在物品上制作具有期望颜色的标记的方法技术

一种用于在物品(40)上制作具有期望颜色的标记(16)的方法，其中，所述物品(40)包括具有金属表面(5)的金属(44)，且该方法包括：提供用于发射激光束(4)的激光器(1)，所述激光束包括具有脉冲能量(25)、脉冲宽度(26)、脉冲重复频率(27)和波长(20)的激光脉冲(21)；提供扫描仪(2)，其包括用于沿第一方向(8)扫描激光束(4)的第一镜(6)和用于沿第二方向(9)扫描激光束(4)的第二镜(7)；提供透镜(3)，用于将来自激光器(1)的激光束(4)聚焦到金属表面(5)上，以形成具有光斑直径(34)和脉冲通量(36)的光斑(31)；提供控制器(11)，用于利用控制信号(12)控制扫描仪(2)；通过在使激光器(1)产生脉冲的同时以扫描速度(17)扫描扫描仪(2)，在金属表面(5)上标记由扫描间距(19)分开的多条线(15)，以形成标记(16)；和选择扫描速度(17)、脉冲重复频率(27)和光斑直径(34)，以便在扫描仪(2)的每次扫描期间提供相继光斑(31)的中心(37)之间的期望的光斑到光斑间隔(18)；该方法的特征在于：使物品(40)具有施加于金属表面(5)的标记促进层(102)，该标记促进层(5)允许激光脉冲(21)穿过标记促进层(102)并冲击金属表面(5)；选择脉冲通量(36)，使包含来自金属表面(5)的材料(36)的羽流(41)从金属表面(5)喷出；利用标记促进层(102)保留羽流(41)的至少一部分，以使羽流(41)能够标记金属表面(5)；颜色由光斑到光斑间隔(18)、扫描间距(19)、脉冲通量(36)、脉冲宽度(26)和每条线(15)被写的次数给出；和选择光斑到光斑间隔(18)、扫描间距(19)、脉冲通量(36)、脉冲宽度(26)和每条线(15)被写的次数，以形成期望颜色。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在物品上制作具有期望颜色的标记的方法
本专利技术涉及一种在物品上制作具有期望颜色的标记的方法。本专利技术特别适用于以高质量的黑色标记快速标记具有金属表面的物品，而无需使用染料、油墨或其他化学品。本专利技术还可用于在珠宝工业中使用的银、金和其它贵金属上制作黑色标记。
技术介绍
染料、油墨及其他化学品在标记商业的消费品和工业品时的使用对供应链、物流和环境产生限制。因此，不使用染料、墨水或其他化学品进行标记的工艺提供了显著的优点。激光标记也一般更多样化、可再现，并且可以提供比比如丝印这样的化学方法具有更高质量和持久性的标记。激光标记已应用于许多材料，包括金属。在消费品中非常期望且商业上非常重要的是具有在形状、质量和颜色上独特的、且与周围材料具有高颜色对比度的标记。一旦对特定材料完善起来，激光标记过程通常是可靠的，可重复的，且适合于高通量的高产量生产。阳极氧化金属的激光标记是已知的，且用于制造许多消费电子产品。阳极氧化金属具有阳极氧化层，该阳极氧化层使用电解钝化工艺形成，其中，氧化物层在金属表面上生长。阳极氧化可增加耐腐蚀性和耐磨性，且可为涂料和胶提供更好的附着力。但是，阳极氧化增加了另一处理步骤。而且，对于已经耐腐蚀的金属、例如钛，阳极氧化不是必需的。此外，阳极氧化不能应用于某些金属，例如金、银、铂和钯。美国专利No.6,777,098描述了一种用黑色标记来标记阳极氧化铝物品的方法，黑色标记出现在阳极氧化与铝之间的层中、因此与阳极氧化表面一样耐用。标记使用纳秒红外激光脉冲获得，且被描述为深灰或黑色色调，并且比阳极氧化表面的无标记部分光泽度更低。如美国专利No.8,451,873中教导的，根据美国专利No.6,777,098中所述的方法进行标记是不利的，因为(i)用纳秒范围脉冲制作商业上理想的黑色标记趋于破坏氧化层，以及(ii)抛光之后清洁铝或其他处理在工艺中增加了另一步骤，具有相应的费用，并且可能妨碍理想的表面修饰。美国专利No.8,451,873公开了一种在阳极养化样品上制作标记的方法。该方法包括提供具有可控激光脉冲参数的激光标记系统、确定与理想属性相关联的激光脉冲参数、以及引导激光标记系统使用所选择的激光脉冲参数来标记物品。这样制作的激光标记具有从透明到不透明的光学密度、白色、与周围物品不可区分的纹理。激光标记是耐久的，且阳极氧化是基本上完整的。该专利教导了使用大于1纳秒的激光脉冲制作的标记导致阳极养化裂化的明显迹象。特别是，该专利教导了，当用现有技术纳秒脉冲进行标记时，向表面施加足够的激光脉冲能量以作出深色标记对阳极养化造成损伤，使标记的外观随着观看角度而变化。该专利还教导了通过使用脉冲宽度约为10ps的脉冲来解决该问题。通过使用脉冲宽度约为10ps或更小的脉冲产生的标记不会损伤阳极养化，无论标记多深，并且标记也不会在外观上随着观看角度而变化。这种标记一般是所谓的“冷处理”，“冷处理”利用了材料中的多光子吸收效应。冷处理(比如冷消融)不依赖于热效应而产生理想的处理效果，因此若被处理区域周围引起任何热损伤则这种热损伤非常微小。冷处理依赖于飞秒激光、或者脉冲宽度达约10ps至50ps的皮秒激光。标记的颜色可以通过国际照明委员会(CIE)的比色法系统来量化。在CIE系统中，最深的颜色是黑色，亮度L*＝0，最亮白色的亮度L*＝100。中性灰色具有颜色通道a*＝b*＝0。a*的负值表示绿色，而正值表示品红色。b*的负值表示蓝色，而正值表示黄色。标记的颜色具有亮度L*＝40，品红色/绿色对手颜色a*＝5，并且黄色/蓝色对手颜色b*＝10。尽管该专利中使用的皮秒激光比飞秒激光便宜得多，但是皮秒激光用户比纳秒激光花费更昂贵，因为他们依赖于非常高级的技术和组件(例如光学脉冲压缩器)来产生非常窄的激光脉冲宽度。此外，低于约30的L*值在商业上是重要的，为此，对于成本是非常昂贵的许多商业应用来说，所使用的皮秒激光并不能足够快地写标记。有利的是不依赖于比如光学脉冲压缩和光学脉冲压缩器这样的昂贵技术或组件。在WO2015/082869中描述了一种可用于在不损伤阳极氧化的情况下用纳秒脉冲激光来激光标记阳极氧化金属表面的方法。该方法使用具有较低脉冲通量的脉冲，且将每条线写不止一次。颜色由光斑到光斑间隔、扫描间距、脉冲通量、脉冲宽度和每条线被写的次数给出。该方法包括选择光斑到光斑间隔、扫描间距、脉冲通量、脉冲宽度和每条线被写的次数的步骤，以形成期望颜色。然而，该方法不适用于非阳极氧化金属表面、比如铝、银和金的激光标记。该方法也不能在珠宝和其它产品(其中，标记的外观在商业上是重要的)中所使用的抛光金属表面上提供足够光滑且深色的标记。美国专利No.8,451,873公开了一种用于激光标记具有期望颜色的金属表面的方法。该方法包括利用具有第一脉冲通量的第一激光束在金属表面上形成至少一个第一图案，然后利用具有第二脉冲通量的第二激光束在金属表面上形成至少一个第二图案，使第二图案完全位于第一图案内，将第一脉冲通量设置为第二脉冲通量的至少五倍。颜色由第一和第二脉冲通量以及第一和第二图案中的光斑间距给出。该方法可在铜合金、比如青铜和黄铜上产生标记，其颜色如黑色、棕色、橘红色、紫色、浅棕色、灰色和橙色。然而，该方法使铜合金的表面变得粗糙，且该方法不能在裸铝、铜、银和金表面上产生彩色标记。激光标记非阳极氧化金属表面、比如钢和青铜是已知的。然而，已经证明难以在不使用化学方法(比如使用黑色氧化溶液)的情况下对比如铝、铜、金、银和其他贵金属的裸金属表面进行带色标记。需要一种在物品上产生具有期望颜色的标记的方法，以减小或避免上述问题。
技术实现思路
因此，在本专利技术的一个非限制性实施方案中，提供了一种用于在物品上制作具有期望颜色的标记的方法，其中，所述物品包括具有金属表面的金属，且该方法包括：·提供用于发射激光束的激光器，所述激光束包括具有脉冲能量、脉冲宽度、脉冲重复频率和波长的激光脉冲；·提供扫描仪，其包括用于沿第一方向扫描激光束的第一镜和用于沿第二方向扫描激光束的第二镜；·提供透镜，用于将来自激光器的激光束聚焦到金属表面上，以形成具有光斑直径和脉冲通量的光斑；·提供控制器，用于利用控制信号控制扫描仪；·通过在使激光器产生脉冲的同时扫描扫描仪，在金属表面上标记由扫描间距分开的多条线，以形成标记；和·选择扫描速度、脉冲重复频率和光斑直径，以便在扫描仪的每次扫描期间提供相继光斑的中心之间的期望的光斑到光斑间隔；该方法的特征在于：·使物品具有施加于金属表面的标记促进层，该标记促进层允许激光脉冲穿过标记促进层并冲击金属表面；·选择脉冲通量，使包含来自金属表面的材料的羽流从金属表面喷出；·利用标记促进层保留羽流的至少一部分，以使羽流能够标记金属表面；·颜色由光斑到光斑间隔、扫描间距、脉冲通量、脉冲宽度和每条线被写的次数给出；和·选择光斑到光斑间隔、扫描间距、脉冲通量、脉冲宽度和每条线被写的次数，以形成期望颜色。本专利技术的方法特别有吸引力，因为能够更快地在金属表面上制作标记，因此比迄今为止的情况更经济，而不需要阳极氧化、消耗性油墨或化学品。更重要的是，能够在裸金属表面上制作标记，比如非阳极氧化铝和钛，以及银、金、铂、钯和其他在珠宝制造中很重要的贵金属。光斑到光斑间隔可以是光斑直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在物品上制作具有期望颜色的标记的方法，其中，所述物品包括具有金属表面的金属，且该方法包括：·提供用于发射激光束的激光器，所述激光束包括具有脉冲能量、脉冲宽度、脉冲重复频率和波长的激光脉冲；·提供扫描仪，其包括用于沿第一方向扫描激光束的第一镜和用于沿第二方向扫描激光束的第二镜；·提供透镜，用于将来自激光器的激光束聚焦到金属表面上，以形成具有光斑直径和脉冲通量的光斑；·提供控制器，用于利用控制信号控制扫描仪；·通过在使激光器产生脉冲的同时扫描扫描仪，在金属表面上标记由扫描间距分开的多条线，以形成标记；和·选择扫描速度、脉冲重复频率和光斑直径，以便在扫描仪的每次扫描期间提供相继光斑的中心之间的期望的光斑到光斑间隔；该方法的特征在于：·使物品具有施加于金属表面的标记促进层，该标记促进层允许激光脉冲穿过标记促进层并冲击金属表面；·选择脉冲通量，使包含来自金属表面的材料的羽流从金属表面喷出；·利用标记促进层保留羽流的至少一部分，以使羽流能够标记金属表面；·颜色由光斑到光斑间隔、扫描间距、脉冲通量、脉冲宽度和每条线被写的次数给出；和·选择光斑到光斑间隔、扫描间距、脉冲通量、脉冲宽度和每条线被写的次数，以形成期望颜色。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.20 GB 1609086.21.一种用于在物品上制作具有期望颜色的标记的方法，其中，所述物品包括具有金属表面的金属，且该方法包括：·提供用于发射激光束的激光器，所述激光束包括具有脉冲能量、脉冲宽度、脉冲重复频率和波长的激光脉冲；·提供扫描仪，其包括用于沿第一方向扫描激光束的第一镜和用于沿第二方向扫描激光束的第二镜；·提供透镜，用于将来自激光器的激光束聚焦到金属表面上，以形成具有光斑直径和脉冲通量的光斑；·提供控制器，用于利用控制信号控制扫描仪；·通过在使激光器产生脉冲的同时扫描扫描仪，在金属表面上标记由扫描间距分开的多条线，以形成标记；和·选择扫描速度、脉冲重复频率和光斑直径，以便在扫描仪的每次扫描期间提供相继光斑的中心之间的期望的光斑到光斑间隔；该方法的特征在于：·使物品具有施加于金属表面的标记促进层，该标记促进层允许激光脉冲穿过标记促进层并冲击金属表面；·选择脉冲通量，使包含来自金属表面的材料的羽流从金属表面喷出；·利用标记促进层保留羽流的至少一部分，以使羽流能够标记金属表面；·颜色由光斑到光斑间隔、扫描间距、脉冲通量、脉冲宽度和每条线被写的次数给出；和·选择光斑到光斑间隔、扫描间距、脉冲通量、脉冲宽度和每条线被写的次数，以形成期望颜色。2.根据权利要求1所述的方法，其中，光斑到光斑间隔是光斑直径的至少十分之一。3.根据权利要求2所述的方法，其中，光斑到光斑间隔是光斑直径的至少四分之一。4.如权利要求3所述的方法，其中，光斑到光斑间隔是光斑直径的至少一半。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，光斑到光斑间隔至多等于光斑直径。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在制作标记的步骤期间将标记促进层施加到物品上。7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，在开始制作标记的步骤之前，为物品提供标记促进层。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述羽流具有反冲压力，且所述标记促进层具有与金属表面的接触，所述接触足以保持羽流的反冲压力的至少一部分。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该方法包括选择光斑到光斑间隔、扫描间距、脉冲通量、脉冲宽度和每条线被写的次数的步骤，使得标记的表面粗糙度平均Ra值小于或等于50微米。10.根据权利要求9所述的方法，其中，表面粗糙度平均Ra值小于或等于20微米。11.根据权利要求10所述的方法，其中，表面粗糙度平均Ra值小于或等于5微米。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，金属表面包括裸金属表面。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，金属表面包括附加的层。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述附加的层是金属覆层。15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述附加的层是氧化物层。16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，金属表面是非阳极氧化金属表面。17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，金属表面包括铜、铝、金、银、铂...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·M·哈里森，A·P·罗索夫斯基，
申请(专利权)人：SPI激光英国有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB