Автореферат (Обоснование параметров лазерной маркировки деталей машин и агрегатов для их идентификации и учета), страница 4

Используемые для расчетовтеплофизические характеристики материалов являются общеизвестными и их величины можно найти в справочной литературе.Для получения цветных структур обработка поверхности лазерным маркировочным комплексом производится построчно. Чтобы температурные условия формирования второй строки не оказывали влияния на сформированную предыдущую строку, необходимо, чтобы строки не накладывались друг на друга. Исходя из этого, можно связать параметры изображения с параметрами лазерного комплекса следующимобразомL1,1000 D(12)где L – линиатура (количество строк в 1 мм2 изображения).Тогда разрешение изображения определяется из условия:(13)R  25,39L .Для вывода цветных логотипов выбирается минимальное количество цветов издоступных в цветовой палитре основных цветов обрабатываемого материала, путемвизуального сравнения выбираются ближайшие к цветам изображения. Формирование графического изображения в виде логотипов на металлической и полимерной поверхности осуществлялось программой LTCEdit для управления лазерным маркирующим комплексом ДМарк-6.

Данная программа разбивает изображение логотипа напараллельные отрезки. Одна строка по габаритным размерам изображения может содержать несколько отрезков, на которых формируется оксидная пленка с заданнымицветовыми характеристиками. Для удобства нанесения изображение разбивается на12цветовые слои – маски, для каждого цвета формируется отдельная цветовая маска сприсвоением ей технологических параметров вывода выбранного из палитры цвета навыбранный материал.Для вывода штрих-кодов все поле штрих-кода может заполняться контрастнымпо отношению к цвету штрихов фоном, а затем уже наносятся штрихи заданного цвета. Каждый штрих штрихового кода состоит из линий-модулей. В соответствии сГОСТ ИСО/МЭК 15420-2001, для стандартного размера штрихового кода ширина модуля должна составлять 0,33 мм. Ширина самого узкого штриха в символе штрихкода не может быть меньше одного модуля.

Диаметр отпечатка на металле определяется током накачки диодной линейки. По диаметру отпечатка рассчитывается количество линий, необходимое для формирования на металлической поверхности линии,соответствующей ширине одного модуля (0,33 мм). Штрих шириной 1 мм состоит изтрех таких модулей. Общее количество линий на 1 мм пикселя штрих-кода составитлиниатуру NL, равную произведению количества модулей на количество линий в одном модуле. По формулам (12) и (13) с учетом диаметра отпечатка определяется разрешение в dpi, с которым готовится изображение наносимого штрих-кода.В программе-редакторе управляющий файл с изображением логотипа илиштрих-кода по заданной программе формирует цветное изображение или информационное поле на поверхности маркируемого изделия.В процессе лазерной маркировки пластмасс изображение получается за счет изменений цвета и/или изменений структуры поверхности.

Повышение интенсивностиизлучения за счет варьирования основных технологических параметров увеличиваеттемпературу пластика выше точки плавления, в результате чего материал начинаетплавиться и испаряться, структура поверхности приобретает вид канавки (гравировки).Для обеспечения уверенного считывания штрих-кода необходимо создаватьштрихи, которые будут контрастировать с поверхностью металла по цвету, а если этоневозможно, поле штрих-кода обрабатывается режимом, обеспечивающим контрастный фон по отношению к цвету штрих-кода.

Цветовые оттенки штрих-кода со степенью контрастности I0/I ≥e обеспечивают уверенное считывание штрихового кода.Расчетная оценка толщины оксидной пленки и степени ее контрастности выполнена на титане и цирконии. Штрихи фиолетового и черного цвета на титане и черного на цирконии имеют достаточную степень контрастности для считывания безнанесения фона.По предложенной методике был произведен расчет технологических режимовмаркировки различных материалов, наиболее широко применяемых для производствамашин и агрегатов, для формирования контрастных штрих-кодов или информационного поля с кодированной паспортной, технической, технологической и иной информацией о данном изделии, а также их апробация.Используя изложенную методику и стандартный программный продукт LTCEdit, поставляемый с лазерным маркировочным комплексом, были определены режимыформирования штрих-кода (информационного поля) для различных металлическихматериалов.

В таблице 4 приведены технологические регламенты обработки 6-ти металлических материалов, обеспечивающие воспроизводимость цвета и достаточнуюконтрастность штрихов на металле.Результаты экспериментального формирования штрих-кодов на различных материалах представлены на рисунках 3 и 4.13Критерием качества нанесенного штрих-кода принято считать его считываниесканером с первого раза. Следует отметить, что для полированных образцов (образцад, рисунок 3) использовался дополнительный режим для создания контрастного фона.Также, аналогично, для некоторых образцов из полимерных материалов (образец № 3и 8) использовался дополнительный режим для создания контрастного фона. Это объясняется необходимостью формирования дополнительной четкости линий штрихкода за счет повышения контрастности.

На всех образцах считывание штрих-кодастандартным сканером производилось с первого раза, что свидетельствует об их высокой контрастности.Таблица 4 – Технологические регламенты обработки 6-ти металлических материаловдля нанесения контрастных штрих-кодовNп/пМаркаматериалаТок,АЧастота,ГцСкорость,мм/сDpi1ВТ1-018200005508208Х18Н10Т141550035083Цирконий1352400425084АЛ2182130010508512Х17141550035086Л63185100011508абПалитраНанесенныйцветвгдеРисунок 3 – Изображения образцов со штрих-кодом: а – ВТ1-0; б – 08Х18Н10Т;в – цирконий; г – АЛ2; д – 12Х17; е - латунь Л6314Рисунок 4 – Внешний вид поверхности образцов после нанесения штрих-кода(1 – полиэтилен; 2 – полипропилен; 3 – полистирол; 4 – поликарбонат; 5 – полиэтилентерефталат (ПЭТ); 6 – поливинилхлорид (ПВХ); 7 – капролон; 8 – фторопласт-4)В четвертой главе представлены результаты исследования структурно-фазовогосостава и свойств обработанной поверхности образцов из металлических материалов,определение геометрических размеров полученных оксидных структур и выявленияих устойчивости.Для исследования фазового состава поверхности металлических материалов после импульсного лазерного излучения были использованы образцы сталей 08Х13 и12Х17, а также образцы сплава на основе титана ВТ1-0, выбор режимов обработкиповерхности которых определялся условием получения насыщенных цветовых оттенков для выбранного материала.Микроструктурный анализ образцов показал, что цветные образования, полученные на поверхности исследованных образцов, в соответствии с имеющимисяпредставлениями, являются многослойными оксидными пленками различной толщины и состава.

По результатам рентгеноструктурного анализа фазовый состав поверхности образцов сталей 08Х13 и 12Х17 после лазерной обработки по режимам, обеспечивающим различные цветовые оттенки, представлен ферритной (α-фаза) и оксидной (Ме3О4) фазами, при этом появление оксидного слоя со структурой типа Ме3О4связано с присутствием ферритной фазы как основной фазы материала подложки.Рентгеноструктурное исследование поверхности образцов титана ВТ1-0 выявило следующее: на поверхности синего цвета присутствуют оксиды TiO и Ti2O3, на поверхности желтого цвета максимальной насыщенности обнаружены оксиды TiO и Ti2O; наповерхности желтого цвета минимальной насыщенности обнаружены оксиды TiO иTi3O; на поверхности фиолетового цвета – оксиды титана Ti2O4, а черного - Ti2O5.

Вовсех образцах сплава ВТ1-0 присутствует полный дифракционный спектр -титана.Наличие оксидов титана в фазовом составе на поверхности сплава ВТ1-0 значительноповышает поверхностную твердость и износостойкость изделия.Для получения послойного анализа оксидной пленки для образца с покрытиемфиолетового цвета на ВТ1-0 было применено ионное травление образца с предварительно напыленным платиновым слоем (1 мкм) для защиты пленки от эрозии (рисунок 5). При исследовании послойной структуры приповерхностного слоя наблюдается глубина распространения трещин в оксидной пленке, газонасыщенный слой подоксидной пленкой и зона рекристаллизованного титана под поверхностью (рисунок6).15Рисунок 5 – Фотографии пленки исследуемого образца ВТ1-0 фиолетового цвета: а) исходная поверхность перед приготовлением кросс-секции; б) напыленный платиновый слой для защиты пленки; в) вид подготовленной кросс-секцииРисунок 6 – Послойная структура приповерхностного слоя пленки ВТ1-0:а) 1 – платиновая защитная пленка, 2 – оксидная пленка; 3 – газонасыщенный слой,4 – рекристаллизованный металл; б) изображение пленки в ионах галлия;в) геометрические характеристики многослойной оксидной структурыИзображение в ионах галлия (рисунок 6, б) дает более выраженный ориентационный контраст, позволяющий наблюдать ультрамелкодисперсную (квазиаморфную)структуру оксидной пленки, характерную для быстрого роста (под пленкой платины),мелкокристаллическую структуру газонасыщенного слоя и крупнокристаллическуюструктуру рекристаллизованного титана под поверхностью.

Измерение геометриче16ских параметров многослойной оксидной структуры показывает, что оксидная пленкас мелкодисперсной (квазиаморфной) структурой имеет толщину порядка 1,34 мкм,затем следует достаточно мелкая структура газонасыщенного слоя толщиной 4,01мкм, а завершается зона, охваченная влиянием импульсного лазерного излучения,участком рекристализованного крупнокристаллического титана (рис. 6, в).Полученные результаты позволяют сделать заключение, что обработка поверхности металлов импульсным лазерным излучением в диапазоне формирования цветных оксидных структур позволяет получить квазиаморфный слой, обладающий нетолько определенными оптическими, но и защитными свойствами.По исследованиям устойчивости нанесенных оксидных покрытий на металлические материалы можно отметить, что оксидные пленки, сформированные на металлической поверхности при лазерной маркировке коррозионностойких сталей и титановых сплавов, обладают повышенной химической стойкостью, микротвердостью,определенной теплостойкостью, в то время, как маркировочные изображения, нанесенные на медные сплавы, теряют свои цветовые характеристики при повышенныхтемпературах, но сохраняются после воздействия агрессивных сред.Основные выводы1.

Установлены закономерности процесса образования оксидных структур с заданными цветовыми характеристиками на поверхности металлических материалов впроцессе обработки изделий импульсным лазером. В полимерных материалах происходит оплавление и выпаривание поверхностного слоя с образованием контрастныхучастков по отношению к оттенку основного цвета поверхности.2. На основе математической модели определены основные технологические параметры процесса лазерной маркировки и их допустимые границы для формированияна материалах различных классов (металлические, полимерные) маркировочныхизображений и битовой информации (в виде закодированных символов).3.