通过激光器产生包括多个图案元素的至少一个图案化设计的方法与流程

[0001]
本发明涉及一种用于通过激光器在至少部分透明的且在第一表面上有涂层的部件中产生包括多个图案元素的至少一个图案化设计的方法。


背景技术：

[0002]
在本案的现有技术中，已知文献de 10 2010 032 190 a1，该文献披露了一种用于机动车辆的照明单元，该照明单元具有布置在其发射区中的多个发光体和一个辐射传送体。所述辐射传送体的表面在光出口一侧上设置有装饰性涂层，其中，该涂层以穿孔的方式设置有多个开口，从辐射传送体射出的光基本上可以穿过这些开口而不会受到影响。还描述了通过随后从整个区域涂层去除小区域来获得穿孔。
[0003]
对于计划的背光照明，随后去除层需要较高的精度，因为由于周期性图案中烧蚀表面的背光照明，即使最小的几何偏差也变得光学可见。这同样适用于透明度的偏差。
[0004]
在随后的去除方法中应考虑到辐射传送体和所施加的层的制造产生的公差。
[0005]
这些复杂性方面的要求需要受控的过程，该过程根据本发明通过激光处理来进行。


技术实现要素：

[0006]
在此背景下，根据本发明，给出了对一种用于通过激光器在至少部分透明的且在第一表面上有涂层的部件中产生包括多个图案元素的至少一个图案化设计的方法的描述，该方法包括以下步骤：
[0007]-提供该部件；
[0008]-在该部件的第一表面上涂覆至少一个层；
[0009]-用第一坐标勘测该部件的被涂覆的第一表面；
[0010]-创建具有第二坐标的该至少一个图案化设计；
[0011]-通过该部件的被涂覆的第一表面的第一坐标将该至少一个图案化设计的第二坐标转换成第三坐标；
[0012]-将这些第三坐标转换成该激光器的和/或该部件的控制坐标；
[0013]-通过这些控制坐标用该激光器的激光辐射来照射该被涂覆的第一表面；
[0014]-通过传感器系统测量该部件的第二表面上的激光辐射，该第二表面与该第一表面相反；
[0015]-将通过该传感器系统接收到的激光辐射与参考值进行比较；以及
[0016]-当达到该参考值时，关闭该激光辐射。
[0017]
有利的实施例根据对应的从属权利要求和以下说明是显而易见的。
[0018]
本发明的主要优点在于可以在至少部分透明的且在第一表面上有涂层的部件的限定位置上产生具有任何期望的限定尺寸、几何形状和透明度的一个或多个图案化设计。
[0019]
在特别优选的实施例中，该提供步骤可以包括将该部件定位在固定装置中。固定装置可以例如被形成为具有标记物，使得该部件可以位置准确地定位在固定装置中并被定位在相对于激光辐射的限定相对位置上。
[0020]
在进一步优选实施例中，机器人模块(具体为6轴机器人模块)可以接合到固定装置上并且可以使部件在三维空间中相对于处理激光辐射移动。
[0021]
在进一步优选实施例中，该涂覆步骤可以包括涂覆上底漆层和表层。底漆层可以例如被形成为底漆，该底漆应该改善载体与另一层之间的粘附力。表层可以例如被形成为漆层，如通常在对车辆上漆时使用的。在此示例性实施例中，部件因此包括至少一个载体、底漆层和表层。
[0022]
在进一步优选实施例中，3d形状的部件通过3d相机进行勘测，该相机例如根据立体原理起作用或被形成为三角测量系统。所勘测的3d轮廓作为具有第一坐标的数据集(例如，以cad格式)而存在。
[0023]
在进一步优选实施例中，该激光器可以包括扫描仪(具体为3轴检流计扫描仪)，该扫描仪使激光辐射在三维空间中相对于部件移动。第三坐标被转换成扫描仪的控制坐标。
[0024]
在进一步优选实施例中，该激光器可以被形成为短脉冲激光器，该激光器的激光脉冲可以具有例如1ps至10ps的长度以及10khz至100khz的脉冲重复频率。减少的能量输入确保各个图案元素的邻区不被损坏。
[0025]
在进一步优选实施例中，该传感器系统可以包括由多个光电传感器组成的阵列(传感器系统阵列)。这些传感器在该阵列中的布置适配于要产生的(多个)图案化设计。由于可以省略传感器系统相对于激光辐射和/或部件的相对移动，因此这能够实现产生至少一个图案化设计的快速程序。
[0026]
在进一步优选实施例中，这些图案元素的产生是连续进行的或在多个周期中进行的。在连续产生时，每个图案元素分别受到激光辐射的冲击，直到达到参考值为止。
[0027]
在多个周期中产生时，这些图案元素沿着要产生的(多个)图案化设计在多个周期中经受激光处理。以此方式，每个图案元素在每个周期中都受到相等能量的激光辐射的冲击。通过传感器系统来检测已达到参考值的图案元素。在下一周期中，已达到参考值的图案元素将被激光控制器跳过，并且不再经受激光处理。重复这些周期，直到所有图案元素都已达到参考值为止。
[0028]
在进一步优选实施例中，将通过传感器系统测得的值与预先确定的参考值进行比较。为了使所有图案化设计均达到均匀的透明度，所有的图案元素都被处理成具有预先确定的参考值。
[0029]
当达到预先定义的参考值时，关闭激光辐射。
附图说明
[0030]
下面借助于附图以示例性方式更具体地说明本发明。图中：
[0031]
图1以侧视图示出了部件与图案元素；
[0032]
图2以俯视图示出了部件与图案元素和包括多个图案元素的图案化设计；
[0033]
图3以俯视图示出了部件与多个单独的图案化设计；
[0034]
图4示出了用于执行根据本发明的方法的装置。
[0035]
附图标记清单
[0036]
1带有涂层的部件
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[0044]9扫描仪
[0037]
2载体
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[0045]10固定装置
[0038]
3第一层
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[0046]11传感器系统
[0039]
4第二层
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[0047]12激光控制器
[0040]
5图案元素
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[0048]13激光辐射
[0041]
6图案化设计
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[0049]14激光光学单元
[0042]
7表面内的图案化设计
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[0050]20第一表面
[0043]
8激光器
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[0051]21第二表面具体实施方法
[0052]
在对本发明的有利的示例性实施例的以下描述中，相同的或者相似的附图标记用于在不同附图中展示的且具有相似效果的元素，其中，省略了对这些元素的重复说明。
[0053]
图1以侧视图示出了部件1与图案元素5。
[0054]
车辆行业的外部部件可以被视为部件1。此处，这包括3d形状的透明塑料零件，诸如扰流器或保险杠。例如，聚碳酸酯(pc)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(abs)用作载体2的材料。对载体2进行涂覆。涂覆通常是用底漆层3(底漆)和装饰性漆层4来进行。
[0055]
此外，图1示出了第一图案元素5，该第一图案元素的特征在于，局部去除两个层3、4，向下直到载体2。
[0056]
图2以平面视图示出了如何将各个图案元素5组合以形成图案化设计6，例如圆。
[0057]
图3中通过举例方式示出了图案化设计6在表面7内的并置。
[0058]
根据本发明的方法需要部件1与处理激光辐射13之间的相对移动。这例如可通过激光器8的移动和/或通过部件1的移动和/或通过激光辐射13的移动来实现。激光辐射13的所限定的移动通常通过扫描仪9来进行。固定装置10中的部件1可以通过机器人模块(未示出)在激光辐射13前方移动。这三种移动的组合也是可能的。该方法的进一步描述披露了以示例性方式使用扫描仪9。因此，在此示例性实施例中，激光器8和部件1两者均以不可移动方式进行布置。
[0059]
图4示出了用于执行根据本发明的方法的装置。
[0060]
在所提供的部件1的第一表面20上涂覆至少一个层3、4。在示例中描述的外部部件通常涂覆上底漆涂层3(底漆)和装饰性漆层4。
[0061]
在进一步处理中，将部件1安装在固定装置10中。为了将部件1位置准确地定位在固定装置10中且为了获得部件1相对于处理激光辐射13的限定相对位置，将引入至少一个标记物。该标记物可以被施加到固定装置10和/或部件1上，并且用作针对后续勘测和处理的参考点。参考点可以被形成为三维坐标系x-y-z的坐标原点。
[0062]
机器人模块夹持其内固定有部件1的固定装置10，以便通过机器人模块来定位部件1。
[0063]
优选地，对整个三维形状的部件1进行勘测。但是，对本发明而言，至少对应当在其上产生图案化设计6的区域进行勘测是必要的。勘测在三个维度上、优选地通过3d相机进行。因此，第一坐标(x1n，y1n，z1n)作为数据集(例如，以cad格式)而存在。
[0064]
要产生的图案化设计6包括单独的图案元素5，这些图案元素的尺寸、几何形状及相对于彼此的定位是可变的。附图中所展示的点代表任何期望的几何形状的示例，这些期望的几何形状可通过激光光学单元14聚焦。
[0065]
要产生的图案化设计6被创建为具有第二坐标(x2n，y2n，z2n)的数据集(优选地格式与第一坐标(x1n，y1n，z1n)相同)，这些坐标的存在是出于勘测的原因。
[0066]
通过特定的映射软件，通过部件1的被涂覆的第一表面20的第一坐标(x1n，y1n，z1n)对要创建的图案化设计6的第二坐标(x2n，y2n，z2n)进行转换。作为该转换的结果，存在第三坐标(x3n，y3n，z3n)，这些第三坐标表示要创建的图案化设计6在实际部件1的精确勘测的表面20上的映射。第三坐标(x3n，y3n，z3n)精确地表示部件1上的位置，通过激光辐射13进行的处理应当在这些位置上进行。
[0067]
可以将这些第三坐标(x3n，y3n，z3n)转换成激光器8的和/或扫描仪9的和/或部件1的控制坐标。
[0068]
控制坐标确保了激光辐射13在正确的位置处入射到部件1上。通过合适的激光光学单元14，可以修改图案元素5的尺寸和几何形状。
[0069]
因此，该方法是极其灵活的，并且以此方式能够引入各种几何形状的任何期望的图案化设计6。
[0070]
有必要保持激光辐射13的能量输入尽可能低。这确保了图案元素5周围的材料不会被损坏。基于经验，为此使用短脉冲激光器，优选地使用长度为1ps至10ps且脉冲重复频率为10khz至100khz的激光脉冲。
[0071]
所描述方法的另一个重要方面是跨所有图案元素5设置限定的透明度。这是通过传感器系统11来实施的。
[0072]
通常根据光电原理的传感器系统11在透明部件1的第二表面21上接收激光辐射13，所述第二表面与第一表面20相反，并且因此检测穿过载体2的激光辐射13的透明比例。
[0073]
在前面的实验中，确定了可以用于控制激光辐射13的参考值。
[0074]
当达到了预先确定并存储的参考值并因此达到了部件1的期望透明度时，信号从传感器系统11传递到激光控制器12，该控制器关闭激光辐射13。
[0075]
这可以连续进行，即，使每个图案元素5都经受激光处理直到达到参考值为止。之后，进行激光辐射13与部件1之间的受控相对移动，并且以相同的方式产生要产生的图案化设计6的下一个图案元素5。
[0076]
此外，有可能沿着要产生的(多个)图案化设计6在多个周期中对图案元素5进行激光照射。以此方式，使每个图案元素5在每个周期中都受到相等能量的激光辐射13的冲击。通过传感器系统11检测已达到参考值的图案元素5。在下一周期中，已达到参考值的图案元素5将被激光控制器12跳过，并且不再经受激光处理。重复这些周期，直到(多个)图案化设计6中的所有图案元素5都已达到参考值为止。
[0077]
传感器系统11包括至少一个光电传感器。必须确保在处理和测量穿过部件1的激光辐射13的透明比例的时间点处将传感器系统11定位在激光辐射13的光轴上。
[0078]
传感器系统11在激光辐射13的光轴中的定位可以通过激光辐射13与传感器系统11之间或部件1与传感器系统11之间的相对移动来实施。
[0079]
此外，可以使用传感器系统11阵列，该传感器系统阵列由多个传感器的限定布置
组成。通过使传感器呈阵列布置，可以避免原本必要的相对移动，所述布置适配于要创建的至少一个图案化设计6。
[0080]
传感器系统阵列的使用特别适合于在多个周期中产生图案化设计6。
[0081]
利用根据本发明的方法，可以通过预先设置的参考值跨所有图案元素5设置均匀的透明度。随后的质量控制不是必需的，因为通过参考值进行的控制是在产生过程中在线进行的。
[0082]
此外，为了通过根据本发明的方法获得特定的效果，还可以在部件1上通过改变参考值来实现图案元素5和/或图案化设计6的透明度的限定分级。
[0083]
根据本发明的方法因此适用于在至少部分透明的且在第一表面20上有涂层的部件1的限定位置上产生具有任何期望的限定尺寸、几何形状和透明度的图案化设计6。
[0084]
这些附图中描述和示出的示例性实施例仅仅是通过举例方式选择的。不同的示例性实施例可以完全地或者关于单独的特征彼此进行组合。而且，一个示例性实施例可以由另一示例性实施例的特征来补充。
[0085]
此外，根据本发明的方法步骤可以重复地并以与所描述的顺序不同的顺序来执行。
[0086]
如果示例性实施例包括第一特征与第二特征之间的“和/或”关系时，则这应当被解释为：根据一个实施例，该示例性实施例既包括第一特征也包括第二特征；并且根据另一实施例，该示例性实施例仅包括第一特征或者仅包括第二特征。