[发明专利]用于可靠地镭射标记物品的方法和装置

说明书

本发明为于2010年2月11日提申的申请案第12/704,293号的部分的接续案。

技术领域

本发明是有关于以镭射处理系统对经过阳极氧化处理(anodized)之物品之镭射标记(laser marking)。特别是关于利用镭射处理系统以一种具持久性且符合商业需求的方式标记经过阳极氧化处理的物品。具体言之，其是有关于使紫外线、可见光及红外线波长激光脉冲与经过阳极氧化处理的物品之间的交互作用具备独特特征，以可靠地并可重复地在一流体存在下建立具有预定颜色及光学密度(optical density)之持久性标记。

背景技术

市面上的产品基于商业、管控、装饰或功能上的目的，常需要在其上有某种形式的标记。所需的标记特性包含一致性的外观、持久性、以及施加的容易性。外观是指可靠地并可重复地以一选定之形状、颜色及光学密度呈现一标记的能力。持久性是尽管经过标记的表面有所磨耗，仍能维持不变之质量。施加的容易性是指制做具有可编程性(programmability)的标记的材料、时间及资源上的成本。可编程性是指通过改变软件以一新的待标记图案编程标记装置，而非改变诸如筛版或屏蔽等硬件。

经过阳极氧化处理之金属物品，其质轻、坚固、易于形塑且拥有耐久的表面抛光，故在工业及商业货品上均有许多应用。阳极氧化意味多种电解钝化处理中的任何一种，其中天然氧化层被增生于诸如铝、钛(titanium)、锌、镁、铌(niobium)或钽(tantalum)的金属之上，以增进对于腐蚀或磨损的抵抗力以及获得装饰之目的。此等表面迭层事实上可以被着上或染上任何颜色，而在金属上制造出一个永久性的、不褪色的、耐久性表面。许多此等金属可以利用本发明之特色被有效益性地进行标记。此外，诸如抗腐蚀之不锈钢等金属均可以使用此方式加上标记。诸如此等的许多金属制成品均需要永久性的、清楚可见的、符合商业需求的标记。经过阳极氧化的铝是具有此需求之典型材料。以镭射处理系统产生的激光脉冲标记经过阳极氧化处理的铝可以在极低的标记成本下以可编程之方式快速地制做出耐久性的标记。

以激光脉冲使经过阳极氧化处理的铝的表面上产生颜色变化已行之多年。在P.Maja、M.Autric、P.Delaporte、P.Alloncle等人的一篇标题为Dry laser cleaning of anodized aluminum(经过阳极氧化的铝的干式镭射清洁)的论文中(COLA'99 5th International Conference on Laser Ablation(镭射烧蚀国际会议)，1999年7月19-23日，，德国，发行于Appl.Phys.A 69[Suppl.]，S343-S346(1999)，pp S43-S346)，其描述自铝的表面移除阳极氧化区，但应注意，其颜色变化是发生于镭射能量低于自表面移除阳极氧化区所需镭射能量之处。

被提出以解释金属表面之光学密度或颜色变化的机制之一是镭射诱发周期表面微结构(laser-induced periodic surface structures；LIPSS)之产生。A.Y.Vorobyev和Chunlei Guo之论文Colorizing metals with femtosecond laser pulses(利用飞秒激光脉冲对金属着色)(Applied Physics Letters(应用物理快报)92,(041914)2008,第41914-1页到第141914-3页)描述可以利用飞秒激光脉冲(femtosecond laser pulse)在铝或类铝金属上制造出的各种不同颜色。此论文描述在金属上制造出黑色或灰色标记并在金属上建立一金黄的颜色。其亦提到一些其他颜色，但不多加赘述。LIPSS是其对于在金属表面产生标记所提供的唯一说明。此外，其仅教示或提议具有65飞秒时序脉冲宽度之激光脉冲以建立所述结构。并且，其并未提及在镭射处理之前，铝质样品是否经过阳极氧化处理或者表面是否曾经过清洁。该论文亦未讨论对于氧化层的可能损伤。