。本發明的觀點會先決定一和創造一標記相關聯的第一雷射能量密度，其會讓該標記在該標記的一第一部分中具有所希的特性。本發明的觀點接著會決定一和創造一標記相關聯的第二雷射能量密度，其會讓該標記在該標記的一第二部分中具有所希的特性。接著，此等能量密度會被儲存在該雷射標記系統的儲存體之中。接著，該雷射標記系統會被指示在該標記的第一部分中利用該已儲存的第一雷射能量密度並且在該標記的第二部分中利用該已儲存的第二雷射能量密度來標記該物品，從而標記該物品使其具有所希的特性。藉由燒蝕一頂端塗料層來露出一下方層(其可能係另一塗料或者係該物品的表面)而在一有塗佈物品上創造標記必須要求要被燒蝕的材料的燒蝕臨界值低於其下方材料的燒蝕臨界值。於大部分的情況中，這可藉由適當的選擇材料來安排。舉例來說，比較暗或者反射性小於下方層的最頂端塗料或漆料會吸收較多的雷射能量並且通常會在低於該下方層的能量密度臨界值處進行燒蝕。

本發明的觀點在進行標記時考量到毀損臨界值，以便創造具有所希外觀的標記。為有效地創造標記，輻照度會經過調整，以便最大化材料移除速率，但卻不會毀損下方材料。該輻照度連同該加工路徑會決定該能量密度，因為輻照度係測量能量被施加至該物品表面的速率而加工路徑則表示該雷射射束被引導至該標記上每一個點要多少時間。雷射射束的輻照度與加工路徑經過計算會在要被移除的材料的燒蝕臨界值以上並且會在下方材料的毀損臨界值以下，同時會最大化該雷射射束相對於該物品的前進速率，以便最大化生產量。難處在於，在該標記過程期間，於不同的時間處，在該標記的不同場域處，此等臨界值可能會不同。可提供商用所希外觀以及在其中一個場域中提供可接受之材料移除速率並且因而提供可接受之生產量的雷射參數可能會破壞該標記之另一場域中的下方材料。圖2所示的係利用單一輻照度及前進速率來雷射標記一物品的結果，其中，結果並不均勻而且並非為商用可接受。雖然選擇單一組雷射參數有可能造成商用所希的外觀的標記，但是，最終的材料移除速率卻不能超過該標記中所有部分的最快可接受移除速率，從而會導致令人無法接受的低生產量。本發明的觀點會決定要用來創造商用所希標記的雷射參數，其方式係相依於該標記的形狀以及所使用的雷射脈衝的特性將要被標記的場域分割成多個較小的區域並且計算每一個區域的雷射參數，用以最佳化該標記中每一個該等區域的材料移除速率。

一特殊位置處的材料的毀損臨界值不僅相依於目前被引導至該位置的雷射輻照度，還相依於曝露在雷射輻射的最近歷史。所以，僅測量雷射能量密度並無法正確地預測經過雷射處理之後的材料的外觀。這係因為該位置或鄰近位置的先前輻照度會有加熱該材料的傾向。此加熱的冷卻時間常數可能會超過雷射射束推移之間的時間，所以，當該雷射繼續推移時，該材料可能會保留前一次推移的熱量，從而會在該特殊時間處降低該特殊位置的毀損臨界值。本發明的觀點係以該標記的形狀以及要被用來燒蝕該最頂端材料的雷射脈衝的計畫性幾何形狀與時序為基礎來計算此殘餘熱。本發明的觀點會以該被算出的殘餘熱為基礎來改變雷射能量密度，用以補償因先前雷射輻照度所造成的低毀損臨界值。此變更相依於要被處理的標記的該特定區域、此區域上或附近的先前雷射輻照度、以及從該先前輻照度算起的等待時間。

本發明的觀點會控制各式各樣雷射參數，其包含雷射脈衝參數(例如，脈衝持續時間長度或脈衝重複率(pulse repetition rate))或加工路徑參數(例如，光點尺寸、雷射射束位置、或雷射射束速度)，以便提高一雷射標記系統的生產量，同時避免對下方材料造成破壞。雷射會經過選擇，而且功率、重複率、脈衝時間形狀、以及脈衝持續時間長度也會經過選擇，以便提供所希的材料移除速率。接著，該雷射照射該物品用以形成該標記的加工路徑或是位置與時間會被算出，以便提供所希的材料移除速率，同時避免對下方材料造成破壞。其中一種加工路徑計算係該物品上連續脈衝之間的分隔距離，其可藉由改變該等雷射脈衝與該物品之間的相對運動的速度而受到控制。另一種加工路徑計算係光點尺寸，其會藉由在Z軸中移動焦點用以指向該物品的表面上方或下方來控制該輻照度。進一步的加工路徑計算係計算相鄰脈衝位置列之間的分隔距離。加工路徑會經過選擇，俾便以光柵的方式在要被行經的多行之中覆蓋要被標記的場域。該要被行經的行組會被分割成多個子組並且決定每一個區域的雷射標記的熱負載。該熱負載可能係依照經驗來計算、預測、或是測量。接著，便會藉由以針對每一個子組所決定的熱負載來改變該等雷射參數以調整雷射輻照度。

本發明的觀點會控制雷射的輸出。為幫助應用本發明所選擇的加工路徑，雷射脈衝應該在該雷射標記系統的控制下非常精確地被開啟與關閉。本發明的觀點會非常精確地控制雷射輻照度，以便讓加工路徑創造出具有商用所希均勻度、顏色、組織、以及形狀的標記。一光學切換器會被用來快速地切換開啟與關閉該雷射射束，而不需要關閉與開起該雷射。本發明的觀點使用一聲光調變器(Acousto-Optic Modulator，AOM)來精確且快速地調變該射束，並且從而引導該射束用以照射該物品或是無害地行進至射束收集器(beam dump)。

本發明的觀點係藉由改造一現成的雷射微加工系統來施行，例如，位於奧勒岡州97229波特蘭市的Electro Scientific Industries,Inc.所製造的ESI ML5900型雷射微加工系統。此系統在位於奧勒岡州97229波特蘭市的Electro Scientific Industries,Inc.於2009年10月出版的「ESI維修指南ML5900(ESI Service Guide ML5900)」，之中作過詳細的說明，零件編號為178472A，而本文則以引用的方式將其完整併入。本發明的改造包含新增一電光裝置，以便以即時的方式更精確地控制雷射能量密度，並且新增用以控制能量密度變化的軟體。

本發明的另一項觀點仰賴一種紅外線(IR)相機，其會聚焦在該物品上，用以在該物品要被標記時測量該物品的溫度。該紅外線相機會偵測一要被標記的場域中從該物品之表面發出的熱並且和會調整雷射能量密度以便補償殘留在該物品中的熱的控制器交換此資訊。該IR相機會經過校正，因此，在塗敷著特殊塗料的一特殊物品中，來自該IR相機的一給定讀數便會表示要使用怎樣的能量密度來移除最頂端塗料，而不會對下方的材料造成非所希的破壞，從而創造出具有所希外觀的標記。

為利用根據本發明之目的的前述與其它觀點來達到前面的目的，如本文中已具現及廣泛說明者，本文中揭示一種在一有塗佈的物品上創造具有所希商用品質的可見標記的方法以及被調適成用以實施該方法的設備。本發明包含一種雷射處理系統，其具有一雷射、雷射光學元件、已及多個運動平台，在操作上，它們全部會被連接至一具有已儲存之預設雷射脈衝參數的控制器。和所希能量密度相關聯的已儲存雷射脈衝參數會相依於該標記中要被處理的區域被選擇，以便創造出具有商用所希特性的標記。

本發明的一實施例會利用一雷射標記系統在有塗佈的物品上創造具有所希特性的標記。該雷射標記系統具有資料儲存體以及可控制的雷射能量密度或劑量。本發明的實施例會先決定一和創造一標記相關聯的第一雷射能量密度，其會讓該標記在該標記的一第一部分中具有所希的特性。本發明的觀點接著會決定一和創造一標記相關聯的第二雷射能量密度，其會讓該標記在該標記的一第二部分中具有所希的特性。接著，此等能量密度會被儲存在該雷射標記系統的儲存體之中。接著，該雷射標記系統會被指示在該標記的第一部分中利用該已儲存的第一雷射能量密度並且在該標記的第二部分中利用該已儲存的第二雷射能量密度來標記該物品，從而標記該物品使其具有所希的特性。本發明的實施例會藉由控制各式各樣雷射參數來控制雷射能量密度，該等雷射參數包含雷射脈衝參數(例如，脈衝持續時間長度或脈衝重複率)或加工路徑參數(例如，光點尺寸、雷射射束位置、或雷射射束速度)，以便提高一雷射標記系統的生產量，同時避免對下方材料造成破壞。一般來說，雷射會經過選擇，而且功率、重複率、脈衝時間形狀、以及脈衝持續時間長度也會經過選擇，以便提供所希的材料移除速率。接著，一加工路徑會被算出，以便提供所希的材料移除速率，同時避免對下方材料造成破壞。

其中一種加工路徑計算係該物品上連續脈衝之間的分隔距離，其可藉由改變該雷射射束與該物品之間的相對運動的速度而受到控制。另一種加工路徑計算係光點尺寸，其會藉由在Z軸中移動焦點用以指向該物品的表面上方或下方來控制該輻照度。進一步的加工路徑計算係計算相鄰脈衝位置列之間的分隔距離。加工路徑會經過選擇，俾便以光柵的方式在要被行經的多行之中覆蓋要被標記的場域。該要被行經的行組會被分割成多個子組並且決定每一個區域的雷射標記的熱負載。該熱負載可能係依照經驗來計算、預測、或是測量。接著，便會藉由以針對每一個子組所決定的熱負載來改變該等雷射參數以調整雷射輻照度。

本發明的實施例會控制雷射的輸出。為幫助應用本發明所選擇的加工路徑，雷射脈衝應該在該雷射標記系統的控制下非常精確地被開啟與關閉。本發明的觀點會非常精確地控制雷射輻照度，以便讓加工路徑創造出具有商用所希均勻度、顏色、組織、以及形狀的標記。本發明的觀點使用一聲光調變器(AOM)來精確且快速地調變該射束，並且從而引導該射束用以照射該物品或是無害地行進至射束收集器。

圖3所示的係本發明之實施例所運用的一經改良的加工路徑。物品30塗佈著一塗料31，其會在一有形狀的場域32裡面被移除。雷射會沿著該加工路徑33在其起始點34處開始移除材料，並且在其移到位置點36處時會移除材料，如實線所示。在位置點36處，該雷射會被關閉，而該雷射標記系統則會以雷射射束為基準重新定位該物品，俾使得當該雷射開啟時，其便會在位置點38處開始移除材料，如虛線所示。接著，該雷射會進行切割與重新定位，直到抵達結束點40為止。以光柵掃描方式移除材料的意義為，在具有雷同長度的相鄰加工路徑行中，要被雷射加工的材料的溫度為恆定，因為雷射加工相鄰位置點之間的延遲為恆定。此假設為，該雷射射束相對於該物品的行進速率為恆定。

利用此加工路徑技術，行中的溫度上升雖然為恆定；不過，不同長度的行、不同的重新追蹤時間、或是行斷裂卻會提供不同的溫度上升並且因而可能會讓下方材料具有不同的外觀。舉例來說，雷射從起始點34處移動、移除材料一直到該運程36結束、並且接著重新定位以便開始進行下一個運程38所花費的時間會不同於其從一較長運程41的頂點處開始移除材料、移除材料一直到該運程42結束、並且重新定至下一個運程44的頂點所花費的時間。因為時間不同，當雷射開始移除材料時，位置點38處的溫度會不同於位置點44處該材料的溫度，從而導致下方材料在此等位置點處可能會具有非所希的不同外觀。

本發明的實施例藉由以要被加工的運程的長度為基礎將加工路徑分割成多個區域來解決此問題。圖4顯示的物品50塗佈著一塗料51，標記52要被雷射加工。該等運程預期會成為如圖3中所示的垂直光柵。該標記會被分割成多個區域54、56、58、60、62、64、66，它們具有大約相同長度的雷同相鄰運程。在每一個運程長度群中，雷射能量密度會經過選擇俾使得能夠以所希的速率來移除材料，同時補償因相鄰運程所造成的預期溫度上升。因此，舉例來說，區域66的能量密度會低於區域64，因為該等運程比較短而且由於運程之間時間較短的關係溫度會比較高。由於雷射/材料相互作用公差的關係，該等行會被分群。即使某一群裡面的加工運程之間的溫度可能會相差一小數額，雷同的雷射能量密度仍會對該材料有雷同的效應。於此範例中，第一區域54會在其中一雷射能量密度處被加工，接著，當移往下一個區域56進行加工時，能量密度會降低，以便為下方材料提供相同的外觀，同時保有可接受的生產量。此過程會針對每一個剩餘區域58、60、62、64、66來調整雷射能量密度之後繼續進行。圖5所示的係應用本發明的實施例在一有塗佈的物品70上創造一標記72的結果，該物品70會被塗料71覆蓋。要注意的係，在標記72中可看見的下方材料74並沒有任何毀損或不均勻外觀的跡象，其為所希的結果。

本發明的實施例會藉由控制雷射能量密度來控制材料移除速率並且因而控制下方材料的外觀。雷射能量密度會藉由控制雷射輸出能量、射束尺寸、形狀、或脈衝持續時間長度而受到控制。然而，通常比較希望控制加工路徑參數(例如，速度或行之間的間距)，以便保持最大材料移除速率。保持該下方材料之均勻外觀的其中一種簡單方式係在運程之間停止，以便在加工下一個運程之前讓該材料會完全冷卻。對樣本物品進行測試後發現，運程之間約需要10毫秒的延遲，以便讓材料充分冷卻而防止破壞。插入此延遲雖然提供均勻的外觀，但是卻會減緩該製程，令人無法接受。除了雷射脈衝參數之外，本發明的實施例還使用加工路徑參數(例如，速度、光點尺寸、以及間距)的變化來精確地且準確地控制雷射能量密度，以便在有塗佈的材料中創造出具有商用所希顏色、光學密度、均勻度、組織、以及形狀的標記。本發明的實施例使用一聲光調變器(AOM)來切換開啟與關閉該等雷射脈衝，以幫助達成準確的加工路徑幾何形狀。本發明的實施例還視情況使用一紅外線(IR)相機來偵測要被標記的物品的溫度，用以決定加工路徑。

本發明的一實施例使用一光學切換器來開啟與關閉雷射射束，但並不需要開啟與關閉雷射。本發明的一實施例運用一AOM藉由將該雷射射束從其正常路徑處以繞射方式重新引導至一射束收集器來調變該雷射射束的能量密度，雷射射束能量會在該射束收集器處無害地消散，而不會被引導至該物品表面。使用AOM係因為其能夠非常快速地調變雷射射束。快速調變對本發明的實施例有好處，因為會讓雷射標記系統快速地且準確地開啟與關閉該雷射射束，但卻不會干擾雷射本身。

圖6所示的係本發明的一實施例，其係一經過改造的ESI ML5900型雷射微加工系統80的圖式，其會被調適成用以標記物品。此改造例包含一雷射82、一AOM 84能量密度衰減器、以及一繞射式射束塑形器86。多個雷射脈衝會由雷射82射出並且會被一連串的面鏡及其它光學元件(圖中並未顯示)引導至該射束塑形器86與AOM 84，而後，則會被另外的一連串的面鏡及其它光學元件(圖中並未顯示)引導至光學頭88。該光學頭包含X、Y、以及Z運動控制元件90以及電流計方塊92。該些元件會組合用於以要被標記的物品98為基準來定位該雷射射束(圖中並未顯示)，以便在該物品98的表面上創造該標記的2維表示符。該物品98會被旋轉平台元件94固定，旋轉平台元件94會將該物品98從裝載/卸載位置轉換至一位於該光學頭88下方的位置處(圖中並未顯示)(該物品98會在該處被標記)並且接著轉換至一非必要的檢測站96(該物品98在反向轉換至該裝載/卸載站以進行卸載之前在該處接受檢測)。所有此等操作都會在控制器100的控制下進行，控制器100會協調雷射82、AOM 84、該等運動控制元件90、電流計方塊92、以及旋轉平台94的操作，用以將適當的雷射能量密度引導至該物品98上適當的位置，以便創造具有商用所希外觀的標記。

該經過改造的雷射82係由位於加州95054聖塔克拉拉市的Spectra-Physics所製造之Vanguard型號的二極體激昇Nd:YVO4固態雷射，其操作在三倍頻的355nm波長處。該雷射82會被配置成用以產出高達2.5W；不過，通常會運作在80MHz的模式鎖定脈衝重複率處，其會產出約1W的功率。本發明的實施例可以有利地使用功率為0.5瓦至100瓦，或者更佳的係，功率為0.5瓦至12瓦的雷射。其可能會使用10KHz至500MHz，或者更佳的係1MHz至100MHz的雷射重複率。雷射82會協同控制器100來產生持續時間長度約1微微秒至1,000奈秒，或者更佳的係100微微秒至100奈秒的雷射脈衝。脈衝時間與空間分佈通常為高斯分佈。運動控制元件90與電流計方塊92會組合用以提供以該物品為基準的射束定位能力。本發明的實施例在該物品上使用的雷射光點的大小範圍從5微米至500微米，或者更佳的係，落在從10微米至100微米的範圍中。該系統使用的射束速度或者雷射射束與物品之間的相對運動係在10mm/s至1m/s的範圍中，或者更佳的係，係在50mm/s至500mm/s的範圍中。間距或者相鄰雷射脈衝行之間的分隔距離的範圍可能係從1微米至250微米，或者更佳的係，係在從10微米至50微米的範圍中。

本發明的一實施例使用一繞射式射束塑形器光學元件將該雷射射束之典型的高斯空間輪廓改變為「高帽」形狀，其中，在該分佈中，雷射功率會在該雷射光點場域中被等化。這會在該典型的高斯射束輪廓中提供改良的效能，因為該高帽狀雷射能量密度在該焦點的場域中為相等，因此，材料移除以及毀損臨界值在整個光點中都會相等。利用高斯輪廓，假設燒蝕臨界值在該輪廓中的某個點處被超越的話，那麼，在該燒蝕臨界值場域裡面的焦點場域將會超越該燒蝕臨界值，從而可能會造成破壞，同時該焦點中落在燒蝕臨界值外面的場域將不會移除材料。在微加工中使用繞射式光學元件已經在2002年8月13日頒發的美國專利案第6,433,301號中揭示過，該案發明人為Corey M. Dunsky、Xinbing Liu、Nicholas J. Croglio、Ho W. Lo、Bryan C. Gundrum、以及Hisashi Matsumoto，該案已經受讓給本發明之受讓人而且本文以引用的方式將其完整併入。

圖7中所示之本發明的一實施例在一雷射標記系統中加入即時回授調適，以便讓該經過調適的系統在該物品要被標記時從該物品處即時獲得IR資訊以事先計算雷射能量密度而創造出具有商用所希外觀的標記。在圖7中所示的實施例中，一雷射120會發出雷射射束122，其會被引導至一光學切換器124(在本案例中其係一AOM)，經過繞射式光學元件125並且接著前往射束操縱光學元件126，在本案例中其係一包括兩個電流計的電流計方塊，該等兩個電流計會被設成直角並且被排列成用於以物品130之表面上的可程式化X、Y圖樣來引導該雷射射束122。要被標記的物品130係被固定在運動控制平台132上，該運動控制平台132會協同射束操縱光學元件126以物品130之表面上的可程式化圖樣來引導該雷射射束122。一紅外線(IR)感測器128會被調適成用以在該物品130被雷射射束122標記時感測該物品130的表面的溫度。依此方式，該物品130的表面中要被標記之部分的溫度接著便會被該IR感測器128測量並且送往控制器134，該控制器134會計算最佳的能量密度以便以該物品130之已測量的溫度為基礎來使用並且指示該雷射120、光學切換器124、繞射式光學元件125、射束操縱光學元件126、以及運動控制平台132協同合作，以便以正確的能量密度將該雷射射束122引導至該物品130的正確位置處，用以創造具有商用所希外觀的標記。本發明之實施例可以使用的一示範性IR感測器係由位於德國耶拿市的Jenoptik所製造的IR-TCM 640型。

熟習本技術的人士便會明白，可以對本發明的上述實施例的細節進行許多改變，其並不會脫離本發明的基本原理。所以，本發明的範疇應該僅由下面的申請專利範圍來決定。

10．．．物品

11．．．不透明的塗料

12．．．形狀

13．．．加工路徑

14．．．起始點

16．．．結束點

20．．．物品

21．．．塗料

22．．．標記

24．．．T字型的垂直部份

26．．．T字型的其他部分

30．．．物品

31．．．塗料

32．．．有形狀的場域

33．．．加工路徑

34．．．起始點

36．．．運程

38．．．運程

40．．．結束點

41．．．運程

42．．．運程

44．．．運程

50．．．物品

51．．．塗料

52．．．標記

54．．．區域

56．．．區域

58．．．區域

60．．．區域

62．．．區域

64．．．區域

66．．．區域

70．．．物品

71．．．塗料

72．．．標記

74．．．下方材料

80．．．雷射微加工系統

82．．．雷射

84．．．AOM

86．．．繞射式射束塑形器

88．．．光學頭

90．．．運動控制元件

92．．．電流計方塊

94．．．旋轉平台元件

96．．．檢測站

98．．．物品

100．．．控制器

120．．．雷射

122．．．雷射射束

124．．．光學切換器

125．．．繞射式光學元件

126．．．射束操縱光學元件

128．．．紅外線(IR)感測器

130．．．物品

132．．．運動控制平台

134．．．控制器

圖1所示的係先前技術標記方式。

圖2所示的係先前技術標記。

圖3所示的標記顯示出經過計算的能量密度場域。

圖4所示的係經過改造的雷射標記系統。

圖5所示的係經過改造的雷射標記系統。

圖6所示的係經過改造的雷射標記系統。

圖7所示的係經過改造的雷射標記系統。

30．．．物品

31．．．塗料

32．．．有形狀的場域

33．．．加工路徑

34．．．起始點

36．．．運程

38．．．運程

40．．．結束點

41．．．運程

42．．．運程

44．．．運程

Claims (24)

1. 一種在樣品上創造具有所希特性之雷射標記的方法，其包括：提供一雷射標記系統，其經建構以根據包含能量密度的至少一個可控制的參數而導引一雷射射束至一樣品上；在一第一時段期間，控制該雷射標記系統以導引該雷射射束至該樣品的一第一部分上以標記該樣品的該第一部分，其藉由相關於產生該標記的一第一雷射能量密度的施加，並且產生熱在相鄰於該第一部分的該樣品的一第二部分中；以及在一第二時段期間，其中該第二部分至少部分地保有在該第一時段期間所產生的熱，控制該雷射標記系統以調整該至少一個可控制的參數並且導引該雷射射束至該樣品的該第二部分上以標記該樣品的該第二部分，其藉由相關於產生具有該所希特性之該標記的一第二雷射能量密度的施加，其中該第二雷射能量密度是不同於該第一雷射能量密度。
2. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，該樣品塗佈著第一層與第二層塗敷塗料，該方法進一步包括：移除該第一層但卻不會破壞該第二層以產生該雷射標記。
3. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，該等雷射能量密度範圍從1.0×10^-6焦耳/cm²至1.0焦耳/cm²。
4. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，該雷射標記的 該第一和第二部分具有一致的外觀，包括均勻顏色與光學密度。
5. 如申請專利範圍第4項的方法，其中，該至少一個可控制的雷射參數包含脈衝持續時間、脈衝重複率、光點尺寸及/或雷射射束速度。
6. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，在該第一和第二時段期間之前，該方法進一步包含：決定與創造該標記相關聯的第一雷射能量密度，其會讓該標記在該標記的一第一部分中具有該等所希的特性，其中該等所希的特性包含商用所希顏色、光學密度、均勻度、組織、以及形狀；決定與創造該標記相關聯的第二雷射能量密度，其會讓該標記在該標記的一第二部分中具有該等所希的特性；將該等第一雷射能量密度與第二雷射能量密度儲存在該雷射標記系統之中；使用該已儲存的第一雷射能量密度來產生該雷射標記的該第一部分；以及使用該已儲存的第二雷射能量密度來產生該雷射標記的該第二部分。
7. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，該樣品包含要從該第一及第二部分被移除的材料，其被移除以產生該雷射標記，其中該材料具有一燒蝕臨界值，其中該樣品包含一下方材料，該下方材料具有一毀損臨界值，其中該雷射射束具有一輻照度並且被導引沿著一加工路徑，其中該雷 射射束以一行進速率而被導引沿著該加工路徑，其中該雷射射束的該輻照度和該加工路徑是被計算以高於該燒蝕臨界值並且低於該毀損臨界值，同時最大化相關於該樣品的該雷射射束的行進速率。
8. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，該樣品具有一要被標記的場域，其中該要被標記的場域具有一形狀並且被分割成多個小區域，其中多個雷射參數被計算以優化對於每個該些小區域的材料移除率。
9. 如申請專利範圍第1項的方法，其中，該樣品具有一要被標記的場域；其中，該樣品包含要從該第一及第二部分被移除的材料，其被移除以產生該雷射標記，其中該材料具有一燒蝕臨界值；其中該樣品包含一下方材料，該下方材料具有一毀損臨界值；其中該雷射標記系統運用雷射、雷射功率、脈衝重複率、脈衝時間形狀以及脈衝持續時間，這些被選擇以提供所希的材料移除率；其中一加工路徑或該雷射射束被用以照射該樣品以產生雷射標記的位置以及次數是被計算以提供所希的材料移除率，同時避免毀損該下方材料；其中用於該要被移除的場域的加工路徑被分割成多個小區域；其中該雷射標記的該熱負載是針對該些小區域的每一者而被決定；並且其中雷射參數是根據針對該些小區域的每一者而被決定該熱負載而被調整以優化對於該些小區域的每一者的材料移除率。
10. 如申請專利範圍第9項的方法，其中該加工路徑計算包含下列一者或多者：在該樣品上的連續脈衝位置之間的 脈衝間距，其係藉由改變該雷射射束和樣品之間的相對移動速率而控制；光點尺寸，其係藉由焦點Z軸相對於該樣品的一表面的偏移而被控制；以及在鄰近脈衝位置列之間的列間距。
11. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該雷射標記系統具有一紅外線感測器，該方法進一步包括：利用該紅外線感測器來測量該樣品的一部分的溫度；根據所測量到的該樣品的該部分的溫度來決定與創造該標記相關聯的雷射能量密度，其會讓該標記在該標記的該部分中具有該等所希的特性；以及導引該雷射標記系統以標記該樣品的該部分，在該標記的該部份中是利用該已決定的雷射能量密度，從而標記該樣品使其具有該等所希的特性。
12. 一種被調適成用以標記樣品的雷射標記設備，其包括：一雷射標記系統，可操作導引一雷射射束以一可控制的雷射能量密度於一樣品上；以及一控制器，該控制器經建構以控制該雷射標記系統的操作，使得：在一第一時段期間，該雷射射束以第一雷射能量密度而被導引至該樣品的一第一部分上來標記該樣品的該第一部分並且產生熱在相鄰於該第一部分的該樣品的一第二部分中；以及在一第二時段期間，該雷射射束以不同於該第一雷 射能量密度的一第二雷射能量密度而被導引至該樣品的一第二部分上，同時該第二部分至少部分地保有在該第一時段期間所產生的熱以標記該樣品的該第二部分。
13. 如申請專利範圍第12項的設備，其中，該樣品塗佈著第一層與第二層塗敷塗料而且該標記的該等所希特性包括移除該第一層但卻不會破壞該第二層。
14. 如申請專利範圍第12項的設備，其中，該雷射能量密度範圍從1.0×10^-6焦耳/cm²至1.0焦耳/cm²。
15. 如申請專利範圍第12項的設備，其中，該雷射標記系統使用一光學切換器。
16. 如申請專利範圍第15項的設備，其中，該光學切換器係一聲光調變器。
17. 如申請專利範圍第12項的設備，其中，該雷射標記系統包含一繞射式射束塑形器。
18. 如申請專利範圍第12項的設備，其進一步包括：一雷射；一光學切換器；繞射式光學元件；運動控制平台；一紅外線感測器，其用於測量該樣品的一部分的溫度；一控制器，其用於根據所測量到的該樣品的該部分的溫度來決定與創造該雷射標記於該品的該部分上相關聯的雷射能量密度，並且用於指示該雷射標記系統利用該已決定的雷射能量密度來標記該樣品。
19. 一種用以在樣品上創造雷射標記的方法，其包括：提供一雷射標記系統，其具有可控制的雷射能量密度以及一紅外線感測器；利用該紅外線感測器來測量該樣品的一部分的溫度；決定一和創造該標記相關聯的雷射能量密度，其會讓該標記在該標記的該部分中具有該等所希的特性；以及指示該雷射標記系統在該標記的該部分中利用該已決定的雷射能量密度來標記該樣品，從而標記該樣品使其具有該等所希的特性。
20. 如申請專利範圍第19項的方法，其中，該樣品塗佈著第一層與第二層塗敷塗料而且該第一層被移除但卻不會破壞該第二層以創造該雷射標記。
21. 如申請專利範圍第19項的方法，其中，該脈衝能量密度範圍從1.0×10^-6焦耳/cm²至1.0焦耳/cm²。
22. 如申請專利範圍第19項的方法，其中，該可控制的雷射能量密度會受控於一光學切換器。
23. 如申請專利範圍第22項的方法，其中，該光學切換器係一聲光調變器。
24. 如申請專利範圍第19項的方法，其中，該雷射標記設備包含一繞射式射束塑形器。