在物品上制作具有期望颜色的标记的方法与流程

本发明涉及一种在物品上制作具有期望颜色的标记的方法。本发明特别适用于以高质量的黑色标记快速标记具有金属表面的物品，而无需使用染料、油墨或其他化学品。本发明还可用于在珠宝工业中使用的银、金和其它贵金属上制作黑色标记。

背景技术：

染料、油墨及其他化学品在标记商业的消费品和工业品时的使用对供应链、物流和环境产生限制。因此，不使用染料、墨水或其他化学品进行标记的工艺提供了显著的优点。激光标记也一般更多样化、可再现，并且可以提供比比如丝印这样的化学方法具有更高质量和持久性的标记。

激光标记已应用于许多材料，包括金属。在消费品中非常期望且商业上非常重要的是具有在形状、质量和颜色上独特的、且与周围材料具有高颜色对比度的标记。一旦对特定材料完善起来，激光标记过程通常是可靠的，可重复的，且适合于高通量的高产量生产。

阳极氧化金属的激光标记是已知的，且用于制造许多消费电子产品。阳极氧化金属具有阳极氧化层，该阳极氧化层使用电解钝化工艺形成，其中，氧化物层在金属表面上生长。阳极氧化可增加耐腐蚀性和耐磨性，且可为涂料和胶提供更好的附着力。但是，阳极氧化增加了另一处理步骤。而且，对于已经耐腐蚀的金属、例如钛，阳极氧化不是必需的。此外，阳极氧化不能应用于某些金属，例如金、银、铂和钯。

美国专利no.6,777,098描述了一种用黑色标记来标记阳极氧化铝物品的方法，黑色标记出现在阳极氧化与铝之间的层中、因此与阳极氧化表面一样耐用。标记使用纳秒红外激光脉冲获得，且被描述为深灰或黑色色调，并且比阳极氧化表面的无标记部分光泽度更低。如美国专利no.8,451,873中教导的，根据美国专利no.6,777,098中所述的方法进行标记是不利的，因为(i)用纳秒范围脉冲制作商业上理想的黑色标记趋于破坏氧化层，以及(ii)抛光之后清洁铝或其他处理在工艺中增加了另一步骤，具有相应的费用，并且可能妨碍理想的表面修饰。

美国专利no.8,451,873公开了一种在阳极养化样品上制作标记的方法。该方法包括提供具有可控激光脉冲参数的激光标记系统、确定与理想属性相关联的激光脉冲参数、以及引导激光标记系统使用所选择的激光脉冲参数来标记物品。这样制作的激光标记具有从透明到不透明的光学密度、白色、与周围物品不可区分的纹理。激光标记是耐久的，且阳极氧化是基本上完整的。该专利教导了使用大于1纳秒的激光脉冲制作的标记导致阳极养化裂化的明显迹象。特别是，该专利教导了，当用现有技术纳秒脉冲进行标记时，向表面施加足够的激光脉冲能量以作出深色标记对阳极养化造成损伤，使标记的外观随着观看角度而变化。该专利还教导了通过使用脉冲宽度约为10ps的脉冲来解决该问题。通过使用脉冲宽度约为10ps或更小的脉冲产生的标记不会损伤阳极养化，无论标记多深，并且标记也不会在外观上随着观看角度而变化。这种标记一般是所谓的“冷处理”，“冷处理”利用了材料中的多光子吸收效应。冷处理(比如冷消融)不依赖于热效应而产生理想的处理效果，因此若被处理区域周围引起任何热损伤则这种热损伤非常微小。冷处理依赖于飞秒激光、或者脉冲宽度达约10ps至50ps的皮秒激光。标记的颜色可以通过国际照明委员会(cie)的比色法系统来量化。在cie系统中，最深的颜色是黑色，亮度l*＝0，最亮白色的亮度l*＝100。中性灰色具有颜色通道a*＝b*＝0。a*的负值表示绿色，而正值表示品红色。b*的负值表示蓝色，而正值表示黄色。标记的颜色具有亮度l*＝40，品红色/绿色对手颜色a*＝5，并且黄色/蓝色对手颜色b*＝10。尽管该专利中使用的皮秒激光比飞秒激光便宜得多，但是皮秒激光用户比纳秒激光花费更昂贵，因为他们依赖于非常高级的技术和组件(例如光学脉冲压缩器)来产生非常窄的激光脉冲宽度。此外，低于约30的l*值在商业上是重要的，为此，对于成本是非常昂贵的许多商业应用来说，所使用的皮秒激光并不能足够快地写标记。有利的是不依赖于比如光学脉冲压缩和光学脉冲压缩器这样的昂贵技术或组件。

在wo2015/082869中描述了一种可用于在不损伤阳极氧化的情况下用纳秒脉冲激光来激光标记阳极氧化金属表面的方法。该方法使用具有较低脉冲通量的脉冲，且将每条线写不止一次。颜色由光斑到光斑间隔、扫描间距、脉冲通量、脉冲宽度和每条线被写的次数给出。该方法包括选择光斑到光斑间隔、扫描间距、脉冲通量、脉冲宽度和每条线被写的次数的步骤，以形成期望颜色。然而，该方法不适用于非阳极氧化金属表面、比如铝、银和金的激光标记。该方法也不能在珠宝和其它产品(其中，标记的外观在商业上是重要的)中所使用的抛光金属表面上提供足够光滑且深色的标记。

美国专利no.8,451,873公开了一种用于激光标记具有期望颜色的金属表面的方法。该方法包括利用具有第一脉冲通量的第一激光束在金属表面上形成至少一个第一图案，然后利用具有第二脉冲通量的第二激光束在金属表面上形成至少一个第二图案，使第二图案完全位于第一图案内，将第一脉冲通量设置为第二脉冲通量的至少五倍。颜色由第一和第二脉冲通量以及第一和第二图案中的光斑间距给出。该方法可在铜合金、比如青铜和黄铜上产生标记，其颜色如黑色、棕色、橘红色、紫色、浅棕色、灰色和橙色。然而，该方法使铜合金的表面变得粗糙，且该方法不能在裸铝、铜、银和金表面上产生彩色标记。

激光标记非阳极氧化金属表面、比如钢和青铜是已知的。然而，已经证明难以在不使用化学方法(比如使用黑色氧化溶液)的情况下对比如铝、铜、金、银和其他贵金属的裸金属表面进行带色标记。

需要一种在物品上产生具有期望颜色的标记的方法，以减小或避免上述问题。

技术实现要素：

因此，在本发明的一个非限制性实施方案中，提供了一种用于在物品上制作具有期望颜色的标记的方法，其中，所述物品包括具有金属表面的金属，且该方法包括：

·提供用于发射激光束的激光器，所述激光束包括具有脉冲能量、脉冲宽度、脉冲重复频率和波长的激光脉冲；

·提供扫描仪，其包括用于沿第一方向扫描激光束的第一镜和用于沿第二方向扫描激光束的第二镜；

·提供透镜，用于将来自激光器的激光束聚焦到金属表面上，以形成具有光斑直径和脉冲通量的光斑；

·提供控制器，用于利用控制信号控制扫描仪；

·通过在使激光器产生脉冲的同时扫描扫描仪，在金属表面上标记由扫描间距分开的多条线，以形成标记；和

·选择扫描速度、脉冲重复频率和光斑直径，以便在扫描仪的每次扫描期间提供相继光斑的中心之间的期望的光斑到光斑间隔；

该方法的特征在于：

·使物品具有施加于金属表面的标记促进层，该标记促进层允许激光脉冲穿过标记促进层并冲击金属表面；

·选择脉冲通量，使包含来自金属表面的材料的羽流从金属表面喷出；

·利用标记促进层保留羽流的至少一部分，以使羽流能够标记金属表面；

·颜色由光斑到光斑间隔、扫描间距、脉冲通量、脉冲宽度和每条线被写的次数给出；和

·选择光斑到光斑间隔、扫描间距、脉冲通量、脉冲宽度和每条线被写的次数，以形成期望颜色。

本发明的方法特别有吸引力，因为能够更快地在金属表面上制作标记，因此比迄今为止的情况更经济，而不需要阳极氧化、消耗性油墨或化学品。更重要的是，能够在裸金属表面上制作标记，比如非阳极氧化铝和钛，以及银、金、铂、钯和其他在珠宝制造中很重要的贵金属。

光斑到光斑间隔可以是光斑直径的至少十分之一。光斑到光斑间隔可以是光斑直径的至少四分之一。光斑到光斑间隔可以是光斑直径的至少一半。光斑到光斑间隔可至多等于光斑直径。

在本发明的方法中，可在上述制作标记的步骤中将标记促进层施加到物品上。因此，例如，在在金属表面上标记由扫描间距分开的多条线的步骤之前，可将标记促进层施加到物品上。替代地，在本发明的方法中，可在开始上述制作标记的步骤之前，为物品提供标记促进层。因此，例如，具有标记促进层的物品可从另一制造商处购买。

将标记促进层施加到金属表面的步骤可包括将标记促进层按压、挤压、涂覆、涂漆、蒸发、粘贴、卷绕或拉伸到表面上的步骤之一。优选地，标记促进层被施加于物品上，且不是从源自该物品的材料生长的层、比如阳极氧化层。

标记促进层可与金属表面接触。可将标记促进层和金属表面以力压在一起，以产生足够的接触。

标记裸金属表面的现有技术方法使得在不使用标记促进层的情况下标记金属表面。在现有技术方法中，脉冲通量使包含来自金属表面的材料的羽流从金属表面喷出。羽流具有反冲压力，且包括来自金属表面的材料以及已经被加热并快速膨胀的气体。根据金属表面，这可产生刻在金属表面中的标记，或者由于金属表面的表面纹理变化而可见的标记。然而，现有技术方法的不利之处在于，在不使用比如油墨或染料的化学品的情况下，在比如铝、银或金的裸金属上不形成具有与金属表面不同的颜色的标记。黑色标记不能被写在铜上。包括黑色标记在内的彩色标记不能被写在铜合金(比如青铜或黄铜)上，而不使表面明显粗糙化。由于使用标记促进层，在本发明中能够克服现有技术方法的这些缺点。

更特别地，通过使标记促进层与金属表面接触，如果标记促进层与金属表面的接触足以保持羽流的反冲压力的至少一部分，则可防止羽流消散。于是，通过金属表面和标记促进层之间的接触保持羽流和反冲压力，且保留否则将被分散的材料可在金属表面上形成标记。反冲压力使来自羽流的材料标记金属表面。令人惊奇的是，可在金属表面上形成深色标记，在没有标记促进层的情况下不能产生该深色标记，且还可形成光滑的标记。重要的是，黑色标记可被写在铝、铜、银和金上。黑色标记也可被写在铜上。黑色标记也可被写在铜合金上，如黄铜或青铜上，而不会使表面粗糙化。在本发明的方法中，可按需要增加脉冲通量，以便补偿由标记促进层而对激光束造成的光学衰减。

在本发明的方法中，羽流可具有反冲压力，并且标记促进层可与金属表面接触，该接触足以保持羽流的反冲压力的至少一部分

本发明的方法可包括选择光斑到光斑间隔、扫描间距、脉冲通量、脉冲宽度和每条线被写的次数的步骤，使得标记的表面粗糙度平均ra值小于或等于50微米。表面粗糙度平均ra值可小于或等于20微米。表面粗糙度平均ra值可小于或等于5微米。在不使用油墨或化学品的情况下在光滑的裸金属表面上制作标记的能力是本发明方法的特别新颖和令人惊讶的方面。在珠宝制造中，在不显著降低裸金属表面光滑度的情况下制作标记的能力是重要的。

金属表面可包括裸金属表面。

金属表面可包括附加的层。为清楚起见，该附加的层不是标记促进层。该层可以是金属覆层。电子元件通常覆有金。该附加的层可包括氧化物层。比如“裸铝”的金属在其表面上具有薄的氧化物层。

金属表面可包括非阳极氧化金属表面。

金属表面可包括铜、铝、金、银、铂、钯、镍、钛、锡、铁、铬、不锈钢或含有前述金属之一的合金，比如青铜或黄铜。

标记促进层可包括玻璃。

标记促进层可包括蓝宝石。

标记促进层可包括漆。

标记促进层可包括保形覆层。

标记促进层可包括片材。片材可包括聚合物。片材可以是胶带。

标记促进层可具有大于1μm的厚度。厚度可在50μm和3mm之间。标记促进层可以是柔性的或刚性的。标记促进层可以是玻璃片，塑料片、比如聚乙烯，漆或任何其它标记促进层。标记促进层可以是胶带。胶带可包括赛璐玢。胶带可包括高温聚合物。高温聚合物可包括丙烯酸。高温聚合物可包括硅氧烷。高温聚合物可包括聚酰亚胺。高温聚合物可包括聚酯。高温聚合物可不含卤素。胶带是特别有利的，因为它们可简单地施加到表面上，且在标记后易于去除。标记促进层可与要制作标记的金属表面物理接触。标记促进层可具有足够的刚度，以在标记过程中保持与金属接触。标记促进层可由金属表面支撑。可在加工之后移除标记促进层或将其保留在位。

该方法可包括去除标记促进层的步骤。去除标记促进层的步骤可包括化学处理。化学处理可浸渍在比如丙酮的溶剂中。丙酮可溶解漆。

标记促进层可在激光束的波长处具有至少50％的光学透射率。光学透射率可以是至少80％。光学透射率可以是至少90％。

颜色可以是灰色或黑色，且l*值不大于50。l*值可不大于30。l*值不大于30的标记通常被认为是黑色标记。这种标记写在银和金上时是非常有吸引力的。

激光器可以是脉冲激光器，该脉冲激光器提供激光束，该激光束具有大于一百皮秒的脉冲宽度。脉冲宽度可以大于1纳秒。非常重要的是，与皮秒脉冲的激光相对而言，通过纳秒脉冲激光可以快速作出高质量黑色标记(l*<＝30)。这是因为纳秒脉冲激光本质上比皮秒激光费用低，并且比脉冲宽度小于约50ps的飞秒和皮秒脉冲激光费用低得多，并且对于比如冷消融这样的冷激光处理应用来说是更有市场的。

波长可在1000nm至1100nm的范围内。激光器可以是掺镱光纤激光器。光纤激光器优选是主振荡器功率放大器的形式，其脉冲形状和脉冲波形参数可针对期望的标记进行优化。

扫描镜可在使激光器产生脉冲之前加速。

可定向金属表面以最小化形成标记所花费的总时间。

扫描速度可为至少1m/s。扫描速度可为至少5m/s。

脉冲重复频率可以是至少100khz。脉冲重复频率可以是至少500khz。

扫描速度可以是至少9m/s，且脉冲重复频率可以是至少900khz。扫描速度和脉冲重复频率的这种组合相当于10μm的光斑到光斑间隔。这通常是激光束形成的光斑直径的大约一半。

每条线可被写不止一次。优选地，每条线被写至少5次，但也可被写更多或更少次。尽管可用相同的脉冲重复频率对每条线扫描仅一次，但已经发现在金属表面上可能发生热损伤。因此，优选尽可能快地写每条线，以便最小化热损伤，从而优化标记的质量。相继线之间的间距(称为扫描间距)可小于光斑直径，优选地小于光斑直径的十分之一，或更优选地小于光斑直径的百分之一。连续重复的间距线之间的角度差可在1°至359°的范围内。标记促进层可在连续重复之间替换。

光斑到光斑间隔可以是斑光斑直径的至少四分之一。光斑到光斑间隔可以是斑光斑直径的至少一半。

可选择激光器、金属表面和标记促进层，使得羽流在标记促进层上形成标记。这对于在玻璃和其他透明材料上由裸金属表面喷出的羽流制作金色标记特别有用。

本发明的方法可包括提供用于提供标记促进层的装置的步骤。

本发明还提供了根据本发明的方法标记的物品。物品的示例是移动电话、平板电脑、手表、电视、机器和珠宝。

该物品可包括标记促进层。

标记促进层可被去除。

附图说明

现在将仅通过示例并参考附图来描述本发明的实施例，其中：

图1示出了用于根据本发明的方法的装置；

图2示出了脉冲激光波形；

图3示出了聚焦在表面上的激光束；

图4示出了从没有标记促进层的物品喷出的羽流；

图5示出了由标记促进层保留的羽流；

图6示出了在线之间减速和加速的扫描速度；

图7和8示出了以标记的不同定向制成的标记；

图9示出了在透明材料中形成的标记；

图10示出了用于提供标记促进层的装置；

图11示出了标记促进层，其包括刚性层和柔顺层，该标记促进层通过力压在金属表面上；以及

图12示出了在金属表面上具有层的物品。

具体实施方式

图1示出了基于激光的标记机10，其包括激光器1、扫描仪2和物镜3。金属表面5覆盖有与金属表面5接触的标记促进层102。扫描仪2相对于金属表面5移动具有波长20的激光束4。扫描仪2包括用于沿第一方向8移动激光束4的第一镜6和用于沿第二方向9扫描激光束4的第二镜7。扫描仪2由控制器11控制，控制器11通过向扫描仪2提供至少一个控制信号12来控制第一和第二镜6，7的位置。控制器11也可控制激光器1。第一和第二镜6，7通常连接到检流计(未示出)。

激光器1可以是光纤激光器、固态棒激光器、固态盘激光器或气体激光器，比如二氧化碳激光器。为了标记金属表面，激光器1优选地是脉冲激光器。激光器1示出为经由光纤线缆13和准直光学器件14连接到扫描仪2。

控制信号12被示为具有有限分辨率101的数字控制信号，其通常将使用数模转换器在控制器11或扫描仪2中转换成模拟信号。如果数字控制信号缓慢递增，即，以类似于或大于扫描仪2中的电气和机械时间常数的时间增量，则有限分辨率对应于第一和第二镜6，7的位置中的有限角分辨率，因而对应于激光束4在金属表面5上的位置的有限空间分辨率。通过以电子方式或借助于扫描仪2的惯性(例如第一和第二镜6，7和相应的检流计的惯性)对控制信号12进行滤波，通常可在扫描仪2中实现改进的角分辨率。这对应于激光束4在金属表面5上的位置的改善的空间分辨率。

现在参照图2，示出了一系列脉冲21。该系列脉冲21可从激光器1获得，其中，激光器1是脉冲激光器。该系列脉冲21的特征在于峰值功率22、平均功率23、脉冲形状24、脉冲能量25、脉冲宽度26和脉冲重复频率fr27。

图3示出了通过将激光束4聚焦在金属表面5上形成的光斑31。光强32是激光束4的每单位面积功率。光强32在光斑31的直径上从在其中心37处的峰值光强39变化至1/e²光强33并变化到0。光斑31的直径34通常采用1/e²直径，即，光强32在峰值光强39的两侧下降至1/e²光强33时所包含的直径。光斑31的区域35通常是采用在1/e²直径34内的光斑31的横截面区域。图3示出了光强32以高斯曲线或钟形曲线变化。光强32还可具有其他的曲线轮廓，包括在直径34内大致均匀的顶帽形曲线轮廓。

脉冲通量36被定义为脉冲21的每单位面积能量。脉冲通量通常以j/cm²测量，且是激光标记的重要参数，因为当脉冲通量36高到足以使激光束4与金属表面5相互作用时，才通常形成标记。。

现在将仅通过示例并参考图1描述根据本发明的且用于在物品40上产生具有期望颜色的标记16的方法。物品40包括具有金属表面5的金属44。该方法包括：

·提供用于发射激光束4的激光器1，激光束4包括具有脉冲能量25、脉冲宽度26、脉冲重复频率27和波长20的激光脉冲21，参考图2所示；

·提供扫描仪2，其包括用于沿第一方向8扫描激光束4的第一镜6，以及用于沿第二方向9扫描激光束4的第二镜7；

·提供透镜3，用于将来自激光器1的激光束4聚焦到金属表面5上，以形成具有光斑直径34和脉冲通量36的光斑31，参考图3所示；

·提供控制器11，用于利用控制信号12控制扫描仪2；

·通过在使激光器1产生脉冲的同时以扫描速度17扫描扫描仪2，在金属表面5上标记由扫描间距19分开的多条线15，以形成标记16(以轮廓示出)；和

·选择扫描速度17、脉冲重复频率27和光斑直径34，以在扫描仪2的每次扫描期间提供相继光斑31的中心37之间的期望的光斑到光斑间隔18。

该方法的特征在于：

·使物品40具有施加到金属表面5上的标记促进层102，该标记促进层102允许激光脉冲21穿过标记促进层102并冲击金属表面5；

·选择脉冲通量36以使包含来自金属表面5的材料45的羽流41(参照图4所示)从金属表面5喷出；

·利用标记促进层102保留羽流41的至少一部分，以使羽流41能够标记金属表面5；

·颜色由光斑到光斑间隔18、扫描间距19、脉冲通量36、脉冲宽度26和每条线15被写的次数给出；和

·选择光斑到光斑间隔18、扫描间距19、脉冲通量36、脉冲宽度26和每条线15被写的次数，以形成期望颜色。

为清楚起见，线15用虚线示出，其中，由激光脉冲21形成的单独的标记46被示为彼此分开。实际上，各个标记46通常彼此重叠。线15示出为以与第一方向8成角度47来写。

本发明的方法可包括选择扫描速度17、脉冲重复频率27和光斑直径34的步骤，使得在扫描仪2的每次扫描期间相继光斑31的中心37之间的光斑到光斑间隔18是光斑直径34的至少十分之一。

标记促进层102优选地与金属表面5接触。标记促进层102和金属表面5可被力压迫在一起，以便产生足够的接触。力可通过重力、通过夹紧、通过将标记促进层102伸展覆盖在金属表面5上、通过表面张力或通过其他方式来施加。

在扫描仪2的每次扫描期间，相继光斑31之间的光斑到光斑间隔18可以是光斑直径34的至少十分之一。

图4示出了物品40，其包括金属表面5，但标记促进层102未就位。可选择脉冲通量36，以使包含来自金属表面5的材料45的羽流41从金属表面5喷出。来自金属表面5的材料45示出为可以是纳米颗粒的颗粒。颗粒可能已经从金属表面5的金属44的物理和化学组成改变了它们的物理和化学组成。替代地或附加地，羽流41可包括呈气相的材料45。羽流41具有反冲压力42，反冲压力42示出为位于羽流41的内部。反冲压力42使材料45从金属表面5喷出，且在许多材料如裸铝、银和金中，不形成标记。

通过使标记促进层102与金属表面5接触，如图5所示，如果标记促进层102与金属表面5的接触足以保持羽流41的反冲压力42的至少一部分，则可防止羽流41消散。羽流41和反冲压力42于是通过金属表面5和标记促进层102之间的接触保持，从而使得单独的标记46中的一个能够形成，参见图1。各个标记46的形成可通过羽流41内的热量来辅助。可能需要增加脉冲通量36以补偿当使用标记促进层102时由标记促进层102对激光束4的光学衰减，以便形成羽流41。标记促进层102示出为具有厚度43。该物品示出为具有厚度51。

本发明的方法能够在金属上产生黑色和深灰色标记，而不需要永久性添加剂。与使用相同脉冲通量36但没有标记促进层102所产生的标记相比，本发明的方法能够在金属上产生较深色的标记。特别地，该方法能够在金属44的裸金属表面上产生彩色标记，金属44例如是铜、铝、金、银、铂、钯、镍、钛、锡、铁、铬、不锈钢或含有前述金属之一的合金，比如青铜或黄铜。在没有标记促进层102的情况下在裸铝、金或银上形成的标记是刻上的，这影响了表面粗糙度，或者改变了表面纹理，却影响不了金属表面5的颜色。

参照图1，该方法可包括选择光斑到光斑间隔18、扫描间距19、脉冲通量36、脉冲宽度26和每条线15被写的次数的步骤，使得标记16具有小于或等于50微米、小于20微米或小于5微米的表面粗糙度平均ra值55。在不使用油墨或化学品的情况下在光滑的裸金属表面上产生标记的能力是本发明方法的一个特别有利的方面，其在制造通常具有抛光金属表面的珠宝和消费品中具有重要的商业优势。

图12示出了物品40，其中，金属表面5在其表面上包括层121。层121不是图1的标记促进层102。层121可以是金属覆层。用于高功率电子或光电器件的金属封装通常由金属、比如铜制成，其覆有非常薄的金覆层以改善热发射率。层121可以是非金属层。非金属层可以是氧化物层。未经阳极氧化处理的“裸铝”通常在其表面上具有氧化物层。金属表面5可以是非阳极氧化金属表面。

再次参照图1，金属表面5可包括铜、铝、金、银、铂、钯、镍、钛、锡、铁、铬、不锈钢或含有前述金属之一的合金，比如青铜或黄铜。

标记促进层102可以是玻璃。使用玻璃显微镜载玻片和玻璃显微镜盖作为标记促进层102，在各种金属表面上产生了高质量标记。玻璃显微镜载玻片约2mm厚，玻璃显微镜盖约100μm厚。

标记促进层102可以是蓝宝石。蓝宝石是消费电子产品中的重要材料。

标记促进层102可以是漆。漆通常应用于饮料罐和其他消费品。能够在不破坏漆的情况下穿过漆制作标记具有重要的商业优势。

标记促进层102可以是保形覆层。保形覆层可包含聚酰亚胺。

标记促进层102可以是片材，比如聚合物。在激光标记之前，可将片材伸展覆盖在金属表面6上。在激光标记后可去除片材。

标记促进层102可以是胶带。胶带可包括赛璐玢。胶带可包括高温聚合物。高温聚合物可承受高于500℃，优选高于750℃，更优选1000℃的温度。胶带可从美国新罕布什尔州的polyonics获得。高温聚合物可包括丙烯酸。高温聚合物可包括硅氧烷。高温聚合物可包括聚酰亚胺。高温聚合物可包括聚酯。高温聚合物可不含卤素。胶带是特别有利的，因为它们可简单地施加到表面上，且在标记后易于去除。

标记促进层102的厚度43可大于1μm。厚度43可在50μm和3mm之间。

本发明的方法可包括在形成标记16之后去除标记促进层102的步骤。例如，如果标记促进层102是玻璃，则可简单地去除玻璃。如果标记促进层102是漆，则可通过化学处理去除它。化学处理可以是浸渍在比如丙酮的溶剂中。丙酮可溶解漆。

标记促进层102可在激光束4的波长20处具有至少50％的光学透射率。光学透射率可以是至少80％。光学透射率优选为至少90％。

实验已经证明了标记的质量和黑度，以及根据本发明的方法在写标记16的改进，特别是当在比如铝和银的裸金属表面上写标记时。

已经测试了一系列的标记促进层102，包括玻璃、聚乙烯和透明漆，且每个都在金属表面5上产生黑色标记。已经成功地测试了刚性和柔性标记促进层。标记促进层102可由金属表面5支撑。标记促进层102可不永久地附接到金属表面5，且可在形成标记16之后被去除。

标记16的颜色可以是灰色或黑色。由国际照明委员会cie系统确定的颜色可具有小于或等于50的l*值。优选地，l*值不大于30。具有小于或等于30的l*值的标记通常是被认为是黑色标记。具有可快速写在消费品上的接近完美修饰的黑色标记在商业上非常重要。实际上，写的速度和标记16的质量可使标记16和用于制作标记16的基于激光的标记机10之间的差异在商业上可行或不可行。

激光器1可以是脉冲宽度26大于100皮秒的脉冲激光器。脉冲宽度26可大于1纳秒。令人惊讶且具有商业意义的是，可快速制造高质量的黑色标记，且使用纳秒脉冲激光器，而不是脉冲宽度小于大约10ps-50ps的皮秒脉冲激光器。这是因为纳秒脉冲激光器本质上比皮秒激光器成本低，且比脉冲宽度小于约50ps且用于冷激光加工应用、例如冷消融的飞秒和皮秒脉冲激光器成本低得多。这种激光器依赖于脉冲压缩技术或结合脉冲压缩器。激光器1优选不包括脉冲压缩器。

激光器1可以是具有单模或多模稀土掺杂光纤的光纤激光器。激光束4可具有由小于6、优选小于4、更优选小于1.3的m²值限定的光束质量。

波长20优选在1000nm至1100nm的范围内。这种波长由掺镱光纤激光器发射。

在使激光器1发生脉冲之前可加速由扫描镜6和7进行的扫描，如参考图6所示，其示出了激光束4相对于金属表面6的速度65随时间62的变化。加速由扫描镜6，7进行的扫描通过确保激光束4在激光器1发射脉冲64之前相对于金属表面6以期望的扫描速度17移动，减少了标记16的边缘效应。示出了时间间隔63，在时间间隔63期间扫描减速，然后沿相反方向加速，在激光器1发射另外的脉冲64之前，速度65被反转。

如参考图7和8所示，金属表面5可定向成能最小化形成标记16所花费的总时间。标记16在图7中沿方向71定向，沿着具有总长度73和线15的总数74的轨迹72标记。标记16在图8中沿方向81定向，沿轨迹82标记，轨迹82具有总长度83和线15的总数84。生成标记16所花费的总时间通过扫描速度17和在每条线15的开始和结束处加速和减速所需的时间63与总距离73，83相关。通过图7和8可看出，与图7的定向71相比，利用图8的定向81可更快地制作标记16，因为线15的总数84小于线的总数74，因此减速和加速所需的时间63更少。线15可各自被扫描多次。

参考图6，扫描速度17可以是至少1m/s。扫描速度17可以是至少5m/s。

参考图2，脉冲重复频率27可以是至少100khz。脉冲重复频率27可以是至少500khz。

扫描速度17可以是至少9m/s，且脉冲重复频率27可以是至少900khz。

每条线15可被写不止一次。优选地，每条线被写至少5次，但可采用更多或更少次。虽然可用相同的脉冲重复频率27扫描每条线15仅一次，但是已经发现在金属表面5上可能发生热损伤。因此，优选尽可能快地写每条线15，以便最小化热损伤，并因此优化标记16的质量。相继线之间的间距19(称为扫描间距)可小于光斑直径34，优选地小于光斑直径34的十分之一，或更优选地小于光斑直径34的百分之一。相继重复的线15的角度47可在0°至359°的范围内变化。可在相继重复之间更新标记促进层102。

参照图1，光斑到光斑间隔18(从光斑31的中心37测量)可以是光斑直径34的至少四分之一，参考图3所示。光斑到光斑间隔18可以是光斑直径34的至少一半。间距18沿着线15可以是均匀的，可以变化，或者可在不同的线15之间不同。当复写线15时，间距18在每次扫描中可以是相同的，或者是不同的。

如图9所示，本发明的方法可用于在标记促进层102上形成标记92。在图9中，标记促进层102已从金属表面5上移开并旋转了180度。金属表面5上的标记16是徽标91。透明表面102上的相应标记92也是徽标，但是是徽标91的镜像。可包括玻璃的标记促进层102上获得各种彩色标记92。当金属表面5是铝时，已经获得着色为黑色或棕色的彩色标记92。当金属表面5是银时，已经获得了当直接观察时着色为黑色、以及当通过标记促进层观察时为彩金的彩色标记92。也可获得其他颜色。激光器1、金属表面5、标记促进层102被选择成使得参考图4和5所示的羽流41在标记促进层102上形成标记92。

关于图1至图9描述的方法可包括提供装置103的步骤，例如参考图10所示，以用于提供标记促进层102。图1的基于激光的标记机10可包括装置103。图10中所示的装置103包括分配卷轴104和卷带盘105，使得标记促进层102可从分配卷轴104卷到卷带盘105上。如果标记促进层102是柔性片材的形式，例如箔、聚合物膜或胶带，则这种装置是很方便的。如果标记促进层102是刚性材料、例如玻璃，则装置103可类似于滑动盒分配器。替代地或附加地，装置103可包括用于旋转标记促进层102的轮，使得标记促进层102的不同部分可用于在不同时间标记一个或多个物品40。

再次参照图1，本发明的方法可包括通过力115将标记促进层102压到金属表面5上的步骤，如图11所示，从而为待以期望颜色写上的标记16提供足够的接触。所需的力115可通过实验确定。在更换标记促进层102之后，也可在相同的标记16上重复激光写过程。参照图1至10描述的标记促进层102可包括刚性层111和柔顺层112，如图11所示。当标记难以与比如玻璃的刚性层充分接触的粗糙表面时，柔顺层112是特别有用的。刚性层111可以是载玻片。柔顺层112可以是柔顺性大于刚性层111的柔顺性的聚合物。

如上参照图1-11所述的本发明的方法特别有吸引力，因为它能够更快地在金属表面上产生标记，因此比迄今为止可能的情况更经济，而不需要油墨、染料或其他化学品。例如，可在裸铝上获得黑色标记，其中，线仅被写一次，具有大约10μm的光斑到光斑间隔和大约0.2μm的扫描间距19。然而，当使用具有对应于2μm的数字分辨率101的典型扫描仪时，扫描之间将花费相当多的时间，因为需要导出相对较复杂的波形来控制扫描仪，以实现0.2μm的亚数字分辨率12。然而，令人惊讶的是，本发明的方法能够通过将扫描仪步进2μm(其数字分辨率)且将线复写十次(等于2μm与0.2μm的商)来实现处理速度的显著增加。还令人惊讶的是，本发明的方法能够通过复写每条线15至少一次来提供均匀性更好的标记16，而不是通过仅将每条线15写一次但具有更小的扫描间距19。可看到肉眼可见的更好的均匀性。

第二镜7的特征在于参考图1所示的数字分辨率101。优选地，扫描间距19对应于数字分辨率101的整数倍。例如，典型的扫描仪可具有对应于扫描间距19为2μm(通常是以弧度测量的角数字分辨率和透镜3的焦距的乘积)的数字分辨率101。替代于写扫描间距19为0.2μm的十条单独的线15，已经发现的是，通过使用2μm的扫描间距19将每条线15写十次，可写出相同或相似质量的标记。这不仅令人惊讶，而且还提供了一种显着减少标记物体所需时间的方法。这是因为当第一扫描镜6在相同路径上扫描时去除了多余的时间延迟。特别是在要求亚数字分辨率时，典型控制器在相继线15之间增加扫描间距19所花费的时间比例可能很大。

激光器1可以是光纤激光器、盘式激光器、棒式激光器或其他形式的固态激光器。

脉冲通量36可在0.02j/cm²至10j/cm²的范围内。优选地，脉冲通量36在0.3j/cm²至5j/cm²的范围内。更优选地，脉冲通量36在0.5j/cm²至2j/cm²的范围内。

脉冲宽度26可在100ps至250ns的范围内。优选地，脉冲宽度26在300ps至10ns的范围内。更优选地，脉冲宽度26在500ps至5ns的范围内。

峰值功率22优选大于1kw。

扫描速度17可为至少1m/s。扫描速度17通常在1至25m/s的范围内。优选地，扫描速度17在5至15m/s的范围内。更优选地，扫描速度17在7至10m/s的范围内。

脉冲重复频率27可以是至少1khz，优选至少25khz，更优选至少500khz。

优选地，通过扫描第一镜6、同时保持第二镜7静止来写每条线15。优选地，通过移动第二镜7来实现扫描间距19。这是有利的，因为减少了在控制器11中设置控制参数的延迟。

脉冲重复频率27可以是至少500khz。

扫描速度17可以是至少9m/s，且脉冲重复频率27可以是至少900khz。扫描速度17和脉冲重复频率27的这种组合相当于10μm的光斑到光斑间隔18。当使用单模脉冲光纤激光器时，这通常为在金属表面5上容易实现的光斑31的直径34的大约一半。

上述方法可用于标记各种各样的物品，包括例如移动电话、平板电脑、手表、电视机、机器和珠宝。

现在将参考以下非限制性实施例描述本发明的方法，所述实施例仅出于说明性目的给出。

在以下实施例中，参考图1所示的激光器1是脉冲光纤激光器型号sp-020p-a-ep-s-a-y，由英国南安普敦的spilasersukltd制造。该激光器是掺镱光纤激光器，其配置为主振荡器功率放大器。扫描仪2是由德国威斯灵的raylasegmbh制造的振镜扫描头型superscanii。物镜3是163mm焦距的平场聚焦(f-theta)物镜。激光束4通过75mm光束扩展准直器(bec)14从激光器1传送到扫描仪2，使得激光束4在扫描仪2入口处具有7.5mm(1/e²)的标称直径，且在扫描仪物镜3的焦平面处产生34μm+/-5.0μm的光斑直径34。

参照图1至图3，激光器1能够产生在大约3ns至大约500ns之间的脉冲宽度26，且在平均输出功率23、脉冲重复频率27和时间脉冲形状24的范围内操作。脉冲能量25和脉冲峰值功率22是可重复的，且可精确控制。扫描仪2能够以达10m/s的扫描速度17扫描激光束4。能够精确地控制扫描速度17，以使得当激光器1以已知的脉冲重复频率27操作时，可计算每单位移动长度的激光脉冲数，并因此计算光斑到光斑间隔18。

示例1

参考图5，物品40是5251级铝片，厚度51为1mm。铝通常被称为“裸铝”，尽管其表面上将具有氧化物层。标记促进层102是厚度43为1mm的玻璃显微镜载玻片。将显微镜载玻片夹在铝片上，使它们之间没有可见的间隙。确定焦点，使得激光束4聚焦在金属表面5上。激光束4以600khz的脉冲重复频率27重复脉冲，并以6000mm/s的速度以0.5μm的扫描间距在金属表面5上扫描。脉冲宽度26在半高全宽处为3ns，且脉冲能量为12μj。脉冲通量36为1.3j/cm²。得到的标记16为深灰色，l*值约为35。不能通过用溶剂擦拭来去除标记16。重要的是，在不使用标记促进层102的情况下，不能使用相同的设备制作深色标记。

示例2

参考图5，物品40是5251级铝片，厚度51为1mm。铝通常被称为“裸铝”，尽管其表面上将具有氧化物层。标记促进层102是厚度43为75μm的聚乙烯片。将显微镜载玻片夹在塑料片上，使它们之间没有可见的间隙。确定焦点，使得激光束4聚焦在金属表面5上。激光束4以600khz的脉冲重复频率27重复脉冲，并以6000mm/s的速度以0.5μm的扫描间距在金属表面5上扫描。脉冲宽度26在半高全宽处为3ns，且脉冲能量为12μj。脉冲通量36为1.3j/cm²。得到的标记16为深灰色，l*值约为35。不能通过用溶剂擦拭来去除标记16。重要的是，在不使用标记促进层102的情况下，不能使用相同的设备制作深色标记。

示例3

参考图5，物品40是铜片，厚度51为2mm，具有通常1μm厚的薄金覆层。标记促进层102是厚度43为1mm的玻璃板。将玻璃板夹在覆金铜板上，使它们之间没有可见的间隙。准直光学器件14的焦距为100mm，扫描仪入口处的1/e²光束直径为11mm，物镜3的焦距为160mm，1/e²聚焦光斑直径34为27μm+/-5μm。确定焦点，使得激光束4聚焦在金属表面5上。激光束4以600khz的脉冲重复频率27重复脉冲，并以6000mm/s的速度以0.5μm的扫描间距在金属表面5上扫描。脉冲宽度26在半高全宽处为3ns，且脉冲能量为20μj。脉冲通量36为1.6j/cm²。得到的标记16为黑色，l*值约为25。不能通过用溶剂擦拭来去除标记16。重要的是，在不使用标记促进层102的情况下，不能使用相同的设备制作深色标记。

示例4

参考图5，物品40是cw508l级黄铜片，厚度51为1mm。标记促进层102是厚度43为1mm的玻璃显微镜载玻片。将显微镜载玻片夹在黄铜片上，使它们之间没有可见的间隙。确定焦点，使得激光束4聚焦在金属表面5上。激光束4以600khz的脉冲重复频率27重复脉冲，并以6000mm/s的速度以0.5μm的扫描间距在金属表面5上扫描。脉冲宽度26在半高全宽处为3ns，且脉冲能量为12μj。脉冲通量36为1.3j/cm²。得到的标记16为黑色，l*值约为20。不能通过用溶剂擦拭来去除标记16。重要的是，在不使用标记促进层102的情况下，不能使用相同的设备制作深色标记。

示例5

参考图5，物品40是非阳极氧化铝片，厚度51为0.2mm。标记促进层102是透明漆覆层，标称厚度43为50μm。确定焦点，使得激光束4聚焦在金属表面5上。激光束4以600khz的脉冲重复频率27重复脉冲，并以6000mm/s的速度以0.5μm的扫描间距在金属表面5上扫描。脉冲宽度26在半高全宽处为3ns，且脉冲能量为12μj。脉冲通量36为1.3j/cm²。得到的标记16为黑色，l*值约为20。不能通过用溶剂擦拭来去除标记16。重要的是，在不使用标记促进层102的情况下，不能使用相同的设备制作深色标记。

示例6

参考图5，物品40是标准纯银片，厚度51为0.5mm。标记促进层102是厚度43为1mm的玻璃显微镜载玻片。将显微镜载玻片夹在银片上，使它们之间没有可见的间隙。确定焦点，使得激光束4聚焦在金属表面5上。激光束4以600khz的脉冲重复频率27重复脉冲，并以6000mm/s的速度以0.5μm的扫描间距在金属表面5上扫描。脉冲宽度26在半高全宽处为3ns，且脉冲能量为12μj。脉冲通量36为1.3j/cm²。银片上得到的标记16为深灰色，l*值为大约40。玻璃显微镜载玻片上的标记92(参照图9所示)在直接观察时在某些区域为深灰色而在其他区域为黑色，且通过玻璃观察时为均匀的金色。不能通过用溶剂擦拭来去除标记16或标记92。重要的是，在不使用标记促进层102的情况下，不能使用相同的设备制作深色标记。

参考以上实施例，相信通过调整脉冲通量36、光斑到光斑间隔18、线到线间距19，通过增加标记促进层102和金属表面5之间的接触压力，或通过复写标记16，优选地使用以不同角度47来写线15中的一种或多种途径，可获得更深色的标记。

应当理解，配合所给出的附图内容而列举的本发明的上述实施例只是较佳的实施例而已，且可提供修改以及附加的步骤和要素以提高性能。附图中所示的各要素并不局限用于该附图中，也可用于本发明的其他附图及所有方面。本发明所提到的上述特征可扩展为单独存在或组合存在。