DE3402871C2 - Verfahren zum Beschriften von transparenten Bauelementen mit einem Neodym-YAG-Laser - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum Beschriften von transparenten Bauelementen mit einem YAG-Laser. Zum Beschriften des transparenten Bauelementes, das selbst den Laserstrahl nicht absorbiert, wird an die dem Laserstrahl zugekehrte Fläche des Bauelementes Metallfolie angeschmiegt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird zur Verbesserung der Anlage an dem Bauelement die Metallfolie plastisch verformt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschriften von transparenten Bauelementen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist beispielsweise aus der EU-PS 0 002 738 bekannt Bei diesem bekannten Verfahren soll ein transparentes Werkstück dadurch beschriftet werden, daß eine Materialschicht auf das plattenförmige Werkstück mittels eines Laserstrahls aufgebracht wird. Hierzu wird das Werkstück von dem Laserstrahl, beispielsweise dem Strahl eines Neodym-YAG-Lasers durchstrahlt. Auf der dem Laser gegenüberliegenden Seite ist eine Folie aus dem aufzubringenden Material angeordnet. Diese Folie wird von dem durch das Werkstück hindurchgetretenen Laserstrahl verdampft. Hierdurch lagern sich Materialteilchen in die Oberfläche des Werkstücks ein, wodurch eine Materialschicht gebildet wird.

Dieses bekannte Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 hat den Nachteil, daß das Beschriften durch einen Materialauftrag auf dem Werkstück erfolgt. Dieser Materialauftrag ist beispielsweise bei der Beschriftung von Brillengläsern mit Einschleifmarkierungen sehr störend.

Zudem ist das bekannte Verfahren bei nicht-plattenförmigen Bauteilen, beispielsweise bei transparenten Werkstücken mit optischer Wirkung, wie Brillengläsern, kaum anwendbar, da bei der Verschiebung des Laserstrahls oder des Bauteils zum Erzeugen eines Beschriftungsmusters die jeweilige optische Wirkung des Werkstücks berücksichtigt werden muß.

Verfahren anderer Gattung sind aus der DE-OS 19 59 853, der DE-AS 26 51 109 der DE-OS 31 47 385 und der DE-OS 31 45 278 bekannt.

Bei diesen Verfahren erfolgt eine Beschriftung durch die Erwärmung und den damit verbundenen Materialabtrag aufgrund der Absorption eines Laserstrahls in der Oberfläche eines zu beschriftenden Bauelements bei

direkter Bestrahlung.

Insbesondere die DE-OS 31 45 278 gibt die Lehre, zum berührungslosen Abtragen von Material von der Oberfläche eines Glasgegenstandes in jedem Falle einen CO2-Laser zu verwenden, da gerade dessen Wellenlänge von Glas absorbiert wird.

Diese Verfahren haben entweder den Nachteil, daß bei der Beschriftung von Bauelementen aus Silikatglas die Verwendung eines teuren und schlecht zu stabilisierenden CXVLasers erforderlich ist, da nur dessen Licht absorbiert wird (DE-OS 19 59 853, DE-OS 3145 278 bzw. DE-OS 31 47 385), oder daß bei Verwendung eines Neodym-YAG-Lasers nur Kunststoff-Bauteile beschriftet werden können (DE-AS 26 51 109).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Beschriften von insbesondere optischen Bauelementen aus beliebigen Materialien zu schaffen, bei dem kein Folienmaterial auf der Oberfläche des zu beschriftenden Bauelements niedergeschlagen wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Überraschenderweise zeigt sich, daß bei einer Anordnung der Folie zwischen Laser und zu beschriftendem Bauelement kein Folienmaterial auf dem Bauelement niedergeschlagen wird. Vielmehr wird das Folienmaterial durch die absorbierte Energie des Laserstrahls verdampft Die dabei entstehende Temperaturerhöhung führt zu einer starken lokalen Vernarbung der Oberfläche des Bauelements entsprechend der Bewegung des Laserstrahls auf der sich an das Bauelement anschmiegenden Metallfolie.

Diese starke lokale Vernarbung unterscheidet sich deutlich von dem Materialabtrag, wie er bei dem z. B. aus der DE-OS 31 45 278 bekannten Verfahren erzielt wird, und hat beispielsweise den Vorteil, daß die lokale Vernarbung sowohl besser erkennbar ist als auch den Brillenträger weniger stört

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den weiteren Vorteil, da3 unabhängig von dem Material des zu beschriftenden Bauelements immer mit einem Neodym-YAG-Laser gearbeitet werden kann, da die Absorption des Laserstrahls in der Folie erfolgt, und völlig gleichgültig ist, ob der Laserstrahl in dem Bauelement absorbiert wird, oder ob nicht. Damit eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise zum Beschriften von Brillengläsern sowohl aus Silikatglas wie aus Kunststoff, wie beispielsweise Diäthylenglykol-bis-allylcarbonat, Diallyldiglykolcarbonat, Polycarbonat oder Acrylglas.

Darüberhinaus hat das erfindungsgemäße Verfahren den weiteren Vorteil, daß die Verschiebung des Laserstrahls bzw. des Bauelements zum Erzeugen eines bestimmten Beschriftungsmusters unabhängig von der optischen Wirkung, der Dicke oder dem Brechungsindex des Bauelements ist, da der »Beschriftungs-Laserstrahl« nicht das optische Bauelement passiert.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran-Sprüchen angegeben.

Gemäß Anspruch 2 ist es besonders vorteilhaft, wenn die Metallfolie zur Verbesserung der Anschmiegung an das optische Bauelement plastisch verformt wird. Die Wärmeentwicklung und damit die die Strichstärke der Beschriftung bestimmende Vernarbung der Oberfläche sind so besonders gleichmäßig.

Vorteilhafte Metallfolien, wie sie in Anspruch 3 gekennzeichnet sind, bestehen aus Aluminium. Stahl oder

Kupfer ohne Trägerschicht (Kaschierung).

Die Dicke der Metallfolie liegt nach Anspruch 4 bevorzugt im Bereich zwischen 10 μΐη und 20 μπι.

Gemäß Anspruch 5 ist es von Vorteil, wenn der Laserstrahl so geführt wird, daß keine geschlossene Linienzüge entstehen, sondern Stege von etwa 1/10 mm »stehenbleiben«. Hierdurch wird aus der Folie kein Material herausgeschnitten, das an dem Bauelement anhaften könnte und später entfernt werden müßte.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, in der zeigt

F i g. 1 eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und

F i g. 2 ein vorteilhaftes Beschriftungsmuster zur Vermeidung geschlossener Linienzüge.

Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung besteht aus einem Laser 1 und einer Halterung 2 für ein zu beschriftendes Bauelement 3. Das Bauelement 3 ist mit seiner Konvexseite (im Grenzfall auch mit einer planen Seite) dem Laser 1 zugekehrt An die dem Laser 1 zugekehrte Seite des Bauelements 3 schmiegt sich eine dünne Metallfolie 4 an.

Eine nicht dargestellte Steuerung sorgt dafür, daß der Laserstrahl die Oberfläche der Folie und damit des zu beschriftenden Bauelements entsprechend dem gewünschten Beschriftungsmuster abtastet Diese Abtastung kann in an sich bekannter Weise bespielsweise durch Verschieben des Bauelements realisiert werden, so daß hierauf nicht näher eingegangen werden muß.

Der Laser 1 ist ein Neodym-YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1,06 μιη.

Bevorzugterweise erfolgt die Einstrahlung des Laserstrahls senkrecht von oben, da dann das Folienmaterial ungehindert verdampfen kann.

Bei einer Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem handelsüblichen Neodym-YAG-Laser beträgt der Arbeitsabstand typischerweise ca. 66 mm. Die Strahlle'stung ist im Impiilsbetrieb maximal 50 Watt und liegt typischerweise in der Größenordnung von weniger als 1 Watt

Bei einer Impulsfrequenz von 5 kHz ist die Schreibgeschwindigkeit 25 mm/s. Bei Verwendung einer nichtkaschierten Aluminiumfolie mit einer Dicke von 16 μπι erhält man eine Strichbreite der Beschriftung zwischen 30 und 40 μη).

Neben der aus Kostengründen vorzugsweise verwendeten Aluminiumfolie können auch aus anderen Metallen bestehende Folien, beispielsweise Kupfer oder Stahlfoiien verwendet werden. Vorzugsweise sind diese Folien nicht kaschiert.

Bei der Verwendung einer Aluminiumfolie kann eine Verbesserung des Anschmiegens dadurch erzielt werden, daß die Folie durch »Recken« über die Konvexseite des Bauelements 1 plastisch verformt wird. Stahlfolien werden dagegen im allgemeinen nur elastisch verformt

F i g. 2 zeigt eine Möglichkeit, wie Beschriftungsmuster, die eigentlich geschlossene Linienzüge erfordern würden, bevorzugterweise realisiert werden. Durch kleine Stege mit einer Dicke von mindestens 1/10 mm bis typischerweise 5/10 mm wird verhindert, daß der Laserstrahl Teile aus der Folie herausschneidet, die an dem Bauelement anhaften könnten, und in einem späteren Arbeitsgang entfernt werden müßten.

Bei dem in F i g. I dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Bauelement ein Brillenglas. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können alle bislang beispielsweise mit einem Stichel eingeritzten Markierungen (für das Einschleifen in eine Fassung, Markenzeichen etc.) erzeugt werden. Dabei ist es gleichgültig, ob das Brillenglas aus Silikatglas oder Kunststoff wie Diäthylenglykol-bis-allylcarbonat besteht In jedem Falle erhält man eine gut erkennbare Markierung mit gleichmäßiger Strichstärke, die trotzdem den Brillenträger nicht stört

Natürlich können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beliebige Bauelemente, wie Linsen etc. beschriftet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Beschriften von transparenten Bauelementen mit einem Neodym-YAG-Laser und einem plattenförmigen Element, das den die Oberfläche des Bauelements entsprechend der gewünschten Beschriftung abtastenden Laserstrahl absorbiert, dadurch gekennzeichnet, daß als plattenförmiges Element eine dünne Metallfolie eingesetzt wird, die sich an eine konvexe dem Laserstrahl zugekehrte Fläche des Bauelements aus Silikatglas oder einem Kunststoffmaterial anschmiegt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie zur Verbesserung der Anlage an das Bauelement plastisch angeformt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nicht kaschierte Metallfolien aus Aluminium, Kupfer oder Stahl eingesetzt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 — 3, dadurch gekennzeichnet, daß Metallfolien mit einer Dicke von 10 bis 20 μηι eingesetzt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -4, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Laserstrahl keine geschlossenen Linienzüge beschrieben werden.