СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАРКИРОВКИ ПРЯМОГО НАНЕСЕНИЯ
METHOD FOR MANUFACTURING MARKING OF DIRECT APPLICATION (MDA)

Настоящее изобретение относится к защитным устройствам и устройствам для наблюдения за оборудованием, к составам для нанесения покрытий, отличающимся действием получаемого покрытия, в частности - светящимся краскам. Изобретение также относится к области разработки оптических и оптико-электронных средств маркировки, аналогово-цифрового кодирования и декодирования различных объектов и изделий. Более конкретно, оно относится к методам и системам нанесения маркировок непосредственно на маркируемый предмет - маркировок прямого нанесения (МПН - «Direct Part Marking» - DPM).
Технический уровень изобретения
Требования к современному уровню техники определяются тем, что компаниям и предприятиям, деятельность которых связана с высокими и/или дорогостоящими рисками, требуется обеспечить юридическую доказательность причинно-следственной связи убытков (а часто и человеческих жертв) и отказа изделия (детали, узла), которая позволяет предать ответственность за последствия отказа изделия его изготовителю (дилеру, поставщику). Для этого применяют маркировки прямого нанесения.
В отличие от маркировок, наносимых краской или наклеиваемых на контролируемый объект, маркировки прямого нанесения (МПН) состоят из информационных элементов (ИЭ), сформированных путем изменения поверхности маркируемой детали тем или иным способом. МПН могут быть удалены только вместе с материалом поверхности маркируемой детали, являясь, таким образом, надежным способом контроля всего жизненного цикла объекта вплоть до его утилизации.
В настоящее время существует несколько методов нанесения МПН, оборудование для которых предлагается на рынке - это игло-ударное нанесение (ИУ-МПН), нанесение с помощью лазера (несколько видов), электроискровое нанесение и нанесение методами химического и электрохимического травления.
При нанесении МПН используется, как правило, двумерное (2D) кодирование, обладающее высокой информационной емкостью и помехозащищенностью (2D МПН). По объему хранимой информации емкость 2D кода может в сотни раз превышать емкость одномерного (например, он способен хранить несколько страниц текста). Еще важнее то, что практически все современные технологии 2D кодов в отличие от одномерных, содержат средства коррекции ошибок и, следовательно, гарантируют большую надежность сохранности данных.
2D коды имеют преимущественно матричную форму и не используют для кодирования информации традиционные штрихи/пробелы. Вместо стандартной технологии определения ширины штриха матричные коды используют для кодирования информации конструкции типа «да - нет» или «единица - ноль» (т.е. «on/off» - дизайн). Существует множество разновидностей 2D кодов (например, PDF417, MaxiCode, DataMatrix).
Считыватели 2D кодов, в отличие от сканеров штрих-кодов, сначала улавливают изображение, затем анализируют полученный образ, и лишь потом извлекают из него и декодируют информацию. В связи с этим, считывание и декодирование 2D МПН связано с технологическими трудностями в части аппаратных решений и разработки необходимого программного обеспечения (ПО). При считывании 2D МПН основная проблема состоит в получении изображения метки с качеством, достаточным для надежного декодирования содержащейся в ней информации, независимо от внешнего освещения и состояния поверхности, на которую метка нанесена. В части ПО проблема состоит в повышении декодирующей способности при анализе гетерогенных («размытых») изображений. При этом существенное влияние на процесс декодирования оказывает сильная зависимость получаемого электронного изображения от состояния поверхности и внешнего освещения.
Развитие способов повышения устойчивости декодирования и защиты от внешних воздействий МПН являлось предметом ряда публикаций и, в том числе, патентов.
Так, в частности, известно техническое решение, предложенное в US 2003/9106994, где для идентификации объекта предложена защитная маркировка, включающая флуоресцирующий или фосфоресцирующий материал с ориентационно-упорядоченной молекулярной структурой. При облучении маркировки УФ излучением она переизлучает поляризованный флуоресцентный или фосфоресцентный свет, поляризационные и частотные параметры которого являются защитными признаками для выявления подлинности объекта.
Использование спектральных параметров отраженного света или флуоресценции в качестве идентификационных признаков характерны и для заявляемого изобретения, однако предложенная в источнике маркировка не является МПН и легко удаляется с поверхности детали. Кроме того, предложенное техническое решение не решает проблему повышения контрастности и зависимости изображения маркировки от оптических свойств поверхности, особенно в случае наличия оптических неоднородностей близких по размерам к ИЭ маркировки.
В презентации General Electric Inc. ["AIM DPM Verification of Dot Peen Data Matrix Symbols on small curved surfaces", by Ron Page] предлагается для улучшения качества изображения заполнять лунки игло-ударной маркировки черной или белой краской.
Заполнение ИЭ МПН композицией с особыми свойствами для увеличения контраста, облегчения считывания и улучшения защитных свойств МПН характерно и для заявляемого изобретения, однако предложенное усовершенствование не уменьшает влияния внешней засветки и не значительно увеличивает контраст. Кроме того, здесь не предлагаются методы заполнения углублений и способы реализации защиты от несанкционированного считывания МПН.
Наиболее близкое решение предложено в патенте РФ с приоритетом от 23.10.2009 г. №2490709, где предложен эффективный способ решения проблемы считывания 2D МПН. Для этого предлагается формировать метку прямого нанесения из информационных элементов, представляющих собой конические углубления, образованные при иглоударной маркировке, или участки поверхности с микротрещинами и шероховатостями, образованные при лазерной гравировке, которые заполнены флуоресцентной краской, поглощающей излучение на длинах волн ближнего УФ, видимого и ближнего ИК диапазонов (ФМПН). Конкретно предлагается использовать при изготовлении маркировок флуоресцентные краски, поглощающие излучение на длинах волн ближнего УФ, видимого и ближнего ИК диапазонов и излучающие в полосе пропускания приемного канала устройства считывания, преимущественно 600-700 нм.
Это приводит к существенному улучшению качества изображения маркировки при ее считывании, в частности его контрастности, и уменьшает зависимость надежности декодирования маркировки от характера поверхности, на которой нанесена 2D МПН. Данное решение позволяет считывать маркировки как обычным считывающим устройством (ридером), так и специальным, регистрирующим флуоресцентное изображение.
Использование этого решения существенно облегчает считывание ФМПН, уменьшает цену ридера, позволяет проводить считывание на большем расстоянии и снижает требования к качеству и глубине углублений, а следовательно - и к маркирующему устройству.
При этом предлагается способ изготовления метки, состоящий в заполнении ее краской и отличающийся тем, что он обеспечивает локализацию области заполнения только информационными элементами. Формировать информационные элементы предложено, в частности, путем наклеивания на маркируемую деталь пленки, в которой в процессе иглоударной маркировки или лазерной гравировки образуют отверстия, через которые заполняют информационные элементы флуоресцентной краской с помощью валика, тампона, кисти, ракеля или распыления. В развитие способа предлагается оставшуюся между информационными элементами краску удалять либо смыванием, либо стиранием, либо путем приклеивания к полимерной пленке с клеящим слоем, имеющим хорошую адгезию к материалу флуоресцентной краски. Полученную маркировку предлагается защищать путем «нанесения сверху защитного лака, прозрачного в видимом и поглощающего в УФ коротковолновом диапазоне длин волн». Причем из патентной формулы не ясно, на каком этапе изготовления маркировки наносится лак, кроме того, процедура нанесения лака отнесена только к маркировкам, полученным методом лазерной гравировки.
Некоторые приемы изготовления ФМПН, изложенные в данном патенте, используются при изготовлении маркировок в соответствии с заявляемым изобретением. Однако рассматриваемое решение не предполагает неоднократного игло-ударного воздействия, последовательного формирования структуры информационного элемента МПН, использования пластично-деформирующихся металлов, сплавов или иных материалов с соответствующими свойствами. Эти особенности, а также повышенная устойчивость полученных МПН к механическим повреждениям, химическим или/и радиационным, или/и термическим воздействиям, инсоляции или УФ-облучению определяют отличия заявляемого изобретения от известных.
Таким образом, совокупность известных решений не исчерпывает совокупности признаков заявляемого изобретения.
Сущность изобретения
Сущность изобретения заключается в предложенном способе изготовления маркировки прямого нанесения отличающемся тем, что после первичного игло-ударного воздействия между иглой игло-ударной установки и поверхностью маркируемой детали дополнительно помещают материалы (в частности - многослойные), содержащие частицы, композиции или вещества, обладающие необходимыми свойствами. При последующих игло-ударных воздействиях они последовательно перемещаются в углубления, образующие информационные элементы МПН. Заметим, что материал, который при изготовлении МПН дополнительно помещают между иглой игло-ударной установки и поверхностью маркируемой детали, должен быть зафиксирован на поверхности маркируемой детали - например - приклеиванием, прикатыванием, механическим прижимом. При этом в ходе каждого цикла игло-ударного воздействия сила удара иглы игло-ударной установки может быть различной.
Материалом, который помещают между иглой игло-ударной установки и поверхностью маркируемой детали, может быть фольга пластично-деформирующегося металла или сплава. В качестве пластично-деформирующегося металла или сплава предлагается использовать алюминий, медь, золото, свинец, олово, сурьму, латунь, бронзу, дюралюминий.
Пластично-деформирующаяся фольга может применяться в качестве носителя частиц, придающих ИЭ свойства, отличающиеся от свойств материала маркируемой детали. Другими носителями таких частиц могут быть ткани или нетканые материалы из натуральных или синтетических волокон. В качестве носителя частиц, придающих ИЭ свойства, отличающиеся от свойств материала маркируемой детали, могут также использоваться полимерные пленки. Получают такие пленки отверждением полимерной композиции на основе акриловых, эпоксидных, уретановых, кремнийорганических, алкидных, полиэфирных и/или любых других образующих пленку полимеров.
В результате последовательного внесения различных частиц создают ИЭ, которые отличаются от материала маркируемой детали по спектру флуоресценции, или/и спектру возбуждения флуоресценции, или/и коэффициенту отражения, или/и коэффициенту поглощения электромагнитных излучений в одном или нескольких диапазонах их спектра, например - рентгеновском, микроволновом, УФ, ИК, видимом. Кроме того, созданные ИЭ могут отличаться от материала маркируемой детали по электропроводности; магнитным, электроизоляционным, трибоэлектрическим, адгезионным, гидрофильно-гидрофобным свойствам; способности индуцировать каталитические, автокаталитические, радикально-цепные процессы, процессы сорбции, поликонденсации.
Для облегчения проведения процесса нанесения МПН, в частности, - предотвращения разрывов материала-носителя в процессе игло-ударного воздействия, облегчения его удаления после окончания процесса нанесения МПН носитель может предварительно упрочняться, например - армироваться полимерной или металлической сеткой.
Поверхность маркируемого изделия может быть подготовлена к маркировке путем предварительного нанесения на нее дополнительной композиции. При этом вязкость композиции, ее адгезию к маркируемой поверхности и метод ее нанесения подбирают таким образом, что дополнительная композиция нивелирует неровности и неоднородности поверхности маркируемой детали.
Для повышения эксплуатационных свойств изготовленных маркировок их можно дополнительно защитить. Защита МПН может осуществляться путем нанесения защитного покрытия (лака) или/и наклеивания одно- или многослойной защитной пленки, которая может быть прозрачной в видимом диапазоне длин волн и допускать считывание МПН без ее удаления. При использовании многослойной защитной пленки считывание МПН может быть неоднократно восстановлено путем последовательного удаления слоев защитной пленки. При этом будут удаляться покрытия, краска, другие загрязнения и следы воздействий на маркированную деталь технологических операций и иных неблагоприятных факторов. Требуется лишь, чтобы такие воздействия не нарушали целостности защитного покрытия.
Свойства наносимых слоев (в том числе - дополнительных и/или защитных) могут модифицироваться тем или иным способом, например - сушкой, термо- или фото- полимеризацией.
Целью изобретения является получение широкого спектра маркировок прямого нанесения с заданными свойствами путем последовательного внесения в их информационные элементы материалов, частиц, композиций, веществ, с использованием многократных игло-ударных воздействий. Кроме того, целью изобретения является повышение стойкости к внешним воздействиям, расширение возможностей внесения в информационные элементы частиц, обладающих необходимыми свойствами, и улучшение эксплуатационных свойств маркировок прямого нанесения благодаря применению при их изготовлении пластично-деформирующихся металлов или сплавов.
Технический результат:
- получение широкого спектра маркировок прямого нанесения с заданными свойствами путем последовательного внесения материалов, частиц, композиций, веществ, при помощи неоднократных игло-ударных воздействий;
- повышение стойкости к внешним воздействиям, расширение возможностей внесения в информационные элементы частиц, обладающих необходимыми свойствами, и улучшение свойств маркировок прямого нанесения за счет использования при их изготовлении пластично-деформирующихся металлов или сплавов;
- совершенствование технологии изготовления МПН за счет применения технологических приемов, основанных на неоднократных игло-ударных воздействиях, причем игло-ударные воздействия предлагается использовать не только для образования углублений в материале маркируемой детали, но и для внесения в эти углубления частиц, композиций или веществ, обладающих необходимыми свойствами.
Технический результат может быть реализован рядом способов, некоторые из которых определены в тексте предложенной патентной формулы.
Технический результат достигается, в частности, тем, что при изготовлении ИУ-МПН, после первичного игло-ударного воздействия между иглой игло-ударной установки и поверхностью маркируемой детали дополнительно помещают материал, в частности - многослойный.
В качестве слоев такого материала могут быть использованы слои-носители, обеспечивающие достаточную механическую прочность материала - в частности, фольги металлов или/и сплавов, полимерные пленки, пористые материалы, ткани. При необходимости такие слои могут быть дополнительно упрочнены, например - армированы полимерной или металлической сеткой, что предотвращает разрывы материала после игло-ударного воздействия и облегчает его удаление после использования в процессе нанесения ИУ-МПН.
Кроме того, в качестве слоев дополнительно помещаемого материала могут применяться композиции, в частности - полимерные, содержащие вещества, обладающие теми или иными свойствами. Введенные в материал вещества могут, в частности, обеспечивать декодируемость ИУ-МПН, предотвращать несанкционированный доступ к содержащейся в ИУ-МПН информации, способствовать закреплению композиций, образующих ИУ-МПН, в углублениях в материале маркируемой детали.
Помещенный между иглой игло-ударной установки и поверхностью маркируемой детали материал фиксируют на поверхности детали, например - приклеиванием или/и путем механического прижима или/и прикатыванием. Это необходимо для обеспечения достаточной точности локализации воздействий на маркируемую деталь при проведении последующих операций.
Затем проводят следующее игло-ударное воздействие, причем при многократных игло-ударных воздействиях таким образом могут последовательно помещать различные материалы, фрагменты которых последовательно перемещают в углубления, образующие информационные элементы МПН.
Технический результат достигается, кроме того, тем, что для контрастирования ИЭ МПН перед ее санкционированным считыванием и затруднения несанкционированного считывания, в ИЭ формируют структуры, отличающиеся теми или иными свойствами. В частности, в процессе изготовления маркировок могут быть созданы отличия ИЭ от маркируемой поверхности:
- в коэффициентах отражения или/и поглощения или/и в спектрах флуоресценции или/и в спектрах возбуждения флуоресценции в некотором диапазоне длин волн одной из областей спектра электромагнитных излучений, например - рентгеновском, микроволновом, УФ, ИК, видимом;
- в физических свойствах, в частности - магнитных, электропроводности, трибоэлектрических или электроизоляционных свойствах;
- в физико-химических и/или химических свойствах, в частности - адгезионных, гидрофильно-гидрофобных, способности индуцировать каталитические или автокаталитические или/и радикально-цепные процессы, или/и процессы сорбции, поликонденсации.
В процессе реализации технического результата для обеспечения возможности нанесения маркировок на поверхности шероховатые, недостаточно прочные механически, разрушающиеся со временем или в процессе эксплуатации маркированной детали, на маркируемую поверхность наносят дополнительную композицию. Такую композицию наносят перед формированием информационных элементов ИУ-МПН. Свойства дополнительной композиции могут модифицироваться введением в нее реакционноспособных веществ, например - с целью повышения адгезии композиции к поверхности маркируемой детали или образования на ее основе нерастворимой пространственно сшитой структуры.
Соответствующие процессы могут проводиться с участием внешних воздействий - нагрева и/или облучения УФ или/и ИК излучением, или/и микроволновым или/и лазерным излучением, коронного разряда, воздействия окислителей, восстановителей. При помощи соответствующих добавок могут модифицироваться и иные свойства дополнительной композиции. В частности - оптические свойства композиции могут быть изменены с целью увеличения оптического контраста ИЭ ИУ-МПН по отношению к поверхности маркируемой детали.
В процессе реализации технического результата для повышения эксплуатационных свойств изготовленных маркировок может наноситься защитная композиция. Защитная композиция наносится по окончании процесса изготовления МПН при необходимости защиты информационных элементов изготовленной маркировки от внешних воздействий в процессе эксплуатации или/и от несанкционированного считывания. С целью предотвращения несанкционированного считывания МПН, в состав защитной композиции могут быть введены добавки веществ, обладающих необходимыми свойствами.
С теми же целями вместо нанесения защитных композиций на МПИ могут наклеиваться полимерные пленки (в том числе - многослойные).
Изобретение иллюстрируют рисунки.
На рисунках использованы следующие обозначения:
1 - структуры, заполняющие информационные элементы сформированные неоднократным последовательным внесением материалов, частиц, композиций, веществ, при помощи игло-ударных воздействий;
2 - дополнительная композиция;
3 - маркируемая деталь;
4 - материал, содержащий частицы, композиции или вещества, обладающие необходимыми свойствами;
5 - защитное покрытие.
На фиг. 1 представлено устройство ИУ-МПН, состоящей из упорядоченных углублений на поверхности маркируемой детали (3). Перед формированием информационных элементов маркировки на маркируемую поверхность нанесена дополнительная композиция (2), нивелирующая шероховатости поверхности маркируемой детали (3) и/или повышающая оптический контраст формируемых впоследствии информационных элементов маркировки.
Структуры, заполняющие информационные элементы (1), сформированы неоднократным последовательным внесением материалов, частиц, композиций, веществ, при помощи игло-ударных воздействий.
На ИУ-МПН нанесено защитное покрытие (5), представляющее собой полимерную композицию и/или полимерную пленку (в частности -многослойную). Если считывание ИУ-МПН было блокировано намеренно или стало затруднительным по иным причинам, удаление защитного покрытия может обеспечить возможность восстановления декодирования ИУ-МПН.
Фиг. 2 иллюстрирует проведение одного из игло-ударных воздействий, которые последовательно формируют информационные элементы маркировки. Процесс изготовления ИЭ заключается в формировании структур, обладающих необходимыми свойствами (1), путем неоднократного последовательного внесения фрагментов материалов, частиц, композиций, веществ, при помощи игло-ударных воздействий.
Для этого между иглой игло-ударной установки и поверхностью маркируемой детали помещают материал (4), содержащий частицы, композиции или вещества, обладающие необходимыми свойствами.
В качестве такого материала удобно использовать двухкомпонентную структуру, состоящую из носителя, обеспечивающего необходимые механические качества материала и удобство работы, и полимерного слоя или пропитки, содержащей частицы, композиции, вещества, обладающие необходимыми свойствами. Носителем могут служить фольги металлов или сплавов, полимерные пленки, ткани или нетканые материалы из натуральных или синтетических волокон.
Материал, помещенный между иглой игло-ударной установки и поверхностью маркируемой детали, должен быть зафиксирован на поверхности маркируемой детали способом, обеспечивающим необходимую точность локализации воздействий на маркируемую деталь, - например - приклеиванием, прикатыванием, механическим прижимом.
Перед формированием информационных элементов маркировки на маркируемую поверхность нанесена дополнительная композиция (2), нивелирующая шероховатости поверхности маркируемой детали (3) и/или повышающая оптический контраст формируемых впоследствии информационных элементов маркировки.
На фиг. 3 представлена ИУ-МПН с нанесенным защитным покрытием (5), представляющим собой полимерную композицию и/или полимерную пленку (в частности - многослойную).
Фиг. 3 иллюстрирует облучение защитного покрытия (5) УФ или ИК излучением. Такое облучение может быть применено для достижения следующих целей.
Во-первых, целью облучения может быть придание защитному покрытию необходимой твердости или консистенции путем его сушки или/и индуцирования его полимеризации.
Во-вторых, облучение может быть применено для восстановления декодирования МПН путем фотоиндуцированного разложения самого защитного покрытия или изменения свойств содержащихся в нем веществ, блокирующих декодирование МПН (в этом случае изменение свойств веществ может быть обратимым).