激光打标方法和激光打标系统技术方案

本发明专利技术涉及用激光在提供有激光感应区域的基板上激光打标的方法。所述激光感应区域适于在达到阈值能量水平(T)时被激活，该方法包括如下步骤：通过供能元件辐射整个激光感应区域给激光感应区域供能，并且将所述激光感应区域的一部分暴露在所述激光辐射中，其中该供能元件设置为发射集中在特定波长的辐射，并且其中辐射的结合导致能量超过所述阈值能量水平(T)，从而在组合的辐射发生部分激光感应区域被激活。本发明专利技术也涉及到激光打标系统的实施方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及激光打标方法和激光打标系统。技术背景用字母数字编号或代号、二维条码、标志、文字、图片等对诸如包装材料等基板进行打标有不同的方式。其中一种方式是用激光技术；也就是用激光和激光感应的(laser sensitive)墨、涂料或颜料。在下文中这样的技术称作“激光打标”。已公布的文件SE 0800601介绍了在具有核心纸层或纸板的包装材料上的激光打标。激光感应的墨或涂料，在下文中称作“墨”，是由激光吸收剂和成色剂混合而成的。 当暴露在激光下时，墨中的激光吸收剂吸收光子能量并且产生热量，热量使成色剂改变颜色。像包装材料这样的基板上可以设置激光感应区，即设置有这种激光感应的墨、涂料或颜料的区域，然后打标设备通过激光给包装材料的每个部位打上独特的印记或标志和 /或可以立即改变的印记。优选地，这种打标机或打标设备需要能够执行高速地且高分辨率地打印。如今的灌装机使包装材料基材以每秒1. 2米的速度运行。目前市场上出现了不同的激光打标系统。然而，这些设备速度太慢或分辨率太低。 为了在高分辨率下高速打标，激光二极管阵列似乎是最好的选择。不过，目前在市场上的激光二极管阵列是有效功率低于或在0. 5瓦左右的低能量激光。这些已经被证明是不能满足需要的。人们已经意识到在高于一米每秒的速度下这样的功率已经不足以打标了。进而，除了激光二极管阵列，激光设备还需要反光(reflection)装置，比如高速扫描器(Galvanometer scan)。这个设备也会限制打标速度和分辨率。目前，含有高速扫描器的设备不适用于在每秒1. 2米的高速度下打标。如今没有任何高能量激光二极管阵列(有效功率在0. 5瓦以上的激光)可以在市场上买到。激光二极管阵列可以变成高能激光，但是由于二极管在单片阵列中不能彼此充分靠近地安装，导致其只能提供低分辨率。另一个问题是激光的冷却装置问题。
技术实现思路
因此本专利技术的目的是提供一种在有激光感应区域的基板上进行激光打标的方法。 所述激光感应区域能用低能量激光在阈值能量水平激活。本方法提供了一种能在高速高分辨率的情况下打标的可能。本方法包括通过供能元件辐射整个激光感应区域给激光感应区域供能，并且将所述激光感应区域的一部分暴露在所述激光辐射中的步骤，其中该供能元件配置成发射集中在特定波长的辐射，并且其中组合的(combined)辐射导致能量超过所述阈值能量水平，从而使得激光感应区域在组合的辐射出现的部分被激活。本创造性方法会在权利要求2-8中进一步定义。本专利技术也涉及到激光打标系统。激光打标系统会在从属权利要求10-16中进一步定义。附图说明将参考附图对实施方式进行更详细的描述，图1是显示根据本专利技术的能量水平的示意图，并且图2是目前优选的实施方式的示意图。具体实施方式开头提到的激光感应的墨或涂料，在下文中指称“墨”，通常是由激光吸收剂和成色剂混合而成的。当暴露在激光下时，墨中的光吸收剂吸收光子能量并且产生热量，该热量激发或激活成色剂改变其颜色。通过这种方法可以在基板上打标。一些激光感应的墨是热感应型的，通过热量来激活，还有一些是波长感应型的，如果暴露在某些波长下其会被激活。在具体实施方式的说明中会用到词语“辐射”，并且应理解该词语同时包含热辐射形式的辐射和特定波长辐射形式的辐射，这取决于提供辐射的源。激活墨，也就是使墨改变颜色，需要一定数量的能量。图1中，显示了给基板的激光感应区域提供能量的基本原理。优选地，基板还包含不感应激光辐射的区域，这样激光标志可以打在基板的特定的和预定的区域上。在阈值水平T时颜色会开始发生变化。例如高速灌装机在达到大约1. 2米每秒的速度下运行包装材料基材时，就会发现用如今的低能量激光很难提供必要的能量。本专利技术中解决该问题的方法是通过供能元件辐射给激光感应区域供能 (energize)，并将所述激光感应区域暴露在激光辐射下的步骤解决的。辐射的组合导致能量通过所述阈值能量水平T，这样发生组合辐射的激光感应区域就会被激活。图1中所示的实施方式中，激光感应区域预供能至少于阈值能量水平T的能量水平。这意味着激光感应的墨“预装载”了必要能量的主要部分。然而，整个感应区域将被供能，而不仅仅是被标志的点。因此最好不要全程提供达到阈值水平T的能量，而要与该水平保持差距。预供能步骤之后，激光感应区域可暴露在辐射下以正式进行打标。因此，激光会提供至少能够超过阈值能量水平T所需额外(rest)能量，即激活激光感应区域所需的额外能量。在图1中这数量的能量由L表示。这些能量只辐照在激光感应区域中颜色需要改变的那些点上，即需要进行打标的地方。激光提供了足够超过阈值能量水平T的能量，优选足够超过该水平的程度显著以确保会发生颜色改变，并形成标志和背景之间所需的对比度。基板激光感应区域在预供能步骤吸收的能量不会存留在材料中，而是会很快消失。因此，如果预供能以后立即将基板暴露在激光下，则是有利的。运用本专利技术中的方法时，可以使用几种类型的激光以进行高速和高分辨率的打标。一种可以使用的激光类型是近红外线的，比如激光二极管阵列，纤维耦合二极管阵列， 或纤维激光。激光二极管阵列，是由数个二极管紧密结合而制成的，可以在波长为650-5500 纳米的范围内工作。进而，CO2激光可以替代使用，Nd:YAG激光也是这样。根据该方法，供能步骤是通过供能元件进行的。例如，供能可以通过以下任何源进行红外线辐射源，或激光。其他供能元件也是可以的，比如热空气或热流体。当选择供能元件时，一方面，应当优选能将能量均勻散布在激光感应区域的供能元件。另一方面，供能元件所提供的能量是可控制的，这样不会导致意外的超过阈值能量水平T。总的来说，选择供能元件应当考虑激光感应的墨的成分、将被供能的基板的结构和感应度。如果使用波长感应墨，则供能元件优选宽激光束或红外线光源。在优选的实施方式中，红外线光源可用作为供能元件。这种红外线光源可以提供狭窄频率区间的电磁辐射，其中射出能量的主要部分集中在峰值波长上。比如，商用红外线发光二极管的峰值波长为2. 6微米，这种能量根据高斯分布图(Gaussian profile)在1. 9 和3. 3微米之间。被设计为有不同的峰值波长和不同的FWHM的其他红外线光源在本
也是公知的。红外线加热是以电磁波的形式转变为热能。热源，比如石英灯，石英管或金属棒， 会通过电子震动和旋转产生电磁辐射。该源对物体发出峰值波长的辐射。该物体能吸收某些波长的辐射并且反射或重新发出其他波长的辐射。所吸收的辐射在物体内部产生热量。 这种类型的加热器的效率可超过80%。红外线加热有不同的效率，波长和反射率。这些特点将这种类型与其他加热器区分，并使这种类型的加热器中的一些在某些应用上比其他加热器更有效率。红外线加热器有用的波长范围在电磁波谱中为0. 7-10微米内并且被分为三组短波长(0. 72-1. 5微米)，中波长(1. 5-5. 6微米)和长波长(5. 6-10微米)。已发现， 短波长和中波长红外线源可以与二极管阵列激光和纤维耦合二极管激光适当组合，纤维耦合二极管激光发射的辐射的波长范围在0. 65-5. 6微米(μ m)内。激光感应的墨已经说明了。然而，应了解激光感应区域中的激光感应不需要依靠施加墨和涂料来提供。激光感应区域可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿布卡西姆·舒尔瓦茨，塞西莉亚·伯耶松，
申请(专利权)人：利乐拉瓦尔集团及财务有限公司，
类型：发明
国别省市：