Автореферат (Обоснование параметров лазерной маркировки деталей машин и агрегатов для их идентификации и учета), страница 2

сФГУП "ЦНИИ КМ «Прометей" в рамках ГК № 02.740.11.0140 от 15.06.2009 г.), государственных контрактов «Формирование микро- и нанокластерных оксидных системс заданными цветовыми характеристиками с целью получения полицветного изображения полиграфического качества на металлической поверхности под воздействиемимпульсного лазерного излучения» (ГК № П583 от 05.08.2009) и «Проведение теоретических и экспериментальных исследований процесса формирования графической ибитовой зашифрованной информации (информационного поля) на поверхности изделий из различных материалов (металл, стекло, керамика) для их защиты их от подделок, паспортизации и идентификации» (ГК № 14.В37.21.1095 от 07.09.2012 г.) в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 20092013 годы», и соглашения «Разработка конструкции и общих принципов управлениякомплексным электролизным агрегатом для одновременной выработки анолита дляобеззараживания воды и феррата для обеззараживания стоков» (№ 14.575.21.0080 от16 июля 2014 г.) в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетнымнаправлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы».Методология и методы исследования.

В ходе работы над диссертацией былииспользованы экспериментальные и теоретические методы исследований. Экспериментальные исследования по тестированию и апробации режимов процесса маркировки проводились на прецизионном лазерном маркировочном комплексе ДМарк-06.Обработка результатов проводилась с применением методов математической статистики при использовании стандартных программ. Для анализа структурно-фазовогосостава и геометрических параметров оксидных пленок, сформированных при нанесении маркировочных символов на поверхности исследуемых образцов, были применены физические, физико-химические и физико-механические методы (рентгеноструктурный анализ, ионное травление, микроструктурный анализ и пр.), часть исследований проводилась на лабораторной базе ФГУП "ЦНИИ КМ «Прометей» в рамках совместного контракта.Положения, выносимые на защиту:- математическая модель, определяющая закономерности взаимосвязи физических свойств материала и технологических параметров процесса лазерной маркировки, обеспечивает формирование контрастных изображений с заданными цветовымихарактеристиками при обработке поверхности металлических материалов импульсным лазером;- устойчивость и цветовая гамма нанесенных изображений зависят от физикохимических свойств материала и от установленных режимов работы лазерного маркировочного комплекса: тока накачки диодной линейки, скорости маркировки и частоты следования импульсов;5- методика нанесения маркировочных символов на детали машин и агрегатов итехнологические режимы лазерного комплекса, обеспечивающие процесс лазерноймаркировки, позволяют получать непосредственно на поверхности изделий контрастные, считываемые стандартными устройствами изображения за счет управления тремя основными параметрами лазерного маркировочного комплекса.Достоверность результатов исследования.

Достоверность и обоснованностьнаучных исследований диссертационной работы обеспечивается проведенными исследованиями рассматриваемых материалов, методами математического моделированияпроцессов на поверхности материалов под действием импульсного лазерного излучения, проведением и обобщением большого объема экспериментальных данных по изучаемому вопросу, практической апробацией технологических параметров процесса лазерной маркировки на конкретных материалах, а также воспроизводимостью полученных результатов.Апробация работы. Основные принципы и результаты диссертационной работы были представлены и обсуждались на следующих семинарах и конференциях:Третьей международной конференции «Деформация и разрушение материалов инаноматериалов», Москва, 2009 г.; международной научно-практической конференции «Инновационные процессы и технологии в современном мире», Уфа, 2013 г.;научно-практической конференции c международным участием «Неделя наукиСПбГПУ», Санкт-Петербург, 2013 г.; II международной научно-практической конференции «Инновационные системы планирования и управления на транспорте и в машиностроении», Санкт-Петербург, 2014 г.; 4-й международной конференции «Современное машиностроение.

Наука и образование», Санкт-Петербург, 2014 г.; 14th International Conference «Research and Development in Mechanical Industry», Topola, Serbia,2014; III международной научно-практической конференции «Инновации на транспорте и в машиностроении. Секция «Технологические процессы в машиностроении»,Санкт-Петербург, 2015 г; научно-практической конференции c международным участием «Неделя науки СПбПУ», Санкт-Петербург, 2016 г.; международной научнопрактической конференции «Инновации и перспективы развития горного машиностроения и электромеханики: IPDME-2017», Санкт-Петербург, 2017 г.Методика нанесения маркировочных символов с закодированной информациейпосредством импульсного лазерного излучения на металлические (титановый сплавВТ1-0) поверхности деталей комплексного электролизного агрегата для обеззараживания воды и стоков была использована в рамках производственного процесса заводахимического оборудования «Заря» с оформлением акта на бланке организации, заверенным печатью и подписью руководителя предприятия от 08.12.2016 г.Личный вклад автора.

Личное участие автора состоит в анализе существующих технологий маркировки деталей машиностроения, подготовке публикаций потеме исследования, подборе исследуемых материалов, применяемых для изготовления деталей машин и агрегатов, постановке цели и задач исследования, проведениилабораторных исследований и экспериментов, подборе технологических режимовпроцесса обработки поверхности материалов лазерным излучением, проверке качества маркировки считываемостью сканером с использованием стандартных программ,формулировке заключительных выводов.Публикации. По материалам диссертации имеется 16 публикаций, в том числе 5из перечня рецензируемых научных журналов, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России, и 1 свидетельство на программу для ЭВМ.Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 4-х6глав, заключения, списка литературы, включающего 111 наименований, шести приложений. Работа изложена на 170 страницах машинописного текста, содержит 80 рисунков и 30 таблиц.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении приводится обоснование актуальности работы, сформулированы еецель, задачи, научная новизна, практическая ценность, изложены основные научныеположения, выносимые на защиту.В первой главе диссертации рассматривается современное состояние вопроса.Представлен проведенный анализ применения различных способов маркировки готовой продукции деталей машин и агрегатов, процессов, происходящих при обработкеповерхности металлических и полимерных материалов лазерным излучением для получения на них цветных изображений и информационных полей, описаны разновидности штрих-кодовых и двоичных символик, а также считывающих устройств, используемых для считывания и расшифровки информации зашифрованных маркировочных символов с целью идентификации деталей, проведен анализ рынка современного лазерного оборудования, применяемого для целей маркировки.Показано, что структуры, образующиеся на металлических поверхностях в процессе лазерной обработки, представляют собой оксидные пленки и могут быть использованы для нанесения контрастных считываемых кодов с целью маркировки изделий, применяемых в промышленности для производства машин и агрегатов.

Цветовые характеристики оксидных структур определяются химическим составом материала и толщиной пленки, которые в свою очередь зависят от условий процесса лазерной маркировки.Имеющиеся в настоящее время модели, методики и результаты относятся к лазерно-термическому способу получения оксидных пленок с заданными калориметрическими характеристиками для формирования цветных графических изображений наметаллической поверхности.

Предлагается доработать теоретическую (математическую) модель и обосновать методологические основы получения контрастных считываемых штрих-кодов, позволяющие управлять технологическими параметрами лазерной установки для формирования оксидной пленки с заданными колориметрическимихарактеристиками и контрастностью.В рассматриваемых литературных источниках отмечается, что существует соответствие колориметрических характеристик толщине получаемых оксидных пленок.

На основе соответствия толщин и фазового состава оксидных слоев необходиморазработать оценочный критерий контрастности получаемых на металле цветных закодированных символов, получаемых в процессе маркировки, для прогнозированияих считываемости.Во второй главе представлены используемое оборудование, материалы и методы исследований. Показаны особенности влияния лазерного излучения прецизионного маркировочного комплекса ДМарк-06 на основе импульсного Nd:YAG-лазера сдлиной волны 1,064 мкм, а также результат воздействия импульсов различной мощности на металлические материалы.