專利名稱：用于可靠地鐳射標(biāo)記物品的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于經(jīng)過陽極氧化(anodized)之招質(zhì)物品之錯(cuò)射標(biāo)記(lasermarking)。特別是關(guān)于利用鐳射處理系統(tǒng)標(biāo)記經(jīng)過陽極氧化的鋁。尤其是，其是關(guān)于利用鐳射處理系統(tǒng)以一種具持久性且符合商業(yè)需求之方式標(biāo)記經(jīng)過陽極氧化的鋁。具體言之，其是有關(guān)于使得可見光及紅外線波長(zhǎng)的皮秒(picosecond)激光脈沖與經(jīng)過陽極氧化的鋁之間的交互作用具備獨(dú)特特征，以可靠地并可重復(fù)地建立具持久性之預(yù)定顏色及光學(xué)密度(optical density)的標(biāo)記。
背景技術(shù)：
市面上的產(chǎn)品基于商業(yè)、管控、裝飾或功能上的目的，常需要在其上有某種形式的標(biāo)記。所需 的標(biāo)記特性包含一致性的外觀、持久性以及施加的容易性。外觀是指可靠地并可重復(fù)地以一選定之形狀、顏色及光學(xué)密度呈現(xiàn)一標(biāo)記的能力。持久性是盡管經(jīng)過標(biāo)記的表面有所磨耗，仍能維持不變之質(zhì)量。施加的容易性是指制做一具有可編程性(programmability)之標(biāo)記的材料、時(shí)間及資源上的成本?？删幊绦允侵竿ㄟ^改變軟件以一新的待標(biāo)記圖案編程標(biāo)記裝置，而非改變諸如篩版或屏蔽等硬件。經(jīng)過陽極氧化的鋁，其質(zhì)輕、堅(jiān)固、易于形塑且擁有耐久的表面拋光，故在工業(yè)及商業(yè)貨品上均有許多應(yīng)用。陽極氧化意味多種電解鈍化處理中的任何一種，其中天然氧化層被增生于諸如招、鈦(titanium)、鋅、鎂、銀(niobium)或鉭(tantalum)的金屬之上，以增進(jìn)對(duì)于腐蝕或磨損的抵抗力以及獲得裝飾之目的。此等表面迭層事實(shí)上可以被著上或染上任何顏色，而在金屬上制造出一個(gè)永久性的、不褪色的、耐久性表面。許多此等金屬可以利用本發(fā)明之特色被有效益性地進(jìn)行標(biāo)記。此外，諸如抗腐蝕之不銹鋼等金屬均可以使用此方式加上標(biāo)記。諸如此等的許多金屬制成品均需要永久性的、清楚可見的、符合商業(yè)需求之標(biāo)記。經(jīng)過陽極氧化的鋁是具有此需求之典型材料。利用藉由鐳射處理系統(tǒng)產(chǎn)生的激光脈沖標(biāo)記經(jīng)過陽極氧化的鋁可以在極低的標(biāo)記成本下以可編程之方式快速地制做出耐久之
T 己 O以激光脈沖使經(jīng)過陽極氧化的鋁的表面上產(chǎn)生顏色變化已行之多年。在P.Maja、M.Autric、P.Delaporte、P.Alloncle 等人的一篇標(biāo)題為"Dry laser cleaningof anodized aluminum(經(jīng)過陽極氧化的招的干式錯(cuò)射清潔)〃的論文中(COLA’99_5thInternational Conference on Laser Ablation (儀射燒蝕國(guó)際會(huì)議)，1999 年 7 月 19-23
日，Gottingen,德國(guó)，發(fā)行于 Appl.Phys.A 69 [Suppl.]，S343-S346 (1999)，pp S43-S346),
其描述自鋁的表面移除陽極氧化區(qū)，但應(yīng)注意，其顏色變化是發(fā)生于鐳射能量低于自表面移除陽極氧化區(qū)所需鐳射能量之處。被提出以解釋金屬表面之光學(xué)密度或顏色變化的機(jī)制之一是鐳射誘發(fā)周期表面微結(jié)構(gòu)(laser-1nduced periodic surface structures ；LIPSS)之產(chǎn)生。A.Y.Vorobyev和 Chunlei Guo 之論文〃Colorizing metals with femtosecond laser pulses (利用飛秒激光脈沖對(duì)金屬著色)〃 (Applied Physics Letters (應(yīng)用物理快報(bào))92，(041914) 2008,第41914-1頁到第141914-3頁)描述可以利用飛秒激光脈沖(femtosecond laser pulse)在鋁或類鋁金屬上制造出的各種不同顏色。此論文描述在金屬上制造出黑色或灰色標(biāo)記并在金屬上建立一金黃的顏色。其亦提到一些其他顏色，但不多加贅述。LIPSS是其對(duì)于在金屬表面產(chǎn)生標(biāo)記所提供的唯一說明。此外，其僅教示或提議具有65飛秒時(shí)序脈沖寬度之激光脈沖以建立該等結(jié)構(gòu)。并且，其并未提及在鐳射處理之前，鋁質(zhì)樣品是否經(jīng)過陽極氧化處理或者表面是否曾經(jīng)過清潔。該論文亦未討論對(duì)于氧化層的可能損傷。當(dāng)論及激光脈沖持續(xù)時(shí)間(duration)之時(shí),量測(cè)脈沖持續(xù)時(shí)間的方法應(yīng)該加以定義。時(shí)序脈沖形狀可以從簡(jiǎn)單的高斯脈沖(Gaussian pulse)到更復(fù)雜的與個(gè)別作業(yè)有關(guān)之形狀。對(duì)于特定型態(tài)處理之有利的示范性非高斯激光脈沖描述于編號(hào)7，126，746的美國(guó)專利GENERATING SETS OF TAILORED LASER PULSES (產(chǎn)生經(jīng)過裁制的激光脈沖群組)之中，發(fā)明人Sun等，該專利授讓于本發(fā)明之受讓人，此處以參照之形式納入本文。該專利揭示產(chǎn)生具有時(shí)間波形(temporal profile)異于二極管激發(fā)固態(tài)(diode pumped solid state ；DPSS)鐳射所制造出的典型高斯時(shí)間波形之激光脈沖的方法及裝置。這些非高斯型態(tài)之脈沖被稱為〃經(jīng)過裁制的〃脈沖，因?yàn)槠鋾r(shí)間波形是藉由結(jié)合一個(gè)以上的脈沖以產(chǎn)生單一脈沖及/或光電式地調(diào)變脈沖而改變自典型的高斯波形。此產(chǎn)生一脈沖，其脈沖能量隨時(shí)間改變，通常包含一或多個(gè)功率峰值，其中瞬間功率在脈沖持續(xù)時(shí)間的一小部分增加至一大于脈沖平均功率之?dāng)?shù)值。此種經(jīng)過裁制的脈沖在高速率處理材料中可以有所效用，其不會(huì)在材料周遭造成碎片或者過熱的問題。問題在于利用基本上應(yīng)用于高斯脈沖的標(biāo)準(zhǔn)方法量測(cè)諸如該等復(fù)雜脈沖的持續(xù)時(shí)間可能產(chǎn)生異常的結(jié)果。高斯脈沖持續(xù)時(shí)間之量測(cè)通常是使用持續(xù)時(shí)間的半峰全幅值(full width at half maximum ；FffHM)量測(cè)。相對(duì)于此,利用積分平方法，如描述于編號(hào)6，058，739的美國(guó)專利LONG LIFE FUSED SILICA ULTRAVIOLETOPTICAL ELEMENTS(長(zhǎng)壽命熔融石英紫外線光學(xué)組件)之中的，發(fā)明人Morton等，允許復(fù)雜的時(shí)序形狀被量測(cè)并以一較具意義之方式進(jìn)行比較。在此專利之中，其利用以下公式量測(cè)脈沖持續(xù)時(shí)間
權(quán)利要求
1.一種用于在經(jīng)過陽極氧化的鋁質(zhì)樣品上建立具有預(yù)定性質(zhì)的標(biāo)記的方法，包含: 提供鐳射標(biāo)記系統(tǒng)，其具有鐳射、鐳射光學(xué)模塊、平臺(tái)以及有效連接至該鐳射及鐳射光學(xué)模塊及平臺(tái)的控制器，該鐳射發(fā)出激光脈沖，該激光脈沖在該控制器的導(dǎo)控下通過該鐳射光學(xué)模塊與該平臺(tái)協(xié)同運(yùn)作而被導(dǎo)控至該經(jīng)過陽極氧化的鋁質(zhì)物品，該鐳射標(biāo)記系統(tǒng)還具有激光脈沖參數(shù)以界定該激光脈沖與該經(jīng)過陽極氧化的鋁質(zhì)物品間的交互作用的特性； 決定與建立具有該預(yù)定性質(zhì)的該標(biāo)記相關(guān)聯(lián)的特定激光脈沖參數(shù)； 提供該特定激光脈沖參數(shù)予該控制器；以及 與該控制器、鐳射光學(xué)模塊及平臺(tái)協(xié)同運(yùn)作，控制該鐳射以產(chǎn)生具有該特定激光脈沖 參數(shù)的該激光脈沖；以及 導(dǎo)控該激光脈沖以照射至該經(jīng)過陽極氧化的鋁，從而建立具有該預(yù)定性質(zhì)的該標(biāo)記。
2.如申請(qǐng)專利范圍第I項(xiàng)的方法，其中該預(yù)定性質(zhì)包含尺寸、形狀、位置、顏色以及光學(xué)密度。
3.如申請(qǐng)專利范圍第I項(xiàng)的方法，其中該激光脈沖參數(shù)包含脈沖寬度、波長(zhǎng)、脈沖數(shù)目、脈沖時(shí)序形狀、脈沖能量密度、光斑尺寸、光斑形狀以及焦斑。
4.如申請(qǐng)專利范圍第3項(xiàng)的方法，其中該脈沖寬度的范圍是從大約I皮秒到大約1000皮秒。
5.如申請(qǐng)專利范圍第3項(xiàng)的方法，其中該波長(zhǎng)的范圍是從大約1.5微米到大約255納米。
5.如申請(qǐng)專利范圍第3項(xiàng)的方法，其中該脈沖數(shù)目的范圍是從I到大約10000個(gè)脈沖。
6.如申請(qǐng)專利范圍第3項(xiàng)的方法，其中該脈沖時(shí)序形狀是高斯型。
7.如申請(qǐng)專利范圍第3項(xiàng)的方法，其中該脈沖時(shí)序形狀是裁制型。
8.如申請(qǐng)專利范圍第3項(xiàng)的方法，其中該脈沖能量密度的范圍是從1.0xlO-6焦耳/平方厘米Joules/cm2到1.0焦耳/平方厘米。
9.如申請(qǐng)專利范圍第3項(xiàng)的方法，其中該光斑尺寸的范圍是從大約10微米到大約100微米。
10.如申請(qǐng)專利范圍第3項(xiàng)的方法，其中該光斑形狀是高斯或形塑形狀其中之一。
11.如申請(qǐng)專利范圍第3項(xiàng)的方法，其中該焦斑是聚焦于該經(jīng)過陽極氧化的鋁質(zhì)樣品的表面處、表面上方、或表面下方其中之一。
12.如申請(qǐng)專利范圍第2項(xiàng)的方法，其中該預(yù)定光學(xué)密度是等于或小于大約L*=40、a*=5及 b*=10。
13.權(quán)利要求13原文缺失
14.權(quán)利要求14原文缺失
15.如申請(qǐng)專利范圍第2項(xiàng)的方法，其中該預(yù)定顏色是黑色、透明、灰色、棕褐色tan或金黃色gold的其中之一。
16.如申請(qǐng)專利范圍第I項(xiàng)的方法，其中該標(biāo)記是通過染色以及選擇性地對(duì)該經(jīng)過陽極氧化的鋁質(zhì)物品進(jìn)行脫色而建立。
17.如申請(qǐng)專利范圍第I項(xiàng)的方法，其中該鐳射參數(shù)是被選擇以具有不同光學(xué)密度以形成影像的預(yù)定圖案在該經(jīng)過陽極氧化的鋁質(zhì)物品上產(chǎn)生多個(gè)該標(biāo)記。
18.如申請(qǐng)專利范圍第17項(xiàng)的方法，其中通過選擇性地移除光阻層以曝光陽極氧化區(qū)，并進(jìn)行染色，且選擇性地對(duì)該經(jīng)過曝光、染色的陽極氧化區(qū)進(jìn)行脫色，以將著色的該陽極氧化區(qū)施加于該影像上，從而產(chǎn)生一彩色影像。
19.一種鐳射標(biāo)記的裝置，調(diào)構(gòu)以在一經(jīng)過陽極氧化的鋁質(zhì)物品上產(chǎn)生具有預(yù)定性質(zhì)的標(biāo)記，該裝置包含: 鐳射，其用以產(chǎn)生激光脈沖； 鐳射光學(xué)模塊，其用以修改及導(dǎo)控該激光脈沖； 平臺(tái)，其用以承載并定位該經(jīng)過陽極氧化的鋁質(zhì)物品；以及 控制器，其用以存取特定激光脈沖參數(shù)并與該鐳射、鐳射光學(xué)模塊以及平臺(tái)協(xié)同運(yùn)作，依據(jù)該特定激光脈沖參數(shù)產(chǎn)生及導(dǎo)控該激光脈沖以照射至該經(jīng)過陽極氧化的鋁質(zhì)物品，從而在該經(jīng)過陽極氧化的鋁質(zhì)物品上產(chǎn)生具有該預(yù)定性質(zhì)的該標(biāo)記。
20.如申請(qǐng)專利范圍第19項(xiàng)所述的裝置，其中該預(yù)定性質(zhì)包含尺寸、形狀、位置、顏色以及光學(xué)密度。
21.如申請(qǐng)專利范圍第19項(xiàng)所述的裝置，其中該激光脈沖參數(shù)包含脈沖寬度、波長(zhǎng)、脈沖數(shù)目、脈沖時(shí)序形狀、脈沖能量密度、光斑尺寸、光斑形狀以及焦斑。
22.如申請(qǐng)專利范圍第21項(xiàng)所述的裝置，其中該脈沖寬度的范圍是從大約I皮秒到大約1000皮秒。
23.如申請(qǐng)專利范圍第21項(xiàng)所述的裝置，其中該波長(zhǎng)的范圍是從大約1.5微米到大約255納米。
24.如申請(qǐng)專利范圍第21項(xiàng)所述的裝置，其中該脈沖數(shù)目的范圍是從I到大約10000個(gè)脈沖。
25.如申請(qǐng)專利范圍第21項(xiàng)所述的裝置，其中該脈沖時(shí)序形狀是高斯型。
26.如申請(qǐng)專利范圍第21項(xiàng)所述的裝置，其中該脈沖時(shí)序形狀是裁制型。
27.如申請(qǐng)專利范圍第21項(xiàng)所述的裝置，其中該脈沖能量密度的范圍是從1.0χ10_6焦耳/平方厘米到1.0焦耳/平方厘米。
28.如申請(qǐng)專利范圍第21項(xiàng)所述的裝置，其中該光斑尺寸的范圍是從大約10微米到大約100微米。
29.如申請(qǐng)專利范圍第21項(xiàng)所述的裝置，其中該光斑形狀是高斯或形塑形狀其中之O
30.如申請(qǐng)專利范圍第21項(xiàng)所述的裝置，其中該焦斑是聚焦于該經(jīng)過陽極氧化的鋁質(zhì)樣品的表面處、表面上方或表面下方其中之一。
31.如申請(qǐng)專利范圍第20項(xiàng)所述的裝置，其中該預(yù)定光學(xué)密度是等于或小于大約L*=40、a*=5 及 b*=10
32.如申請(qǐng)專利范圍第20項(xiàng)所述的裝置，其中該預(yù)定顏色是黑色、透明、灰色、棕褐色或金黃色的其中之一。
33.如申請(qǐng)專利范圍第19項(xiàng)所述的裝置，其中該標(biāo)記是通過染色以及選擇性地對(duì)該經(jīng)過陽極氧化的鋁質(zhì)物品進(jìn)行脫色而建立。
34.如申請(qǐng)專利范圍第19項(xiàng)所述的裝置，其中該鐳射參數(shù)是被選擇以具有不同光學(xué)密度以形成影像的預(yù)定圖案在該經(jīng)過陽極氧化的鋁質(zhì)物品上產(chǎn)生該標(biāo)記。
35.如申請(qǐng)專利 范圍第34項(xiàng)所述的裝置，其中通過選擇性地移除光阻層以曝光陽極氧化區(qū)，并進(jìn)行染色，且選擇性地對(duì)該經(jīng)過曝光、染色的陽極氧化區(qū)進(jìn)行脫色，以將著色的該陽極氧化區(qū)施加于 該影像上，從而產(chǎn)生一彩色影像。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于在經(jīng)過陽極氧化的鋁質(zhì)樣品上建立顏色及光學(xué)密度可選擇的可看見標(biāo)記的方法及裝置。該方法包含提供鐳射標(biāo)記系統(tǒng)，其具有鐳射、鐳射光學(xué)模塊以及有效連接至該鐳射以控制激光脈沖參數(shù)的控制器以及具有儲(chǔ)存激光脈沖參數(shù)的控制器；選擇關(guān)聯(lián)預(yù)定顏色及光學(xué)密度的儲(chǔ)存激光脈沖參數(shù)；導(dǎo)控該鐳射標(biāo)記系統(tǒng)以產(chǎn)生具有關(guān)聯(lián)預(yù)定顏色及光學(xué)密度的激光脈沖參數(shù)的激光脈沖，其包含大于大約1且小于大約1000皮秒的時(shí)序脈沖寬度以照射至該經(jīng)過陽極氧化的鋁。
文檔編號(hào)G06K9/18GK103228399SQ201180009146
公開日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月10日
發(fā)明者張海濱, 格蘭·西門森, 羅伯特·漢希, 大衛(wèi)·巴席克, 杰弗瑞·豪爾頓, 韋恩·克羅堤爾, 派崔克·李?yuàn)W納德 申請(qǐng)人:伊雷克托科學(xué)工業(yè)股份有限公司