(57)【要約】  一般に、表面と、当該表面にマーキングされた識別子と、を有する、金属ワークピースが記載されている。識別子は、第１の２進数値に対応する明セルと、第１の２進数値とは異なる第２の２進数値に対応する暗セルと、を含む、対応するセルサイズを各々有するセルを有する。暗セルは、表面に対して相対的に陥凹している中央部分を含み、それにより、対応する暗セル内の外周壁によって境界付けられた陥凹を残し、陥凹は、少なくとも１００ミクロンの深さを有し、かつ４００ミクロン〜１７５０ミクロンの範囲の幅を有する開口部を有し、かつ対応するセルサイズの３０パーセント〜９９パーセントに相当し、そのため、対応する暗セルは、光学リーダに対して暗く見える。暗セルの深さ、幅、およびセルサイズは、レーザマーキングされた識別子にショットブラスト耐性を提供する。
2021525173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面と、前記表面にマーキングされた識別子と、を含む、金属ワークピースであって、
前記識別子は、対応するセルサイズを各々有する複数のセルを有し、
前記識別子は、第１の２進数値に対応する複数の明セルと、前記第１の２進数値とは異なる第２の２進数値に対応する複数の暗セルと、を有し、
前記複数の暗セルの各々は、前記表面に対して相対的に陥凹している中央部分を含み、それにより、前記対応する暗セル内の外周壁によって境界付けられた陥凹を残し、
前記陥凹は、少なくとも１００ミクロンの深さを有し、かつ４００ミクロン〜１７５０ミクロンの範囲の幅を有する開口部を有し、かつ前記対応するセルサイズの３０パーセント〜９９パーセントに相当し、そのため、前記対応する暗セルは、光学リーダに対して暗く見え、
前記対応する暗セルの前記深さ、前記幅、および前記対応するセルサイズは、レーザマーキングされた識別子にショットブラスト耐性を提供する、
金属ワークピース。
【請求項２】
前記明セルは、前記金属ワークピースが以前にショットブラストされたことを示すテクスチャを有し、前記識別子は、光学リーダによって読み取り可能である、請求項１に記載の金属ワークピース。
【請求項３】
前記陥凹の前記深さは、少なくとも１５０ミクロンである、請求項１に記載の金属ワークピース。
【請求項４】
前記陥凹の前記深さは、少なくとも３００ミクロンである、請求項１に記載の金属ワークピース。
【請求項５】
前記開口部の前記幅は、前記対応するセルサイズの６０パーセント〜９５パーセントの範囲である、請求項１に記載の金属ワークピース。
【請求項６】
前記開口部の前記幅は、前記対応するセルサイズの７０パーセント〜８９パーセントの範囲である、請求項１に記載の金属ワークピース。
【請求項７】
前記幅に対する前記深さのアスペクト比は、０．２〜２の範囲である、請求項１に記載の金属ワークピース。
【請求項８】
前記アスペクト比は、０．３〜１．５の範囲である、請求項１に記載に金属ワークピース。
【請求項９】
前記開口部の前記幅は、６００ミクロン〜８５０ミクロンの範囲である、請求項１に記載の金属ワークピース。
【請求項１０】
前記識別子は、データマトリックスの形態で提供される、請求項１に記載の金属ワークピース。
【請求項１１】
前記開口部は、四角形の形状を有する、請求項１に記載の金属ワークピース。
【請求項１２】
前記金属ワークピースは、アルミニウムを有する、請求項１に記載の金属ワークピース。
【請求項１３】
生産ラインに沿って金属ワークピースにショットブラスト耐性のある識別子をレーザマーキングする方法であって、前記方法は、
前記生産ラインに沿って金属ワークピースを受け取ることと、
前記受け取られた金属ワークピースにレーザマーキングされる識別子を示す識別子データを取得することであって、前記識別子は、対応するセルサイズを各々有する複数のセルを有し、前記複数のセルは、第１の２進数値に対応する複数の明セルと、第２の２進数値に対応する複数の暗セルと、を有する、取得することと、
前記識別子データに基づいて、前記複数の暗セルの各々について、前記対応する暗セルの中央部分においてのみ前記金属ワークピースの表面から金属をレーザ除去し、それにより、前記対応する暗セル内の外周壁によって境界付けられた陥凹を残すことによって、前記受け取られた金属ワークピースの前記表面上の前記識別子をレーザマーキングすることであって、前記陥凹は、少なくとも１００ミクロンの深さを有し、かつ４００ミクロン〜１７５０ミクロンの範囲の幅を有する開口部を有し、かつ前記対応するセルサイズの３０パーセント〜９９パーセント未満に相当し、そのため、前記対応する暗セルは、光学リーダに対して暗く見え、前記対応する暗セルの前記深さ、前記幅、および前記対応するセルサイズは、前記レーザマーキングされた識別子にショットブラスト耐性を提供する、レーザマーキングすることと、を含む、方法。
【請求項１４】
前記レーザマーキングすることの後に、前記レーザマーキングされたショットブラスト耐性のある識別子をショットブラストすることを含む、前記金属ワークピースをショットブラストすることをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記レーザマーキングすることおよび前記ショットブラストすることの後に、光学リーダを使用して前記識別子を読み取ることと、前記読み取りに基づいて前記金属ワークピースを追跡することと、をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記受け取ることは、ロボットアームを使用してワーク製造ステーションから他の場所に前記金属ワークピースを操作することを含み、前記レーザマーキングは、前記ロボットアームによる前記操作中および前記操作後のうち少なくとも一方において実施される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記レーザ除去することは、レーザマーキングビームの焦点を、前記複数の暗セルのうちの少なくとも１つの前記中央部分を包含するラスタ経路に沿って方向付けることを含み、前記ラスタ経路は、前記レーザマーキングビームの前記焦点の寸法よりも小さく、１０ミクロン〜１００ミクロンの範囲の線間隔を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記レーザ除去することは、前記ラスタ経路に沿って前記レーザマーキングビームの前記焦点を所与の回数前記方向付けることを繰り返すことを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記所与の回数が、少なくとも２回である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
生産ラインに沿って金属ワークピースにショットブラスト耐性のある識別子をレーザマーキングするためのシステムであって、前記システムは、
レーザマーキングシステムであって、レーザマーキングビームを生成するように構成されており、かつコントローラを使用して制御可能であり、前記コントローラが、
前記レーザマーキングビームを使用して、金属ワークピースにレーザマーキングされる識別子を示す識別子データを取得する工程であって、前記識別子は、対応するセルサイズを各々有する複数のセルを有し、前記複数のセルは、第１の２進数値に対応する複数の明セルと、第２の２進数値に対応する複数の暗セルと、を有する、取得する工程と、
前記識別子データに基づいて、前記複数の暗セルの各々について、前記対応する暗セルの中央部分においてのみ前記金属ワークピースの表面から金属をレーザ除去し、それにより、前記対応する暗セル内の外周壁によって境界付けられた陥凹を残すことによって、前記金属ワークピースの前記表面上の前記識別子をレーザマーキングするための命令を送信する工程であって、前記陥凹は、少なくとも１００ミクロンの深さを有し、かつ４００ミクロン〜１７５０ミクロンの範囲の幅を有する開口部を有し、かつ前記対応するセルサイズの３０パーセント〜９９パーセントに相当し、そのため、前記対応する暗セルは、光学リーダに対して暗く見え、前記対応する暗セルの前記深さ、前記幅、および前記対応するセルサイズは、前記レーザマーキングされた識別子にショットブラスト耐性を提供する、命令を送信する工程と、を実施するように構成されている、レーザマーキングシステムを含む、システム。
【請求項２１】
表面と、前記表面にマーキングされた識別子と、を含む、金属ワークピースであって、前記識別子は、対応するセルサイズを各々有する複数のセルを有し、前記識別子は、第１の２進数値に対応する複数の明セルと、前記第１の２進数値とは異なる第２の２進数値に対応する複数の暗セルと、を有し、前記複数の暗セルの各々は、前記表面に対して相対的に陥凹している中央部分を含み、それにより、前記対応する暗セル内の外周壁によって境界付けられた陥凹を残し、前記陥凹が有する底壁は、前記底壁の総面積に対する前記底壁の暗領域の比率Ｒが約５０％を超えるような深さｄで、幅ｗを有し、前記暗領域は、直径Ｄを有するショットでは到達不可能な前記底壁の領域を定義する、金属ワークピース。
【請求項２２】
前記比率は、約６０％を超える、請求項２１に記載の金属ワークピース。
【請求項２３】
前記比率は、約７０％を超える、請求項２１に記載の金属ワークピース。
【請求項２４】
前記比率は、約８０％を超える、請求項２１に記載の金属ワークピース。
【請求項２５】
前記底壁が正方形の形状を有するとき、前記深さｄは、前記直径Ｄの半分以上であり、前記幅ｗは、前記直径Ｄ以上であり、前記幅ｗは、以下の不等式：
【数１】
2021525173.tif 000014
を満たす、請求項２１〜２４のいずれか一項に記載の金属ワークピース。
【請求項２６】
前記底壁が正方形の形状を有するとき、前記深さｄは、前記直径Ｄの半分未満であり、前記幅ｗは、２√（Ｄｄ−ｄ２）以上であり、前記幅ｗおよび前記深さｄは、ともに以下の不等式：
【数２】
2021525173.tif 000015
を満たす、請求項２１〜２４のいずれか一項に記載の金属ワークピース。
【請求項２７】
前記陥凹の前記深さｄは、少なくとも１００ミクロンである、請求項２１に記載の金属ワークピース。
【請求項２８】
前記陥凹の前記深さｄは、少なくとも１５０ミクロンである、請求項２１に記載の金属ワークピース。
【請求項２９】
前記陥凹の前記深さｄは、少なくとも３００ミクロンである、請求項２１に記載の金属ワークピース。
【請求項３０】
前記陥凹は、４００ミクロン〜１７５０ミクロンの範囲の陥凹開口幅を有する、請求項２１に記載の金属ワークピース。
【請求項３１】
前記陥凹は、６００ミクロン〜８５０ミクロンの範囲の陥凹開口幅を有する、請求項２１に記載の金属ワークピース。
【請求項３２】
前記陥凹は、前記対応するセルサイズの３０パーセント〜９９パーセントに相当する陥凹開口幅を有する、請求項２１に記載の金属ワークピース。
【請求項３３】
前記陥凹は、前記対応するセルサイズの６０パーセント〜９５パーセントに相当する陥凹開口幅を有する、請求項２１に記載の金属ワークピース。
【請求項３４】
前記陥凹は、前記対応するセルサイズの７０パーセント〜８９パーセントに相当する陥凹開口幅を有する、請求項２１に記載の金属ワークピース。
【請求項３５】
前記陥凹は、陥凹開口幅に対する前記深さの、０．２〜２の範囲のアスペクト比を有する、請求項２１に記載の金属ワークピース。
【請求項３６】
前記陥凹は、前記陥凹開口幅に対する前記深さの、０．３〜１．５の範囲のアスペクト比を有する、請求項２１に記載の金属ワークピース。
【請求項３７】
前記識別子は、データマトリックスの形態で提供される、請求項２１に記載の金属ワークピース。
【請求項３８】
前記金属ワークピースは、アルミニウムを有する、請求項２１に記載の金属ワークピース。
【請求項３９】
生産ラインに沿って金属ワークピースにショットブラスト耐性のある識別子をレーザマーキングする方法であって、前記方法は、
前記生産ラインに沿って金属ワークピースを受け取ることと、
以前に取得した識別子データに基づいて、前記金属ワークピースの表面に識別子をレーザマーキングすることであって、前記識別子は、対応するセルサイズｃを各々有する複数のセルを有し、前記複数のセルは、第１の２進数値に対応する複数の明セルと、第２の２進数値に対応する複数の暗セルと、を有する、レーザマーキングすることと、を含み、
前記レーザマーキングすることが、前記複数の暗セルの各々について、前記対応する暗セルの中央部分においてのみ前記金属ワークピースの前記表面から金属を除去し、それにより、前記対応する暗セル内の外周壁によって境界付けられた陥凹を残すことを含み、前記陥凹が有する底壁は、前記底壁の総面積に対する前記底壁の暗領域の比率Ｒが約５０％を超えるような深さｄで、幅ｗを有し、前記暗領域は、直径Ｄを有するショットでは到達不可能な前記底壁の領域を定義する、方法。
【請求項４０】
前記比率は、約６０％を超える、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記比率は、約７０％を超える、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記比率は、約８０％を超える、請求項３９に記載の方法。
【請求項４３】
前記底壁が正方形の形状を有するとき、前記深さｄは、前記直径Ｄの半分以上であり、前記幅ｗは、前記直径Ｄ以上であり、前記幅ｗは、以下の不等式：
【数３】
2021525173.tif 000016
を満たす、請求項３９〜４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４４】
前記底壁が正方形の形状を有するとき、前記深さｄは、前記直径Ｄの半分未満であり、前記幅ｗは、２√（Ｄｄ−ｄ２）以上であり、前記幅ｗおよび前記深さｄは、ともに以下の不等式：
【数４】
2021525173.tif 000017
を満たす、請求項３９〜４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４５】
生産ラインに沿って金属ワークピースにショットブラスト耐性のある識別子をレーザマーキングするためのシステムであって、前記システムは、
レーザマーキングシステムであって、レーザマーキングビームを生成するように構成されており、かつコントローラを使用して制御可能であり、前記コントローラが、
前記生産ラインに沿って金属ワークピースを受け取る工程と、
以前に取得した識別子データに基づいて、前記金属ワークピースの表面に識別子をレーザマーキングする工程であって、前記識別子は、対応するセルサイズｃを各々有する複数のセルを有し、前記複数のセルは、第１の２進数値に対応する複数の明セルと、第２の２進数値に対応する複数の暗セルと、を有する、レーザマーキングする工程と、を実施するように構成されている、レーザマーキングシステムを含み、
前記レーザマーキングすることが、前記複数の暗セルの各々について、前記対応する暗セルの中央部分においてのみ前記金属ワークピースの前記表面から金属を除去し、それにより、前記対応する暗セル内の外周壁によって境界付けられた陥凹を残すことを含み、前記陥凹が有する底壁は、前記底壁の総面積に対する前記底壁の暗領域の比率Ｒが約５０％を超えるような深さｄで、幅ｗを有し、前記暗領域は、直径Ｄを有するショットでは到達不可能な前記底壁の領域を定義する、システム。
【請求項４６】
前記比率は、約６０％を超える、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記比率は、約７０％を超える、請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
前記比率は、約８０％を超える、請求項４５に記載の方法。
【請求項４９】
前記底壁が正方形の形状を有するとき、前記深さｄは、前記直径Ｄの半分以上であり、前記幅ｗは、前記直径Ｄ以上であり、前記幅ｗは、以下の不等式：
【数５】
2021525173.tif 000018
を満たす、請求項４５〜４８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５０】
前記底壁が正方形の形状を有するとき、前記深さｄは、前記直径Ｄの半分未満であり、前記幅ｗは、２√（Ｄｄ−ｄ２）以上であり、前記幅ｗおよび前記深さｄは、ともに以下の不等式：
【数６】
2021525173.tif 000019
を満たす、請求項４５〜４８のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連参照の相互参照
本出願は、２０１８年５月２５日に出願された米国特許仮出願第６２／６７６，５５０号、および２０１８年１０月１２日に出願された米国特許仮出願第６２／７４５，００９号の両方の優先権を主張し、それらの各々の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明の改善点は、概して、金属ワークピースのマーキングに関するものであり、より具体的には、そのような金属ワークピースにショットブラスト耐性のある識別子をレーザマーキングすることに関連する。
【背景技術】
【０００３】
金属ワークピースは、いくつか例を挙げると、鋳造または鍛造を含む多数の異なる技術によって生産され得る。例えば、一般に図１を参照すると、ダイキャストは、一般に、高圧下で溶融金属を金型キャビティに圧入し、ダイキャストステーション１２を使用して金属鋳造物１０を形成することを伴う。典型的に、金型キャビティは、所望の形状に機械加工された２つの硬化された工具鋼型を有する。金属鋳造物１０が作製されるとき、鋼型のうちの１つが移動され、金属鋳造物１０を他の鋼型のうちの１つに残し、そこから金属鋳造物１０が射出され得る。
【０００４】
図示のように、射出された金属鋳造物１０は、ダイキャストステーション１２から離されて、生産ライン１６に沿ってさらなる変形のために、ロボットアーム１４を使用して操作される。このような生産ライン１６は、金属鋳造物１０がトリミングされるトリミングステーション１８、金属鋳造物１０がショットブラストされるショットブラストステーション２０、金属鋳造物１０が機械加工される機械加工ステーション２２、および金属鋳造物１０が通常高温で識別される識別ステーション２４を含むことができ、その後、変形された金属鋳造物１０が流通され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
生産ライン１６に沿って金属鋳造物１０を識別することにより、変形および流通網を辿ったある時点で、金属鋳造物１０の１つに不良が発生した場合に、不良の原因を追跡し、それに応じて対応することが可能になる。金属鋳造物または他の金属ワークピースを識別するための既存の技術は、ある程度満足できるものであったが、改善の余地が残っている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
生産ライン１６に沿って可能な限り早期に金属鋳造物１０を識別することは、金属鋳造物１０が、ダイキャストステーション１２と識別ステーション２４との間で操作されるときに起こり得る識別エラーを回避することに寄与することができる。さらに、所与の金属鋳造物１０が誤って識別される確率は、ダイキャストステーション１２と識別ステーション２４との間で、所与の金属鋳造物１０の操作回数とともに増加するように見える。例えば、生産ライン１６では、鋼型の１つから排出されると、金属鋳造物１０は、しばしば以下の順序で変形され、金属鋳造物は、ダイキャストステーション１２からトリミングステーション１８まで操作され、金属鋳造物１０は、トリミングステーション１８からショットブラストステーション２０まで操作され、金属鋳造物１０は、ショットブラストステーション２０から機械加工ステーション２２まで操作され、金属鋳造物１０は、機械加工ステーション２２から識別ステーション２４まで操作され、そこで金属鋳造物１０は、データマトリックスなどの専用の識別子で識別される。
【０００７】
したがって、本実施例では、所与の金属鋳造物１０は、ダイキャストステーション１２と識別ステーション２４との間で少なくとも３回操作される。これらの操作中に、所与の金属鋳造物１０を別の鋳造物１０に置き換えられ得、その場合、１つ以上の金属鋳造物１０が誤って識別され得、すなわち、所与の金属鋳造物１０が、別の異なる金属鋳造物１０に属する識別子で代わりに識別される。したがって、これらの状況では、金属鋳造物１０が変形および流通網に沿って追跡され得る精度が損なわれる可能性がある。
【０００８】
したがって、生産ラインに沿って可能な限り早期に金属鋳造物を識別するために、金属鋳造物は、好ましくは、金属鋳造物がまだダイキャストステーションの鋼型のうちの１つにあるとき、ロボットアームが金属鋳造物をダイキャストステーションの鋼型のうちの１つから離して操作するとき、および／またはダイキャストステーションの直後にある識別ステーションを使用するとき、専用の識別器で識別されるべきである。しかしながら、以前にマーキングされた識別子が損傷、かつさらに消去する可能性がある後続のショットブラストステーションを含む生産ラインでは、このようにして進むことは一般的に好ましくないことである。したがって、本発明者らは、ショットブラスト耐性のある識別子をレーザマーキングするための方法およびシステムを本明細書に記載しているが、これは、生産ラインにおいて、可能な限り早期に金属鋳造物の識別を可能にし、かつショットブラストされた後でも依然として読み取り可能にする。いずれにしても、好ましくは、そのようなシステムの精度および効率性の恩恵を受けるために、識別子は、レーザマーキングシステムを使用してマーキングされるべきである。このようなショットブラスト耐性のある識別子を有する金属鋳造物についても記載されている。
【０００９】
したがって、金属鋳造物または任意の他の金属ワークピースにショットブラスト耐性のある識別子をレーザマーキングする必要がある。
【００１０】
一態様によれば、生産ラインに沿った金属ワークピースにショットブラスト耐性のある識別子をレーザマーキングする方法が提供され、方法は、生産ラインに沿って金属ワークピースを受け取ることと、受け取られた金属ワークピースにレーザマーキングされる識別子を示す識別子データを取得することであって、識別子は、対応するセルサイズを各々有する複数のセルを有し、複数のセルは、第１の２進数値に対応する複数の明セルと、第２の２進数値に対応する複数の暗セルと、を有する、取得することと、識別子データに基づいて、複数の暗セルの各々について、対応する暗セルの中央部分においてのみ金属ワークピースの表面から金属をレーザ除去し、それにより、対応する暗セル内の外周壁によって境界付けられた陥凹を残すことによって、受け取られた金属ワークピースの表面上の識別子をレーザマーキングすることであって、陥凹は、少なくとも１００ミクロンの深さを有し、かつ４００ミクロン〜１７５０ミクロンの範囲の幅を有する開口部を有し、かつ対応するセルサイズの３０パーセント〜９９パーセント未満に相当し、そのため、対応する暗セルは、光学リーダに対して暗く見え、対応する暗セルの深さ、幅、および対応するセルサイズは、レーザマーキングされた識別子にショットブラスト耐性を提供する、レーザマーキングすることと、を含む。
【００１１】
別の態様によれば、生産ラインに沿って金属ワークピースにショットブラスト耐性のある識別子をレーザマーキングするためのシステムが提供され、システムは、レーザマーキングシステムであって、レーザマーキングビームを生成するように構成されており、かつコントローラを使用して制御可能であり、コントローラが、レーザマーキングビームを使用して、金属ワークピースにレーザマーキングされる識別子を示す識別子データを取得する工程であって、識別子は、対応するセルサイズを各々有する複数のセルを有し、複数のセルは、第１の２進数値に対応する複数の明セルと、第２の２進数値に対応する複数の暗セルと、を有する、取得する工程と、識別子データに基づいて、複数の暗セルの各々について、対応する暗セルの中央部分においてのみ金属ワークピースの表面から金属をレーザ除去し、それにより、対応する暗セル内の外周壁によって境界付けられた陥凹を残すことによって、金属ワークピースの表面上の識別子をレーザマーキングするための命令を送信する工程であって、陥凹は、少なくとも１００ミクロンの深さを有し、かつ４００ミクロン〜１７５０ミクロンの範囲の幅を有する開口部を有し、かつ対応するセルサイズの３０パーセント〜９９パーセントに相当し、そのため、対応する暗セルは、光学リーダに対して暗く見え、対応する暗セルの深さ、幅、および対応するセルサイズは、レーザマーキングされた識別子にショットブラスト耐性を提供する命令を送信する工程と、を実施するように構成されている、レーザマーキングシステムを含む。
【００１２】
別の態様によれば、表面と、当該表面にマーキングされた識別子と、を含む、金属ワークピースが提供され、識別子は、対応するセルサイズを各々有する複数のセルを有し、識別子は、第１の２進数値に対応する複数の明セルと、第１の２進数値とは異なる第２の２進数値に対応する複数の暗セルと、を有し、複数の暗セルの各々は、表面に対して相対的に陥凹している中央部分を含み、それにより、対応する暗セル内の外周壁によって境界付けられた陥凹を残し、陥凹は、少なくとも１００ミクロンの深さを有し、かつ４００ミクロン〜１７５０ミクロンの範囲の幅を有する開口部を有し、かつ対応するセルサイズの３０パーセント〜９９パーセントに相当し、そのため、対応する暗セルは、光学リーダに対して暗く見え、対応する暗セルの深さ、幅、および対応するセルサイズは、レーザマーキングされた識別子にショットブラスト耐性を提供する。
【００１３】
別の態様によれば、表面と、当該表面にマーキングされた識別子と、を含む、金属ワークピースが提供され、識別子は、対応するセルサイズを各々有する複数のセルを有し、識別子は、第１の２進数値に対応する複数の明セルと、第１の２進数値とは異なる第２の２進数値に対応する複数の暗セルと、を有し、複数の暗セルの各々は、表面に対して相対的に陥凹している中央部分を含み、それにより、対応する暗セル内の外周壁によって境界付けられた陥凹を残し、対応する暗セルの深さ、幅、および対応するセルサイズは、レーザマーキングされた識別子にショットブラスト耐性を提供する。いくつかの実施形態では、対応する暗セルが、光学リーダに対して暗く見えるように、幅は、４００ミクロン〜１７５０ミクロン、好ましくは６００ミクロン〜８５０ミクロンの範囲である。いくつかの実施形態では、各陥凹は、少なくとも１００ミクロン、好ましくは少なくとも１５０ミクロン、および最も好ましくは３００ミクロンを超える深さを有する。いくつかの他の実施形態では、各陥凹の開口部の幅は、対応するセルサイズの３０パーセント〜９９パーセント、好ましくは対応するセルサイズの６０〜９５パーセント、および最も好ましくは対応するセルサイズの７０〜８９パーセントの範囲である。
【００１４】
別の態様によれば、生産ラインに沿って金属ワークピースにショットブラスト耐性のある識別子をレーザマーキングするための方法が提供され、方法は、生産ラインに沿って金属ワークピースを受け取ることと、以前に取得した識別子データに基づいて、当該金属ワークピースの表面に識別子をレーザマーキングすることであって、当該識別子は、対応するセルサイズｃを各々有する複数のセルを有し、複数のセルは、第１の２進数値に対応する複数の明セルと、第２の２進数値に対応する複数の暗セルと、を有する、レーザマーキングすることと、を含み、当該レーザマーキングすることが、複数の暗セルの各々について、対応する暗セルの中央部分においてのみ金属ワークピースの表面から金属を除去し、それにより、対応する暗セル内の外周壁によって境界付けられた陥凹を残すことを含み、陥凹が有する底壁は、当該底壁の総面積に対する当該底壁の暗領域の比率Ｒが約５０％を超えるような深さｄで、幅ｗを有し、当該暗領域は、直径Ｄを有するショットでは到達不可能な当該底壁の領域を定義する。
【００１５】
別の態様によれば、生産ラインに沿って金属ワークピースにショットブラスト耐性のある識別子をレーザマーキングするためのシステムが提供され、システムは、レーザマーキングシステムであって、レーザマーキングビームを生成するように構成されており、かつコントローラを使用して制御可能であり、コントローラが、生産ラインに沿って金属ワークピースを受け取る工程と、以前に取得した識別子データに基づいて、当該金属ワークピースの表面に識別子をレーザマーキングする工程であって、当該識別子は、対応するセルサイズｃを各々有する複数のセルを有し、複数のセルは、第１の２進数値に対応する複数の明セルと、第２の２進数値に対応する複数の暗セルと、を有する、レーザマーキングする工程と、を実施するように構成されている、レーザマーキングシステムを含み、当該レーザマーキングすることが、複数の暗セルの各々について、対応する暗セルの中央部分においてのみ金属ワークピースの表面から金属を除去し、それにより、対応する暗セル内の外周壁によって境界付けられた陥凹を残すことを含み、陥凹が有する底壁は、当該底壁の総面積に対する当該底壁の暗領域の比率Ｒが約５０％を超えるような深さｄで、幅ｗを有し、当該暗領域は、直径Ｄを有するショットでは到達不可能な当該底壁の領域を定義する。
【００１６】
別の態様によれば、表面と、当該表面にマーキングされた識別子と、を含む、金属ワークピースが提供され、識別子は、対応するセルサイズを各々有する複数のセルを有し、識別子は、第１の２進数値に対応する複数の明セルと、第１の２進数値とは異なる第２の２進数値に対応する複数の暗セルと、を有し、複数の暗セルの各々は、表面に対して相対的に陥凹している中央部分を含み、それにより、対応する暗セル内の外周壁によって境界付けられた陥凹を残し、陥凹が有する底壁は、当該底壁の総面積に対する当該底壁の暗領域の比率Ｒが約５０％を超えるような深さｄで、幅ｗを有し、当該暗領域は、直径Ｄを有するショットでは到達不可能な当該底壁の領域を定義する。いくつかの実施形態では、幅は、４００ミクロン〜１７５０ミクロン、および好ましくは６００ミクロン〜８５０ミクロンの範囲である。いくつかの実施形態では、各陥凹は、少なくとも１００ミクロン、好ましくは少なくとも１５０ミクロン、および最も好ましくは３００ミクロンを超える深さを有する。いくつかの他の実施形態では、各陥凹の開口部の幅は、対応するセルサイズの３０パーセント〜９９パーセント、好ましくは対応するセルサイズの６０〜９５パーセント、および最も好ましくは対応するセルサイズの７０〜８９パーセントの範囲である。いくつかの実施形態では、幅に対する深さのアスペクト比は、０．２〜２、および好ましくは０．３〜１．５の範囲である。識別子は、データマトリックスの形態で提供され得る。開口部の形状は、四角形を有し得る。
【００１７】
本明細書で使用される「コンピュータ」という表現は、限定的な様式で解釈されるべきではないことが理解されよう。むしろ、広義に使用され、一般に、１つ以上の処理ユニットのいくつかの形態と、処理ユニット（複数可）によってアクセス可能なメモリシステムのいくつかの形態との組み合わせを指す。同様に、本明細書で使用される「コントローラ」という表現は、限定的な様式で解釈されるものではなく、一般的な意味のデバイス、または、例えば、電子デバイスのような１つ以上のデバイスを制御する機能（複数可）を実施する２つ以上のデバイスを有する一般的な意味のシステムを意味する。
【００１８】
コンピュータまたはコントローラの様々な機能は、ハードウェアによって、またはハードウェアとソフトウェアの両方の組み合わせによって実施され得ることが理解されよう。例えば、ハードウェアには、プロセッサのシリコンチップの一部として含まれる論理ゲートを含めることができる。ソフトウェアは、メモリシステムに記憶されたコンピュータ可読命令などのデータの形態であり得る。コンピュータ、コントローラ、処理ユニット、またはプロセッサチップに関して、「構成されている」という表現は、関連付けられた機能を実施するように動作可能なハードウェアまたはハードウェアとソフトウェアの組み合わせの存在に関する。
【００１９】
本発明の改善点に関する多くのさらなる特徴およびその組み合わせは、本開示を読めば、当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来技術による、ショットブラストステーションの下流に識別ステーションを設けた、例示的な生産ラインの概略図である。
【図２】１つ以上の実施形態による、ショットブラストステーションの上流に識別ステーションを設けた、生産ラインの一例の概略図である。
【図３】１つ以上の実施形態による、コントローラを有するレーザマーキングシステムを示す、図２の識別ステーションの一例の概略図である。
【図４】１つ以上の実施形態による、図３のコントローラのコンピューティングデバイスの一例の概略図である。
【図５】１つ以上の実施形態による、図３のコントローラのソフトウェアアプリケーションの一例の概略図である。
【図６】１つ以上の実施形態による、第１および第２の２進数値を含むデータマトリックスの形態で提供される、識別子を示す例示的な識別データの概略図である。
【図７】１つ以上の実施形態による、暗セルおよび明セルを含むデータマトリックスの形態で提供される、識別子を示す識別データの別の例の概略図である。
【図８】ショットブラスト前を示す、その表面に図７の識別子がマーキングされた金属鋳造物の概略図である。
【図８Ａ】ショットブラスト後を示す、図８の金属鋳造物の識別子の概略図である。
【図９】１つ以上の実施形態による、ショットブラスト前を示す、その表面にマーキングされたショットブラスト耐性のある識別子を有する金属鋳造物の概略図である。
【図９Ａ】１つ以上の実施形態による、図９のショットブラスト耐性のある識別子の暗セルの概略図である。
【図９Ｂ】１つ以上の実施形態による、図９Ａの９Ｂ−９Ｂ線による、図９Ａの暗セルの断面図である。
【図９Ｃ】１つ以上の実施形態による、ショットブラスト後を示す、図９の金属鋳造物のショットブラスト耐性のある識別子の概略図である。
【図１０Ａ】１つ以上の実施形態による、暗セルの陥凹の外周壁の内面でショットが跳ね返る様子を示す、図９Ａの暗セルの断面図である。
【図１０Ｂ】１つ以上の実施形態による、暗セルの陥凹の外周壁の上面でショットが跳ね返る様子を示す、図９Ａの暗セルの断面図である。
【図１１Ａ】いくつかの実施形態による、ショットブラスト後を示す、その表面にレーザマーキングされた複数のショットブラスト耐性のある識別子を有する金属ワークピースの上面立面図である。
【図１１Ｂ】いくつかの実施形態による、ショットブラスト後を示す、その表面にレーザマーキングされた複数のショットブラスト耐性のある識別子を有する金属ワークピースの上面立面図である。
【図１１Ｃ】いくつかの実施形態による、ショットブラスト後を示す、その表面にレーザマーキングされた複数のショットブラスト耐性のある識別子を有する金属ワークピースの上面立面図である。
【図１１Ｄ】いくつかの実施形態による、ショットブラスト後を示す、その表面にレーザマーキングされた複数のショットブラスト耐性のある識別子を有する金属ワークピースの上面立面図である。
【図１１Ｅ】いくつかの実施形態による、ショットブラスト後を示す、その表面にレーザマーキングされた複数のショットブラスト耐性のある識別子を有する金属ワークピースの上面立面図である。
【図１１Ｆ】いくつかの実施形態による、ショットブラスト後を示す、その表面にレーザマーキングされた複数のショットブラスト耐性のある識別子を有する金属ワークピースの上面立面図である。
【図１１Ｇ】いくつかの実施形態による、ショットブラスト後を示す、その表面にレーザマーキングされた複数のショットブラスト耐性のある識別子を有する金属ワークピースの上面立面図である。
【図１１Ｈ】いくつかの実施形態による、ショットブラスト後を示す、その表面にレーザマーキングされた複数のショットブラスト耐性のある識別子を有する金属ワークピースの上面立面図である。
【図１１Ｉ】いくつかの実施形態による、ショットブラスト後を示す、その表面にレーザマーキングされた複数のショットブラスト耐性のある識別子を有する金属ワークピースの上面立面図である。
【図１１Ｊ】いくつかの実施形態による、ショットブラスト後を示す、その表面にレーザマーキングされた複数のショットブラスト耐性のある識別子を有する金属ワークピースの上面立面図である。
【図１１Ｋ】いくつかの実施形態による、ショットブラスト後を示す、その表面にレーザマーキングされた複数のショットブラスト耐性のある識別子を有する金属ワークピースの上面立面図である。
【図１１Ｌ】いくつかの実施形態による、ショットブラスト後を示す、その表面にレーザマーキングされた複数のショットブラスト耐性のある識別子を有する金属ワークピースの上面立面図である。
【図１１Ｍ】いくつかの実施形態による、レーザマーキング時間の関数として、図１１Ａ〜図１１Ｌの識別子のコントラストを示すグラフである。
【図１２Ａ】１つ以上の実施形態による、暗セルの陥凹の外周壁の上面でショットがバウンドする様子を示す、識別子の暗セルの断面図である。
【図１２Ｂ】１つ以上の実施形態による、ショットブラスト後を示す、図１２Ａの識別子の暗セルの概略図である。
【図１３】いくつかの実施形態による、ショットブラスト後を示す、ショットブラスト耐性を欠く複数の識別子がレーザマーキングされた金属鋳造物の概略図である。
【図１４Ａ】１つ以上の実施形態による、円形の形状を有する開口部を示す、暗セルの一例の概略図である。
【図１４Ｂ】１つ以上の実施形態による、三角形の形状を有する開口部を示す、暗セルの一例の概略図である。
【図１４Ｃ】１つ以上の実施形態による、角が丸みを帯びた正方形の形状を有する開口部を示す、暗セルの一例の概略図である。
【図１５Ａ】１つ以上の実施形態による、バーコードとして示される、ショットブラスト耐性のある識別子の一例の概略図である。
【図１５Ｂ】１つ以上の実施形態による、クイックレスポンス（ＱＲ）コードとして示される、ショットブラスト耐性のある識別子の別の例の概略図である。
【図１６】１つ以上の実施形態による、明セルと暗セルとを有するショットブラスト耐性のある識別子の別の例の概略図であり、そのような暗セルのうちの任意の１つは、図９Ａに示されるもののような複数のより小さな暗セルを含み得ることを示す。
【図１７Ａ】１つ以上の実施形態による、平均直径Ｄが０．４３０ｍｍのショットでのショットブラスト後を示す、幅ｗが０．５ｍｍで、深さｄが０．６０ｍｍの陥凹を有する刻印された暗セルを有する金属ワークピースの上面立面図である。
【図１７Ｂ】１つ以上の実施形態による、平均直径Ｄが０．４３０ｍｍのショットでのショットブラスト後を示す、幅ｗが０．７５ｍｍで、深さｄが０．６０ｍｍの陥凹を有する刻印された暗セルを有する金属ワークピースの上面立面図である。
【図１７Ｃ】１つ以上の実施形態による、平均直径Ｄが０．４３０ｍｍのショットでのショットブラスト後を示す、幅ｗが１．６ｍｍで、深さｄが０．６０ｍｍの陥凹を有する刻印された暗セルを有する金属ワークピースの上面立面図である。
【図１８Ａ】１つ以上の実施形態による、ショットの直径Ｄよりも小さく、深さｄがショットの直径Ｄの半分よりも大きい、幅ｗの陥凹を有する暗セルの断面図である。
【図１８Ｂ】１つ以上の実施形態による、ショットの直径Ｄよりも大きく、深さｄがショットの直径Ｄの半分よりも大きい、幅ｗの陥凹を有する暗セルの断面図である。
【図１８Ｃ】１つ以上の実施形態による、２√（Ｄｄ−ｄ２）よりも大きく、深さｄがショットの直径Ｄの半分よりも小さい、幅ｗの陥凹を有する暗セルの断面図である。
【図１８Ｄ】１つ以上の実施形態による、２√（Ｄｄ−ｄ２）よりも小さく、深さｄがショットの直径Ｄの半分よりも小さい、幅ｗの陥凹を有する暗セルの断面図である。
【図１９Ａ】１つ以上の実施形態による、図１８Ａまたは図１８Ｄの暗セルの上面立面図である。
【図１９Ｂ】１つ以上の実施形態による、図１８Ｂまたは図１８Ｃの暗セルの上面立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
ここで図２を参照すると、本開示は、生産ライン１１６に沿って可能な限り早期に、金属鋳造物１１０などの金属ワークピースを識別することに関する。示されるように金属鋳造物１１０は、好ましくは、金属鋳造物１１０がまだダイキャストステーション１２にあるとき、ロボットアーム１４が金属鋳造物１１０をダイキャストステーション１２の鋼型のうちの１つから離して操作するとき、および／またはダイキャストステーション１２の直後に位置決めされた識別ステーション１２４を使用するとき、専用の識別器で識別されるべきである。
【００２２】
図３は、生産ライン１１６に沿ったレーザマーキングシステム１２６の一例を示す。レーザマーキングシステム１２６は、本開示の一実施形態によって、金属鋳造物１１０などの金属ワークピース１１０´にショットブラスト耐性のある識別子をレーザマーキングするために使用され得る。本実施例では、金属鋳造物１１０はアルミニウム鋳造物である。しかしながら、金属鋳造物１１０は、非鉄金属、具体的には亜鉛、銅、アルミニウム、マグネシウム、鉛、ピュータ、および／またはスズ系合金などのような、これらに限定されない他の任意の好適な鋳造金属で作製され得る。
【００２３】
本実施例に示されるように、レーザマーキングシステム１２６は、図２の生産ライン１１６の複数の変形ステーションのうちの１つである識別ステーション１２４の一部であり、レーザマーキングシステム１２６を含む識別ステーション１２４は、ダイキャストステーション１２の下流およびショットブラストステーション２０の上流に位置決めされている。
【００２４】
図３に戻ると、この特定の実施形態では、レーザマーキングシステム１２６は、ショットブラストステーション２０でのショットブラストの前に、金属鋳造物１１０がダイキャストステーション１２から生産ライン１１６の別の変形ステーションに操作されている間に、レーザマーキングを行うように構成されている。この例では、金属鋳造物１１０は、ロボットアーム１４を使用して操作されており、レーザマーキングは、ロボットアーム１４による操作中に実施される。しかしながら、金属鋳造品１１０は、代替的に、ロボットアーム１４による操作の後にレーザマーキングされ得る。例えば、ロボットアーム１４を使用して、ダイキャストステーションから識別ステーション１２４の支持面まで金属鋳造物１１０を操作することができ、そこで金属鋳造物１１０がレーザマーキングされ得る。金属鋳造物１１０はまた、１人以上の操作者によって、またはコンベヤ、車両などを使用して操作され得ることが理解されよう。上で考察されるように、生産ライン１１６において可能な限り早期に金属鋳造物１１０に識別子をレーザマーキングすることは、生産ライン１１６によって作製された金属鋳造物１０のトレーサビリティを構成し得る識別エラーの低減に寄与し得る。
【００２５】
本実施例に示すように、レーザマーキングシステム１２６は、レーザビーム生成器１２８と、ビームエキスパンダ１３０と、１つ以上の走査ヘッド（以下、「走査ヘッド１３２」という）と、レンズ１３４と、少なくともレーザビーム生成器１２８と走査ヘッド１３２とに通信的に結合されたコントローラ１３６と、を有する。
【００２６】
本実施例では、レーザビーム生成器１２８は、光路に沿ってレーザビーム１３６を生成するように構成される。ある特定の実施形態では、レーザビーム生成器１２８は、ファイバレーザである。例えば、ファイバレーザは、１．０６ミクロン（すなわち、μｍ１０−６、ｍ）の動作波長、約１００Ｗの最大平均出力、約１００ｎｓのパルス持続時間、約１００ｋＨｚのパルス繰り返し速度、約１ｍＪのパルスエネルギー、およびビーム品質係数Ｍ２≒１．６を有するパルスレーザビームを提供するＱスイッチパルスファイバレーザであり得る。このようなファイバレーザの例は、ＩＰＧ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓによって販売されるＹＬＰシリーズを含む。しかしながら、用途に応じて、任意の他の好適なレーザビーム生成器を使用することができる。
【００２７】
そのような動作波長は、アルミニウムが、その動作波長で良好な吸収を可能にするので、アルミニウム鋳物などの金属鋳造物１１０をレーザマーキングするのに好適であり得る。異なる金属のタイプの場合には、レーザビーム生成器のタイプおよび／またはレーザビーム生成器の動作波長は、金属鋳造物１１０の金属のタイプに基づいて選択され得る。
【００２８】
示されるように、ビームエキスパンダ１３０は、レーザビーム１３６のビーム径を、拡張ビーム径に拡張するために使用される。拡張されたビーム径の例は、約１０ｍｍ（１／ｅ２幅）を含み得る。より具体的には、ビームエキスパンダ１３２は、レーザビーム生成器１２８からレーザビーム１３６を受光し、そのビーム径を拡張ビーム径に拡張し、拡張レーザビーム１３８を走査ヘッド１３２に向けて提供するように構成される。理解され得るように、ビームエキスパンダ１３０は、レンズ１３４の焦点距離１３１が比較的長いときに、良好な小さな寸法の焦点を実現するように使用される。しかしながら、ビームエキスパンダ１３０は、他の実施形態では省略され得る。
【００２９】
走査ヘッド１３２は、ビームエキスパンダ１３０から入射した拡張レーザビーム１３８を受光し、集束レーザビーム１４０として金属鋳造物１１０に向けてそれを方向転換させるために使用され得る。したがって、レンズ１３４は、拡張レーザビーム１３８を金属鋳造物１１０の表面１４２に集束させるために使用される。より具体的には、走査ヘッド１３２およびレンズ１３４は、金属鋳造物１１０に対して所望の場所に集束レーザビーム１４０の焦点１４４を方向付けるように構成される。
【００３０】
レンズ１３４は、約１００ｍｍ〜約５００ｍｍ、好ましくは約２００ｍｍ〜約３５０ｍｍ、および最も好ましくは約２５０ｍｍの焦点距離を有することができる。焦点距離が２５０ｍｍのレンズは、典型的に、焦点距離が１６０ｍｍのレンズを使用する従来のレーザマーキングシステムと比較して、レーザマーキングへの金属鋳造物１１０の位置決めに関してより許容範囲が広いであろう。
【００３１】
本実施例に示すように、コントローラ１３６は、レーザビーム生成器１２８および走査ヘッド１３２に通信可能に結合される。レンズ１３４が可変焦点距離を有する実施形態では、コントローラ１３６は、レンズ１３４にさらに通信可能に結合され得る。コントローラ１３６とレーザビーム生成器１２８、走査ヘッド１３２とレンズ１３４との間の通信は、有線、無線、または両方の組み合わせであり得る。理解され得るように、コントローラ１３６は、実施形態に応じて、レーザビーム生成器１２８、走査ヘッド１３２、およびレンズ１３４の動作を制御するように構成される。
【００３２】
コントローラ１３６は、ハードウェア構成要素およびソフトウェア構成要素の組み合わせとして提供され得る。ハードウェア構成要素は、コンピューティングデバイス２００の形態で実装され得、その例は、図４を参照して説明される。さらに、コントローラ１３６のソフトウェア構成要素は、ソフトウェアアプリケーション３００の形態で実装することができ、その例は、図５を参照して説明される。
【００３３】
図４を参照すると、コンピューティングデバイス２００は、プロセッサ２０２、メモリ２０４、およびＩ／Ｏインターフェース２０６を有し得る。金属鋳造物にショットブラスト耐性のある識別子をレーザマーキングするための命令２０８は、メモリ２０４に記憶され、プロセッサ２０２によってアクセス可能であり得る。
【００３４】
プロセッサ２０２は、例えば、汎用マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラ、デジタル信号処理（ＤＳＰ）プロセッサ、集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、再構成可能なプロセッサ、プログラマブル読み取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）、またはそれらの任意の組み合わせであり得る。
【００３５】
メモリ２０４は、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤＲＯＭ）、電気光学メモリ、磁気光学メモリ、消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）および電気的消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、または強誘電体ＲＡＭ（ＦＲＡＭ（登録商標））などのような、内部または外部のいずれかに配置される任意のタイプのコンピュータ読み取り可能なメモリの好適な組み合わせを含むことができる。
【００３６】
各Ｉ／Ｏインターフェース２０６は、コンピューティングデバイス２００が、生産ライン１１６の管理システムなどの１つ以上の入力デバイス、またはレーザビーム生成器１２８、走査ヘッド１３２および／またはレンズ１３４などの１つ以上の出力デバイスと相互接続することを可能にする。
【００３７】
各Ｉ／Ｏインターフェース２０６は、コントローラ１３６が、インターネット、イーサネット、プレーンオールドテレフォンサービス（ＰＯＴＳ）回線、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）、統合サービスデジタルネットワーク（ＩＳＤＮ）、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）、同軸ケーブル、光ファイバ、衛星、モバイル、無線（例えば、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、ＷｉＭＡＸ（登録商標））、ＳＳ７シグナリングネットワーク、固定回線、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク、およびこれらの任意の組み合わせを含む他のものを含む、データを運ぶことができるネットワーク（または複数のネットワーク）に接続して、他の構成要素と通信し、データを交換し、ネットワークリソースにアクセスして接続し、アプリケーションにサービスを提供し、他のコンピューティングアプリケーションを実施することを可能にする。
【００３８】
ここで図５を参照すると、ソフトウェアアプリケーション３００は、金属鋳造品１１０にレーザマーキングされる識別子を示す識別データ３０２を受信するように構成される。ソフトウェアアプリケーション３００は、例えば、生産ライン１１６の管理システムから識別データ３０２を受信し、識別データ３０２を処理する際に命令３０６を判定する。命令３０６を判定することは、いくつかの実施形態では、１つ以上のデータベース３０８から情報を受信することを含み得る。いくつかの実施形態では、ソフトウェアアプリケーション３００は、メモリ２０４に記憶され、コンピューティングデバイス２００のプロセッサ２０２によってアクセス可能である。
【００３９】
上記のコンピューティングデバイス２００およびソフトウェアアプリケーション３００は、例示に過ぎないことを意図している。当業者には明らかであるように、コントローラ１３６の他の好適な実施形態も提供され得る。例えば、いくつかの実施形態では、コントローラの少なくとも一部は、ＵＳＢスキャナコントローラモデルＵＳＣ−２（ＳＣＡＰＳ社（ドイツ）製品）を備え、ソフトウェアプログラムＳＡＭＬｉｇｈｔ（ＳＣＡＰＳ社（ドイツ）製品）の使用を伴う。
【００４０】
識別子データ３０２の一例を図６に示す。図示のように、識別子データ３０２は、セルの一部が第１の２進数値（例えば、０または１）に対応し、残りのセルが第２の２進数値（例えば、１または０）に対応する多数のセルを有する。識別子データ３０２の別の例を図７に示す。例えば、この実施形態では、識別子データは、それぞれが対応するセルサイズを有する複数のセルを有する。セルは、２進数値０に対応する明セルと、２進数値１に対応する暗セルと、を含む。本実施例では、識別子データはデータマトリックスの形態で提供され、セルは共通のセルサイズｃを有する。
【００４１】
本発明者らは、金属鋳造物に識別子をレーザマーキングするための既存の技術が、典型的には、暗セルの各々の面積全体で金属鋳造物の表面から金属をレーザ除去することを含むことを見出した。
【００４２】
図８および図８Ａは、それぞれ、ショットブラストの前後の、既存の技術によって、金属鋳造物１０の表面４２にレーザマーキングされた識別子５０を示す。理解され得るように、光学リーダは明セル５４を暗セル５６から区別することができるので、図８の識別子５０のセル５２は読み取り可能である可能性があり、ショットブラスト後を示す、図８Ａの識別子５０´の場合はそうではない可能性がある。実際、示されているように、暗セル５６´で隔てられたものは、光学リーダにはまだ暗く見えるかもしれない。しかしながら、おそらく暗セル５６´に隣接するセルは、光学リーダによって良好な読み取りが可能であると予測されるほど暗くは見えない。したがって、図８の識別子５０´は、一旦ショットブラストされた後、暗セルは暗く見えず、実際には明セルとほぼ同じくらい明るく見えるため、ショットブラスト耐性があるとは言うことはできない。識別子５０´に近接する表面４２´がショットブラストを示すテクスチャ５８´を示すので、表面４２´は以前にショットブラストされたものとして識別され得ることが理解される。示されるように、明セルは、識別子５０´が以前にショットブラストされたことを示すテクスチャ５８´を有する。
【００４３】
この現象を説明する１つの理論は、暗セル５６の暗い外観が、レーザマーキングによって引き起こされる表面粗さによるものであるという考えに基づいている。表面粗さは、入射光を捕捉し得、光がその上で反射されるのを防止するので、暗い外観になると考えられている。実際、ショットブラストは、ショットの流れ、すなわち、３００ミクロン〜８００ミクロンの範囲の直径を有する小粒子を高圧下で金属鋳造物１０の表面４２に対して強制的に噴射することを伴うので、暗セル５６の表面粗さは、より滑らかになり、したがって、光の反射を可能にし、したがって、より明るい外観を得ることができると考えられている。さらに、暗セル全体をレーザマーキングすると、そのような識別子をマーキングするのに要する時間を長くすることもできる。
【００４４】
次に、図９、図９Ａ、および図９Ｂを参照して、金属鋳造品１１０の表面１４２にショットブラスト耐性のある識別子１５０をレーザマーキングするための方法の実施例を説明する。より具体的には、図９は、セル１５２を有するレーザマーキングされたショットブラスト耐性のある識別子１５０を備えた金属鋳造物１１０の上面図を示し、セルの一部は明セル５４であり、残りは暗セル１５６であり、図９Ｂは、図９のショットブラスト耐性のある識別子１５０の暗セル１５６のうちの１つの上面図であり、図９Ｃは、図９Ｂの９Ｃ−９Ｃ線による図９Ｂの暗セル１５６の断面図である。
【００４５】
この方法では、レーザマーキングすることは、暗セル１５６の各々について、対応する暗セル１５６の中央部分１６０においてのみ金属鋳造物１１０の表面１４２から金属をレーザ除去し、それにより、対応する暗セル１５６の外周壁１６４によって境界付けられた陥凹１６２を残すことを含む。暗セル１５６の各々について、陥凹１６２は、少なくとも１００ミクロンの深さｄを有し、４５０ミクロン〜１２００ミクロンの範囲で、幅ｗ（「陥凹開口幅ｗ」とも呼ばれる）を備えた開口部１６６を有し、これは、対応するセルサイズｃの４０パーセント〜９９パーセントに相当する。各暗セル１５６の深さｄ、幅ｗ、および対応するセルサイズｃは、対応する暗セルが光学リーダに対して暗く見えるようなものであることが意図されている。陥凹１６２の寸法および外周壁１６４の寸法は、レーザマーキングされた識別子１５０に対してショットブラスト耐性を提供することに留意されたい。本開示では、ショットブラスト耐性は、ショットブラストされた後でも光学リーダ（例えば、レーザリーダ、カメラ）を使用して読み取られ得る任意の識別子１５０を包含するように広く定義される。
【００４６】
このようにして、隔てられたセルおよび隣接するセルを含む暗セル１５６の各々は、図９Ｃに示されるようにショットブラスト後、光学リーダには暗く見える。ここでも、表面１４２´は、識別子１５０´に近接した表面１４２´または明セルの表面１４２´がショットブラストを示すテクスチャ１５８´を示すように、以前にショットブラストされたものとして識別され得ることが理解される。当業者によって理解されるように、図８Ａに示される識別子５０´とは対照的に、図９Ａに示されるショットブラスト耐性のある識別子１５０´は、ショットブラスト後であっても、光学リーダなどの光学リーダが、識別子１５０´を正常に読み取り、次に、読み取り値に基づいて金属鋳造物１１０を追跡することを可能にし得る。
【００４７】
ここで特に図９Ｂを参照すると、本発明者らは、暗セル１５６の暗い外観は、陥凹１６２の外周壁１６４の内面１７０の粗さ１６８によって捕捉されている入射光に起因し、光が反射されるのを防止すると考える。陥凹１６２のプロファイルは、実施形態ごとに異なり得ることが想定される。例えば、陥凹１６２は、陥凹１６２の深さｄが増加するにつれて、表面１４２の平面内の開口部１６６の寸法が減少するような、実施形態に応じて異なるテーパープロファイル１７１を有することができる。
【００４８】
実施形態に応じて、深さｄは、少なくとも１００ミクロン、好ましくは少なくとも１５０ミクロン、および最も好ましくは少なくとも３００ミクロンであり得る。いくつかの実施形態では、陥凹１６２の深さｄは、１００ミクロン〜１０００ミクロン、好ましくは２００ミクロン〜８００ミクロン、および最も好ましくは３００ミクロン〜７００ミクロンの範囲であり得る。陥凹１６２の開口部１６６の幅ｗは、４００ミクロン〜１７５０ミクロン、好ましくは６００ミクロン〜８５０ミクロンの範囲であり得、したがって、対応するセルサイズｃの３０％〜９９％、好ましくは対応するセルサイズｃの６０％〜９５％、およびより好ましくは対応するセルサイズｃの７０％〜８９％に相当し得る。外周壁１６４の厚さｔは、２ミクロン〜３６０ミクロン、好ましくは５０ミクロン〜３００ミクロン、および最も好ましくは１００ミクロン〜２００ミクロンの範囲であり得る。いくつかの実施形態では、各陥凹１６２は、幅ｗに対する深さｄのアスペクト比ｒ、すなわちｒ＝ｄ／ｗを有し、０．２〜５、好ましくは０．２〜２、および最も好ましくは０．３〜１．５の範囲である。実施形態に応じて、陥凹の面積は、対応する暗セルの面積の９９％未満、好ましくは９０％未満、および最も好ましくは５０％未満であり得る。
【００４９】
図１０Ａに示すように、暗セル１５６の陥凹１６２の深さｄ、幅ｗおよびアスペクト比ｒは、ショット１７２が、外周壁１６４の内面１７０の粗さ１６８全体に直接アクセスすることを防止することができる。さらに、外周壁１６４の内面１７０でのショット１７２が跳ね返ることは、その運動エネルギーを低減することができ、したがって、ショット１７２のその後の跳ね返りにおける内面１７０の粗さ１６８の平滑化を制限し得る。代替的に、または追加的に、陥凹１６２が図１０Ａに示されるような実質的にテーパ−の形状を有する場合、ショット１７２は、陥凹１６２の底部１７４にさえアクセスできない場合がある。
【００５０】
図１０Ｂに示されるように、暗セル１５６の陥凹１６２の外周壁１６４が存在することで、ショットが暗セル１５６に損傷を与えるのを防止することができる。実際、外周壁１６４は、ショットブラスト中に崩壊しないように、その形状を実質的に維持するのに十分な厚さである。
【００５１】
このようなショットブラスト耐性のある識別子が、金属ワークピースにレーザマーキングされた例を図１１Ａ〜図１１Ｌに示す。理解されるように、これらの図に示される識別子は、レーザマーキングされた後、ショットブラストされ、続いて、暗セルの平均グレーレベルと明セルの平均グレーレベルとの間のコントラストを判定するためのコントラスト特性評価が行われる。コントラスト０は、光学リーダを使用して識別子が読み取られ得ず、その識別子にはショットブラスト耐性がないことを意味する。しかしながら、コントラストが０より大きい場合は、ショットブラスト後に識別子が読み取られ得ることを意味する。さらに、コントラストが３００より大きい場合は、任意のタイプのリーダを使用して読み取られ得る、良好なショットブラスト耐性（例えば、グレード４の）を有する識別子として識別され得る。
【００５２】
【表１−１】
2021525173.tif 000003
【表１−２】
2021525173.tif 000004
【００５３】
【表２】
2021525173.tif 000005
【００５４】
【表３−１】
2021525173.tif 000006
【表３−２】
2021525173.tif 000007
【表３−３】
2021525173.tif 000008
【００５５】
上記の結果は、最適なレーザマーキングパラメータについて評価されただけでなく、コードの可読性がｎｕｌｌに近い外側の境界の分析についても評価されたと解釈される。１０％のＳｉを含むアルミニウム合金製のワークに合計１９５個のマーキングを行った。これらのマーキングは、１００ＷのレーザマーキングシステムＬＸＱ−１００を使用して行われた。レーザマーキングパラメータは、一定に保たれ、有効な異なる変数を削減する。マーキングされた識別子は、情報「１２３４５６」を含む１０ｘ１０の２Ｄマトリックスコードである。レーザマーキング速度は、ワークの平面のｘ軸とｙ軸の両方で１００ｋＨｚの周波数と０．０３ｍｍの線間隔で５００ｍｍ／ｓに設定された。これらの識別子は、任意の白い背景にマーキングされ、５０００ｍ／ｓ、周波数１００ｋＨｚ、線間隔０．０５ｍｍでマーキングされた。
【００５６】
幅ｗおよび深さｄは、ある所与の識別子から別の識別子へと変化させた２つのパラメータである。深さｄは、「時間またはパスの数」と呼ばれるパラメータを介して変換され、焦点は、所定のラスタ経路に沿って方向付けられた。整数値で表されるこのパラメータは、レーザスポットが任意の所与の領域をレーザマーキングするために費やす時間の数を示す。したがって、５に等しい時間の数を有する所与の識別子は、レーザスポットが１回ではなく、同じ領域のラスタ経路に沿って５回方向付けられるため、１の値を有する識別子よりも、その陥凹がワークピースに深くエッチングされることになる。パスの数は、マーキングごとに１〜５まで変化される。Ｄｅｋｔａｋなどの深度測定システムが使用され、「パスの数」の値を深さｄの値に変換する。これらの値は、様々な識別子と比較され、上記の表に示されている深度値に外挿される。
【００５７】
ＣｏｇｎｅｘのカメラＤＭ２６２Ｘを使用して、ショットブラスト処理前後のコントラストについて１９５個のマーキングが分析される。コントラスト値は、次の式を使用してＩＳＯ２９１５８に従って計算される：
【００５８】
【数１】
2021525173.tif 000009
【００５９】
ここで、ＡＷは２５５のグレースケールでの明セルの平均強度であり、ＡＤは２５５のグレースケールでの暗セルの平均強度である。上記の表では、コントラストＣＣは、表中の所望の範囲になるように１００が掛けられている。
【００６０】
これらの結果は、コグネックスカメラＤＭ２６２Ｘを使用した特定の実験設定に依存するため、この実験で得られたコントラストは例としてのみ提供されていることに留意されたい。実際、他のタイプのリーダを含む他の実験設定では、上記の表において不十分と記載されていても、上記の所与の識別子のコントラストは依然として良好なものである可能性がある。例えば、上記のｎｕｌｌコントラストによって特性評価された識別子Ａ８、Ｂ６６、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５、Ｃ１６、Ｃ２１、Ｄ１２、Ｄ１４、Ｄ１５、およびＥ４７は、例えばＣｏｇｎｅｘリーダを使用して良好に読み取られる。したがって、本発明者らは、ショットブラスト耐性のある識別子を生成することができる値の範囲は、上記の表にリストされたものに限定されないと仮定しても差し支えないと考える。
【００６１】
上記の表は、幅ｗ、識別子のレーザマーキングに必要な時間、深さｄ、およびアスペクト比ｄ／ｗなどの様々なパラメータに関連するコントラストの分析を提供するために分析され得る。ＩＳＯ２９１５８によると、コントラスト値が０．３００以上（上記の表では３００）であれば、この規格では最も高いグレード４になる。
【００６２】
対応するセルサイズｃの５０％未満の幅ｗを有する暗セルは、グレード４のコントラストを実現できないこと（まだ読み取り可能である場合でも）が留意されていた。これは、ショットブラストによって平滑化された外周壁の余分な表面が、カメラによる読みやすさとコントラストの評価に影響を与える可能性があるという事実によって説明され得る。
【００６３】
図１１Ｍは、コントラストとレーザマーキングに必要な時間との間の関係を示しており、これにより、マーキング時間とコントラストとの間に実現され得る妥協点があることが理解され得る。
【００６４】
図１１Ｍのグラフでは、３つの異なるセクションが識別された。セクション１は、コントラストに関して、ＩＳＯ２９１５８に準拠したグレード４を保証し、理想的であると考えられ、また最小時間枠内でマーキングされ得る。セクション２は、非常に短い時間枠でグレード２または３を提供するか、より長い時間枠でグレード４のコントラスト値を提供する識別子をグループ化する。セクション３は、グレード３または４を実現するために非常に長い時間を必要とする識別子をグループ化する。
【００６５】
コントラストＣＣと深さｄの関係は、ほぼ線形であり得ることが分かった。暗セルの陥凹が深くなるほど、暗く見えるため、コントラストの値が高くなることが予想された。注意すべき重要な情報として、１回目、２回目、および３回目のパスの間にコントラストが大幅に増加していることが挙げられる。パス１からパス２またはパス２からパス３の間では、パス３からパス４またはパス４からパス５と比較して、コントラストがより高くなることが期待され得る。したがって、深さｄが０．３ｍｍ〜０．４ｍｍであれば、十分に高いコントラストが得られると予想されるであろう。
【００６６】
アスペクト比に関しては、セルの深さが、直線状における最終的なコントラストに大きく影響するというのが当初の想定であった。セルの深さとコントラストとの間の線形関係を特性評価する勾配は、非常に急であると予想された。しかしながら、アスペクト比は、セルのサイズに対するセルの深さとして定義され、セルの深さは、セルのサイズほどコントラストに影響を与えないため、深さの項で考察されるように、この勾配は、非常に滑らかであった。このように、アスペクト比に関しては、いかなる指標を与えることもやや難しくなり得る。実際、コントラストの高い値は０．５〜０．７５のセクションに集中しているが、データのほとんどがそうである。
【００６７】
理解され得るように、マーキングに必要な幅ｗおよび時間は、商業的に良好なショットブラスト耐性のある識別子に関連する指標である。実際、上記の表を考慮すると、上記のような良好な値の範囲を得ることが可能である。
【００６８】
図８Ａを参照して説明したように、開口部が大きすぎる陥凹を有することは、ショットが暗セルの内面の粗さを滑かにし得る。しかしながら、開口部が狭すぎる陥凹を有することは避けるべきである。実際、図１２Ａおよび図１２Ｂに最もよく示されるように、そのような暗セル１５６上で、高速で方向付けられたショット１７２は、外周壁の崩壊を引き起こす可能性があり、それにより、光１７３を捕捉するのではなく、光１７３を反射する比較的滑らかな表面７６を提供し得る。したがって、陥凹１６２の開口部１６６の幅ｗは、ショットブラスト耐性のある識別子１５０を実現する上で鍵となる。
【００６９】
このような識別子が金属鋳造物にレーザマーキングされた例を図１３に示す。図に示すように、各暗セルの外周壁がショットブラスト時に崩壊して、光を反射する比較的滑らかな表面７６を提供し、それゆえ明るい外観を提供するので、暗セルは暗く見えない。これらの例では、識別子Ｇ１１〜Ｇ３２からである。
【００７０】
図９Ａおよび図９Ｂに戻って参照すると、暗セル１５６のレーザマーキングは、暗セル１５６の少なくとも１つの中央部分を包含するラスタ経路１７８に沿ってレーザマーキングビームの焦点１４４を方向付けることを含むことに留意されたい。示されるように、焦点の寸法に対応する線間隔を提供することを伴う典型的なレーザマーキング技術とは対照的に、本発明者らは、レーザマーキングビームの焦点１４４の寸法よりも小さい線間隔ｓによって定義されるラスタ経路１７８を使用することを提案する。実際、そのような小さな線間隔ｓで金属鋳造物１１０の表面１４２から金属をレーザ除去することにより、表面１４２から金属をよりよく除去することができ、結果として生じる陥凹の１６２の外周壁１６４の内面１７０の粗さ１６８を潜在的に増加させることさえも可能にし得る。線間隔ｓは、実施形態に応じて約１０ミクロン〜１００ミクロンの範囲であり得、好ましくは約３０ミクロンであり得る。
【００７１】
この実施形態では、暗セルに関連付けられたラスタ経路１７８の一部のみが示される。実際、ラスタ経路１７８は、暗セルのすべての中央部分のレーザマーキングするための所与の方向に沿った第１の一連のパスと、暗セルのすべての中央部分のレーザマーカを完成するための所与の方向に垂直な方向に沿った第２の一連のパスと、を含み得る。いくつかの実施形態では、レーザマーキングは、ラスタ経路１７８に沿ってレーザマーキングビームの焦点１４４を所与の回数当該方向付けることを繰り返すことを含む。例えば、方向付けることが実施される追加の時間ごとに、暗セルの陥凹の深さｄが次第に深くなり得る。しかしながら、ラスタ経路に沿った焦点１４４を方向付けることが実施される回数が増えることにより、識別子がレーザマーキングされる時間がより長くかかることができることが理解されよう。代替の実施形態では、焦点１４４の深さは、方向付けることが実施されるたびに漸進的に増加させられ得る。
【００７２】
上記の実施形態では、陥凹１６２の開口部１６６は、正方形の形状１８０を有する。しかしながら、いくつかの他の実施形態では、陥凹１６２の開口部１６６は、他の任意の好適な形状を有し得る。例えば、その形状は、図１４Ａに示されるような円形であり得、その形状は、図１４Ｂに示されるような三角形であり得、その形状は、図１４Ｃに示されるような角が丸みを帯びた正方形であり得る。より具体的には、図１４Ａの暗セル１５６は、いずれも円形である開口部１６６と陥凹１５２とを形成する外周壁１６４を有し、図１４Ｂの暗セル１５６は、いずれも三角形である開口部１６６と陥凹１６２とを形成する外周壁１６４を有し、図１４Ｃの暗セル１５６は、いずれも四角形である開口部１６６と陥凹１６２とを形成する外周壁１６４を有する。
【００７３】
理解され得るように、上で考察されるショットブラスト耐性のある識別子１５０は、データマトリックスの形態で提供されるが、識別子１５０は、図１５Ａに示されるようなバーコードの形態で、図１５Ｂに示されるようなＱＲコード（登録商標）の形態で、任意の好適なコードバーの形態で、または任意の適切な１次元（１Ｄ）もしくは任意の好適な二次元（２Ｄ）データコードの形態で提供され得る。これらの例では、ＱＲコード（登録商標）またはコードバーの暗特性の少なくとも一部またはすべては、それぞれの外周壁１５４および対応する陥凹１６２を有する１つ以上の暗セル１５６によって形成される。
【００７４】
図１６に示されるように、より大きな識別子１５０の暗セル５６は、その中に複数のより小さな暗セル１５６を含み得ることが意図されている。しかしながら、理解され得るように、小さい方の暗セルのセルサイズｃ、それらの開口部の幅ｗ、およびそれらの陥凹の深さｄは、より大きい識別子にショットブラスト耐性を提供するように、本明細書に記載の良好な範囲で選択される。
【００７５】
上で簡潔に考察されるように、レーザ照射下での金属表面の暗色化は、暗領域の局所的な表面粗さの増加に起因し得ることが、以前の研究から知られており、例えば、Ｍａｌｔａｉｓ，Ｊ．，Ｂｒｏｃｈｕ，Ｖ．，Ｆｒａｙｓｓｉｎｏｕｓ，Ｃ．，Ｖａｌｌｅｅ，Ｒ．，Ｇｏｄｍａｉｒｅ，Ｘ．，Ｆｒａｓｅｒ，Ａ．”Ｓｕｒｆａｃｅ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  ｌａｓｅｒ  ｍａｒｋｉｎｇ  ｏｆ  ａｌｕｍｉｎｕｍ”，ＩＣＳＣＯＢＡ２０１６で考察されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。より具体的には、光からの高レベルの拡散反射を引き起こすことにより、明領域がその表面粗さを低減することによって、表面にレーザマーキングされ得ることがその文献において教示される。反対に、表面の暗領域は、表面内で高レベルの吸収を引き起こすことによって、その表面粗さを増加させることによって、表面にレーザマーキングされ得ることが教示される。レーザパラメータを調整することにより、必要に応じて明領域と暗領域がレーザマーキングされ得る。
【００７６】
ショットブラスト中、所与の直径Ｄを有するショットが、金属ワークピースの表面にレーザマーキングされた識別子に対して、高速で投影される。したがって、より高い表面粗さを有する暗領域は、そのようなショットの衝突時に、より低い表面粗さを有する明るい領域に向かって移動し得る。表面粗さのこの平坦化は、少なくともいくつかの状況で、ショットブラスト後に明セルと暗セルの間のコントラストが減少する傾向がある理由を正当化することができる。
【００７７】
上記の金属ワークピースのさらなる分析により、本発明者らは、レーザでマーキングされた識別子をショットブラスト耐性にし得る要件をよりよく理解し、特性評価ができるようになった。図１７Ａ、図１７Ｂおよび図１７Ｃに示されるように、本発明者らは、暗セル１５６´の外観がサイズセルｃの関数として変化することに気づいた。より具体的には、図１７Ａのショットブラストされた暗セル１５６´は完全に暗く見えるが、図１７Ｂおよび図１７Ｃのショットブラストされた暗セル１５６´は、暗い周辺部１８６によって囲まれた明るい中央域１８４を有する。しかしながら、これらの暗セル１５６´がその中に明るい中央域１８４を有していたとしても、これらの後者のショットブラストされた暗セル１５６´は光学リーダには依然として暗く見え得るので、良好なショットブラスト耐性のあるレーザマーキングされた識別子を提供することが見出された。
【００７８】
本発明者らは、レーザマーキングされる暗セル１５６の各々について、対応する暗セル１５６の中央部分１６０においてのみ金属ワークピース１１０の表面１４２から金属を除去し、それにより、対応する暗セル１５６の外周壁１６４によって境界付けられた陥凹１６２を残すべきであることを見出した。したがって、陥凹１６２には、深さｄで幅ｗを有する底壁１８８が残される。ここで、ショットブラスト耐性のある暗セル１５６´が得られるためには、各暗セル１５６は、直径Ｄを有するショットによって到達不能であると定義される十分な量の暗領域Ａｄａｒｋを残されるべきであることが見出された。さらに、レーザマーキングされた識別子にショットブラスト耐性を提供するために、底壁１８８の総面積Ａｔｏｔに対する暗領域Ａｄａｒｋの比率Ｒは、約５０％を超えるべきであることが見出された。いくつかの実施形態では、比率Ｒは、約６０％、好ましくは約７０％、および最も好ましくは約８０％を超える。
【００７９】
図１８Ａ〜図１８Ｄは、直径Ｄのショットに対して相対的に示された異なる寸法でショットブラストされた暗セル１５６´の断面図である。示されるように、図１８Ａおよび図１８Ｂの暗セル１５６´は、ショット１７２の直径Ｄの半分以上の深さｄを有しているのに対し、図１８Ｃおよび図１８Ｄの暗セル１５６´は、ショット１７２の直径Ｄの半分よりも小さい深さｄを有している。
【００８０】
より具体的には、図１８Ａにおいて、幅ｗは、ショット１７２の直径Ｄよりも小さい。したがって、暗セル１５６´の外周壁１６４がショットブラストによって生じ得る機械的変形に耐性があることを考慮すると、ショット１７２が底壁１８８の暗領域Ａｄａｒｋに到達することが防止され、底壁１８８の暗領域Ａｄａｒｋがショットブラスト後であっても暗さを維持し得る。図１９Ａに示されるように、暗セル１５６´が幅ｗの正方形の陥凹を有する場合、暗領域Ａｄａｒｋは、Ｌｄａｒｋ２（または同等にｗ２に）に対応し、および底壁の総面積ＡＴＯＴは、Ｌｄａｒｋ２（または同等にｗ２に）に対応し、したがって、比率Ｒは次式のように与えられる：
【００８１】
Ｒ＝Ａｄａｒｋ／Ａｔｏｔ＝ｗ２／ｗ２＝１      （２）
【００８２】
上記のショットブラスト耐性の要件を満たす。
【００８３】
ここで図１８Ｂを参照すると、幅ｗは、ショット１７２の直径Ｄ以上である。したがって、ショット１７２は、底壁１８８の中央域の表面粗さを平坦化して、ショットブラストの間に明るい中央域１８４になり得る（図１７Ｂおよび図１７Ｃに示されるように）。図１９Ｂに示されるように、暗セル１５６´が幅ｗの正方形の陥凹を有する場合、暗領域Ａｄａｒｋは、Ａｄａｒｋ＝Ａｔｏｔ−Ａｂｒｉｇｈｔ＝ｗ２−（ｗ−２Ｌｄａｒｋ）２に対応し、底壁１８８の総面積ＡＴＯＴはＡＴＯＴ＝ｗ２に対応する。図１８Ｂから理解され得るように、寸法Ｌｄａｒｋは、ショットの直径Ｄの半分（すなわち、Ｄ／２）に相関させられ得、したがって、比率Ｒは次式のように与えられる：
【００８４】
Ｒ＝Ａｄａｒｋ／Ａｔｏｔ＝（ｗ２−（ｗ−２Ｌｄａｒｋ）２）／ｗ２＝（ｗ２（ｗ−Ｄ）２）／ｗ２    （３）
【００８５】
したがって、この実施形態においては、幅ｗが以下の不等式を満たす場合に、ショットブラスト耐性のある識別子が取得され得る。
【００８６】
【数２】
2021525173.tif 000010
【００８７】
図１８Ｃにおいて、Ｌｄａｒｋは、円方程式を使用して簡単に導き出し得る√（Ｄｄ−ｄ２）に対応する。したがって、明るい中央域１８４´が発現するには、暗セル１５６´の陥凹の幅ｗは、寸法Ｌｄａｒｋの２倍以上、すなわち２×√（Ｄｄ−ｄ２）である。図１８Ｂの実施形態と同様に、ショット１７２は、底壁１８８の中央域の表面粗さを平坦化して、ショットブラストの間に明るい中央域１８４になり得る（図１７Ｂおよび図１７Ｃに示されるように）。図１９Ｂに示されるように、暗セル１５６´が幅ｗの正方形の陥凹を有する場合、暗領域Ａｄａｒｋは、Ａｄａｒｋ＝Ａｔｏｔ−Ａｂｒｉｇｈｔ＝ｗ２−（ｗ−２Ｌｄａｒｋ）２に対応し、底壁１８８の総面積ＡＴＯＴはＡＴＯＴ＝ｗ２に対応する。図１８Ｂから理解され得るように、寸法Ｌｄａｒｋは、√（Ｄｄ−ｄ２）に相関させられ得、したがって、比率Ｒは次式のように与えられる：
【００８８】
【数３】
2021525173.tif 000011
【００８９】
したがって、この実施形態においては、幅ｗと深さｄとがともに以下の不等式を満たす場合に、ショットブラスト耐性のある識別子が取得され得る。
【００９０】
【数４】
2021525173.tif 000012
【００９１】
ここで図１８Ｄを参照すると、幅ｗは、寸法Ｌｄａｒｋの２倍以上である。したがって、暗セル１５６´の外周壁１６４がショットブラストによって生じ得る機械的変形に耐性があることを考慮すると、ショット１７２が底壁１８８の暗領域Ａｄａｒｋに到達することが防止され、底壁１８８の暗領域Ａｄａｒｋがショットブラスト後であっても暗さを維持し得る。図１９Ａに示すように、暗セル１５６´が幅ｗの正方形の陥凹を有する場合、暗領域Ａｄａｒｋは、Ｌｄａｒｋ２（またはｗ２に）に対応し、および底壁の総面積ＡＴＯＴは、Ｌｄａｒｋ２（またはｗ２に）に対応し、したがって、比率Ｒは次式のように与えられる：
【００９２】
Ｒ＝Ａｄａｒｋ／Ａｔｏｔ＝ｗ２／ｗ２＝１  （７）
【００９３】
上記のショットブラスト耐性の要件を満たす。
【００９４】
さらなる試験が実施され、少なくともいくつかの状況では、以下の寸法の組み合わせが良好あることが見出された。しかしながら、理解され得るように、パラメータの他の組み合わせでも良好な結果が得られる可能性がある。
【００９５】
上記の実施形態では、正方形の形状を有するセルを伴うが、セルは、円形、三角形などを含むが、これらに限定されない他の任意の好適な形状を有し得る。
【００９６】
【表４】
2021525173.tif 000013
【００９７】
さらなる詳細については、本開示に添付された添付資料Ａを参照されたい。添付資料Ａに記載されているセルサイズＳＣは、本明細書で使用されているセルサイズｃとは異なることが理解されよう。より具体的には、添付資料Ａに記載されているセルサイズＳＣは、本明細書で定義されている幅ｗに対応する。
【００９８】
理解され得るように、上記で説明され、図示された例は、例示的なものであることのみを意図している。例えば、図は、金属鋳造物にショットブラスト耐性のある識別子をレーザマーキングするための方法およびシステムを参照して記載されているが、本明細書に記載された方法およびシステムは、任意の好適な鋳造技術（例えば、ダイキャスト、砂型鋳造、石膏型鋳造、シェルモールド鋳造、インベストメント鋳造、石膏の廃型鋳造、消失模型鋳造、ロストフォーム鋳造、フルモールド鋳造、非膨張型鋳造、永久鋳型鋳造、半固形金属鋳造、連続鋳造）によってワーク製造ステーションで製造された金属鋳造物、任意の好適な鍛造技術（例えば、温度鍛造、落とし鍛造、自由鍛造、インプレッションダイ鍛造、プレス鍛造、据込鍛造、自動熱間鍛造、ロール鍛造、ネット成形およびニアネット成形鍛造、冷間鍛造、誘導鍛造、降温多軸鍛造、等温鍛造）、それらの組み合わせ、および／または他の任意の好適な金属ワークピース製造技術によって生産された金属鍛造品を含むが、これらに限定されない、任意のタイプの金属ワークピースにショットブラスト耐性のある識別子をレーザマーキングするために使用され得ることが理解されよう。また、表現の中央部分は、中央部分が対応するセルの正確な中心に位置していない状況を包含するような広い意味で解釈されることが意図されている。上記で提供された実施例に鑑み、本発明者らは、セルサイズｃ、陥凹深さｄ、および開口幅ｗ、ならびに比率Ｒの有限数の組み合わせが、良好な結果、すなわち、ショットブラスト耐性のある識別子を提供する様式で試験されたが、当業者であれば想到し得る他の組み合わせは、本出願によって包含されることが意図される。実際、本発明者らは、暗セルが、明領域に対して十分な量の暗領域を提供する様式でレーザマーキングされるとすぐに、本明細書に記載された実験結果によって支持されるように、対応する暗セルはショットブラスト耐性を帯びると見なされ得ると考える。範囲は、添付の特許請求の範囲によって示される。
【図１】
2021525173.tif 000020
【図２】
2021525173.tif 000021
【図３】
2021525173.tif 000022
【図４】
2021525173.tif 000023
【図５】
2021525173.tif 000024
【図６】
2021525173.tif 000025
【図７】
2021525173.tif 000026
【図８】
2021525173.tif 000027
【図８Ａ】
2021525173.tif 000028
【図９】
2021525173.tif 000029
【図９Ａ】
2021525173.tif 000030
【図９Ｂ】
2021525173.tif 000031
【図９Ｃ】
2021525173.tif 000032
【図１０Ａ】
2021525173.tif 000033
【図１０Ｂ】
2021525173.tif 000034
【図１１Ａ】
2021525173.tif 000035
【図１１Ｂ】
2021525173.tif 000036
【図１１Ｃ】
2021525173.tif 000037
【図１１Ｄ】
2021525173.tif 000038
【図１１Ｅ】
2021525173.tif 000039
【図１１Ｆ】
2021525173.tif 000040
【図１１Ｇ】
2021525173.tif 000041
【図１１Ｈ】
2021525173.tif 000042
【図１１Ｉ】
2021525173.tif 000043
【図１１Ｊ】
2021525173.tif 000044
【図１１Ｋ】
2021525173.tif 000045
【図１１Ｌ】
2021525173.tif 000046
【図１１Ｍ】
2021525173.tif 000047
【図１２Ａ】
2021525173.tif 000048
【図１２Ｂ】
2021525173.tif 000049
【図１３】
2021525173.tif 000050
【図１４Ａ】
2021525173.tif 000051
【図１４Ｂ】
2021525173.tif 000052
【図１４Ｃ】
2021525173.tif 000053
【図１５Ａ】
2021525173.tif 000054
【図１５Ｂ】
2021525173.tif 000055
【図１６】
2021525173.tif 000056
【図１７Ａ−１７Ｃ】
2021525173.tif 000057
【図１８Ａ】
2021525173.tif 000058
【図１８Ｂ】
2021525173.tif 000059
【図１８Ｃ】
2021525173.tif 000060
【図１８Ｄ】
2021525173.tif 000061
【図１９Ａ】
2021525173.tif 000062
【図１９Ｂ】
2021525173.tif 000063
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月11日(2019.11.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面と、前記表面にマーキングされた識別子と、を含む、金属ワークピースであって、
前記識別子は、各セルが、対応するセルサイズを有する複数のセルを有し、
前記識別子は、第１の２進数値に対応する複数の明セルと、前記第１の２進数値とは異なる第２の２進数値に対応する複数の暗セルと、を有し、
前記複数の暗セルの各々は、前記表面に対して相対的に陥凹している中央部分を含み、それにより、前記対応する暗セル内の外周壁によって境界付けられた陥凹を残し、
前記陥凹は、少なくとも１００ミクロンの深さを有し、かつ４００ミクロン〜１７５０ミクロンの範囲の幅を有する開口部を有し、かつ前記対応するセルサイズの３０パーセント〜９９パーセントに相当し、そのため、前記対応する暗セルは、光学リーダに対して暗く見え、
前記対応する暗セルの前記深さ、前記幅、および前記対応するセルサイズは、レーザマーキングされた識別子にショットブラスト耐性を提供する、
金属ワークピース。
【請求項２】
前記明セルの各々は、前記金属ワークピースが以前にショットブラストされたことを示すテクスチャを有し、前記識別子は、光学リーダによって読み取り可能である、請求項１に記載の金属ワークピース。
【請求項３】
前記陥凹の前記深さは、少なくとも１５０ミクロンである、請求項１に記載の金属ワークピース。
【請求項４】
前記陥凹の前記深さは、少なくとも３００ミクロンである、請求項１に記載の金属ワークピース。
【請求項５】
前記開口部の前記幅は、前記対応するセルサイズの６０パーセント〜９５パーセントの範囲である、請求項１に記載の金属ワークピース。
【請求項６】
前記開口部の前記幅は、前記対応するセルサイズの７０パーセント〜８９パーセントの範囲である、請求項１に記載の金属ワークピース。
【請求項７】
前記幅に対する前記深さのアスペクト比は、０．２〜２の範囲である、請求項１に記載の金属ワークピース。
【請求項８】
前記アスペクト比は、０．３〜１．５の範囲である、請求項７に記載に金属ワークピース。
【請求項９】
前記開口部の前記幅は、６００ミクロン〜８５０ミクロンの範囲である、請求項１に記載の金属ワークピース。
【請求項１０】
前記識別子は、データマトリックスの形態で提供される、請求項１に記載の金属ワークピース。
【請求項１１】
前記開口部は、四角形の形状を有する、請求項１に記載の金属ワークピース。
【請求項１２】
前記金属ワークピースは、アルミニウム製である、請求項１に記載の金属ワークピース。
【請求項１３】
生産ラインに沿って金属ワークピースにショットブラスト耐性のある識別子をレーザマーキングする方法であって、前記方法は、
前記生産ラインに沿って金属ワークピースを受け取ることと、
前記受け取られた金属ワークピースにレーザマーキングされる識別子を示す識別子データを取得することであって、前記識別子は、各セルが、対応するセルサイズを有する複数のセルを有し、前記複数のセルは、第１の２進数値に対応する複数の明セルと、第２の２進数値に対応する複数の暗セルと、を有する、取得することと、
前記識別子データに基づいて、前記複数の暗セルの各々について、前記対応する暗セルの中央部分においてのみ前記金属ワークピースの表面から金属をレーザ除去し、それにより、前記対応する暗セル内の外周壁によって境界付けられた陥凹を残すことによって、前記受け取られた金属ワークピースの前記表面上の前記識別子をレーザマーキングすることであって、前記陥凹は、少なくとも１００ミクロンの深さを有し、かつ４００ミクロン〜１７５０ミクロンの範囲の幅を有する開口部を有し、かつ前記対応するセルサイズの３０パーセント〜９９パーセント未満に相当し、そのため、前記対応する暗セルは、光学リーダに対して暗く見え、前記対応する暗セルの前記深さ、前記幅、および前記対応するセルサイズは、前記レーザマーキングされた識別子にショットブラスト耐性を提供する、レーザマーキングすることと、を含む、方法。
【請求項１４】
前記レーザマーキングすることの後に、前記レーザマーキングされたショットブラスト耐性のある識別子をショットブラストすることを含む、前記金属ワークピースをショットブラストすることをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記レーザマーキングすることおよび前記ショットブラストすることの後に、光学リーダを使用して前記識別子を読み取ることと、前記読み取りに基づいて前記金属ワークピースを追跡することと、をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記受け取ることは、ロボットアームを使用してワーク製造ステーションから他の場所に前記金属ワークピースを操作することを含み、前記レーザマーキングは、前記ロボットアームによる前記操作中および前記操作後のうち少なくとも一方において実施される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記レーザ除去することは、レーザマーキングビームの焦点を、前記複数の暗セルのうちの少なくとも１つの前記中央部分を包含するラスタ経路に沿って方向付けることを含み、前記ラスタ経路は、前記レーザマーキングビームの前記焦点の寸法よりも小さく、１０ミクロン〜１００ミクロンの範囲の線間隔を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記レーザ除去することは、前記ラスタ経路に沿って前記レーザマーキングビームの前記焦点を所与の回数前記方向付けることを繰り返すことを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記所与の回数が、少なくとも２回である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
表面と、前記表面にマーキングされた識別子と、を含む、金属ワークピースであって、前記識別子は、各セルが、対応するセルサイズを有する複数のセルを有し、前記識別子は、第１の２進数値に対応する複数の明セルと、前記第１の２進数値とは異なる第２の２進数値に対応する複数の暗セルと、を有し、前記複数の暗セルの各々は、前記表面に対して相対的に陥凹している中央部分を含み、それにより、前記対応する暗セル内の外周壁によって境界付けられた陥凹を残し、前記陥凹が有する底壁は、前記底壁の総面積に対する前記底壁の暗領域の比率Ｒが約５０％を超えるような深さｄで、幅ｗを有し、前記暗領域は、直径Ｄを有するショットでは到達不可能な前記底壁の領域を定義する、金属ワークピース。
【請求項２１】
前記比率は、約６０％を超える、請求項２０に記載の金属ワークピース。
【請求項２２】
前記比率は、約７０％を超える、請求項２０に記載の金属ワークピース。
【請求項２３】
前記比率は、約８０％を超える、請求項２０に記載の金属ワークピース。
【請求項２４】
前記底壁が正方形の形状を有するとき、前記深さｄは、前記直径Ｄの半分以上であり、前記幅ｗは、前記直径Ｄ以上であり、前記幅ｗは、以下の不等式：
【数１】
2021525173.tif 000064
を満たす、請求項２０〜２３のいずれか一項に記載の金属ワークピース。
【請求項２５】
前記底壁が正方形の形状を有するとき、前記深さｄは、前記直径Ｄの半分未満であり、前記幅ｗは、２√（Ｄｄ−ｄ２）以上であり、前記幅ｗおよび前記深さｄは、ともに以下の不等式：
【数２】
2021525173.tif 000065
を満たす、請求項２０〜２３のいずれか一項に記載の金属ワークピース。
【請求項２６】
前記陥凹の前記深さｄは、少なくとも１００ミクロンである、請求項２０に記載の金属ワークピース。
【請求項２７】
前記陥凹の前記深さｄは、少なくとも１５０ミクロンである、請求項２０に記載の金属ワークピース。
【請求項２８】
前記陥凹の前記深さｄは、少なくとも３００ミクロンである、請求項２０に記載の金属ワークピース。
【請求項２９】
前記陥凹は、４００ミクロン〜１７５０ミクロンの範囲の陥凹開口幅を有する、請求項２０に記載の金属ワークピース。
【請求項３０】
前記陥凹は、６００ミクロン〜８５０ミクロンの範囲の陥凹開口幅を有する、請求項２０に記載の金属ワークピース。
【請求項３１】
前記陥凹は、前記対応するセルサイズの３０パーセント〜９９パーセントに相当する凹部開口幅を有する、請求項２０に記載の金属ワークピース。
【請求項３２】
前記陥凹は、前記対応するセルサイズの６０パーセント〜９５パーセントに相当する凹部開口幅を有する、請求項２０に記載の金属ワークピース。
【請求項３３】
前記陥凹は、前記対応するセルサイズの７０パーセント〜８９パーセントに相当する凹部開口幅を有する、請求項２０に記載の金属ワークピース。
【請求項３４】
前記陥凹は、陥凹開口幅に対する前記深さの、０．２〜２の範囲のアスペクト比を有する、請求項２０に記載の金属ワークピース。
【請求項３５】
前記陥凹は、前記陥凹開口幅に対する前記深さの、０．３〜１．５の範囲のアスペクト比を有する、請求項２０に記載の金属ワークピース。
【請求項３６】
前記識別子は、データマトリックスの形態で提供される、請求項２０に記載の金属ワークピース。
【請求項３７】
前記金属ワークピースは、アルミニウム製である、請求項２０に記載の金属ワークピース。
【請求項３８】
生産ラインに沿って金属ワークピースにショットブラスト耐性のある識別子をレーザマーキングする方法であって、前記方法は、
前記生産ラインに沿って金属ワークピースを受け取ることと、
以前に取得した識別子データに基づいて、前記金属ワークピースの表面に識別子をレーザマーキングすることであって、前記識別子は、各セルが、対応するセルサイズｃを有する複数のセルを有し、前記複数のセルは、第１の２進数値に対応する複数の明セルと、第２の２進数値に対応する複数の暗セルと、を有する、レーザマーキングすることと、を含み、
前記レーザマーキングすることが、前記複数の暗セルの各々について、前記対応する暗セルの中央部分においてのみ前記金属ワークピースの前記表面から金属を除去し、それにより、前記対応する暗セル内の外周壁によって境界付けられた陥凹を残すことを含み、前記陥凹が有する底壁は、前記底壁の総面積に対する前記底壁の暗領域の比率Ｒが約５０％を超えるような深さｄで、幅ｗを有し、前記暗領域は、直径Ｄを有するショットでは到達不可能な前記底壁の領域を定義する、方法。
【請求項３９】
前記比率は、約６０％を超える、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記比率は、約７０％を超える、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記比率は、約８０％を超える、請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
前記底壁が正方形の形状を有するとき、前記深さｄは、前記直径Ｄの半分以上であり、前記幅ｗは、前記直径Ｄ以上であり、前記幅ｗは、以下の不等式：
【数３】
2021525173.tif 000066
を満たす、請求項３８〜４１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
前記底壁が正方形の形状を有するとき、前記深さｄは、前記直径Ｄの半分未満であり、前記幅ｗは、２√（Ｄｄ−ｄ２）以上であり、前記幅ｗおよび前記深さｄは、ともに以下の不等式：
【数４】
2021525173.tif 000067
を満たす、請求項３８〜４１のいずれか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
2021525173.tif 000068
2021525173.tif 000069
2021525173.tif 000070
2021525173.tif 000071
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