用于度量刻度尺的激光标记的方法、设备及度量刻度尺技术

一种用于生产以不锈钢条带（１０）形式的度量刻度尺的精密标记（２８）的方法和设备。采用激光器（２１）来产生超短脉冲，这些脉冲在条带上具有这样一个通量，从而能够进行烧蚀。可以利用扫描仪（２５）使该激光扫描，并且可以控制标记（２８）的间距。该烧蚀技术所引起的热输入很小并且提高了刻度尺的精确度。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用激光照射在度量等设备上形成可读的(不必是光学可读的)精密标记、图案或其它记号的方法。本专利技术尤其但不是唯一地涉及在物体上形成标记图案、例如在用于度量目的的刻度尺上形成刻度线的方法。当使用一束激光来使材料表面或下层面形成标记时所碰到的一些主要问题在于激光相对于表面/下层面的尺寸控制，例如用以保持标记的精确间隔正确选择激光的参数，例如表面/下层面的曝光的光束通量(每单位面积的能量)持续时间；以及采用标记过程来适用于不同的用途例如能够标记平面以及弯曲表面；并且能够产生出具有不同间距长度的标记图案。除了这些问题之外，在激光照射区域处的热累积是一个问题，因为这改变了所得到的刻度尺的尺寸并且导致不精确。在薄金属例如不锈钢的度量刻度尺中的热累积尤其有问题，它会挠曲并且由于过热而变脆。以前已经想到采用激光来标记其表面来生产测量刻度尺。在US4932131中，采用现场刻度尺书写或校准技术。采用参照物来设定标记或校正在刻度尺中的任何缺陷。采用激光来读取和书写刻度尺，但是没有披露这样做的方法，并且没有提及如何克服热问题。JP5169286显示出一种获得与采用激光进行标记的测量刻度尺的行进方向垂直的标记的方法。在JP5169286中，没有对热问题进行说明，并且没有提及控制激光的发射或激光相对于刻度尺的位置的设备。已知有两种不同的用于对材料进行脉冲激光烧蚀的机构，并且已知用于确定采用哪种机构的关键因素是脉冲长度。实质上对于高于大约4皮秒的脉冲长度而言，该材料熔融，然后从表面蒸发，并且明显将热能传递到剩余材料中。对于低于大约4皮秒的脉冲长度(例如超短脉冲)而言，消除了熔融阶段，并且材料直接从固态升华成气态(根据该机构的正确理解)或者从基底以微小固体颗粒的形式喷射出。当采用超短脉冲时，传递给该材料的热量明显降低。本申请的专利技术人现在已经发现，使用超短脉冲激光来在精密度量刻度尺(即，其公差为每米几个μm)形成刻度是有利的，因为它减少了在刻度标记过程中将一个刻度相对于其它刻度进行定位时为了热效应所必须作出的任何容差，因此改善了刻度尺的准确性。根据第一方面的本专利技术提供一种制造用于度量刻度尺的精确标记的方法，采用的装置包括刻度尺基底，它要由激光器在重复的瞬间进行标记并由此形成度量刻度尺；一个可操作的激光器，从而提供用于在基底处形成刻度尺标记的光脉冲；一个位移装置，用于在基底和光入射在基底上的位置之间产生相对位移；以及控制器，用于控制相对位移和激光器。该方法以任何适当的顺序包括如下步骤操作位移机构，从而在基底和光之间产生相对位移；利用控制器控制相对位移，并操作激光器，从而在基底处产生光脉冲；其特征在于激光器在基底处产生一个通量的多个超短输出脉冲，从而通过激光烧蚀形成度量刻度尺标记。根据再一个方面的本专利技术提供一种装置，用于为度量刻度尺产生精确标记，包括刻度尺基底，它要由激光器在重复的瞬间进行标记并由此形成度量刻度尺；一个可操作的激光器，从而提供用于在基底处形成刻度尺标记的光脉冲；一个位移装置，用于在基底和光入射在基底上的位置之间产生相对位移；以及控制器，用于控制相对位移和用于操作激光器，从而在基底处产生光，其特征在于，激光器所产生的光的脉冲是在基底处的一个通量的超短脉冲，从而通过激光烧蚀形成度量刻度尺标记。根据再一个方面的本专利技术提供一种度量刻度尺，包括由激光器的光的脉冲形成有刻度尺标记的基底，其特征在于该脉冲是超短烧蚀脉冲。本专利技术进一步的改进在于选择正确的通量，以确保最有效地除去材料以及烧蚀区域的最佳表面精加工。当通量提高至材料的阈值(Fth)之上时，发生烧蚀并在低通量水平留下相对平滑的表面，当通量提高时，表面精加工的表面光结度也提高。已经确定，对于超短脉冲激光束，对于材料除去的最佳速率的通量大致是该材料的阈值通量Fth的e2倍(e是用于自然对数的基数的数学常数，大约等于2.72)。该通量水平也给出了这样的表面光洁度，它相对需要抛光的基底呈现出良好的光对比度。因此在本专利技术的优选特征中，脉冲能量大约是e2Fth。本专利技术的再一个方面提供一种标记设备，用于重复地标记物体，它包括控制器；激光器，用于在重复的瞬间提供激光输出光束；光学元件，用于照射物体以形成标记；位移装置，用于在物体和光束之间产生相对位移；位移传感器，用于检测相对位移并用于向控制器发出位移信号；以及读取器，用于确定在物体受光束照射时所产生的两个或者多个标记之间的距离，并用于向控制器发出节距信号；控制器在使用过程中响应位移和节距信号而控制激光器发出光束的重复瞬间。因此，在本专利技术的实施方案中，提供一种装置，它将空白刻度尺移动经过激光源，该激光源可以具有光束操纵部分(例如光束成形透镜和/或扫描仪)。刻度尺的移动由控制器来监测，并且由控制器给出适当的激光发射信号。通过利用设置在进行标记的那个点的下游的刻度尺读取器，控制器监测激光产生的刻度标记的节距，由控制器来进行所需的任何节距校正。优选的，本专利技术可以响应于由控制器获取的已知装置误差信息，来提前或者延迟激光器发出其光束的重复瞬间，或者改变操纵。因此，在所述实施方案中，控制器访问在装置使用过程中产生的已知可重复误差的映像，并且通过提前或者延迟激光发射的时刻和/或改变操纵(例如扫描仪路径)来补偿的那些已知误差。本专利技术的其它方面提供多种此处描述的用于照射物体的技术，从而形成所需结构的标记。优选的，这种标记过程在测量刻度尺例如长条形直尺、旋转式编码尺或具有二维的刻度尺上形成刻度标记。以下参考附图描述本专利技术的各特征，其中附图说明图1显示了本专利技术用于制造测量刻度尺的制造装置；图2更详细的显示了图1所示的装置的一部分；图3a-3e显示了用于对前面图所示的测量刻度尺进行标记的各种技术。图1显示了用于在连续柔性材料带上进行标记的制造装置，该带大约10mm宽，0.3mm厚(例如一盘材料)，被送入到该装置中。在该实施例中，所述材料是抛光的不锈钢。装置具有框架5，装置的各元件连接至该框架。带10首先横穿拉紧系统50，然后送至标记段100，再送至与第一个拉紧系统50相对的另一个拉紧系统60。两个拉紧系统在带移动经过标记段的时候，给带赋予与该带的速度无关的恒定张力。在每个拉紧系统中，配重55和65通过枢轴52和62给可移动辊51和61提供向上的力。用于驱动进给轮53和63的进给电机响应于配重55和65的降低和升高而提高或者降低旋转速度。电位计54和64控制电机的速度，并连接至枢轴52和62，从而轮的降低和升高也改变电位计的电阻。如果进给辊的速度过低，该辊51和61会落下，电位计的电阻会降低。这样做时，电阻的降低会导致进给电机提高进给轮53和63的速度，反之亦然。带的位移由标记段100来调节，图2中详细显示了该标记段100。在图2中，两个压送滚轮20和22用于输送带(带穿过段100时具有恒定的张力)。压送滚轮20以大致恒定的速度被驱动，除了可控制的电压供应之外，不需要速度调节。压送滚轮22固定或者在其上标记有两个旋转式编码环24。两个读取器26读取编码记号以给机械控制器(图1中为200)提供两个信号，从而这两个信号的平均值可以用于向控制器提供带位移值。借助于软件，使用在机械控制器200处的该平均的带位移信号来调节带标记激光器21的发射。另外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产用于度量刻度尺的精密标记的方法，它采用的设备包括：一刻度尺基底，通过激光器以重复的瞬时对它进行标记，从而形成度量刻度尺；一激光器，它可操作用来提供用于在基底处形成刻度尺标记的光脉冲；一移动装置，用于在基底和光在基底上入射的位置之间产生相对位移；以及一控制器，用于控制相对位移和激光器，该方法以任意合适的顺序包括以下步骤：操作移动机构以便在基底和光之间产生相对位移；采用控制器来控制该相对位移，并且操纵激光器以便在基底处产生出光脉冲；其特征在 于：激光器如此在基底处产生出多个具有一通量的超短输出脉冲，从而通过激光烧蚀形成度量刻度尺。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大戴维斯科特埃林，詹姆斯雷诺兹亨肖，
申请(专利权)人：瑞尼斯豪公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]