CN102770231B - 利用肉眼不可见标记来激光标识轴承部件的方法;具有这种标记的轴承部件;鉴别这种标记的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方法，该方法用于生产轴承部件，在所述方法中，通过激光标识的方式，并且在被保护的气体环境中，在所述部件的表面形成不可见的识别标记。所述被保护的气体环境防止形成可见的氧化层，同时由于激光标识而在部件表面和表面以下催生的温度足以改变制作所述部件的轴承钢的微结构。通过在不可见标记使用蚀刻剂，该变化的微结构显现出来，借此鉴定轴承部件的真实性。

Description

利用肉眼不可见标记来激光标识轴承部件的方法;具有这种标记的轴承部件;鉴别这种标记的方法

技术领域

本发明涉及一种生产硬化轴承钢支撑的部件的方法，在该方法中，在部件的表面提供了一种肉眼不可见的识别标记。

背景技术

激光标识通常用于轴承部件，例如，提供给部件一种型号。轴承钢的激光标识基于激光辐射产生的轴承钢的加热而使材料发生的一些变化。激光标识的各种方式可以被识别出。其中一些方法将在下面描述。雕刻是去除10—50微米的深度范围内的材料。激光用于在材料上面产生沟槽，由于熔化和蒸发，材料可被移除而形成沟槽。消融是通过极快速激光脉冲实现材料的蒸发。经过处理的材料蒸发并且形成的烟雾被排出以防止再沉积。金属件可能会使用消融，例如，用于表面构图或钻极小的孔。回火也称为退火，是标记钢铁部件的主要方法。激光加热使得钢铁回火，这会改变了反射率和/或表面结构，形成肉眼可见的标记。

WO2007/020257提出了一种方法，该方法通过金属结构的局部转换来标记金属物体，例如，通过激光加热。这个文件描述了转换是通过被标记的金属件的厚度实现。

众所周知，例如通过激光处理来改变材料内部的结构或内部压力以形成标记。根据US6527193，在被标记材料的磁性、声学或电特性方面产生局部偏差，所述偏差肉眼不可见，但是通过合适的工具可读。

发明内容

在第一方面，本发明提供一种生产轴承部件的方法，该方法包括以下步骤：由轴承钢形成所述部件，硬化该部件，和在部件表面激光标识有识别标记。根据本发明，激光标识的步骤在被保护的气体环境中执行，使得所述识别标记通过肉眼不可见。肉眼不可见的标记通过在所述标记存在的部件表面运用蚀刻剂而显现出来，借此使得该部件可以一种直接(straightforward)的方式被验证。

在激光标识步骤的过程中，在部件表面和表面下面引发温度，该温度足以改变制作所述部件的轴承钢的微结构。优选的是，所引发的温度使得激光标识的区域的轴承钢回火。结果，在标识的区域，部分合金元素，尤其是碳化物前体(carbide former)（例如，Cr,V，Mo），可能在钢的微结构内形成很小的碳化析出物。当蚀刻剂例如Nital用于被标记区域，所述蚀刻剂侵袭细小析出物和钢基体之间的交界并且以不同的比率侵袭钢的不同相。通常，被侵蚀的识别标记比部件表面相邻区域显得暗淡。

在优选的实施方式中，激光标识的步骤包括在所述部件表面以下0.1---0.2毫米的深度处引发300°C---500°C范围内的温度。适当的，被标记的部件表面回火至小于0.3毫米的深度。从而保证在部件表面不会引发能够使得轴承钢熔化的温度。在固化后，所述熔化区域有可能光学可见。进一步说，被标记的部件表面优选地回火至大于0.05毫米的深度，以保证如果部分回火层被破坏，标记仍然通过侵蚀可见。

通过回火形成识别标记的优势在于，激光能够用于相对低功率的设备，这样可以节约能源。进一步说，例如，当标记标于轴承外圈的外圆周时，引发的相对较低的温度意味着不存在影响外滚道硬度的风险。

如上所述，如果通过回火的激光标识，在普通的气体环境中实现，所述标记将会肉眼可见。污染物不可避免的出现在轴承部件的表面，并且实际上不可能使表面绝对的清洁。因此，甚至于低功率的设备，也需要将部件表面回火至大约0.05毫米的深度，由于与空气中的氧气发生反应，激光束将会烧焦表面的污染物。产生的标记将可见。当然，该标记能够被打磨掉，但是这样会增加生产过程的步骤。因此，根据本发明，激光标识的步骤在被保护的气体环境中完成，从而防止形成可见的氧化物，并且在单一的步骤中允许形成肉眼不可见的标记。

在进一步的实施方式中，如本发明所述的生产方法包括在轴承部件表面激光标识有可见的标识符的步骤。所述可见的标识符是制造商的标志和例如产品型号和/或系列号的组合。通常，可见激光标识的步骤更好在最终组装步骤之前执行。更优选地，提供不可见标记的步骤和提供可见标识符的步骤都是使用相同的激光完成。适当的，可见激光标识的步骤在大气环境中完成并且可以使用比不可见激光标识更高功率的设备执行。

提供不可见标记的步骤可在部件表面形成可见标识符之前或之后执行。在有利的实施方式中，可见标识符在后形成，至少部分在不可见标记的顶部形成。所述实施方式的优势在于，使得复制更加的困难。

根据第二方面，本发明涉及一种设置有不可见识别标记的轴承部件，由此，所述标记通过激光标识在被保护的气体环境中在部件表面形成。

根据第三方面，本发明提出一种方法，该方法验证上述设置有不可见识别标记的轴承部件。在蚀刻剂施加到部件的表面上存在识别标记的位置之后，该标记被显现并且可读。侵蚀是使得标记可见的最直接的方法，不需要实验室复杂的过程或使用工具或机器。

一旦显现，所述标记很容易用肉眼看到，可能使用放大镜或光学显微镜。所述标记包括一个或多个符号，并且可能组成一种识别码，所述识别码与存储在制造商数据库的识别码相符。因此，被显现的编码可以相对于数据库检查以证实轴承部件的真实性。

在一个实施方式中，编码唯一地识别部件。在另一个实施方式中，被显现的编码与至少第二变量组合组成了部件的唯一标识符。第二变量可能是，例如，部件上隐藏标记的位置，连续符号的相对间距，部件的商品号或序列号，生产日期，生产地址等。在进一步的实施方式中，被显现的编码是一系列标识符的其中之一，其与特定的生产批次和/或生产日期和/或生产地址等相关。识别标记可以是字符串，或加密代码例如条形码。

在一个优选实施方式中，识别标记包括加密信息。合适的，激光标识的步骤包括使用激光束的预定开始和停止的位置以至于形成至少一种标记符号，所述符号包括至少一条连续线。在侵蚀后，有可能从显现的标记确定连续线开始和停止的位置。于是，加密信息可包括至少一条连续线的开始/停止位置。当所述标记包括具有至少一条连续线的许多符号时，每条连续线的开始/停止的位置有利地形成部分加密信息。当所述标记包括一个或多个具有至少两条相交连续线的符号时，激光标记的步骤可适当的包括通过使用预定的顺序形成每条连续线。所使用的顺序也可以从被显现的标记辨别，意味着预定的顺序可形成加密信息的一部分。所述加密信息可以与生产地址和/或生产日期等相关，然后所述信息通过解密以识别或验证有问题的轴承部件。各种进一步的可选方案可能证明部件的真实性并且几乎不可能造假。

根据本发明，当被标记的部件是滚动轴承中的部件时，所述标记可能在所述轴承的任一非滚动接触面上形成；例如，在滚子的端部，在所述轴承外圈的外圆周或轴承环的侧表面。所述标记不设置在轴承的滚道上，因为轴承的滚道必须满足严格的硬度要求以抵抗滚动接触疲劳。滚道表面的激光标识可能对硬度造成一定损害，因此是不可取的。本发明所述的方法可能被用于生产普通轴承的环或线性轴承的部件。

本发明所述的激光标识由各种激光器类型形成，例如，固态激光器（Nd:YAG激光器，纤维激光器）或二氧化碳激光器。激光器产生辐射脉冲或，可选择的，也可使用连续波激光器。在优选实施方式中，至少适用一种，或多种下面的激光条件：

功率：优选至少10W或15W，更优选至少20W或25W；优选至多100W或80W，更优选至多60W或50W。

焦点直径：10至50微米

脉冲激光频率：优选至少1kHz或5kHz，更优选至少10或20kHz；优选至多1000kHz或500kHz，更优选至多100或800kHz。

镜面精度：50微米

速度：100至200毫米/秒，优选地大约在150毫米/秒

上述条件根据使用的激光器类型发生显著的变化并且根据被标记的轴承部件的材料也会发生变化。优选的是，所述激光器被设置成在被标记的部件表面以下大约0.15至0.2毫米的深度处引发200至500°C之间的温度。

当有必要查明所述标记是否存在或检查或读取它时，预计该标记的表面要经过侵蚀。在优化的具体实施方式中，侵蚀的步骤通过将轴承部件的表面与酸，例如硝酸与酒精的混合溶液接触来进行的。在几秒后，所述标记将会显现并且可读。该标记光学可读，优选地是用肉眼。可选择的，可能需要放大镜或光学显微镜以正确的读取所述标记。在另一实施方式中，会使用光学阅读器，例如，用于阅读条形码。

侵蚀伪造产品的轴承部件表面会揭示不存在所述标记，该标记只有正品才会有。可选择的，当显现所述标记时，与存储的数据，例如，真正的轴承部件生产商维护的数据库进行比较，以证实其真实性。

参照附图仅以实例的方式描述本发明的实施方式。

附图说明

图1是使用激光束形成的字母字符的平面示意图。

具体实施方式

在本发明所述的一个实施方式中，生产所述轴承环。首先，通过压制和翻转形成坯料；然后通过磨碎进行软加工。经过上述步骤后，所述轴承环被硬化，所述步骤包括加热至750至900°C的温度范围内，其次是快速冷却。通常，所述环的侧面经过材料移除的步骤，其中所述材料的0.1至0.2毫米通过磨碎被去除。下一步，通过研磨，轴承环的滚道被硬加工，该滚道被磨光并且该轴承环被冲洗。

在随后的步骤中，不可见的符号包括，例如，唯一的识别号，通过激光束在轴承环的非滚动接触面上形成。适当的，所述环的侧表面被激光标记。所述符号如识别号进入生产商的数据库。例如，使用的激光器是：Nd：YAG激光器。所述激光器可能被设置为：功率：30W，速度：200毫米/秒，焦点直径30微米，且频率35kHz。进一步说，保护气体流例如氦或氩被指向被标记的表面。因此，空气被置换并且无法获得氧气与部件表面的污染物发生反应，借此防止形成可见的氧化层。然而，所述激光束却修改钢的微结构。

所述修改将关于轴承环给出简要的解释，所述轴承环经过了马氏体硬化处理。所述处理涉及将轴承钢加热至奥氏体相，保持该状态直至合金中存在的碳的一部分溶解，随后是快速冷却。经过快速冷却，奥氏体的主要部分转换为马氏体，所述马氏体是当奥氏体的相快速冷却以使碳扩散出固体溶液之外时，在钢内形成的微结构。内包碳扭曲了产生的结晶格，形成了所述钢的微结构，该微结构极其易碎和坚硬。对于轴承滚道硬度是必须的以抵抗滚动接触疲劳，但是所述轴承也必须具有韧性。淬火后，所述钢因此回火，这涉及重新加热钢一段时间以允许部分内包碳扩散出晶格之外并作为碳化物沉积。回火被执行直至所述钢达到需要的韧性，同时保持足够的硬度。

因此，当马氏体硬化轴承环的表面使用激光束标记时，所产生的结果是被标记表面和下层区域被局部重新加热。上述指定的激光器设备将在所述环表面以下大约0.2毫米处引发大约300°C的温度。在这种温度下，继续进行上述回火过程并且更多的内包碳会以碳化物的形式扩散和沉积。因此，被标记的表面和下层区域与未标记的轴承钢区域有不同的微结构。被改变的微结构肉眼不可见，但是当使用蚀刻剂例如Nital时，所述改变的微结构与未变的区域相比变得明显。蚀刻剂以不同比率侵袭钢的微结构的不同相，并且不可见的激光标识显现出来。

本发明所述方法的激光标识步骤也可以在作为整体的轴承环经历马氏体硬化处理（或其他硬化）之前得以完成。实际上，本发明所述的激光标识是局部热处理，而轴承环的未标记区域不会经历该局部热处理。被标记的轴承钢因此经历相对多的回火并且具有与未标记的轴承钢区别开的微结构。

在进一步实施方式中，轴承环具有本发明所述的不可见标记和进一步具有意图为保持可见的第二识别标记。可见的识别标记也由激光生成，借此，可见激光标识在未使用保护气体的情况下适当的实施。优选的是，同样的激光器用于形成不可见标记和可见标记。这有助于了解不可见标记存在于什么地方，如果上述不可见标记和可见标记依次形成的话。在一个有利的实施方式中，可见的标记至少在不可见标记的顶部部分形成，以使得轴承部件更难复制。合适的，所述两种标记相互覆盖预定的量。

当有人意图去证实轴承环是仿制品还是正品时，在预计存在所述标记的轴承环表面上使用蚀刻剂。如果可见标记已经在隐藏的标记顶部形成时，可能需要例如用纱布擦去至少部分可见标记。通过使用例如耳塞(ear-bud)施加蚀刻剂，所述蚀刻剂在轴承环表面摩擦。几秒钟的暴露后，标记显现出来并且肉眼可读。然后，所述标记与存储在生产商机密数据库里的数据进行比较，以检查所述标记是否真实。

用于显示轴承部件上的真实标记的合适的蚀刻剂是Nital，所述Nital是硝酸在乙醇中的溶液。通常使用2%的溶液。对于由不锈钢制成的部件，需要使用维莱拉试剂，所述维莱拉试剂是苦味酸和盐酸在乙醇中的混合溶液。根据制成轴承部件的钢的等级，可能会使用其他蚀刻剂例如Picral和Glyceregia。

本发明所述的轴承部件上的标记可以是字符串，该字符串包括符号和/或数字和/或拼音字母等。所述标记也可能是密码，例如条形码。在进一步的实施方式中，所述标记包括至少一个符号，该符号包括嵌入的密码。换句话说，除了符号本身传递的信息之外，该符号包括加密信息，该加密信息必须被解密以获得潜在的数据。

已经发现侵蚀不可见激光标记之后，该不可见激光标记包括一个或多个拥有至少一条连续线的符号，有可能辨别每条连续线的开始位置和停止位置。这是因为从激光束获得相对较多能量的所述连续线的线段可与获得相对较少能量的线段区分开。例如，“覆盖”能够辨别。所述术语“覆盖”被用来指激光束在已经形成的线段的顶部继续形成部分线的线段。这可以从图1清晰可见，所述图1表示通过激光束形成符号后，所述符号的实例。出于明显的原因，图1所示的符号是可见的激光标记，但是同样的原理适用于在被保护气体环境中形成的不可见的激光标记。

在本实例中，所述标记由字母K组成并且包括5条连续的线：第一条线1，第二条线2，第三条线3，第四条线4，和第五条线5。所使用的激光器以脉冲赋予能量，并因此每条线包括相互重叠的单个线段的序列，它们在图1中由圆圈列示。参考第一条线1，可见所述线1始于开始位置20，止于停止位置30，这是因为停止位置30由位于先前圆圈顶部的“圆圈”组成。相应的，有可能确定每条线1，2，3，4，5是在由相应的箭头所指的方向上形成，并且所述线以始于第一条线1且止于第五条线5的依次顺序形成。

当激光束到达第一条线1的末端时，激光束被失效(deactivated)，然后当激光束沿着第一条线1的大约中间点的部位时，该激光束重新激发以形成第二条线2。在第一条线1和第二条线2相交的点处，轴承钢受到相比于所述两条线的非相交部分，受到更加强烈的热处理。同样，产生的结果是在微结构中可识别的变化，并且通过上述侵蚀显示出来。因此，在本发明的一个实施方式中，提供不可见激光标记的步骤包括使用预定的激光束的开始和停止位置以形成一个或多个符号的每条连续的线，所述符号组成识别标记。以这种方式，所述密码嵌在已经隐藏的编码内。所述加密信息可能包括一条特定的线的开始/停止位置。优选地，该加密信息包括每条连续的线的开始/停止位置。

在所述第二条线2的末端，激光束必须改变方向以形成第三条线3。在激光束改变方向的位置，激光束在一个地方停留的时间与激光束移动相比相对更长，这意味着所述位置相比临近的区域能够得到更多的能量。通过侵蚀的方式，所产生的轴承钢的微结构变化再次可被揭示。相应的，使用激光束预定的开始/停止位置并不局限于每条连续线的端点。激光器可被编程使得激光束沿着所述线在预定位置失效，然后在相同的位置重新激发以完成所述线。可替代的，激光器可被编程使得在预定的位置逗留，使得相对多的能量在该位置赋予轴承钢。这种位置也会形成部分加密信息。

在进一步的发展中，当所述符号包括两条或多条相交的连续线时，使用预定的顺序来形成每条连续线。适当的是，所使用的顺序然后形成部分加密信息。因此，使用激光束的开始/停止位置和用于形成每个符号的顺序可以根据例如生产地址和/或生产日期和/或产品型号等发生变化。所述的附加的编码层提供了进一步的保护以防止非授权的复制。

本发明所述的许多方面/实施方式已被说明。我们可以理解为每个方面/实施方式可以和任何其他任何的方面/实施方式相结合。因此，本发明可以在附属的权利要求书的范围内进行变化。

Claims (14)

1.一种生产轴承部件的方法，该方法包括以下步骤：由轴承钢制成所述部件；硬化该部件；和将所述部件的表面激光标识有识别标记，其特征在于：

所述激光标识的步骤在被保护的气体环境中完成，使得所形成的识别标记用肉眼不可见。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述激光标识的步骤包括在所述部件表面以下0.05至0.3毫米深度处，引发200至500℃之间的温度。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述激光标识的步骤在硬化的步骤之后进行。

4.如权利要求1或2所述的方法，其中所述激光标识的步骤在硬化的步骤之前进行。

5.如权利要求1或2所述的方法，其中所述激光标识的步骤作为结束操作进行，先于轴承的组装。

6.如权利要求1或2所述的方法，其中所述激光标识的步骤包括加密在识别标记之内的信息。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述识别标记包括一个或多个符号，所述符号具有至少一条连续的线，并且激光标识的步骤包括使用预定的激光束的开始和停止位置以形成每条连续的线。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述识别标记包括一个或多个符号，该符号具有两条或多条相交的连续线，并且激光标识的步骤进一步包括使用预定的顺序以形成每条相交的连续线。

9.如权利要求1或2所述的方法，其中所述的方法进一步包括如下步骤：在轴承部件的表面提供第二激光标记，所述第二激光标记旨在保持可见。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述第二激光标记至少部分位于不可见的识别标记的顶部。

11.如权利要求10所述的方法，其中不可见的识别标记和第二激光标记利用同样的激光器形成。

12.一种轴承部件，包括不可见的识别标记，该不可见的识别标记根据权利要求1至11中任一项所述的方法形成。

13.一种验证如权利要求12所述的轴承部件的方法，所述方法包括以下步骤：

通过在不可见的识别标记存在的部件的表面上施加蚀刻剂，以使不可见的识别标记光学可读。

14.如权利要求13所述的方法，进一步包括如下步骤：读取所述识别标记并且将该识别标记与存储的数据进行对比。