创建彩色激光标记的方法技术

一种用于准备激光标记系统(100)以在试件上创建彩色激光标记的方法(1)，包括以下步骤：a)提供一种激光标记系统(100)和包括表面层(105a)的试件(105)，其中所述激光标记系统包括预设数量的激光参数(12)；b)对由激光标记系统(100)和包括表面层(105a)的试件(105)指定的第一色域(2)进行探索，包括以下步骤：aa)创建(3)具有预设数量的设计点(11)的设计空间(10)，其中每个设计点(11)表示预设数量的激光参数(12)的组合；bb)对每个设计点(11)在试件(105)上进行(4)样品标记；cc)使用至少一个检测装置(106)测量(5)样品，并为每个设计点确定性能点(14)，其中所测量的性能点(14)限定性能空间(13)；dd)使用评估装置(107)根据预设性能标准评估(6)性能空间(13)，其中确定包括性能点子集的帕累托前沿；ee)产生(7)具有后代设计点(11a)的后代设计空间(10a)；ff)使用形成帕累托前沿的性能点子集来创建(8)第一色域(2)；其中步骤bb)至dd)被迭代(9)预设的迭代次数，其中在每一次迭代(9)中在步骤bb)中使用上一次迭代的后代设计空间(10a)，其中在每一次迭代中，测量的性能空间与上一次迭代(9)的性能空间相结合(15)，使得在步骤dd)中使用结合的性能空间(13a)。性能空间(13a)。性能空间(13a)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】创建彩色激光标记的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于准备激光标记系统以在试件上创建彩色激光标记的方法，以及一种用于在包括表面的试件上创建彩色激光标记的方法。

技术介绍

[0002]使用激光照射在表面上创建可见图案是一项快速发展的技术，在对象识别、定制和认证中有许多应用[Liu等人，2019]。激光标记是一种无耗材、染料或颜料的环保、低维护的工艺。虽然大多数是单色方法，但由于复杂的物理化学现象，某些材料在用激光处理时会表现出一系列颜色。在这些材料中，不锈钢和钛是一些最重要的工业金属。由于其具有挑战性的特性，尽管具有巨大的潜力，彩色激光标记的工业应用几乎不存在。在没有这种特性的情况下，装置的设计空间(激光参数)和性能空间(例如，标记颜色)之间的关系是未知的。这种关系太复杂，无法用基于物理的方法来捕捉[N
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nai等人，1997]。相反，当前的实践通过试错测量找到了能够产生“有趣颜色”的设计参数。然后，这些原色被用来标记简单的动机和标志。这种蛮力色域探索在激光标记高维设计空间占的比例很低，导致忽略了一些设计参数。
[0003]使用激光照射对不同基底进行着色是一个具有悠久历史的活跃研究领域[Birnbaum，1965]。有许多颜色形成机理使用不同的激光源和不同的材料；参见[Liu等人，2019]了解最近的综述。表面氧化是其中一种机理，其中热量(由激光产生)促进材料与氧的反应。氧化诱导的颜色被认为一方面来源于结构色(基于薄膜干涉)的多级、非均匀混合物[Del Pino等人，2004]，另一方面来源于传统的氧化物的颜料基颜色[Langlade等人，1998]。尽管进行了一些初步努力[Veiko等人，2013]，但由于激光标记工艺的复杂热力学，预测氧化物层的结构和成分极其困难[N
á
nai等人，1997]。即使是已知的材料成分，预测表面颜色也需要一个具有挑战性的光
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物质相互作用模型，所述模型最有可能是基于电磁仿真[Auzinger等人，2018]。
[0004]对于一些流行的金属，如不锈钢和钛，基于氧化的彩色激光标记已被广泛研究。这涵盖了一系列激光标记金属的行为，从机电[Lawrence等人，2013]到耐腐蚀性能[等人，2016]。与本专利技术进一步相关的是一类研究，集中于各种工艺参数对标记颜色的影响[Laakso等人，2009]。大多数这些工作[Adams等人，2014；Anto
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czak等人，2013，2014]都取决于对工艺参数空间进行均匀采样和标记。由于激光标记耗时耗料，这些方法无法处理设计空间的尺寸，最终忽略了大部分工艺参数。值得注意的是，一些经验颜色发现方法[Veiko等人，2016]试图找到导致相同颜色的不同激光参数。但这种颜色需要事先知道。此外，这些方法仅限于在有限范围的激光能量和有限数量的参数内的基于干涉的颜色。
[0005]制定基于多目标优化的设计问题，并通过计算帕累托前沿来解决这些问题，在计算机图形学领域是已知的。著名的例子是简化程序着色器[SitthiAmorn等人，2011]或最小化实时渲染中的功耗[Wang等人，2016]。在计算制造中，探索工艺的性能空间已经引起了最近的关注。随着3D增材技术的出现，这些努力主要集中于探索3D打印微结构的机械性能。例
如，Schumacher等人[2015]预先计算了机械超构材料族限定的微结构性能空间，以加速其异质拓扑优化。它们首先通过扰动初始设计(在设计空间中)填充性能空间，然后通过内插或逆优化填充性能空间的未填充区域。出于类似目的，Zhu等人[2017]将色域边界附近设计的离散随机扰动与连续优化相结合，通过改进现有设计进一步扩展色域。在一种更通用的方法中，Schulz等人[2018]进一步强调了探索性能色域的超曲面(或帕累托前沿)而非超体积的重要性。帕累托前沿捕捉了性能空间中的一组解，这些解折中不同的、潜在冲突的目标。尽管这些方法是灵感的重要来源，但不可能依赖其中任何一种，因为它们取决于连接设计和性能空间的闭合式、光滑特征函数。例如，Schulz等人[2018]的方法要求工艺的光滑(两次可微)正向特征，并且仅适用于连续设计参数。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种用于准备激光标记系统以在试件上创建彩色激光标记的方法，以及一种用于在包括表面的试件上创建彩色激光标记的方法，使得彩色激光标记具有高度的通用性。
[0007]根据权利要求1的方法和根据权利要求10的方法解决了所述问题。其他从属权利要求提供了优选实施例。
[0008]根据本专利技术，一种用于准备激光标记系统以在试件上再现激光标记的彩色图像的方法包括以下步骤：
[0009]a)提供激光标记系统和包括表面层的试件，其中所述激光标记系统包括预设数量的激光参数；
[0010]b)对由所述激光标记系统和所述包括表面层的试件指定的第一色域进行探索，包括以下步骤：
[0011]aa)创建具有预设数量的设计点的设计空间，其中每个设计点包括预设数量的激光参数的组合；
[0012]bb)对每个设计点在试件上进行样品标记；
[0013]cc)使用至少一个检测装置测量所述样品，并为每个设计点确定性能点，其中所测量的性能点限定性能空间；
[0014]dd)使用评估装置根据预设性能标准评估所述性能空间，其中确定包括性能点子集的帕累托前沿；
[0015]ee)产生具有后代设计点的后代设计空间；
[0016]ff)使用形成所述帕累托前沿的所述性能点子集来创建第一色域；
[0017]其中，所述步骤bb)至dd)被迭代预设的迭代次数，其中在每一次迭代中，在步骤bb)中使用上一次迭代的后代设计空间，其中在每一次迭代中，所述性能空间和所测量的性能空间结合，使得在步骤dd)中使用所述结合的性能空间。优选地，在每一次迭代中，所述设计空间与上一次迭代的设计空间结合，使得在步骤dd)、ee)和ff)中使用结合的设计空间。优选地，所述设计空间初步填充有随机选择的设计点。优选地，总体规模在50至500的范围内，更优选地在75至250的范围内。优选地，所述评估装置集成在控制激光标记系统的装置的控制单元中。优选地，所述方法由所述控制单元完全或部分地执行。优选地，所述评估装置和/或所述控制单元是计算机、处理器单元或类似装置。
[0018]所述方法提供了装置特性，所述装置特性是包括激光标记的任何颜色再现系统的先决条件。在没有将激光标记参数映射到标记颜色的解析函数的情况下，执行根据本专利技术的数据驱动方法。所述方法提供了所述工艺的黑箱模型，排除了氧化物激光诱导成分基于物理的预测。本专利技术引入了用于激光标记系统的第一系统颜色发现算法。本方法是激光标记系统的非穷尽性能空间探索。优选地，所述表面层是金属表面层。然而，本方法也可应用于由非金属材料制成的表面层或试件。本方法可应用于任何类型的激光系统和任何类型的试件。
[0019]优选地，步骤dd)涉及多目标优化。与典型的优化不同，多目本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于准备激光标记系统(100)以在试件上再现激光标记的彩色图像的方法(1)，包括以下步骤：a)提供一种激光标记系统(100)和包括表面层(105a)的试件(105)，其中所述激光标记系统包括预设数量的激光参数(12)；b)对由激光标记系统(100)和包括表面层(105a)的试件(105)指定的第一色域(2)进行探索，包括以下步骤：aa)创建(3)具有预设数量的设计点(11)的设计空间(10)，其中每个设计点(10)包括预设数量的激光参数(12)的组合；bb)对每个设计点(11)在试件(105)上进行(4)样品标记；cc)使用至少一个检测装置(106)测量(5)所述样品，并为每个设计点确定性能点(14)，其中所测量的性能点(14)限定性能空间(13)；dd)使用评估装置(107)根据预设性能标准评估(6)性能空间(13)，其中确定包括性能点子集的帕累托前沿；ee)产生(7)具有后代设计点(11a)的后代设计空间(10a)；ff)使用形成帕累托前沿的性能点子集来创建(8)第一色域(2)；其中步骤bb)至dd)被迭代(9)预设的迭代次数，其中在每一次迭代(9)中在步骤bb)中使用上一次迭代的后代设计空间(10a)，其中在每一次迭代中，所测量的性能空间与上一次迭代(9)的性能空间相结合(15)，使得在步骤dd)中使用所述结合的性能空间(13a)。2.根据权利要求1所述的方法(1)，其中激光系统(100)包括至少一个脉冲激光器(101)和至少一个扫描装置(103，104)，其中，通过所述扫描装置(103，104)，激光光斑相对于所述试件(105)是可移动的，或者通过所述扫描装置(103，104)，所述试件相对于所述激光光斑是可移动的。3.根据权利要求2所述的方法(1)，其中设计点(11，11a)包括至少一个激光参数(12)，所述激光参数选自：激光脉冲频率、激光脉冲功率、激光脉冲宽度、激光束在标记时沿着矢量相对于试件的速度、限定了表示标记样品的集群中的线的数量的线数、表示标记样品的集群中的线之间的距离、标记矢量的次数，其中设计点(11，11a)还包括激光束的参数焦距、介质气体的类型、环境温度。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(1)，其中步骤dd)中的性能标准包括色度、色调扩展、分辨率、性能空间分集、设计空间分集、颜色重复性、颜色均匀性中的至少一个。5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(1)，其中步骤dd)中的性能标准包括色度、分辨率、性能空间分集、设计空间分集中的至少一个，其中性能点(14)被投影到CIECH空间中，其中CIECH空间被分成形成色轮(16)的第一数量的圆形扇区(15)，其中，根据所述性能标准评估所述色轮(16)的每个扇区(15)内的性能点(14)，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：汉斯彼得，
申请(专利权)人：提契诺大学，
类型：发明
国别省市：