Диссертация (1095072), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Слои, имеющие степень контрастностиI0/I ≥e обеспечивают уверенное считывание штрихового кода.1133.5 Пример расчета и апробация режима формирования одномерногоштрих-кода на циркониевом сплавеДля расчета толщины оксидного слоя воспользуемся следующими данными:для -Zr при t< 973ºC, D0 = 9,13·10-9м2/с [84], τВЗ = 4·10-8 c. Результаты расчетапредставлены в таблице 3.8.Таблица 3.8 – Расчет толщины оксидной пленки циркония (h), в зависимости отскорости сканирования V, мм/с и частоты F, Гцh, мV, мм/сF, Гц3,08·10-74252200По аналогии с титанов мы сплавом был проведен расчет термонапряжений всистеме оксидная пленка-подложка в -Zr.Материалом подложки является цирконий, а пленки – двуокись циркония.Коэффициент линейного расширения пленки двуокиси циркония составляет α 2 =9,8·10-6 град-1, а подложки из циркония – α1 = 11,5·10-6 град-1.Для расчетов примем предел прочности на растяжение оксидной пленкициркония 1 = 100 МПа [92].В таблице 3.9 представлены результаты расчета минимальной толщиныоксидного слоя циркония, меньше которого возможно механическое разрушение егоструктуры.
Анализируя данные таблицы, можно отметить, что толщина формируемойоксидной пленки на поверхности циркония не растрескивается, т.к. ее толщинабольше критического значения.Для оценки максимально возможной температуры общего нагрева длярассчитанного ранее режима обработки циркониевого изделия воспользуемсяследующими данными для расчетов:С = 275,7 Дж/(кг·К)), m=0,045 кг; Pcp= 6 Вт; S=380 мм2; τВЗ = 40 нс.114Таблица 3.9 – Результаты расчета максимально допустимой толщины оксиднойпленкиТехнологический режимРасчетная толщина оксидной пленки, мчастота, Гцскорость, мм/сформируемаяминимально допустимая52200421,795∙10-63,08∙10-7Результаты расчета сведены в таблицу 3.10.Таблица 3.10 Результаты расчета максимально возможной температуры общегонагрева циркониевой трубкиСкорость, мм/сЧастота, ГцТемпература, ºС425220061Таким образом, при рассчитанной скорости перемещения луча лазераобщий нагрев трубы не превышает допустимые пределы.
Температура изделияпосле обработки поверхности значительно ниже температуры окисления (400 ºС)и температуры фазового перехода. Таким образом, оптические измененияповерхностных свойств происходят только в зоне воздействия лазерного луча, ненарушая структуру поверхности.Дляподтверждениясчитываемостиштрих-кода рассчитаемстепеньпоглощения излучения сканера оксидным слоем. Для длины волны сканирующегоизлучения λ = 650 нм линейный коэффициент затухания света в оксиде циркониясоставляет α = 0,7·106 м-1 [92].
За глубину проникновения можно принять толщинуоксидного слоя. Таким образом, степень контрастности (I0/I) штрих-кода взависимости от толщины формируемой пленки (h, м) будет составлять 3,94.Рассчитанное значение удовлетворяет условию I0/I>e, что подтверждаетвысокую поглощательную способность окисного слоя.
Поэтому, на поверхностиметалла этот слой будет восприниматься штрих-сканером как черный на беломфоне, что обеспечивает уверенное считывание штрихового кода.115Таким образом, используя маркирующий комплекс на основе твердотельногоимпульсного лазера, можно формировать однородный контрастный оксидный слой ввиде цветного штрих-кода непосредственно на поверхности металлического изделиябез изменения его структурных и физико-химических свойств.Для маркировки была выбрана тонкостенная трубка из циркония столщиной стенки 0,5 мм, диаметром 8 мм.Результат подготовки изображения штрих-кода представлен на рисунке 3.9.Желтыми штрихами изображены линии, которые будут сформированы наматериале в процессе маркировки, а красная рамка обозначает габаритыштрихового кода.Рисунок 3.9 – Изображение штрих-кода на фоне миллиметровой сетке,подготовленного к маркировке в программе «LTCEdit»Под действием лазерного излучения формируется оксид циркония ZrО2черного цвета, достаточно плотным и хорошо сцепленным с поверхностьюметалла [93].Используя методику для определения количества линий на 1 мм дляобработки на средней мощности излучения, получим, что для обработки циркониялазерным излучением при токе накачки диодной линейки 12 ампер количестволиний на 1 мм составляет NL=14.
Тогда технологические параметры режимовобработки поверхности изделия из циркония примут значения, представленные втаблице 3.11.116Таблица 3.11 – Режимы получения оксидной пленки на поверхности цирконияЦвет оксидаZrO2черныйСветочувствительнаяh, мF, ГцV, мм/сI0/I1,795·10-652200423,94матрицасчитывающегоустройстваспособнафиксировать разницу интенсивности отраженного излучения в е раз. Полученныйоксидный слой имеет степень контрастности I0/I ≥e, что обеспечивают уверенноесчитывание штрихового кода. Формируемый с помощью маркировочногокомплекса однородный контрастный оксидный слой в виде цветного штрих-коданепосредственно на поверхности циркониевого сплава не изменяет его структурныхи физико-химических свойств.3.6 Режимы формирования контрастных изображений штрих-кодов наметаллических и полимерных материалах и их апробацияС использованием изложенной методики были рассчитаны режимыформированиямаркировочныхсимволовввидештриховыхкодовдляисследуемых металлических материалов.
Управление лазерной установкой сзаданием рассчитанных режимов осуществляется посредством стандартногопрограммногопродуктаLTCEdit,которыйпоставляетсявкомплектесмаркировочным комплексом. В таблице 3.12 приведены технологические режимыдля обработки поверхности 6-ти металлических материалов, обеспечивающиехорошую воспроизводимость цвета и высокую контрастность маркировочныхизображений штрихов на металле.Информация для занесения в маркировочные символы была зашифрована внесколько типов линейных и двумерных кодов.
Результаты маркировки приприменении выбранных режимов с нанесением изображения штриховых кодов наисследуемых материалах представлены на рисунке 3.10. Следует отметить, чтодля полированных образцов (рисунок 3.10 (д)) использовался дополнительныйрежим для создания контрастного фона. Критерием качества нанесенного штрих-117кода принято считать его считывание сканером с первого раза. Все изображенияштрих-кодов, нанесенные на различные металлические материалы, считывалисьстандартным сканером с первого раза.Таблица3.12–Технологическиережимыпроцессамаркировки6-тиметаллических материалов для нанесения контрастных штрих-кодовNп/п1МаркаматериалаВТ1-0Ток, Частота,АГц1820000208Х18Н10Т141550034Цирконий13АЛ256Скорость,мм/с5DpiПалитраНанесенныйцветRGB508333350828 28 28524004250810 10 1018213001050811 11 1112Х171415500350828 28 28Л6318510001150836 43 45абвгдеРисунок 3.10 – Изображения образцов с нанесенными штрих-кодами: а – ВТ1-0;б – 08Х18Н10Т; в – цирконий; г - силумин; д – 12Х17; е - латунь Л63Полученные экспериментальные результаты представлены в статьях,выполненных в соавторстве [2-5, 86, 91, 110].Технология штрихового кодирования непосредственно металлических ипластиковых изделий (корпус, электроды) может успешно применяться припроизводстве комплексного электролизного агрегата (ферратора) в промышленном118масштабе в целях их автоматизированного учета и контроля, а также защиты отконтрафактной продукции.
Рекомендованные режимы были применены в процессемаркировкидеталейкомплексногоэлектролизногоагрегата(КЭА)дляобеззараживания воды и стоков, в нанесенные маркировочные символы былзашифрован необходимый объем информации (рисунок 3.11). Работы выполнены врамках соглашения № 14.575.21.0080 от 16 июля 2014 г., ФЦП «Исследования иразработки по приоритетным направлениям развития научно-технологическогокомплекса России на 2014-2020 годы».Рисунок 3.11 – Линейный код UCC/EAN-128, матричные PDF-417, QR-code,и Data-Matrix на титановой крышке ферратора из ВТ1-0 в составекомплексного электролизного агрегатаДля маркировки ферратора были выбраны наиболее распространенные издвумерных кодов UCC/EAN-128 (рисунок 3.12, а), из матричных - QR-code (б),PDF-417 (в) и Data-Matrix (г).Нанесениеимпульснымнепосредственнолазернымнавоздействиемповерхностьнаизделиямаркируемогосцельюобъектананесенияинформационного поля, закодированного в маркировочном символе, позволяетобеспечить защиту маркируемой продукции от подделок и одновременно хранитьопределенный объем технической и иной информации непосредственно на самомизделии,необходимойдляобеспеченияегонадежнойидолгосрочнойэксплуатации.Исследования возможности нанесения маркировочных закодированныхсимволов на полимерные материалы с использованием лазерного излученияпроводились на образцах 8 марок: 1 – полиэтилен; 2 – полипропилен; 3 –119полистирол; 4 – поликарбонат; 5 – полиэтилентерефталат (ПЭТ); 6 –поливинилхлорид (ПВХ); 7 – капролон; 8 – фторопласт-4.абгдРисунок 3.12 – Основные типы штрих-кодов, использованные для маркировкиферратора: двумерный UCC/EAN-128 (а), матричные QR-code (б),PDF-417 (г) и Data-MatrixВ случаях нанесения штрих-кода на поверхность полимера обработкаповерхности образцов производилась в два этапа:1 – обработка всей поверхности образца для снятия поверхностныхдефектов (шероховатость, загрязнение).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
