СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И УСТАНОВКИ МЕТКИ Российский патент 2015 года по МПК G06K1/12 B23H9/06 B82B1/00 

Изобретение относится к области идентификации материальных ресурсов и может быть использовано для маркировки электропроводящих деталей, например продукции проката, деталей транспортных средств, продукции машиностроения, авиастроения и т.д., покрытых нанопленкой.

Известен способ идентификации [1], основанный на присвоении материальному ресурсу идентификационного номера. Однако такой способ идентификации малонадежен из-за возможности подделки хотя бы одной цифры идентификационного номера.

Известен способ [2] идентификации твердых материалов путем внедрения частиц в материал с помощью высокоскоростной струи. Однако такой способ применим только для относительно мягких металличесих поверхностей.

Известно также, что для повышения твердости, износостойкости и других заранее программируемых качеств поверхности металлов ее покрывают нанопленкой.

В качестве аналога выбран способ идентификации изделий из металла [3] путем нанесения на нее идентификационного номера, информационной сетки и невоспроизводимой матрицы путем осуществления разрядов между меткой и электродом и совместного внесения идентификационного номера и невоспроизводимой матрицы в базу данных.

К недостаткам прототипа можно отнести то, что электрический разряд формируют между объектом (меткой). Возникающий на поверхности металла след от искрового разряда имеет непредсказуемую форму. Это прекрасное качество гарантирует распознание объекта в режиме экспертной идентификации, при которой эксперт сравнивает пятна на метке (Фиг.1) с пятнами в базе данных. На фиг.1 помимо электроразрядных пятен видно множество помех, никак не связанных с электроразрядным процессом.

При организации автоматизированной системы идентификации возникают трудности из-за сложности оконтуривания электроразрядного пятна. Работа с образом пятна всегда сопровождается математическими трудностями, из-за которых трудно формировать объективную базу данных.

В качестве аналога выбран способ нанесения невоспроизводимой идентификационной метки [4], при которой метка разбивается на несколько участков, что позволяет в нее вносить некоторые особенности технологического процесса. Однако при таком способе трудно умещать на единице площади множество участков. Ввиду неуправляемости процесса он становится непредсказуемым и требует защиты других участков диэлектрическим трафаретом.

В качестве прототипа выбран способ изготовления неразъемной идентификационной метки [5] путем нанесения на нее идентификационного номера, информационной сетки и невоспроизводимой матрицы путем физического формирования невоспроизводимой поверхности и совместного внесения идентификационного номера в базу данных. В этом способе индивидуальную матрицу формируют путем создания конического уступа, который засыпается ультрадисперсным (нанодисперсным, частицами размером менее 100 нм) порошком с последующим спеканием.

Отметим, что такой способ существенно более энергоемкий по сравнению с использованием нанопленки. В информационном смысле заполнение всего конического уступа ультрадисперсным (нанодисперсным) порошком неоправданно, поскольку информация в базу данных вводится только с поверхности метки. Все остальные слои из нанопорошков информационно бесплодны, но на их спекание надо тратить энергию. Нанесение нанопленок на изделие интересно само по себе, поскольку позволяет многократно повысить твердость, износостойкость и ряд других параметров. Совмещение этих достоинств с одновременным формированием невоспроизводимой поверхности технологически оправдано. При таком подходе отсутствует ряд технологических операций, связанных с формированием конического уступа.

Предлагаемый способ изготовления и установки невоспроизводимой идентификационной метки на электропроводящем изделии включает нанесение идентификационного номера, информационной сетки и невоспроизводимой матрицы, а также совместное внесение идентификационного номера и невоспроизводимой матрицы в базу данных, при этом невоспроизводимую матрицу предварительно формируют отдельно от изделия на нанопленке путем стохастического поточечного испарения участков нанопленки с получением перфораций разного размера и формы или получения выпуклых участков поверхности разного размера и формы на нанопленке при ее электроразрядной обработке, после чего нанопленку наносят на изделие путем спекания под давлением.

В способе используют нанопленку, полученную нанесением слоев поатомно, или нанопленку, сформированную путем напыления из различных материалов и сплавов.

Предлагаемый способ изготовления идентификационной метки осуществляют путем нанесения на нее идентификационного номера, информационной сетки и невоспроизводимой матрицы путем физического воздействия. Оно может быть реализовано путем осуществления разрядов между меткой и электродом, путем импульсного лазерного напыления, плазменным методом, методом испарения и конденсации, методом первичной эмиссии для имплантации электронов, атомов, ионов и отдельных кластеров наночастиц и совместного внесения идентификационного номера и невоспроизводимой матрицы в базу данных.

Особенность предлагаемого способа заключается в том, что невоспроизводимую матрицу предварительно формируют отдельно от изделия на нанопленке путем стохастического поточечного испарения участков нанопленки или внесения в нее выступающих (отличных от общего состояния поверхности) особенностей, с последующей установкой нанопленки на изделие путем спекания под давлением.

При таком подходе электрический разряд формирует на нанопленке путем стохастического поточечного испарения участков нанопленки индивидуальные отверстия. Предусмотрен вариант внесения в нее выступающих (отличных от общего состояния поверхности) особенностей. При сканировании на просвет такой обработанной нанопленки (Фиг.2) четко видны контуры пятна от электроразрядного процесса и снимаются все неопределенности, все помехи при формировании соответствующих баз данных.

В последующем нанопленка, получившая свойства нанометки, устанавливается по известной методике на изделие. Известно множество способов нанесения нанопленки, которые требуют согласования свойств самой пленки со свойствами самого объекта.

Нежелательным является процесс использования нанопленки, получившей свойства нанометки, на места, подвергающиеся сильному износу.

На фиг.3 схематично изображена предлагаемая установка по формированию на нанопленке (вид сбоку) всех признаков идентификационной метки.

Установка содержит высоковольтный острийковый электрод 1, подключенный к высоковольтному источнику 2, 3 - электроразрядный конденсатор, 4 - нанопленка, 5 - защищаемый объект, который непосредственно не участвует в электроразрядной обработке и на который в последующем будет наноситься нанопленка 4 с признаками метки.

На фиг. 4 схематично изображена нанопленка 4 (вид сверху), имеющая идентификационные номера 6, информационную сетку 7 и невоспроизводимую матрицу 8, состоящую из набора испарившихся точек.

Пример исполнения способа 1. Использовалась нанопленка толщиной в 100-110 нм. Электрический зазор между острийковым электродом и нанопленкой поддерживался в диапазоне от 15 до 20 мм. Напряжение на электроде порядка 18-22 кВ, разрядные конденсаторы емкостью от 470 до 1000 пФ. При реализации электрических разрядов на нанопленке в течение 30-40 секунд на нанопленке фиксировались от 80 до 120 перфораций разного размера и разной формы. Вероятность подделки такой пленки практически равна бесконечности.

Пример исполнения способа 2. Использовалась нанопленка толщиной в 300-350 нанометров. Электрический зазор между острийковым электродом и нанопленкой поддерживался в диапазоне от 12 до 16 мм. Напряжение на электроде порядка 14-16 кВ, разрядные конденсаторы емкостью от 200 до 470 пФ. При реализации электрических разрядов на нанопленке в течение 30-40 секунд на нанопленке фиксировались от 60 до 80 выпуклых электроразрядных пятен разного размера и разной формы. Энергии для формирования на относительно толстой нанопленке перфораций не хватало. Вероятность подделки такой пленки, как и в случае примера 1, практически равна бесконечности.

Пример исполнения способа 3. Использовался твердотельный лазер с энергией в импульсе до 10 Дж и длительностью импульса в диапазоне от 10^-3 до 10^-4 секунды. Будущая нанопленка формировалась на охлаждаемой подложке, которая располагалась в вакуумной камере, снабженной оптически прозрачным для лазерного излучения окном. Подложка охлаждалась проточным теплообменником. При формировании нанопленки с помощью лазерного напыления обнаруживалось богатейшее многообразие поверхностных эффектов, с помощью которых можно формировать участки с возможностью информационной записи. Нанесение пленки может осуществляться слоями поатомно на толщину до Х ангстрем, что позволяет формировать множество различных меток, способных фиксировать исполнение технологических требований к изделию. Особенность нанесения поатомных слоев на нанопленку сводится к технологии импульсного разогрева испаряемой подложки и необходимости за время порядка 10 секунд дозированно испарить нужное количество атомов с последующим поатомным нанесением слоев на нанопленку. Для любого медленного, например омического разогрева подложки или разогрева непрерывным лазерным излучением, поатомарное нанесение слоев исключено.

Пункты 2 и 3 формулы изобретения подробно описываются на следующих примерах:

Пример исполнения способа 4. В качестве источника света использовалась газоразрядная лампа ИФП-800, установленная с небольшим зазором (3-5 мм) относительно поверхности, спеченной из разных нанопорошков. Лампа располагается непосредственно в вакуумной камере. При частоте повторения импульсов до 10 Гц и энергии разряда в 800 Дж, длительности импульса порядка 10^-3 секунды реализуется режим с яркостной температурой свыше 25000 К. Испарившиеся с поверхности атомы, наночастицы, кластеры наночастиц формируют на охлаждаемой подложке нанопленку с непредсказуемыми поверхностными свойствами, позволяющими ее использовать как нанометку с неограниченным числом информационных частей.

Исполнение на одной нанометке нескольких участков с разными иформационными частями позволяет отслеживать весь технологический процесс, который пройдет обрабатываемая деталь с нанометкой.

Особенность формирования на нанопленке нескольких участков с разными информационными частями заключается в том, что поверхность идентификационной метки разбивают на две части: на одну часть, содержащую идентификационный номер 6, наносят неизменяемую часть невоспроизводимой картинки, а вторую часть, образующую материально неразделимое единство с первой частью, разбивают на несколько участков в соответствии с числом технологических процессов, которые должна пройти идентифицируемая деталь. Каждый из этих участков имеют свой цифровой код 9, по которому можно в дальнейшем определять технологические режимы, номер бригады, время установки и любую другую информацию. Подлинность такой информации будет подтверждаться набором невоспроизводимой матрицы 8. Неизменяемая часть невоспроизводимой картинки с цифровым кодом 6 и цифровыми технологическими цифровыми кодами 9 имеют единую информационную сетку 7.

На фиг.5 приведена идентификационная нанопленка 4, на поверхности которой нанесен основной цифровой код 6, по которому деталь с этой идентификационной меткой ищется в базе данных. Технологическая часть идентификационной нанометки 4 разбита на несколько участков, которые имеют свои цифровые коды 9.

Нанесение пленки слоями можно реализовать только в режиме импульсного разогрева подложки (фиг.6). На фиг. 6 схематично изображена установка по импульсному разогреву подложки 11. Установка содержит саму подложку 11, выполненную в виде полого цилиндра. Внутри подложки с небольшим зазором (2-3 мм) устанавливается импульсная газоразрядная лампа 12, электроды которой подсоединены к высоковольтному импульсному источнику 13. При одиночной вспышке лампы 12 световой поток попадает на подложку 11, что сопровождается импульсным испарением тончайшего слоя атомов, которые попадают на формируемую охлаждаемую идентификационную метку 4. Меняя материал подложки 11, можно формировать идентификационную метку 4 из любого материала, включая такие металлы, как вольфрам (карбид вольфрама). Подбирая число импульсов и энергию разряда на лампе 12, можно наращивать слоями поатомно на требуемую толщину метки 4, после чего металлическая затравка будущей идентификационной метки может быть удалена, например, электрохимическим способом.

По мере прохождения всего технологического цикла каждая обрабатываемая деталь содержит в себе всю технологическую карту, что способствует поднятию технологической дисциплины на производстве.

Такой способ внесения информации может быть использован в особо важных производствах, например при сборке ракетных двигателей, при сборке высокооборотных турбин (маркировка лопаток турбин), при сборке контуров высокого давления промышленных атомных реакторов и химических реакторов специального назначения, стрелкового автоматического оружия и т.д.

Источники информации

1. Правила дорожного движения. Введены в действие с 5 октября 1999 года с изменениями и дополнениями от 23 мая 2002 года. Приложение №6. Опознавательные знаки, с.96.

2. Патент Республики Молдова №3390.

3. Патент Республики Молдова №3389.

4. Способ нанесения невоспроизводимой идентификационной метки на деталь с идентификационной меткой. Положительное решение РФ по заявке №2007119974.

5. Способ нанесения несъемной идентификационной метки Патент РМ №3963.

Изобретение относится к области идентификации материальных ресурсов и может быть использовано для маркировки электропроводящих изделий. Способ изготовления и установки невоспроизводимой идентификационной метки на электропроводящем изделии включает нанесение идентификационного номера, информационной сетки и невоспроизводимой матрицы, а также совместное внесение идентификационного номера и невоспроизводимой матрицы в базу данных. При этом невоспроизводимую матрицу предварительно формируют отдельно от изделия на нанопленке путем стохастического поточечного испарения участков нанопленки с получением перфораций разного размера и формы или получения выпуклых участков поверхности разного размера и формы на нанопленке при ее электроразрядной обработке, после чего нанопленку наносят на изделие путем спекания под давлением. Изобретение позволяет получить на изделии невоспроизводимую идентификационную метку, обеспечивающую нанесение информации и исключение вероятности подделки. 2 з.п. ф-лы, 6 ил., 4 пр.

1. Способ изготовления и установки невоспроизводимой идентификационной метки на электропроводящем изделии, включающий нанесение на изделие идентификационного номера, информационной сетки и невоспроизводимой матрицы для совместного внесения упомянутого номера и невоспроизводимой матрицы в базу данных для идентификации метки, отличающийся тем, что невоспроизводимую матрицу предварительно формируют отдельно от изделия на нанопленке путем стохастического поточечного испарения участков нанопленки с получением перфораций разного размера и формы или получения выпуклых участков поверхности разного размера и формы на нанопленке при ее электроразрядной обработке, после чего нанопленку наносят на изделие путем спекания под давлением.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют нанопленку, полученную нанесением слоев поатомно.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что используют нанопленку, сформированную путем напыления из различных материалов и сплавов.