УДАРНО-ТОЧЕЧНЫЙ СПОСОБ ПРЯМОГО НАНЕСЕНИЯ ПОМЕХОЗАЩИЩЕННЫХ СИМВОЛЬНЫХ МЕТОК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИХ СЧИТЫВАНИЯ И ДЕКОДИРОВАНИЯ
IMPACT-POINT METHOD FOR DIRECT APPLICATION OF NOISE-PROOF SYMBOLIC LABELS AND APPARATUS FOR READING AND DECODING THEREOF

Настоящее изобретение 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 информационных меток непосредственно на маркируемый предмет - символьных меток прямого нанесения (СМПН - «Direct Part Marking» - DPM), и конкретно относится к ударно-точечному способу прямого нанесения помехозащищенных символьных меток, а также к устройству для считывания и декодирования указанных символьных меток.
Последние несколько лет в Европе и США в ряде отраслей промышленности, характеризующихся повышенными требованиями к учету, качеству и надежности деталей, узлов и изделий, стали все более широко применяться технологии так называемых символьных меток прямого нанесения (СМПН - "Direct Part Marking" - DPM), содержащих в закодированном виде необходимую информацию об объекте. СПМН является универсальным средством для автоматизированного сбора данных и защиты продукции как в процессе производства, так при эксплуатации. В отличие от обычных символьных меток, печатаемых на бумажном или пластиковом носителе и затем наклеиваемых на контролируемый объект, СМПН наносятся непосредственно на поверхность изделия и могут быть удалены только вместе с материалом этой поверхности, являясь, таким образом, надежным способом прослеживаемости и контроля жизненного цикла продукции вплоть до его утилизации.
Идентификация СМПН на объекте (изделии, продукции и т.п.) включает в себя два этапа - нанесение маркировки в виде штрихкода (одномерного или двухмерного) и ее считывание.
В настоящее время существует несколько методов нанесения СМПН, оборудование для которого предлагается на рынке - это иглоударное нанесение, нанесение с помощью лазера (несколько видов), электрохимическое травление и нанесение краски с помощью каплеструйной печати.
Каплеструйная маркировка основана на нанесении капель чернил очень малого размера в заданные точки поверхности движущегося материала, формируя тем самым необходимый рисунок. Эта технология достаточно высокопроизводительна, но стойкость чернил к неблагоприятным факторам (абразивное воздействие, температура, климатические факторы) не достаточна для длительного и надежного сохранения информации. Помимо каплеструйной маркировки применяется также термотрансферная печать, имеющая те же недостатки.
При каплеструйной маркировке (термотрансферной печати) краска лежит на поверхности объекта. В остальных методах, рассмотренных ниже, маркировка осуществляется путем создания углублений на поверхности объекта.
Лазерная маркировка (гравировка) основана на изменении цвета поверхности изделия под воздействием луча лазера. Этот метод обладает высокой производительностью в сочетании с достаточной стойкостью к неблагоприятным воздействиям (абразивному и температурному). Технология электрохимического травления основана на воздействии химических реагентов на отдельные свободные от защиты участки на поверхности материала. Основное условие для применения этого вида маркировки - электропроводность маркируемого материала (металлы). При своей невысокой производительности эта технология также может обеспечить высокие показатели по стойкости маркировки.
Значительный интерес представляет иглоударная маркировка, основанная на механическом воздействии острой иглы на поверхность материала, при этом образуются углубления в форме конических кратеров, которые формируют заданное изображение. Этот метод позволяет получать маркировку с большой стойкостью к абразивному и химическому воздействию, а также экстремальным температурам и климатическим факторам. Недостатком этого метода маркировки является необходимость применения специальных условий освещения для получения высококонтрастных изображений на поверхности.
Известен способ (патент US 7028901, 20.01.2005), где для улучшения считывания символьной метки предложено проводить считывание под разными углами падения излучения на поверхность маркируемого изделия. Однако способ не решает проблему повышения контрастности изображения нанесенного символа относительно поверхности детали.
Известны технические решения, где для повышения контрастирования символьных меток, сформированных иглоударным методом, предлагается заполнять углубления метки краской (см., например, патент US 6533181, 18.03.2003), однако считываемость символьных меток зависит от качества поверхности детали и степени ее загрязнения, также от контраста изображения метки относительно подложки.
Из RU 2445700, 20.03.2012 известна верифицируемая символьная метка прямого нанесения и способ ее изготовления.
Верифицируемая символьная метка прямого нанесения (СМПН), состоящая из информационных элементов, сформированных на поверхности маркируемой детали в форме конических углублений при иглоударной маркировке поверхности с защитной маркой, в виде предварительно зафиксированной на поверхности перфорированной полимерной пленки с записанной оптической информацией, при этом информационные элементы символьной метки и перфорированные отверстия защитной марки формируются одновременно при иглоударной маркировке, совпадают друг с другом и заполняются флуоресцентной краской, поглощающей излучение на длинах волн ближнего УФ, видимого и ближнего ИК-диапазонов.
При иглоударной маркировке на поверхности объекта сформированы конические углубления 105 и сквозные перфорированные отверстия в пленке 104, которые заполнены флуоресцентной краской быстрого отвердения с определенным спектром поглощения и испускания. Краска может полностью или только частично заполнять перфорированные отверстия. Предпочтительно использование флуоресцентных красок, поглощающих возбуждающее излучение на длинах волн ближнего УФ видимого и ближнего ИК-диапазонов, преимущественно поглощающих излучение либо до коротковолнового края пропускания фильтра устройства считывания в диапазоне 250-600 нм и излучающими в диапазоне длин волн полосы пропускания приемного канала устройства считывания преимущественно 600-700 нм либо поглощающими излучение на длинах волн больших длинноволнового края пропускания фильтра устройства считывания преимущественно в диапазоне 700 нм-10 мкм и излучающими в диапазоне длин волн полосы пропускания входного фильтра устройства считывания преимущественно 600-700 нм.
После иглоударной маркировки производится заполнение информационных элементов, состоящих из углублений на поверхности и отверстий в пленке флуоресцентной краской.
Таким образом, данный способ включает иглоударную маркировку поверхности объекта с последующим локальным заполнением углублений информационных элементов краской, отличающийся тем, что предварительно на поверхность приклеивается пленка с записанной оптической информацией, а заполнение углублений на поверхности производится одновременно с заполнением отверстий, пробитых при иглоударной маркировке в пленке;
для одновременного заполнения углублений и отверстий в пленке с записанной оптической информацией предварительно перед иглоударной маркировкой на поверхность пленки с записанной оптической информацией накладывается или наклеивается временная пленка-шаблон, которая пробивается одновременно с пленкой с записанной оптической информацией, с последующим заполнением углублений на поверхности и пробитых отверстий краской и далее удалением временной пленки-шаблона.
Однако данный способ не предполагает использование коррозионностойких меток и их уверенное считывание даже с загрязненной поверхностей деталей.
Из RU 2430414, 27.09.2011 известно устройство для считывания люминесцентных символов и изображений.
Оптическое устройство состоит из иллюминатора с массивом возбуждающих люминесценцию светодиодов и оптической системы, проецирующей считываемую информацию на сенсор сканера, оптоэлектронной системы, состоящей из электронной схемы управления, оптического фильтра и объектива со светонаправляющим осветителем, снабженным выходным окном, и присоединенного к корпусу терминала сбора данных или сканера посредством конструктивного разъема и коммутирующих соединений для управления светодиодами устройства, причем коммутирующие соединения между сканером и устройством осуществлены оптическим путем посредством принимающих световые импульсы сканера установленных в корпусе устройства фотодатчиков, управляющих иллюминатором и системой прицеливания.
Однако данное устройство также не обеспечивает уверенное считывание меток с загрязненных поверхностей деталей.
Из RU 120798 U1,27.09.2012 (к сведению) известно портативное считывающее устройство для считывания и декодирования символьных меток прямого нанесения в том числе с зеркальных поверхностей, включающее корпус с триггерным узлом, оптическую часть, состоящую из объектива и осветительного блока, аппаратную часть и программное обеспечение, выполненные так, что осветительный блок сканера изготовлен с дополнительной световой конусообразной насадкой из матового материала со встроенными светодиодами и закрепленной на внешней стороне осветительной камеры, что существенно увеличивает зону освещения рассеянным световым потоком и позволяет использовать уникальный алгоритм управления освещением внешнего кольцевого осветителя в сочетании с диффузным освещением в целом.
Из US 6330974, 18.12.2001 известен сканер штрихкода с функцией переключения считывающей разрешающей способности при сканировании, где описывается считывающее устройство - оптико-электронный сканер, который включает корпус с окном и электрооптический элемент, расположенный за окном. Снаружи корпуса рядом с окном расположены по меньшей мере два лазерных диода, обеспечивающие лазерные лучи. Лучи пересекаются в поле зрения оптико-электронных элементов, а пучки обеспечивают свет на электронно-оптический элемент через окно, которое отражается от символа, расположенного в точке пересечения.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является портативное считывающее устройство для декодирования штрихкодов различного типа, в том числе символьных меток прямого нанесения, выполненное так, что рукоятка корпуса расположена сзади корпуса и плавно в него переходит, а оптическая и аппаратурная части не совпадают по времени с импульсами светодиодов подсветки, а оптимальный уровень освещения выбирается автоматически, за счет регулирования силы тока в светодиодах подсветки, при этом для освещения используются в том числе светодиоды с узким спектральным диапазоном излучения (RU 96992 20.08.2010). Известное портативное считывающее устройство является не достаточно эффективным для считывания меток прямого нанесения. Кроме того, данное устройство не предполагает уверенное считывание меток с загрязненных и покрытых коррозионным слоем поверхностей деталей.
Технической задачей заявленного изобретения является возможность наносить стандартизованные, информационно-емкие, компактные символы, в том числе на поверхности детали, подвергающиеся неблагоприятным коррозионным воздействиям окружающей среды, путем резкого увеличения контраста изображения нанесенного символа относительно поверхности детали, а также расширение арсенала средств в области прямого нанесения помехозащищенных символьных меток.
Техническим результатом является обеспечение высокой информационной емкости символьной метки прямого нанесения с двумерной кодировкой (СМПН), не зависящей от состояния поверхности изделия (детали).
Технически поставленная задача достигается заявленной группой изобретения, в которую входит ударно-точечный способ прямого нанесения помехозащищенных символьных меток и устройство для считывания и декодирования этих символьных меток.
Итак, техническая задача и технический результат достигаются ударно-точечным способом прямого нанесения помехозащищенный символьных меток, состоящих из информационных элементов, сформированных на поверхности маркируемых деталей в форме конических углублений при иглоударной маркировке, при этом образование конических углублений осуществляется путем механического воздействия острой иглы на поверхность деталей через вспомогательную пленку с одновременным послойным нанесением на образующиеся стенки конических кратеров углублений коррозионно-стойких порошков люминофора оксисульфида иттрия, активированного иттербием и эрбием, и раствора полимерной смолы в этилацетате, а далее осуществляют удаление вспомогательной пленки с оставшимися количествами люминофора и смолы после частичного переноса их на стенки конических кратеров углублений.
В качестве полимерной смолы используют различные полимерные смолы в растворе этилацетата (растворителя) различной концентрации, не взаимодействующие со вспомогательной полимерной пленкой или фольгой, например различные виниловые смолы (поливинилхлоридная смола, перхлорвиниловая смола, олифа (на основе растительных масел, акриловые смолы и т.д.)
Размещаемая на поверхности маркируемых деталей вспомогательная пленка покрыта слоем коррозионностойкого порошка люминофора и слоем раствора полимерной смолы в этилацетате до ее полимеризации.
В качестве вспомогательной пленки используют, например, полиэтиленовую пленку а также другие пленки и фольги, не вступающие в химическую реакцию с раствором полимерной смолы в этилацетате.
Поставленная техническая задача и достигаемый технический результат обеспечиваются также устройством для считывания и декодирования помехозащищенных символьных меток прямого нанесения, нанесенных вышеописанным способом, являющимся одним из изобретений заявленной группы.
Указанное устройство для считывания и декодирования нанесенных символьных меток включает корпус с триггерным узлом, оптическую часть, состоящую из объектива и осветительного блока, изготовленного с дополнительной рассеивающей световой конусообразной насадкой и программное обеспечение, выполненные так, что оптическая часть дополнительно содержит светодиоды с длиной волны 980 нм, обеспечивающие эффективное (гарантированное) считывание метки, а исключение влияния такого светового потока на оптическую систему сканера достигается использованием светового фильтра в конструкции сканера.
Указанное устройство для считывания и декодирования символьных меток представляет собой портативный ручной сканер.
Итак, формирование информационных элементов при иглоударной маркировке на поверхности маркируемой детали в форме конических углублений путем воздействия острой иглы на поверхность детали происходит с одновременным с ударом иглы послойным нанесением иглой на стенки конических кратеров коорзионностойких порошков с высокой адгезией к материалу детали.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется на фигурах 1-3.
На фиг.1 представлен общий вид вспомогательной пленки с нанесенными на ее поверхность двухкомпанентным раствором полимерной смолы в этилацетате и коррозионностойким порошком указанного люминофора, наносимых послойно на стенки конических кратеров при ударно-точечном способе прямого нанесения символьной метки.
На Фиг.2 представлен общий вид конического кратера с помехозащищенным слоем порошка люминофора на стенках конических кратеров.
На Фиг.3 представлены общие вида символьных меток с использованием уникального алгоритма освещения внешнего кольцевого осветителя в сочетании с диффузным освещением и функциональным освещением дополнительными светодиодами сканера, где 1 - деталь с маркируемой поверхностью, 2 - конические углубления, 3 - слои, выполненные из двухкомпанентного раствора полимерной смолы и коррозионностойкого порошка люминофора, 4 - вспомогательная пленка.
Преимущества данного способа нанесения помехозащищенных символьных меток: предельная надежность считывания независимо от состояния поверхности и влияния ее на считывание; повышенная устойчивость к растворителям, ГСМ и влаге; устойчивость к низким и высоким температурам; наличие других защитных свойств.