DE3912188A1

DE3912188A1 - Laser surface marking device e.g. for electric cables - uses concentration of laser beam after passing through aperture mask

Info

Publication number: DE3912188A1
Application number: DE19893912188
Authority: DE
Inventors: Johannes Wilhelmus Van Dr Dijk
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1989-04-13
Filing date: 1989-04-13
Publication date: 1990-10-25

Abstract

The marking device uses a laser beam (4) directed onto the surface of the object via an aperture mask (5). The laser beam (4) is concentrated after its passage through the mask (5) to ensure a parallel beam allowing an increased penetration depth and sharpness of image. Pref. the laser is in the UV rnage with expansion of the laser beam (4) prior to its passage through the aperture mask (5). It is pref. provided by an excimer laser. ADVANTAGE - Allows increased marking detail.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines Musters auf die Oberfläche eines Gegenstandes mittels Laserstrahl, wobei der Strahl durch mindestens eine das Muster bestimmende Maske geführt wird, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.The present invention relates to a method of application a pattern on the surface of an object Laser beam, the beam passing through at least one of the pattern determining mask is performed, as well as a to carry out the Device suitable for the method.

Das Aufbringen eines Musters auf die Oberfläche eines Gegenstandes mittels Laserstrahl hat sich zu einem fertigungs technischen Verfahren von großer Bedeutung entwickelt. Im Vergleich zu mechanischen oder chemischen Markierungs- und Beschriftungsverfahren hat der Einsatz von Laserstrahlung zur Bearbeitung insbesondere den Vorteil, daß die zu bearbeitenden Werkstücke weder mechanisch, z. B. durch Einspannvorrichtungen, noch chemisch, z. B. durch Ätzmittel, beansprucht werden. Lasersysteme zum Aufbringen von Mustern sind daher ideal geeignet, in komplexe Fertigungsanlagen einbezogen zu werden.Applying a pattern to the surface of a Object using a laser beam has become a manufacturing developed technical processes of great importance. in the Comparison to mechanical or chemical marking and Labeling has the use of laser radiation Processing in particular the advantage that the to be processed Workpieces neither mechanically, e.g. B. by jigs, still chemical, e.g. B. can be claimed by etching agents. Laser systems for applying patterns are therefore ideal suitable to be included in complex manufacturing plants.

Die Markierung der Oberfläche eines Gegenstandes mittels Laserstrahl kann in vielerlei Weise geschehen: Beispielsweise kann mittels Laserstrahl Material von der Oberfläche des Gegenstandes abgetragen werden, wie beschrieben in der EP-B 00 79 473; weiterhin kann eine Verfärbung der Oberfläche hervorgerufen werden, siehe DE-C-29 36 926, oder es kann eine Oberflächenschicht aus einer viskosen Flüssigkeit durch die Einwirkung des Laserlichtes ausgehärtet werden, wie vorgeschlagen in der DE-A-37 37 455.Marking the surface of an object using Laser beam can happen in many ways: For example can remove material from the surface of the Object are removed, as described in EP-B 00 79 473; further discoloration of the surface caused, see DE-C-29 36 926, or it can be Surface layer of a viscous liquid through the Exposure to laser light can be cured like proposed in DE-A-37 37 455.

Das Aufbringen eines Musters auf die Oberfläche eines Gegenstandes mittels Laserstrahl, wobei der Strahl durch mindestens eine das Muster bestimmende Maske geführt wird, wird in der DE-A-37 37 455 und der EP-B-0 079 473 vorgeschlagen. Es empfiehlt sich insbesondere dann, wenn das Repertoire an darstellbaren Mustern nicht sehr umfangreich sein muß und darüber hinaus auf Einfachheit und niedrige Kosten Wert gelegt wird.Applying a pattern to the surface of a Object by means of laser beam, the beam through at least one mask determining the pattern is guided proposed in DE-A-37 37 455 and EP-B-0 079 473. It is particularly recommended when the repertoire is on representable patterns need not be very extensive and also value simplicity and low costs becomes.

Gemäß dem Stand der Technik, wie er aus der bereits zitierten DE-A-37 37 455 und außerdem "Lambda-Highlights" Nr. 3, 1987, (veröffentlicht von Lambda-Physik, Göttingen) hervorgeht, ist zwischen der Maske und der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche eine Anordnung aus mindestens einer konvexen Linse angeordnet, die die Maske auf die zu bearbeitende Werkstückoberfläche abbildet. Zum Ausgleich von optischen Fehlern der abbildenden Linsenanordnung können im Strahlweg des Laserstrahls weitere, die Qualität der Abbildung verbessernde Linsen angeordnet sein. Die Qualität der mit solchen Markierungsvorrichtungen erzielbaren Abbildungen ist üblicherweise sehr hoch; es werden Auflösungen bis in den Mikrometer-Bereich möglich. Nachteilig an den Markierungsanordnungen gemäß dem Stand der Technik ist jedoch ihre geringe Schärfentiefe, die im Bereich von etwa 1 mm liegt, die einerseits eine entsprechend genaue Positionierung der zu bearbeitenden Oberflächen relativ zu den abbildenden Linsen erfordert und es darüber hinaus nicht erlaubt, strukturierte oder unebene Oberflächen mit ausreichender Präzision zu markieren. Insbesondere zur Beschriftung von Kabeln sind Markierungsanordnungen gemäß dem Stand der Technik nur unter erheblichen Einschränkungen benutzbar. Ein weiterer Nachteil solcher Markierungsanordnungen ist darin zu sehen, daß nicht nur die zu bearbeitende Oberfläche, sondern auch die die Markierung bestimmende Maske mit sehr hoher Präzision positioniert werden muß; dies hat zur Folge, daß als "Maskenwechseleinrichtung" lediglich Räder oder Bänder, die die verwendbaren Masken tragen und z. B. in der DE-A-37 37 455 beschrieben sind, zum Einsatz kommen. Es ist in der Regel nicht möglich, mehrere Maskenträger in Strahlrichtung hintereinander anzuordnen. According to the state of the art, as it is from the already cited DE-A-37 37 455 and also "Lambda-Highlights" No. 3, 1987, (published by Lambda-Physik, Göttingen) between the mask and the workpiece surface to be machined an arrangement of at least one convex lens, the mask onto the workpiece surface to be machined maps. To compensate for optical errors in the imaging Lens arrangement can further, in the beam path of the laser beam lenses that improve the quality of the image can be arranged. The quality of such markers achievable images are usually very high; it will Resolutions down to the micrometer range possible. Disadvantageous on the marking arrangements according to the prior art however, their shallow depth of field is in the range of about 1 mm lies on the one hand a correspondingly precise positioning of the surfaces to be processed relative to the imaging Requires lenses and also does not allow structured or uneven surfaces with sufficient To highlight precision. Especially for labeling Cables are marking arrangements according to the prior art can only be used with considerable restrictions. Another The disadvantage of such marking arrangements is that not only the surface to be machined, but also the surface Marking mask with very high precision must be positioned; this has the consequence that as "Mask changing device" only wheels or belts that the wear usable masks and z. B. in DE-A-37 37 455 are used. It is usually not possible, several mask carriers in the beam direction one behind the other to arrange.

Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Markierung der Oberfläche eines Gegenstandes mittels Laserstrahl anzugeben, die unter Beibehaltung aller wesentlichen Vorzüge der bekannten Markierungsvorrichtungen eine substantiell erhöhte Schärfentiefe aufweist, so daß die Anforderungen an die Positionierung der zu markierenden Oberfläche möglichst gering sind und auch stark gekrümmte oder strukturierte Oberflächen einwandfrei markiert werden können. Die Anforderungen an die Positionierung der Maske im Weg des zur Markierung eingesetzten Laserstrahls sollen dabei möglichst gering sein.Accordingly, the present invention is based on the object a method and an apparatus for marking the To indicate the surface of an object using a laser beam, the while maintaining all the essential advantages of the known Marking devices a substantially increased Depth of field, so that the requirements for Position the surface to be marked as low as possible are and also strongly curved or structured surfaces can be marked properly. The requirements for Position the mask in the path of the one used for marking Laser beam should be as low as possible.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß es entgegen der dem Stand der Technik zugrundeliegenden Ansicht nicht notwendig ist, optische Abbildungseinrichtungen vorzusehen, die die das Muster bildenden Strukturen der Maske auf die Oberfläche des zu markierenden Gegenstandes projizieren, sondern daß ein Muster hoher Güte auch mit einem parallelen Laserstrahl, also einem im wesentlichen weder konvergenten noch divergenten Strahl, auf die Oberfläche eines Gegenstandes aufgebracht werden kann. Entgegen weitläufig verbreiteten Auffassungen wurde gefunden, daß Beugungseffekte an den das Muster bestimmenden Strukturen der Maske, die im Falle der Verwendung von abbildenden Optiken praktisch unterdrückt sind, auch bei der Bearbeitung mit parallelen Strahlen keine wesentliche Beeinträchtigung darstellen und problemlos beherrschbar sind, zumindest, solange die aufzubringenden Muster in ihren kleinsten Abmessungen eine gewisse Grenze, die in praktischen Fällen bei etwa 100 Mikrometern liegt, nicht unterschreiten. Eine detaillierte Beschreibung der Beugung des Lichtes findet sich z. B. in dem Werk: E. Hecht, A. Zajac, "Optics", Addison-Wesley Publ. Comp., Reading, Mass. 1979.The invention is based on the knowledge that it is contrary to the view on which the prior art is based is not necessary is to provide optical imaging devices that the Pattern-forming structures of the mask on the surface of the projecting the marked object, but that a pattern high quality even with a parallel laser beam, i.e. an im essentially neither convergent nor divergent beam the surface of an object can be applied. Contrary to popular belief, it was found that diffraction effects on the structures determining the pattern the mask that is used in the case of using imaging optics are practically suppressed, even when editing with parallel rays no significant impairment represent and are easily controllable, at least as long as the patterns to be applied in their smallest dimensions certain limit, which in practical cases is around 100 Micrometers, do not fall below. A detailed Description of the diffraction of light can be found e.g. B. in the Works: E. Hecht, A. Zajac, "Optics", Addison-Wesley Publ. Comp., Reading, Mass. 1979.

Durch die Verwendung eines parallelen Laserstrahls zum Aufbringen des Musters entfällt die strenge Anforderung an die Positionierung der zu bearbeitenden Oberfläche relativ zu dem den Laserstrahl führenden System fast völlig; Einschränkungen ergeben sich nur insoweit, als mit zunehmendem Abstand zwischen Maske und Gegenstand die Effekte der Beugung stärker werden. In praktischen Anwendungen kann jedoch die Toleranz in der Positionierung der Oberfläche, mithin also die "Schärfentiefe" im weiteren Sinn, einige cm betragen, im Vergleich zu höchstens einigen mm Gemäß dem Stand der Technik. Es wird somit möglich, strukturierte, gewellte oder aber schräg zum bearbeitenden Laserstrahl angeordnete Oberflächen mit zufriedenstellenden Ergebnissen zu bearbeiten. Die Markierung von Gegenständen wie elektrischen Kabeln sowie rohr- oder kugelförmigen Gegenständen wird damit erst ermöglicht.By using a parallel laser beam to Applying the pattern eliminates the strict requirement on the Positioning of the surface to be processed relative to the the system guiding the laser beam almost completely; limitations arise only to the extent that with increasing distance between Mask and object the effects of diffraction become stronger. In However, the tolerance in the practical applications Positioning the surface, hence the "depth of field" in a broader sense, be a few cm compared to at most a few mm According to the state of the art. It becomes possible structured, corrugated or at an angle to the machined Laser beam arranged surfaces with satisfactory Edit results. The marking of items like electrical cables as well as tubular or spherical objects is only possible with it.

Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zum Aufbringen eines Musters auf die Oberfläche eines Gegenstandes mittels Laserstrahl, der durch mindestens eine Maske geführt wird und nach der Durchführung durch die Maske die Leistungsdichte des Laserstrahls erhöht wird, wobei erfindungsgemäß der Laserstrahl etwa parallel auf die Oberfläche geführt wird.The present invention provides a method of application a pattern on the surface of an object Laser beam that is guided through at least one mask and after performing through the mask the power density of the Laser beam is increased, the laser beam according to the invention is guided approximately parallel to the surface.

In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Durchführung des Laserstrahls durch die Maske ebenfalls in etwa parallelem Zustande. Die Vorteile der großen Toleranz in der Positionierung der zu bearbeitenden Oberfläche werden damit auch für die Positionierung der Maske erschlossen; es wird damit problemlos möglich, mehrere Masken, die wechselweise in den Strahlweg des Laserstrahls gebracht werden sollen, einander benachbart hintereinander im Weg des Laserstrahls anzuordnen. Dies führt dazu, daß das Repertoire an aufbringbaren Mustern in einer Vorrichtung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet, stark erhöht werden kann, was hinsichtlich der Flexibilität Vorteile bringt.In an advantageous embodiment of the method according to the invention the laser beam is passed through the mask also in roughly parallel condition. The advantages of the big Tolerance in the positioning of the surface to be machined are also used to position the mask; it makes it easy to have multiple masks can be brought alternately into the beam path of the laser beam should be next to each other one behind the other in the path of the Arrange laser beam. This leads to the repertoire Applicable patterns in a device according to the works according to the invention, can be greatly increased, which brings advantages in terms of flexibility.

Günstig ist es, vor der Durchführung durch die Maske die Leistungsdichte des Laserstrahls zu verringern, insbesondere dadurch, daß der Laserstrahl durch einen Strahlexpander, der seinen Durchmesser um einen gewissen Faktor vergrößert, geführt wird. Dies hat mehrere Vorteile: Zum einen wird die thermische Belastung der Maske, die bekanntlich die Strahlung, die die zu bearbeitende Oberfläche nicht erreichen soll, absorbieren muß, verkleinert, andererseits wird durch die Vergrößerung des Strahldurchmessers seine Divergenz verringert. Der Laserstrahl wird "gerader"; der Präzision bei der Aufbringung des Musters kommt dies weiter entgegen.It is beneficial to use the mask before performing Reduce power density of the laser beam, in particular in that the laser beam through a beam expander, the increased its diameter by a certain factor becomes. This has several advantages: First, the thermal Exposure to the mask, which is known to be the radiation that the to should not reach the working surface, must absorb reduced, on the other hand, by enlarging the Beam diameter reduces its divergence. The laser beam becomes "straighter"; the precision when applying the pattern this further accommodates.

Sinnvoll ist es, im erfindungsgemäßen Verfahren einen Laserstrahl von möglichst kurzer Wellenlänge, namentlich einen Laserstrahl aus ultravioletter Strahlung, einzusetzen. Neben dem Abstand von Maske und zu bearbeitender Oberfläche ist die Wellenlänge des Laserstrahls ein Maß für die Größe der auftretenden Beugungseffekte; den Maßstab für die Dimensionen der Beugungsfiguren liefert die Quadratwurzel aus dem Produkt des Abstandes zwischen Maske und Gegenstand und der Wellenlänge. Günstig ist es daher, möglichst kurzwellige Laserstrahlen, wie sie etwa mit Excimer-Lasern erzeugt werden, zu verwenden.It makes sense to use one in the method according to the invention Laser beam of the shortest possible wavelength, namely one Use laser beam from ultraviolet radiation. Next The distance from the mask to the surface to be processed is the Wavelength of the laser beam is a measure of the size of the occurring diffraction effects; the yardstick for dimensions of the diffraction figures provides the square root of the product the distance between the mask and the object and the Wavelength. It is therefore advantageous to use short-wave ones Laser beams, such as those generated with excimer lasers, to use.

Liegen die Dimensionen der Vorrichtung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren realisiert werden soll, und die Wellenlänge der eingesetzten Laserstrahlung fest, so kann auch ein Kriterium für die kleinsten, noch darstellbaren Strukturen angegeben werden. Günstig ist es, alle Strukturen der Maske, die die Form des Musters bestimmen, breiter zu wählen als das Doppelte der bereits erwähnten Quadratwurzel aus dem Produkt des mittleren Abstandes der Maske von der Oberfläche und der Wellenlänge des Laserstrahls. Wird dieses Kriterium gewahrt, so ist sichergestellt, daß es außer den unvermeidlichen Beugungseffekten an den Kanten der Strukturen der Maske keine weiteren, merkbaren Beugungseffekte mehr gibt. Ein Optimum an Wiedergabequalität wird damit erreicht. Are the dimensions of the device with which the inventive method is to be realized, and the The wavelength of the laser radiation used can also be fixed a criterion for the smallest structures that can still be represented can be specified. It is convenient to mask all structures, which determine the shape of the pattern to choose wider than that Double the square root from the product mentioned above the mean distance of the mask from the surface and the Wavelength of the laser beam. If this criterion is met, then ensures that it is beyond the inevitable Diffraction effects on the edges of the structures of the mask none other noticeable diffraction effects. An optimum of Playback quality is achieved.

Eine größtmögliche Unterdrückung der durch Beugung hervorgeru fenen Verzerrungen ist dann gewährleistet, wenn die Intensität des Laserstrahls derart geregelt wird, daß der Mittelwert der Leistungsdichte des auf die Oberfläche auftreffenden Laserstrahls um einen Faktor aus dem Bereich zwischen etwa 1,3 und etwa 4 größer ist als die zum Aufbringen des Musters nach der gewünschten Methode (Materialabtragung, Verfärbung, Härtung usw.) notwendige Leistungsdichte. Damit wird, wie im Rahmen der Zeichnungsbeschreibung weiter ausgeführt werden wird, einer seits eine hohe Treue der Wiedergabe der Strukturen der Maske auf der zu bearbeitenden Oberfläche erreicht, andererseits wird verhindert, daß die Intensitätsschwankungen der Laserstrahlung an den Kanten des Musters zu deutlich hervortreten, da die in diesen Bereichen auftreffende Strahlung überall stark genug ist, um den gewünschten Bearbeitungsprozeß sicherzustellen.The greatest possible suppression of those caused by diffraction Open distortion is guaranteed when the intensity of the laser beam is controlled such that the mean of the Power density of the one hitting the surface Laser beam by a factor in the range between about 1.3 and is about 4 larger than that for applying the pattern after the desired method (material removal, discoloration, hardening etc.) necessary power density. Thus, as in the context of Drawing description will be continued, one on the one hand a high fidelity to the reproduction of the structures of the mask reached on the surface to be machined, on the other hand prevents the intensity fluctuations of the laser radiation stand out too clearly on the edges of the pattern because the in radiation striking these areas is strong enough everywhere is to ensure the desired machining process.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Aufbringen eines Musters auf die Oberfläche eines Gegenstandes mittels Laserstrahl, bestehend aus mindestens einer Laserquelle, einer Führungsanordnung für den Laserstrahl und mindestens einer im Strahlweg angeordneten Maske, die die Form des Musters bestimmt, wobei erfindungsgemäß die Führungsanordnung ein im wesentlichen afokales optisches System ist. Der in der Laserquelle erzeugte Strahl wird im wesentlichen parallel (wobei der Grad der Parallelität einerseits durch Beugungseffekte und andererseits durch die Art des Resonators, in dem der Strahl erzeugt wird, bestimmt wird) mit Hilfe einer entsprechenden optischen Führungsanordnung durch die Vorrichtung auf die Oberfläche des zu markierenden Gegenstandes geführt. Beim Austritt aus der Führungsanordnung ist der Strahl parallel, und parallel trifft er auf die Oberfläche auf. Die Form des auf die Oberfläche aufzubringenden Musters wird durch eine Maske bestimmt, die im Weg des Laserstrahls angeordnet ist und von diesem durchstrahlt wird. Beim Auftreffen auf die Maske muß gewährleistet sein, daß die Leistungsdichte des Laserstrahls zur Vermeidung von Beschädigungen hinreichend gering ist; um nach dem Durchgang durch die Maske eine für die Oberflächenbearbeitung ausreichende Strahlintensität zu erhalten, ist es in der Regel erforderlich, die Leistungsdichte des Strahls hinter der Maske zu erhöhen. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines Strahl kompressors, der im wesentlichen den Durchmesser des Strahls verringert, geschehen. Je nach dem Grad der Parallelität des Laserstrahls, den die verwendete Laserquelle liefert, kann es notwendig sein, in die Führungsanordnung Einrichtungen einzubeziehen, die der Verbesserung der Parallelität des Laserstrahls dienen, ohne daß dies eine Beeinträchtigung der bereits dargestellten erfindungsgemäßen Vorteile bedeutete.Another object of the present invention is a Device for applying a pattern to the surface an object using a laser beam, consisting of at least one laser source, a guide arrangement for the Laser beam and at least one arranged in the beam path Mask that determines the shape of the pattern, according to the invention the guide arrangement is an essentially afocal optical System is. The beam generated in the laser source is in the essentially parallel (being the degree of parallelism on the one hand by diffraction effects and on the other hand by Art of the resonator in which the beam is generated is determined) with the help of an appropriate optical guide arrangement through the device onto the surface of the to be marked Led object. When leaving the guide arrangement the beam is parallel and it hits the parallel Surface on. The shape of what is to be applied to the surface Pattern is determined by a mask that is in the way of Laser beam is arranged and is irradiated by this. When hitting the mask, it must be ensured that the Power density of the laser beam to avoid Damage is sufficiently small; around after the passage through the mask one for surface processing To get sufficient beam intensity, it is usually required the power density of the beam behind the mask to increase. This can be done using a beam, for example compressor, which is essentially the diameter of the jet reduced, happen. Depending on the degree of parallelism of the Laser beam that the laser source used can deliver may be necessary in the guidance arrangement facilities involve the improvement of the parallelism of the Laser beam serve, without this affecting the Advantages according to the invention already described.

Üblicherweise wird die Maske im Weg des Laserstrahls außerhalb der Laserquelle angeordnet. Die vorliegende Erfindung erlaubt es jedoch auch, die Maske innerhalb der Laserquelle, insbesondere innerhalb des zur Erzeugung des Laserstrahls erforderlichen optischen Resonators, anzuordnen. Auf diese Weise wird der Laserstrahl gleich mit dem Querschnittsprofil erzeugt, das dem auf die Oberfläche des Gegenstandes aufzubringenden Musters entspricht. Die für den Laserstrahl zur Verfügung stehende Energie wird auf diese Weise im wesentlichen vollständig in einem dem Muster entsprechenden Querschnitt konzentriert; ein Energieverlust durch Ausblenden des Strahls außerhalb des für das Muster erforderlichen Querschnitts findet nicht mehr statt. Der Bearbeitungsprozeß kann mit einer solchen Vorrichtung erheblich beschleunigt werden.Usually the mask is outside in the path of the laser beam arranged the laser source. The present invention allows however, it also, the mask inside the laser source, especially within that for generating the laser beam required optical resonator to arrange. To this The laser beam becomes the same with the cross-sectional profile generates that on the surface of the object corresponds to the pattern to be applied. The for the laser beam Available energy becomes essentially this way completely in a cross section corresponding to the pattern concentrated; a loss of energy by blanking out the beam outside of the cross section required for the pattern no more instead. The machining process can with such Device can be accelerated significantly.

Die Führungsanordnung für den Laserstrahl kann, neben für die Funktion unwichtigen Elementen wie Umlenkspiegeln oder dergleichen, aus Systemen von optischen Linsen aufgebaut werden. Günstig kann dabei die Verwendung von Zylinderlinsen sein, da solche Linsen es in gewissen Grenzen erlauben, die Form und den Querschnitt des Strahls zu verändern und den konkreten Anforderungen für den gewünschten Bearbeitungsprozeß anzupassen. Übliche Laserquellen liefern Strahlen, deren Intensitätsverteilung über den Strahlquerschnitt inhomogen ist. Für ein Markierungsverfahren der vorgestellten Art sind jedoch Strahlen mit möglichst gleichmäßiger Intensitätsverteilung über ihren Querschnitt erwünscht. Weiterhin kann der Strahl in seiner Form fast beliebig verändert und den konkreten Anforderungen, je nach Auslegung der aufzubringenden Muster, angepaßt werden.The guide arrangement for the laser beam can, besides for the Function of unimportant elements such as deflecting mirrors or the like, constructed from systems of optical lenses will. The use of cylindrical lenses can be beneficial because such lenses allow, within certain limits, the Change the shape and cross section of the beam and the concrete requirements for the desired machining process adapt. Usual laser sources deliver rays whose Intensity distribution across the beam cross-section is inhomogeneous. For a marking process of the type presented are, however Rays with the most uniform possible intensity distribution over their cross section desired. Furthermore, the beam in its shape changed almost arbitrarily and the concrete Requirements, depending on the design of the samples to be applied, be adjusted.

Besonders vorteilhaft ist es, in der Führungsanordnung Linsensysteme nach Art des (afokalen) galileischen Teleskops vorzusehen, das aus einer konvexen und einer konkaven Linse besteht. Die Anordnung des galileischen Teleskops ist vor allem deswegen günstig, weil sie einerseits relativ kompakt ausgeführt werden kann und andererseits die Eigenschaft hat, daß sich die Fehler der beiden Linsen in gewissem Umfang gegenseitig kompensieren.It is particularly advantageous in the guide arrangement Lens systems like the (afocal) Galilean telescope to provide that from a convex and a concave lens consists. The arrangement of the Galilean telescope is above all cheap because it is relatively compact on the one hand can be executed and on the other hand has the property that the errors of the two lenses to some extent compensate each other.

Eine weitgehende Freiheit von Abbildungsfehlern für die Führungsanordnung ist dann erreichbar, wenn statt der Linsensysteme Systeme von Prismen eingesetzt werden.Extensive freedom from aberrations for the Guide arrangement can be reached if instead of Lens systems systems of prisms are used.

Zur Erzielung eines intensiven Strahls auf der Oberfläche des zu markierenden Gegenstandes ist es sinnvoll, zwischen der Maske und der Oberfläche einen Strahlkompressor anzuordnen; dies ist ein afokales optisches System, das einen einfallenden parallelen Strahl in einen parallelen Strahl mit verringertem Durchmesser, und damit erhöhter Leistungsdichte, umwandelt. Ein einfacher Strahlkompressor ist z. B. ein afokales galileisches Teleskop, wobei am Eingang die konvexe Linse und am Ausgang die konkave Linse liegt (die Brennpunkte der beiden Linsen müssen zusammenfallen, um ein afokales Teleskop zu erreichen).To achieve an intense beam on the surface of the object to be marked, it makes sense to choose between the Arrange mask and the surface of a jet compressor; this is an afocal optical system that is an incident parallel beam into a parallel beam with reduced Diameter, and thus increased power density. A simple jet compressor is e.g. B. an Afocal Galilean Telescope, the convex lens at the entrance and the concave lens (the focal points of the two lenses must be collapse to reach an afocal telescope).

Am Eingang der Führungsvorrichtung wird günstigerweise ein Strahlexpander, dies ist ein umgekehrter Strahlkompressor, angeordnet, da viele Laserquellen einen relativ dünnen Strahl, Durchmesser höchstens einige Millimeter, liefern. Der bereits erwähnte Aspekt der Verhinderung von Beschädigungen der Maske läßt es sinnvoll erscheinen, den Durchmesser des Laserstrahls vor dem Auftreffen auf die Maske zu erhöhen und somit die Flächenbelastung der Maske herabzusetzen. Die Maske wird in dieser Konfiguration von parallelem Licht durchstrahlt; ihre Positionierung ist daher nicht kritisch, was die Flexibilität der Vorrichtung beträchtlich erhöht. Ein weiterer Vorteil, der sich aus der Verwendung eines Strahlexpanders ergibt, ist die Verbesserung der Parallelität des Laserstrahls dadurch, daß auf Grund der Erhöhung seines Querschnitts der Einfluß der Beugung im Randbereich des Strahls herabgesetzt wird.At the entrance of the guide device, a is conveniently Jet expander, this is an inverted jet compressor, arranged because many laser sources have a relatively thin beam, Diameter at most a few millimeters. The already mentioned aspect of the prevention of damage to the mask makes it seem reasonable, the diameter of the laser beam before hitting the mask and thus increasing the Reduce surface load on the mask. The mask is in this configuration is illuminated by parallel light; your Positioning is therefore not critical to flexibility the device increased considerably. Another benefit that is the result of using a beam expander Improvement of the parallelism of the laser beam in that Due to the increase in its cross section, the influence of diffraction is reduced in the edge region of the beam.

Wie bereits erwähnt, wird die Größe der Beugungseffekte unter anderem von der Wellenlänge des verwendeten Laserlichtes bestimmt. Es ist daher sinnvoll, möglichst kurzwelliges Laser licht, wie es z. B. ein Excimer-Laser liefert, zu verwenden.As mentioned earlier, the magnitude of the diffraction effects is below other of the wavelength of the laser light used certainly. It is therefore advisable to use a short-wave laser light as it is e.g. B. provides an excimer laser to use.

Der Abstand zwischen Maske und Gegenstand muß unter anderem den im konkreten Fall vorliegenden Genauigkeitsanforderungen angepaßt werden. In den Fällen, in denen das aufzubringende Muster beispielsweise in einer mit bloßem Auge lesbaren Schrift besteht, ist eine Begrenzung des Abstandes zwischen der Maske und dem Gegenstand auf höchstens etwa 20 cm angebracht. Eine hohe Wiedergabequalität ist damit sicher gewährleistet.The distance between the mask and the object must include the accuracy requirements in the specific case be adjusted. In cases where this is to be applied Patterns, for example, in a text that can be read with the naked eye there is a limit to the distance between the mask and attached to the object to a maximum of about 20 cm. A high reproduction quality is guaranteed.

Die hohe Toleranz bei der Positionierung der Maske, die die erfindungsgemäße Vorrichtung auszeichnet, erlaubt es, in der Vorrichtung eine Mehrzahl von Masken, die neben- oder hintereinander angeordnet sind und wechselweise in den Strahlweg des Laserstrahls gebracht werden können, vorzusehen. Das Musterrepertoire der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann dadurch sehr hoch sein; dies macht die Vorrichtung für eine Vielzahl von Anwendungen, insbesondere das Schreiben mit einer großen Zahl darstellbarer Zeichen, möglich. Alle Masken können dabei auf einem gemeinsamen Träger angeordnet werden; auch ist es jedoch möglich, unter Ausnutzung der großen Positionierungs toleranz die Masken auf mehrere Träger die hinter- oder übereinander sitzen können und die Masken an verschiedenen Positionen in den Strahlweg bringen, anzuordnen.The high tolerance in the positioning of the mask that the characterized device according to the invention, allows in the Device a plurality of masks, the side or are arranged one behind the other and alternately in the Beam path of the laser beam can be provided. The pattern repertoire of the device according to the invention can thereby be very high; this makes the device for one Variety of applications, especially writing with one large number of representable characters, possible. All masks can be arranged on a common carrier; is too however, it is possible taking advantage of the large positioning tolerance the masks on multiple carriers the back or can sit on top of each other and the masks on different Bring positions in the beam path to arrange.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung kommen insbesondere dann zur Geltung, wenn sie zur Markierung gekrümmter oder anderweitig stark strukturierter Oberflächen verwendet wird. Die Höhe der Strukturen darf dabei durchaus in der Größenordnung eines Zentimeters liegen, was eine Markierung mit herkömmlichen gattungsgemäßen Vorrichtungen nicht erlauben würde. Insbesondere gestattet es die erfindungsgemäße Vorrichtung, elektrische Kabel mit Markierungen zu versehen.The advantages of the device according to the invention come especially when used for marking curved or otherwise strongly structured surfaces is used. The height of the structures may well be in be on the order of an inch, which is a mark not allow with conventional generic devices would. In particular, it allows the invention Device for marking electrical cables.

Die weitere Erläuterung der vorliegenden Erfindung erfolgt anhand der Zeichnungen; die Figuren stellen folgendes dar:The present invention is further explained based on the drawings; the figures represent the following:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Laser-Markierungsvorrichtung, schematisiert; Fig. 1, the laser marking device of the invention, schematically;

Fig. 2 eine Laserquelle mit integrierter Maske; Fig. 2 a laser source with integrated mask;

Fig. 3 eine Anordnung mehrerer Masken, einsetzbar in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 3 is an arrangement of several masks, used in a device according to the invention;

Fig. 4 einen erfindungsgemäß markierbaren Gegenstand mit gekrümmter Oberfläche; 4 is a according to the invention markable article having a curved surface.

Fig. 5 einen drehbaren Träger für mehrere Masken sowie ein als Strahlkompressor eingesetztes Prisma;5 shows a rotatable support for a plurality of masks as well as an inserted as a beam compressor prism.

Fig. 6 die zur Beurteilung des Einflusses der Beugung heranziehbare Konfiguration einer geraden, unendlich langen Kante; Fig. 6, the heranziehbare for the evaluation of the influence of diffraction configuration of a straight, infinitely long edge;

Fig. 7 die Intensitätsverteilung in der Beugungsfigur der geraden Kante in einer zur Kante senkrechten Richtung. Fig. 7 shows the intensity distribution in the diffraction figure of the straight edge in a direction perpendicular to the edge.

Fig. 1 zeigt ein Schema der erfindungsgemäßen Laser-Mar kierungsvorrichtung. Wesentliche Bestandteile der Vorrichtung sind eine Laserquelle 6, die einen Laserstrahl 4 emittiert, ein Strahlführungssystem bestehend aus Strahlexpander 8 und Strahlkompressor 7, eine Maske 5 und ein Gegenstand 3, auf dessen Oberfläche 2 ein Muster 1 nach Maßgabe der auf der Maske 5 befindlichen Vorlage aufgebracht wird. Weitere Bestandteile der Vorrichtung, insbesondere Halte- und Transportvorrichtungen für den Gegenstand 3, Strahlführungseinrichtungen wie z. B. ebene Umlenkspiegel sowie eventuelle Diagnoseeinrichtungen sind nicht dargestellt, da sie keine Gegenstände der vorliegenden Erfindung darstellen und in Funktion und Anwendbarkeit dem Fachmann geläufig sind. Die konkrete Ausgestaltung der vor liegenden Erfindung im Einzelfall ist der Kunst des Fachmanns überlassen. Für Strahlkompressor 7 und Strahlexpander 8 stehen verschiedene Systeme zur Verfügung. Beide Bauteile könne z. B., wie bereits erwähnt, als afokale Teleskope, insbesondere als galileische Fernrohre mit jeweils einer Konvexlinse und einer Konkavlinse als wesentliche Bestandteile, ausgestaltet werden. Fig. 1 shows a diagram of the laser marking device according to the invention. Essential components of the device are a laser source 6 , which emits a laser beam 4 , a beam guiding system consisting of beam expander 8 and beam compressor 7 , a mask 5 and an object 3 , on the surface 2 of which a pattern 1 is applied in accordance with the template on the mask 5 becomes. Other components of the device, in particular holding and transport devices for the object 3 , beam guidance devices such. B. flat deflecting mirrors and any diagnostic devices are not shown, since they are not the subject of the present invention and the function and applicability are familiar to those skilled in the art. The specific embodiment of the present invention in individual cases is left to the art of the person skilled in the art. Various systems are available for jet compressor 7 and jet expander 8 . Both components can, for. B., as already mentioned, as afocal telescopes, in particular as Galilean telescopes, each with a convex lens and a concave lens as essential components.

Fig. 2 stellt schematisch eine Laserquelle 6 dar, in die eine Maske 5 integriert ist. Die Laserquelle 6 enthält einen optischen Resonator aus einem teilreflektierenden ersten Spiegel 11 und einem zweiten Spiegel 12, wobei der in dem Resonator erzeugte Laserstrahl 4 durch den ersten Spiegel 11 auskoppelbar ist. Die Maske 5 ist zwischen erstem Spiegel 11 und zweitem Spiegel 12 angeordnet, so daß sie die Form des Querschnittes des Laserstrahls 4 bestimmt. Nach Verlassen der Laserquelle 6 mit integrierter Maske 5 ist es lediglich noch erforderlich, den Laserstrahl 4 durch einen Strahlkompressor 7 zu leiten (ggf. auch noch durch weitere, für die Erfindung nicht relevante Einrichtungen), bevor er auf den zu bearbeitenden Gegenstand 3 geführt wird. Fig. 2 illustrates schematically a laser source 6, is integrated in a mask 5. The laser source 6 contains an optical resonator consisting of a partially reflecting first mirror 11 and a second mirror 12 , the laser beam 4 generated in the resonator being able to be coupled out by the first mirror 11 . The mask 5 is arranged between the first mirror 11 and the second mirror 12 , so that it determines the shape of the cross section of the laser beam 4 . After leaving the laser source 6 with an integrated mask 5 , it is only necessary to guide the laser beam 4 through a beam compressor 7 (possibly also through other devices not relevant to the invention) before it is guided onto the object 3 to be processed .

Fig. 3 zeigt eine Anordnung einer Mehrzahl von Masken 5, die wechselweise in den Weg des Laserstrahls 4 gebracht werden können. Die Wechseleinrichtung ist hierbei nicht explizit dargestellt; es ist z. B. eine Verschiebeeinrichtung, wie bekannt aus Projektoren für Diapositive, denkbar. Ein wesentlicher Vorzug der Erfindung ist der, daß die Position der Maske 5 im Weg des Laserstrahls 4 eine weitgehend unkritische Größe ist. So ist es nicht unbedingt erforderlich, den Stapel der Masken 5 parallel zum Strahl zu verschieben, um die gewünschte Maske an einem genau bestimmten Ort in den Weg des Laserstrahls 4 schieben zu können. Sofern die Höhe des Stapels einen Betrag von etwa einigen Zentimetern nicht überschreitet, kann jede Maske durch einfaches seitliches Verschieben in den Laserstrahl 4 gebracht werden. FIG. 3 shows an arrangement of a plurality of masks 5 which can alternately be brought into the path of the laser beam 4 . The changing device is not explicitly shown here; it is Z. B. a displacement device, as is known from projectors for slides, conceivable. An important advantage of the invention is that the position of the mask 5 in the path of the laser beam 4 is a largely uncritical variable. It is not absolutely necessary to shift the stack of masks 5 parallel to the beam in order to be able to push the desired mask into the path of the laser beam 4 at a precisely determined location. If the height of the stack does not exceed an amount of about a few centimeters, each mask can be brought into the laser beam 4 by simply shifting it sideways.

In Fig. 4 ist dargestellt, wie ein Gegenstand 3 mit gekrümmter Oberfläche 2 im Sinne der vorliegenden Erfindung markiert werden kann. Nach Durchgang durch die erfindungsgemäße Vorrichtung weist der Laserstrahl 4 einen dem aufzubringenden Muster 1 entsprechenden Querschnitt auf, im dargestellten Fall ein Rechteck. Der Laserstrahl 4 trifft als paralleler Strahl auf die Oberfläche 2 auf, so daß sich, wie bereits eingehend beschrieben, das Muster 1 mit sauberen Konturen auf der Oberfläche 2 ergibt, ohne daß, wie in Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik unbedingt erforderlich, irgendwelche fokussierende Elemente nach Maßgabe der Kontur der Oberfläche 2 im Laufe der Markierung nachjustiert werden müßten. FIG. 4 shows how an object 3 with a curved surface 2 can be marked in the sense of the present invention. After passing through the device according to the invention, the laser beam 4 has a cross section corresponding to the pattern 1 to be applied, in the case shown a rectangle. The laser beam 4 strikes the surface 2 as a parallel beam, so that, as already described in detail, the pattern 1 results with clean contours on the surface 2 without any focusing, as is absolutely necessary in devices according to the prior art Elements would have to be readjusted according to the contour of the surface 2 in the course of the marking.

Fig. 5 zeigt Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Einzelheiten; so ist ein drehbarer Träger 9 dargestellt, auf dem sich zwei Masken 5 befinden, die wechselweise durch einfaches Drehen des Trägers 9 in den Weg des Laserstrahls 4 gebracht werden können. Ein schwenkbarer Träger 9, auf dem zwei oder mehrere Masken 5 befestigt sind, stellt ein besonders günstiges und einfaches Mittel dar, einer Markierungsvorrich tung ein beträchtliches Repertoire an darstellbaren Mustern zu geben. Ein besonderer Vorzug der Markierungsvorrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist es, daß nach Art des in Fig. 3 vorgestellten Schemas mehrere solcher schwenkbaren oder drehbaren Träger 9 hintereinander im Wege des Laserstrahls 4 angeordnet werden können. Weiterhin ist in Fig. 5 im weiteren Weg des Laserstrahls 4 ein Prisma 10 dargestellt, das den Querschnitt des Laserstrahls 4 in einer Dimension verringert und somit Bestandteil des Strahlkompressors 7 ist. Der Laserstrahl 4 tritt etwa senkrecht in die der Maske 5 zugewandte Oberfläche des Prismas 10 ein, durchquert dieses zunächst ohne wesentliche Richtungsänderung und wird an der der Maske 5 abgewandten Oberfläche, die nicht senkrecht zur Richtung des auf sie treffenden Laserstrahls 4 ausgerichtet ist, gebrochen und in seiner Richtung abgelenkt. Dabei aber verkleinert sich sein Querschnitt in der Ebene, die durch die Strahlrichtungen vor und nach der Beugung definiert wird. Um den Laserstrahl 4 in zwei Dimensionen zu komprimieren, müssen also zwei Prismen 10, die den Laserstrahl 4 in zueinander orthogonalen Richtungen komprimieren, hintereinander angeordnet werden. Die Tatsache, daß der Laserstrahl 4 beim Durchgang durch ein Prisma 10 eine Richtungsablenkung erfährt, stellt keine wesentliche Beeinträchtigung dar, da die Strahlführung auf einen vorgegebenen Weg eine einfache fachmännische Maß nahme, auszuführen mit Spiegeln oder reflektierenden Prismen, darstellt. Der Erfordernis zusätzlicher Strahlführungselemente steht jedoch gegenüber, daß Prismen 10 im Gegensatz zu Linsen praktisch vollkommen frei von Abbildungsfehlern sind. Selbst um den Preis zusätzlicher Strahlführungseinrichtungen ist eine Anordnung von Prismen 10 zur Kompression oder Expansion eines Laserstrahls 4 nur einen Bruchteil so teuer wie eine Linsenanordnung derselben Güte, die notwendigerweise aus einer Vielzahl von Einzellinsen zusammengesetzt sein müßte. Fig. 5 shows elements of the device according to the invention in detail; a rotatable carrier 9 is shown, on which there are two masks 5 , which can alternately be brought into the path of the laser beam 4 by simply rotating the carrier 9 . A pivotable carrier 9 , on which two or more masks 5 are attached, is a particularly cheap and simple means to give a Markungsvorrich device a considerable repertoire of representable patterns. A particular advantage of the marking device in the sense of the present invention is that a plurality of such pivotable or rotatable supports 9 can be arranged one behind the other in the way of the laser beam 4 in the manner of the diagram presented in FIG . Furthermore, a prism 10 is shown in the further path of the laser beam 4 in FIG. 5, which reduces the cross section of the laser beam 4 in one dimension and is therefore a component of the beam compressor 7 . The laser beam 4 enters the surface of the prism 10 facing the mask 5 approximately perpendicularly, first passes through it without any significant change in direction and is broken and broken on the surface facing away from the mask 5 , which is not oriented perpendicular to the direction of the laser beam 4 striking it distracted in his direction. However, its cross-section decreases in the plane defined by the beam directions before and after diffraction. In order to compress the laser beam 4 in two dimensions, two prisms 10 , which compress the laser beam 4 in mutually orthogonal directions, must be arranged one behind the other. The fact that the laser beam 4 undergoes a directional deflection when it passes through a prism 10 does not constitute a significant impairment, since the beam guidance in a predetermined way was a simple, technical measure to be carried out with mirrors or reflecting prisms. However, the need for additional beam guiding elements is offset by the fact that prisms 10, in contrast to lenses, are practically completely free of aberrations. Even at the cost of additional beam guiding devices, an arrangement of prisms 10 for compressing or expanding a laser beam 4 is only a fraction of the price of a lens arrangement of the same quality, which would necessarily have to be composed of a large number of individual lenses.

Fig. 6 zeigt eine Konfiguration mit einer unendlich langen, geraden Kante einer lichtundurchlässigen Halbebene. Die Beugungsfiguren, die an einer solchen Konfiguration bei Bestrahlung mit ebenen Wellen, die senkrecht zu der lichtundurchlässigen Halbebene einfallen, entstehen, sind für die Abschätzung der Größe der Beugungseffekte an der Maske 5 der erfindungsgemäßen Vorrichtung am besten geeignet. Die Ergebnisse sind zumindest ihrer Größenordnung nach übertragbar, wenn, wie noch erläutert werden wird, die Strukturen der Maske 5 gewisse Dimensionen nicht unterschreiten. Für eine eingehende Beschreibung der Beugung an der Kante einer lichtundurchläs sigen Halbebene wobei die Beugung im Sinne von Fresnel zu behandeln ist, wird auf das bereits zitierte Lehrbuch "Optics" verwiesen. Fig. 6 shows a configuration with an infinitely long, straight edge of an opaque half-plane. The diffraction figures that arise on such a configuration when irradiated with plane waves that are perpendicular to the opaque half-plane are most suitable for estimating the size of the diffraction effects on the mask 5 of the device according to the invention. The results, at least in terms of their magnitude, are transferable if, as will be explained below, the structures of the mask 5 do not fall below certain dimensions. For a detailed description of the diffraction at the edge of an opaque half-plane, whereby the diffraction is to be treated in the Fresnel sense, reference is made to the already cited textbook "Optics".

Fig. 7 ist eine Darstellung der Intensitätsverteilung in der Beugungsfigur der geraden Kante, bestimmt in einer zur Kante senkrechten Richtung (z-Richtung in Fig. 6). Die auf der Abszissen aufgetragene Variable v stellt einen allgemeinen Maßstab dar; sie ergibt sich im Spezialfall aus der Variablen z, die die Höhe über der Kante darstellt, nach folgender Formel: Fig. 7 is an illustration of the intensity distribution in the diffraction figure of the straight edge, determined in a direction perpendicular to the edge (z direction in Fig. 6). The variable v plotted on the abscissa represents a general yardstick; in special cases it results from the variable z , which represents the height above the edge, according to the following formula:

v = z × (0,5 × L × D)^-0′5 v = z × (0.5 × L × D ) ^-0′5

Hierbei stellt L die Wellenlänge des Lichtes dar, mit dem die Kante (von ebenen Wellen) bestrahlt wird, und D ist der Abstand des Beobachtungspunktes von der Ebene, in der die lichtundurch lässige Halbebene liegt. Die lichtundurchlässige Halbebene verläuft im Bereich der negativen Werte von z und v, die Kante ist gegeben durch z=v=0. In Fig. 7 ist I ₀ ein Maß für die Intensität des in ebenen Wellen einfallenden Lichtes; I stellt die Intensität im Verlauf der Beugungsfigur dar.Here L represents the wavelength of the light with which the edge (of plane waves) is irradiated, and D is the distance of the observation point from the plane in which the opaque half-plane lies. The opaque half-plane runs in the range of the negative values of z and v , the edge is given by z = v = 0. In Fig. 7, I _{0 is} a measure of the intensity of the light incident in plane waves; I represents the intensity in the course of the diffraction figure.

Zunächst ist aus Fig. 7 ersichtlich, daß für den Fall, daß für die gewünschte Bearbeitungsart eine gewisse Schwellenintensität existiert, die Intensität I ₀ des zur Bearbeitung eingesetzten Laserstrahls 4 so gewählt werden sollte, daß die Schwellenintensität dem etwa 0,25fachen bis zu etwa dem 0,8fachen der Intensität I ₀ des Laserstrahls 4 entspricht. Auf diese Weise wird verhindert, daß die im Randbereich des Musters 1 auftretenden Intensitätsschwankungen, wie aus Fig. 7 entnommen werden können, in Form von Fehlbearbeitungsstellen deutlich zu Tage treten. Darüber hinaus wird die Abweichung der Form des Musters 1 von der durch die Maske 5 gegebenen Vorlage kleingehalten. First of all, it can be seen from FIG. 7 that in the event that a certain threshold intensity exists for the desired type of processing, the intensity I ₀ of the laser beam 4 used for processing should be selected such that the threshold intensity is approximately 0.25 times up to approximately that 0.8 times the intensity I _{0 of} the laser beam 4 corresponds. In this way, it is prevented that the intensity fluctuations occurring in the edge region of the pattern 1 , as can be seen from FIG. 7, appear clearly in the form of incorrect processing points. In addition, the deviation of the shape of the pattern 1 from the template given by the mask 5 is kept small.

Ein Maß für die Größenordnung der Formabweichungen des Musters 1 die durch Beugung bedingt sind kann bei gegebener Wellenlänge L und gegebenen Abstand D zwischen Maske 5 und Oberfläche 2, als die Strecke z angegeben werden, für die v=1 wird. Für eine Wellenlänge von 200 nm und einen Abstand 10 cm wird diese Strecke z=0,1 mm. Wird die Intensität des Laserstrahls 4 etwa gleich der doppelten Schwellenintensität gewählt, so ergibt sich auf der Oberfläche eine der Schwellenintensität entsprechende Intensität etwa bei v=0,3. Im angegebenen Beispiel ergibt dies z=0,03 mm. Diese Präzision ist vollkommen ausreichend für die Darstellung von Symbolen, die mit bloßem Auge erkennbar sein sollen.A measure of the magnitude of the shape deviations of the pattern 1 which are caused by diffraction can be given as the distance z for which v = 1 for a given wavelength L and given distance D between mask 5 and surface 2 . For a wavelength of 200 nm and a distance of 10 cm, this distance becomes z = 0.1 mm. If the intensity of the laser beam 4 is chosen to be approximately equal to twice the threshold intensity, then an intensity corresponding to the threshold intensity is obtained on the surface at approximately v = 0.3. In the example given, this gives z = 0.03 mm. This precision is completely sufficient for the representation of symbols that should be visible to the naked eye.

Schließlich ist aus Fig. 7 auch zu entnehmen, wie breit ein Spalt sein darf, ohne daß er zusätzliche Beugungseffekte verursacht. So sind dann keine wesentlich veränderten Beugungseffekte zu erwarten, wenn die Breite des Spalts einem Wert von höchstens etwa 3 für die Variable v entspricht. Dies ist dann erfüllt, wenn die Spaltbreite größer ist als etwa das Doppelte der Quadratwurzel aus dem Produkt der Wellenlänge mit dem mittleren Abstand der Maske 5 von der Oberfläche 2 - im erwähnten Zahlenbeispiel entspricht dies einer minimalen Spaltbreite von 0,3 mm.Finally, it can also be seen from FIG. 7 how wide a gap may be without causing additional diffraction effects. No significantly changed diffraction effects are to be expected if the width of the slit corresponds to a value of at most about 3 for the variable v . This is fulfilled if the gap width is greater than approximately twice the square root of the product of the wavelength with the mean distance of the mask 5 from the surface 2 - in the numerical example mentioned, this corresponds to a minimum gap width of 0.3 mm.

Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Laser-Markierung, wobei sie die Möglichkeit der Markierung gekrümmter, gewellter oder anderweitig stark strukturierter Oberflächen mit einem beträchtlich erweiterten Repertoire an darstellbaren Symbolen in robusten und kostengünstigen Systemen einbezieht.The present invention provides a method and a Device for laser marking, giving the possibility of Marking of curved, wavy or otherwise strong structured surfaces with a considerably expanded Repertoire of representable symbols in robust and low-cost systems.

Claims

1. A method for applying a pattern ( 1 ) to the surface ( 2 ) of an object ( 3 ) by means of a laser beam ( 4 ) which is guided through at least one mask ( 5 ), the power density being carried out after passing through the mask ( 5 ) of the laser beam ( 4 ) is increased, characterized in that the laser beam ( 4 ) is guided approximately parallel to the surface ( 2 ).

2. The method according to claim 1, characterized in that the laser beam ( 4 ) is guided approximately parallel through the mask ( 5 ).

3. The method according to claim 2, characterized in that the power density of the laser beam ( 4 ) is reduced before the implementation through the mask ( 5 ).

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a laser beam ( 4 ) made of ultraviolet radiation is used, in particular a laser beam ( 4 ) from an excimer laser.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that all structures of the mask ( 5 ) which determine the shape of the pattern ( 1 ) are wider than twice the square root of the product of the wavelength of the laser beam ( 4 ) and average distance of the mask ( 5 ) from the surface ( 2 ).

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the intensity of the laser beam ( 4 ) is regulated such that the mean value of the power density of the laser beam ( 4 ) impinging on the surface ( 2 ) by a factor between about 1.3 and is about 4 greater than the power density required to apply the pattern ( 1 ).

7. Device for applying a pattern ( 1 ) to the surface ( 2 ) of an object ( 3 ) by means of a laser beam ( 4 ) with at least one laser source ( 6 ), a guide arrangement ( 7 , 8 ) for the laser beam ( 4 ) and at least one Mask ( 5 ) arranged in the beam path, which determines the shape of the pattern ( 1 ), characterized in that the guide arrangement ( 7 , 8 ) is an essentially afocal system.

8. The device according to claim 7, characterized in that the laser source ( 6 ) has at least one optical resonator from a first, partially transparent mirror ( 11 ) through which the laser beam ( 4 ) can be coupled out, and at least a second mirror ( 12 ), and the mask ( 5 ) is arranged between the first mirror ( 11 ) and the at least one second mirror ( 12 ).

9. Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that the guide arrangement ( 7 , 8 ) contains lens systems, in particular lens systems made of cylindrical lenses.

10. The device according to claim 9, characterized in that the guide arrangement ( 7 , 8 ) contains at least one lens system in the manner of a Galilean telescope.

11. The device according to claim 7 or 8, characterized in that the guide arrangement ( 7 , 8 ) contains prisms.

12. Device according to one of claims 7 to 11, characterized in that between the mask ( 5 ) and the surface ( 2 ), a jet compressor ( 7 ), in particular an afocal Galilean telescope, is included.

13. Device according to one of claims 7 to 12, characterized in that between the laser source ( 6 ) and the mask ( 5 ), a beam expander ( 8 ), in particular an afocal Galilean telescope, is included.

14. Device according to one of claims 7 to 13, characterized in that the laser source ( 6 ) is a source of ultraviolet light, in particular an excimer laser.

15. Device according to one of claims 7 to 14, characterized in that all the structures of the mask ( 5 ), which determine the shape of the pattern ( 1 ), are wider than twice the square root of the product of the wavelength of the laser beam ( 4 ) and the mean distance of the mask ( 5 ) from the surface ( 2 ).

16. The device according to one of claims 7 to 15, characterized in that the distance between the mask ( 5 ) and the object ( 3 ) is at most about 20 cm.

17. Device according to one of claims 7 to 16, characterized in that a plurality of masks ( 5 ) which can be brought alternately into the beam path of the laser beam ( 4 ) is present.

18. The apparatus according to claim 17, characterized in that all masks ( 5 ) are on a common carrier ( 9 ).

19. The apparatus according to claim 17, characterized in that a plurality of carriers ( 9 ) lying directly next to one another are present.

20. Use of a device according to one of claims 7 to 19 for marking curved surfaces.

21. Use of a device according to one of claims 7 to 19 for marking cables.