Лазерный мир

Ганзуленко О.Ю., Ларионова Е.В., Петкова А.П. // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» №5 2013, с:1-12

АННОТАЦИЯ:

Статья посвящена разработке технологических регламентов формирования графической (цветной) информации и наноразмерных контрастных изображений штрихкодов на поверхности изделий в процессе их лазерной обработки. Приведены технология нанесения штрихкодов на поверхность металлов и полимеров, а также методика получения цветных логотипов на металлической поверхности. В статье представлены варьируемые параметры маркировочного лазерного комплекса. Разработанная технология рекомендуется для промышленного использования (машиностроение, автомобилестроение, авиастроение, железнодорожный транспорт) и широкого применения маркировки серийных изделий из различных материалов в целях защиты их от подделок и идентификации.

Описание на английском языке: Laser marking technology for serial products made from metallic and polymeric materials with a view to their policies and identification, Ganzulenko, Larionova, Petkova.

Article is devoted to the development of technological regulations graphical form (color) information and nanoscale contrast barcode images on the surface of products during their laser treatment. The technology of applying barcodes on the surface of metals and polymers, as well, as methods for obtaining color logos on the metal surface is adduced. The article presents the variable parameters of the marking laser system. The developed technology is recommended for industrial use (mechanical engineering, automotive, aerospace, rail) and wide application serial marking of various materials to protect them from fraud and identification.

Применяемые сейчас способы защиты и идентификации готовой продукции, такие как голограммы, штрих-коды, микронадписи и др. не позволяют кардинально решить данную
проблему, т.к. они наносятся на промежуточные носители информации (бумага, пластик и др.), а не непосредственно на само изделие. Соответственно они могут быть относительно легко подделаны и утеряны при эксплуатации изделий. В тех же случаях, когда метки наносятся на само изделие, применяемые методы достаточно сильно деформируют поверхность деталей (метод «питов», метод «лазерной насечки») и, самое главное, не позволяют записать большой объем информации об изделии.
Прямое, непосредственное штрих-кодирование, особенно металлических и полимерных изделий, как правило, не применяется. До последнего времени это было связано
с двумя причинами: отсутствием эффективного высокоскоростного, гибкого метода нанесения штрих-кода непосредственно на материал изделия и устройства, которое бы считывало его непосредственно с этих материалов. С разработкой лазерной маркировки появилась реальная возможность решить проблему штрихового кодирования непосредственно металлических и пластиковых изделий при их производстве для целей автоматизированного учета и контроля, тогда как современные промышленные сканеры далеко не всегда учитывают специфические свойства металлов и пластиков и, таким образом, не гарантируется уверенное считывание.
В настоящее время существует два основных типа штрих-кодов (символик), с которыми работают современные сканеры, – линейные и двумерные (рис. 1). Линейный штрих-код позволяет кодировать не более 20…30 символов и сам по себе (в отличие от двумерного), обычно не содержит описания товаров или цены (рис.1, а). Это своего рода ключ для получения информации, содержащейся в базе данных на компьютере, который и используется в основном для ее поиска.
Двумерные символики (2D), как правило, состоят из двух или более строк и знаков штрих-кодов, смежных по вертикали (рис. 1, б). Они появились сравнительно недавно и используются прежде всего для того, чтобы поместить больше данных на той же площади, что занимает одноразмерный штрих-код (до нескольких страниц текста). Штрих-коды этого типа  изначительно увеличивают производительность работы, если в базу требуется занести большое количество информации. Ее часто применяют транспортные и логистические компании для представления в закодированном виде товарно-транспортных накладных, а также фармацевтические компании, аптеки, больницы для занесения в штрих-код подробной информации о лекарствах или пациентах. Одним из типов двумерных символик является также матричный код, который представ яет собой не простую серию штрихов, а целую картинку .
В настоящее время используется огромное количество символик. Наиболее распространенными из одномерных считается EAN13, из двумерных – PDF417
Нанесение непосредственно на поверхность маркируемого объекта импульсным лазерным воздействием графического (в том числе цветного) изображения логотипа предприятия и одновременно создание на его поверхности лицевой карты изделия (информационного поля) позволяет обеспечить защиту маркируемой продукции от подделок и одновременно хранить определенный объем технической и иной  информации непосредственно на самом изделии, необходимой для обеспечения его надежной и долгосрочной эксплуатации. Введенные в информационное поле данные будут сохраняться без изменений и потерь в течение всего срока эксплуатации изделия, а при аварийном разрушении изделия позволят, используя имеющуюся в лицевой карте информацию, сделать объективное экспертное заключение о причине аварийного разрушения изделия.
При воздействии лазерного луча на металлы и  неметаллические материалы происходит нагрев с возможным оплавлением и (или) частичным испарением поверхности материала. Это приводит к появлению следа (отпечатка) на участке воздействия лазерного луча. Таким образом, перемещая луч относительно поверхности образца, можно получить на поверхности то или иное видимое изображение в виде цифр, букв, знаков или рисунков. При выводе изображения лазерным комплексом имеются свои специфические особенности, связанные как с  конструктивными особенностями самого оборудования, так и с формированием цвета на металлической поверхности.
Компьютерное изображение представляет собой комбинацию пикселей разнообразных цветов. Качество компьютерного изображения характеризуется его разрешением dpi (dots per inch) – количеством пикселей, умещающихся в 1 дюйме. Чем выше dpi, с которым работает выводное устройство, тем качественнее получаемое на этом устройстве изображение. В таблице 1 приведены значения размера пикселя (мкм) при различных разрешениях изображения (dpi).
Формирование цвета происходит, начиная не с первого импульса, а на некотором расстоянии от начала строчки. Это характерно как для лазеров с наличием эффекта первого импульса, так и оснащенных системой подавления первого импульса. Последующее наложение импульсов с шагом dx приводит к формированию цвета вплоть до последнего импульса.

В исследованиях [1] было экспериментально установлено, что для получения цвета, отличного от цвета металла и видимого глазом, минимальный размер строки должен составлять приблизительно два отпечатка луча лазера, т.е. размер пикселя по оси x должен быть не менее 2D, где D – диаметр отпечатка луча лазера. Это соотношение также обусловлено тем, что при формировании следующей строки другим цветом рядом с предыдущей, нагрев от первого импульса может привести к искажению цвета последнего импульса первой строки.

Формирование оксидных пленок производилось путем воздействия лазерного излучения на поверхность материала образца при определенной комбинации варьируемых параметров. С целью снижения мощности лазерного излучения использовалась расфокусировка, т.е. увеличение или уменьшение фокусного расстояния относительно фокальной плоскости. Обработка металлической поверхности воздействием лазера проводилась в кислородной среде (на воздухе) при комнатной температуре.

При лазерной маркировке пластмасс изображение получается за счет изменений цвета и/или изменений структуры поверхности. Повышение интенсивности излучения увеличивает температуру пластика выше точки плавления, в результате чего материал начинает плавиться и испаряться. Как только это происходит, структура поверхности приобретает вид канавки (гравировки). При относительно высокой интенсивности лазера локальное испарение материала дополняется обугливанием (карбонизацией) обрабатываемой поверхности. При этом цвет маркировки становится черным (темным). При определенных параметрах излучения лазера происходит диссоциация (распад) молекул веществ, входящих в состав пластика, которая приводит к цветовым изменениям. Это позволяет практически избежать нагрева и получить гладкую поверхность маркировки, но которая, однако, требует соответствующего состава пластика, предусматривающего возможность маркировки его лазером.

Полное содержание статьи: http://naukovedenie.ru/PDF/72tvn513.pdf