DE102009048291A1 - Workpiece i.e. antifriction bearing part, marking method, involves removing surface exposed to radiations till surface is not differentiatable from surrounding area, and maintaining volume area having micro structural changes in workpiece - Google Patents

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Abstract

The method involves exposing a surface (5) of a workpiece to laser radiations (3) of a laser radiation source (2) such that micro structural changes are produced in the workpiece, where the workpiece is made of metal i.e. steel. The surface exposed to the laser radiations is removed till the surface is not optically differentiatable from a surrounding area of the surface with naked eye. A volume area (7) having the micro structural changes is maintained in the workpiece, and an oxide layer (6) produced in the surface by the laser radiations is removed by a polishing process.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur bleibenden Markierung eines Werkstücks, insbesondere eines metallischen Werkstücks.The invention relates to a method for permanently marking a workpiece, in particular a metallic workpiece.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Ein Verfahren zum Versehen eines Gegenstandes mit einer bleibenden Markierung ist beispielsweise aus der DE 43 12 095 C2 bekannt. Die Markierung wird hierbei durch kohärente energiereiche Laserstrahlung erzeugt, wobei durch geeignete Prozessparameter erreicht werden soll, dass einerseits eine bleibende Markierung entsteht, welche bei Bestrahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 150 bis 450 nm eine im Vergleich zur optischen Wirkung des unbehandelten benachbarten Materials veränderte optische Wirkung im Bereich des nicht sichtbaren Lichts aufweist, und dass andererseits keine wesentliche bleibende thermisch bedingte Veränderung des Materials des markierten Gegenstands eintritt. Aufgrund der unverletzten Oberfläche des Gegenstands soll der Ort der Kennzeichnung selbst durch genauere Betrachtung der Oberflächenstruktur – wie Glanz oder Rauhigkeit – nicht auszumachen sein. Das Verfahren nach der DE 43 12 095 C2 ist insbesondere zur Kennzeichnung von schwarzen Kunststoffgehäusen vorgesehen.A method for providing an article with a permanent mark is, for example, from DE 43 12 095 C2 known. The marking is in this case generated by coherent high-energy laser radiation, which is to be achieved by suitable process parameters, on the one hand a permanent mark is formed, which when irradiated with a wavelength in the range of 150 to 450 nm compared to the optical effect of the untreated adjacent material changed optical Has an effect in the region of the invisible light, and on the other hand, no significant permanent thermally induced change of the material of the marked article occurs. Due to the undamaged surface of the object, the location of the marking should not be discernible even by a closer look at the surface structure - such as gloss or roughness. The procedure according to DE 43 12 095 C2 is intended in particular for the identification of black plastic housings.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein metallisches Werkstück mit einer hinsichtlich der Fälschungssicherheit optimierten Kennzeichnung zu versehen.The invention has for its object to provide a metallic workpiece with an optimized in terms of protection against counterfeiting identification.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur bleibenden, für das menschliche Auge unsichtbaren Markierung eines Werkstücks mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieses Verfahren weist folgende Schritte auf:

  • – Eine Oberfläche des Werkstücks, insbesondere metallischen Werkstücks, wird einer Laserbestrahlung ausgesetzt, welche eine Gefügeänderung im Werkstück bewirkt,
  • – die der Laserbestrahlung ausgesetzte Oberfläche wird soweit abgetragen, bis sie optisch zumindest mit bloßem Auge nicht von umgebenden Oberflächenbereichen unterscheidbar ist, wobei ein die Gefügeänderung aufweisender Volumenbereich im Werkstück erhalten bleibt.
This object is achieved by a method for permanent, invisible to the human eye marking a workpiece with the features of claim 1. This method comprises the following steps:
  • A surface of the workpiece, in particular a metallic workpiece, is exposed to a laser irradiation which causes a structural change in the workpiece,
  • The surface exposed to the laser irradiation is removed until it is optically indistinguishable from surrounding surface areas at least with the naked eye, whereby a volume range having the structure change is retained in the workpiece.

Durch das Abtragen von Material im Bereich der auf der Oberfläche des Werkstücks erzeugten Lasermarkierung wird die Geometrie des Werkstücks in vorteilhafter Ausgestaltung nicht wesentlich verändert. Beispielsweise wird die markierte, der Laserbestrahlung ausgesetzte Oberfläche durch Polieren abgetragen. Unter einer „Lasermarkierung” werden auch Beschriftungen verstanden, die mit einer anderen Strahlenquelle als einem Laser erzeugt sind.By removing material in the region of the laser marking generated on the surface of the workpiece, the geometry of the workpiece is not significantly changed in an advantageous embodiment. For example, the marked surface exposed to the laser irradiation is removed by polishing. A "laser marking" is also understood to mean markings that are generated with a source of radiation other than a laser.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 3. Dieses Verfahren zur Markierung eines Werkstücks weist folgende Schritte auf:

  • – Eine Oberfläche des Werkstücks wird einer Laserbestrahlung ausgesetzt, welche ein Gefügeänderung im Werkstück bewirkt, wobei
  • – während der Laserbestrahlung die Oberfläche derart behandelt wird, dass keine optisch erkennbaren, zumindest keine mit dem bloßen menschlichen Auge erkennbaren, Unterschiede zwischen dem der Laserstrahlung ausgesetzten Bereich der Oberfläche und umgebenden Oberflächenbereichen entstehen.
The object underlying the invention is further solved by a method having the features of claim 3. This method for marking a workpiece comprises the following steps:
  • - A surface of the workpiece is exposed to a laser irradiation, which causes a structural change in the workpiece, wherein
  • - During the laser irradiation, the surface is treated such that no visually recognizable, at least not visible to the naked human eye, differences between the laser radiation exposed surface of the surface and surrounding surface areas arise.

In bevorzugter Ausgestaltung wird die der Laserbestrahlung ausgesetzte Oberfläche des Werkstücks durch Schutzgas behandelt. Das Schutzgas verhindert zumindest weitgehend die Entstehung einer Oxidschicht, welche optisch erkennbar wäre.In a preferred embodiment, the laser irradiation exposed surface of the workpiece is treated by inert gas. The protective gas at least largely prevents the formation of an oxide layer, which would be optically recognizable.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5, welche Merkmale der Ansprüche 1 und 3 kombiniert und in Fällen zum Tragen kommt, in denen während der Laserstrahlbehandlung die Entstehung einer mit dem menschlichen Auge ohne Hilfsmittel erkennbaren Oxidschicht nicht unterbunden werden kann. Das als Ergebnis ebenfalls eine bleibende, unsichtbare Markierung auf einem Werkstück, insbesondere metallischen Werkstück, erzeugende Verfahren umfasst folgende Schritte:

  • – Eine Oberfläche des Werkstücks wird einer Laserbestrahlung ausgesetzt, welche eine Gefügeänderung im Werkstück bewirkt, wobei während der Laserbestrahlung die Oberfläche mit einem der Bildung einer Oxidschicht entgegenwirkenden, jedoch die Bildung der Oxidschicht nicht vollständig unterbindenden Schutzgas behandelt wird,
  • – die Oxidschicht wird soweit abgetragen, bis sie optisch zumindest mit bloßem Auge nicht von umgebenden Oberflächenbereichen des Werkstücks unterscheidbar ist, wobei ein die Gefügeänderung aufweisender Volumenbereich im Werkstück erhalten bleibt.
The object underlying the invention is further achieved by a method having the features of claim 5, which features of claims 1 and 3 combined and comes into play in cases where during the laser beam treatment, the emergence of an unrecognizable with the human eye without auxiliary oxide layer not can be prevented. The result, also a permanent, invisible marking on a workpiece, in particular a metallic workpiece, producing method comprises the following steps:
  • A surface of the workpiece is exposed to a laser irradiation, which causes a structural change in the workpiece, wherein during the laser irradiation the surface is treated with an oxide layer forming an oxide layer, but not completely suppressing the formation of the oxide layer,
  • - The oxide layer is removed until it is optically indistinguishable from the surrounding surface areas of the workpiece at least with the naked eye, wherein a structural change exhibiting volume range is retained in the workpiece.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens nach Anspruch 5 sind entsprechend den Merkmalen der auf die Ansprüche 1 und 3 bezogenen Ansprüche 2 beziehungsweise 4 möglich. Insgesamt wird mit dem Verfahren gemäß Anspruch 5 sowohl das Ziel der Unsichtbarkeit der Markierung als auch das Ziel der maschinellen Detektierbarkeit der Markierung bei einer Vielzahl verschiedener metallischer Werkstoffe erreicht.Advantageous embodiments of the method according to claim 5 are possible according to the features of the claims 1 and 3 claims 2 and 4, respectively. Overall, with the method according to claim 5 both the goal of the invisibility of the mark and the target the machine detectability of the marking achieved in a variety of different metallic materials.

Mit jeder der Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 3, oder 5 wird eine unsichtbare Markierung erzeugt, die entweder mit zerstörungsfreien oder mit zerstörenden Verfahren auslesbar ist. Als Verfahren der erstgenannten Art ist die Thermografie unter Verwendung geeigneter Lockln-Frequenzen sowie die Wirbelstromprüfung mit gezielt ausgewählten Prüffrequenzen zu nennen. Zerstörend ist die Markierung insbesondere durch Ätzverfahren auslesbar.With each of the variants of the method according to any one of claims 1, 3, or 5, an invisible mark is generated, which is readable either with non-destructive or with destructive methods. As a method of the former type, the thermography using suitable Lockln frequencies and the eddy current test with selectively selected test frequencies to call. Destroying the marking is readable in particular by etching.

Nachfolgend wird eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:Hereinafter, a variant of the method according to the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Herein show:

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

1 ein zu markierendes Werkstück in einem schematischen Schnitt, 1 a workpiece to be marked in a schematic section,

2 das Werkstück während einer Laserbestrahlung, 2 the workpiece during a laser irradiation,

3 das Werkstück während einer mechanischen Nachbearbeitung, 3 the workpiece during a mechanical post-processing,

4 das markierte, nachbearbeitete Werkstück. 4 the marked, reworked workpiece.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

Die 1 bis 4 zeigen, teilweise in grober Schematisierung, verschiedene Bearbeitungsstadien eines erfindungsgemäß behandelten Werkstücks 1 aus Metall, nämlich Stahl.The 1 to 4 show, partly in rough schematization, various stages of processing a workpiece treated according to the invention 1 of metal, namely steel.

Das Werkstück 1, beispielsweise ein Wälzlagerteil, wird zunächst einer mit einer Laserstrahlquelle 2 erzeugten Laserstrahlung 3 ausgesetzt, um eine zunächst sichtbare Markierung 4 an einer Oberfläche 5 des Werkstücks 1 zu erzeugen. Bei der Markierung 4 handelt es sich beispielsweise um Ziffern, Buchstaben, einen Strich-Code, einen Data-Matrix-Code und/oder eine Bildmarke des Herstellers oder Verarbeiters des Werkstücks 1.The workpiece 1 For example, a rolling bearing part, first becomes one with a laser beam source 2 generated laser radiation 3 exposed to an initially visible mark 4 on a surface 5 of the workpiece 1 to create. At the mark 4 These are, for example, numbers, letters, a bar code, a data matrix code and / or a picture mark of the manufacturer or processor of the workpiece 1 ,

Die Markierung 4 weist an der Oberfläche 5 eine in 2 nicht maßstäblich wiedergegebene Oxidschicht 6 auf. Innerhalb des Werkstücks 1 ist unter der Oxidschicht 6 durch die Einwirkung der Laserstrahlung 3 ein weiterer Volumenbereich 7 ausgebildet, der zwar eine Gefügeveränderung im Vergleich zum umgebenden Material des Werkstücks 1 aufweist, aber nicht oxidiert ist. Der gesamte Vorgang der Lasermarkierung findet vorzugsweise unter Schutzgasatmosphäre statt.The mark 4 points to the surface 5 one in 2 not reproduced to scale oxide layer 6 on. Within the workpiece 1 is under the oxide layer 6 by the action of the laser radiation 3 another volume range 7 formed, although a structural change compared to the surrounding material of the workpiece 1 but not oxidized. The entire process of laser marking preferably takes place under a protective gas atmosphere.

Nach dem Markieren des Werkstücks 1 mittels Laserbestrahlung wird Material von der Oberfläche 5 zumindest im Bereich der Markierung 4 mittels eines Polierwerkzeugs 8 abgetragen, bis der wiederum nicht maßstäblich wiedergegebene Zustand gemäß 4 erreicht ist. Der Schritt des Polierens kann entfallen, sofern bei der unter Schutzgas durchgeführten Markierung des Werkstücks 1 keine mit bloßem Auge erkennbare, sich von der umgebenden Oberfläche 5 optisch unterscheidende Schicht, insbesondere Oxidschicht 6 gebildet wird. Umgekehrt kann auch die Verwendung von Schutzgas während der Erzeugung der Markierung 4 entfallen, sofern das in 4 veranschaulichte Ergebnis allein durch die Bearbeitung mit dem Polierwerkzeug 8 erreichbar ist. In allen Fällen ist im fertig bearbeiteten Zustand des Werkstücks 1 gemäß 4 die Oxidschicht 6 vollständig entfernt, während der darunter liegende Volumenbereich 7 mit ausschließlich maschinell, entweder zerstörend oder zerstörungsfrei, detektierbarer Gefügeveränderung vollständig oder zumindest größtenteils erhalten ist. Die Abmessungen des Werkstücks 1 verändern sich durch die Erzeugung der Markierung 4 und anschließende Nachbearbeitung, anders als in den 1 bis 4 symbolisiert dargestellt, höchstens minimal.After marking the workpiece 1 Laser irradiation turns material from the surface 5 at least in the area of the marking 4 by means of a polishing tool 8th removed until the again not to scale reproduced state according to 4 is reached. The step of polishing may be omitted, provided that the marking of the workpiece carried out under protective gas 1 not visible to the naked eye, away from the surrounding surface 5 optically discriminating layer, in particular oxide layer 6 is formed. Conversely, the use of inert gas during the generation of the mark 4 deleted, provided that in 4 illustrated result solely by machining with the polishing tool 8th is reachable. In all cases, in the finished state of the workpiece 1 according to 4 the oxide layer 6 completely removed while the underlying volume area 7 is completely or at least largely preserved by machine, either destructive or non-destructive, detectable microstructural change. The dimensions of the workpiece 1 change through the generation of the mark 4 and subsequent post-processing, unlike in the 1 to 4 represented symbolized, at most minimal.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Werkstückworkpiece
22
Laserstrahlquellelaser beam source
33
Laserstrahlunglaser radiation
44
Markierungmark
55
Oberflächesurface
66
Oxidschichtoxide
77
Volumenbereichvolume range
88th
Polierwerkzeugpolishing tool

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 4312095 C2 [0002, 0002] DE 4312095 C2 [0002, 0002]

Claims (5)

Verfahren zur bleibenden Markierung eines Werkstücks (1), mit folgenden Schritten: – Eine Oberfläche (5) des Werkstücks (1) wird einer Laserstrahlung (3) ausgesetzt, welche eine Gefügeänderung im Werkstück (1) bewirkt, – die der Laserstrahlung (3) ausgesetzte Oberfläche (5) wird soweit abgetragen, bis sie optisch zumindest mit bloßem Auge nicht von umgebenden Bereichen der Oberfläche (5) unterscheidbar ist, wobei ein die Gefügeänderung aufweisender Volumenbereich (7) im Werkstück (1) erhalten bleibt.Method for permanently marking a workpiece ( 1 ), with the following steps: - A surface ( 5 ) of the workpiece ( 1 ) is a laser radiation ( 3 ), which a structural change in the workpiece ( 1 ), - the laser radiation ( 3 exposed surface ( 5 ) is removed until it is optically not visible at least to the naked eye from surrounding areas of the surface ( 5 ) is distinguishable, wherein a structural change having volume range ( 7 ) in the workpiece ( 1 ) preserved. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch die der Laserstrahlung (3) erzeugte Oxidschicht (6) an der Oberfläche (7) durch Polieren abgetragen wird.A method according to claim 1, characterized in that a by the laser radiation ( 3 ) oxide layer ( 6 ) on the surface ( 7 ) is removed by polishing. Verfahren zur bleibenden Markierung eines Werkstücks (1), mit folgenden Schritten: – Eine Oberfläche (5) des Werkstücks (1) wird einer Laserstrahlung (3) ausgesetzt, welche eine Gefügeänderung im Werkstück (1) bewirkt, wobei – während der Laserbestrahlung die Oberfläche (5) derart behandelt wird, dass keine optisch erkennbaren, zumindest keine mit bloßem Auge erkennbaren, Unterschiede zwischen dem der Laserstrahlung (3) ausgesetzten Bereich der Oberfläche (5) und umgebenden Oberflächenbereichen entstehen.Method for permanently marking a workpiece ( 1 ), with the following steps: - A surface ( 5 ) of the workpiece ( 1 ) is a laser radiation ( 3 ), which a structural change in the workpiece ( 1 ), whereby - during the laser irradiation the surface ( 5 ) is treated in such a way that no visually recognizable, at least not visible to the naked eye, differences between the laser radiation ( 3 ) exposed area of the surface ( 5 ) and surrounding surface areas. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die der Laserstrahlung (3) ausgesetzte Oberfläche (5) durch Schutzgas behandelt wird.A method according to claim 3, characterized in that the laser radiation ( 3 exposed surface ( 5 ) is treated by inert gas. Verfahren zur bleibenden Markierung eines Werkstücks (1), mit folgenden Schritten: – Eine Oberfläche (5) des Werkstücks (1) wird einer Laserstrahlung (3) ausgesetzt, welche eine Gefügeänderung im Werkstück (1) bewirkt, wobei während der Laserbestrahlung die Oberfläche (5) mit einem der Bildung einer Oxidschicht (6) entgegenwirkenden, jedoch die Bildung der Oxidschicht (6) nicht vollständig unterbindenden Schutzgas behandelt wird, – die Oxidschicht (6) wird soweit abgetragen, bis sie optisch zumindest mit bloßem Auge nicht von umgebenden Bereichen der Oberfläche (5) des Werkstücks (1) unterscheidbar ist, wobei ein die Gefügeänderung aufweisender Volumenbereich (7) im Werkstück (1) erhalten bleibt.Method for permanently marking a workpiece ( 1 ), with the following steps: - A surface ( 5 ) of the workpiece ( 1 ) is a laser radiation ( 3 ), which a structural change in the workpiece ( 1 ), wherein during the laser irradiation the surface ( 5 ) with one of the formation of an oxide layer ( 6 ), but the formation of the oxide layer ( 6 ) is not treated completely inert gas, - the oxide layer ( 6 ) is removed until it is optically not visible at least to the naked eye from surrounding areas of the surface ( 5 ) of the workpiece ( 1 ) is distinguishable, wherein a structural change having volume range ( 7 ) in the workpiece ( 1 ) preserved.
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