DE1696714B1 - Verfahren zur Herstellung eines Kennzeichens auf durchsichtigen Werkstoffen - Google Patents

Description

Bei der Kennzeichnung von durchsichtigen Werkstücken, die in optischen Geräten Verwendung finden, beispielsweise bei der Kennzeichnung von Brillengläsern, besteht die Schwierigkeit, daß in die Werkstücksoberfläche eingebrachte Kennzeichen bei 5 der Benutzung dieser Geräte stören.

Man hat sich bisher so geholfen, daß man solche durchsichtigen Werkstücke zwar graviert, die Gravur jedoch ganz am Rande angebracht hat. Dies hat den Nachteil, daß das Kennzeichen wegen seiner nicht genau definierten Lage nur schwer zu finden ist. Insbesondere bei Brillengläsern ergibt sich weiterhin der schwerwiegende Nachteil, daß beim Einschleifen der Gläser in die Fassung das Kennzeichen sehr oft ganz entfernt wird.

Aus diesem Grunde hat man nach der Möglichkeit zur Herstellung eines Kennzeichens gesucht, das bei der Benutzung der optischen Geräte nicht mehr stört und das dennoch in einer ganz bestimmten Lage auf dem Werkstück, vorzugsweise in der Werkstückmitte angebracht werden kann. Es muß sich in einem solchen Fall um ein sogenanntes »unsichtbares« Zeichen handeln, d. h. um ein Zeichen, das normalerweise nicht zu erkennen ist, und das deshalb auch die Benutzung des Gerätes nicht stört, das aber durch besondere und einfache Manipulationen sichtbar gemacht werden kann.

Es ist bekannt, ein solches »unsichtbares« Kennzeichen mit Hilfe der Ätztechnik herzustellen. Hierbei wird ein Stempel mit dem ätzenden Stoff bestrichen und auf das durchsichtige Werkstück aufgedrückt. Es wird dabei Sorge getragen, daß das Zeichen nur so schwach eingeätzt wird, daß es bei normaler Betrachtung nicht sichtbar ist. Wird nun das Werkstück angehaucht, so erscheint auf Grund der verschiedenen Oberflächenbedingungen eine verschiedene Kondensation an den angeätzten und den nicht geätzten Stellen. Dadurch wird das vorher unsichtbare Zeichen wieder lesbar.

Dieses bekannte Verfahren hat den grundsätzliehen Nachteil, daß das schwach geätzte Zeichen bereits nach einer gewissen Zahl von Reinigungen, welche als leichtes Polieren der Oberfläche angesprochen werden können, verschwindet.

Es ist nun das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Kennzeichens auf durchsichtigen Werkstücken anzugeben, das schnell und wirtschaftlich arbeitet und das ein bei normaler Betrachtung des Werkstückes unsichtbares, jedoch durch einfache Mittel sichtbar zu machendes Kennzeichen erzeugt, welches dauerhaft ist und weitgehenden Schutz gegen Fälschungen bietet.

Das neue Verfahren zur Herstellung eines Kennzeichens auf durchsichtigen Werkstücken zeichnet sich dadurch aus, daß das Werkstück entlang den Linien dieses Kennzeichens einer Strahlung ausgesetzt wird, die ihre Energie vorwiegend innerhalb einer im Werkstückinneren gelegenen Schicht an das Material abgibt und dabei eine örtliche das Kennzeichen begrenzende nur im polarisierten Licht erkennbare Spannung hervorruft.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die Strahlung aus beschleunigten Elektronen, die im Werkstückinneren örtliche Spannungen erzeugen, welche durch die im polarisierten Licht erkennbare Doppelbrechung sichtbar gemacht werden können. Besonders vorteilhaft ist es dabei, einen linienförmig fokussierten Elektronenstrahl über eine zwischen Strahlquelle und Werkstück angeordnete, entlang den Linien des Kennzeichens durchbrochene Maske zu bewegen. Es ist jedoch auch möglich einen punktförmig fokussierten Elektronenstrahl entlang den Linien des Kennzeichens zu führen.

Jedem Elektronenstrahl kann eine bestimmte Eindringtiefe in festes Material zugeordnet werden. Diese Eindringtiefe ist dadurch definiert, daß in ihr die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Elektronen der Auftreffgeschwindigkeit V₀ auf den e-Teil abgesunken ist. Die auf das feste Material auftreffenden Elektronen werden durch Zusammenstöße mit den Molekülen des Materials gestreut und geben dabei ihre kinetische Energie in Form von Wärmeenergie ab. Diese Wärmeabgabe vollzieht sich nun bei Elektronen im wesentlichen unterhalb der Oberfläche des Werkstückes, und zwar in einer Tiefe, die im wesentlichen durch die Eindringtiefe definiert ist. Eine Energieabgabe in der Oberfläche findet nur zu einem sehr geringen Prozentsatz statt, so daß also im Materialinneren Gefügeänderungen hervorgerufen werden, ehe irgendwelche Änderungen in der Oberfläche eintreten.

Verwendet man einen Elektronenstrahl mit einer Beschleunigungsspannung von beispielsweise 100 KV, so beträgt die im wesentlichen von der Dichte des Materials und dem Quadrat der Beschleunigungsspannung abhängige Eindringtiefe etwa 10 bis 15 μΐη. Die in das durchsichtige Werkstück eindringenden Elektronen erwärmen die Oberfläche nur außerordentlich geringfügig, wobei diese Erwärmung mit Sicherheit unterhalb des Transformationspunktes bleibt. Im Inneren des Werkstückes, und zwar in einer dicht unter der Oberfläche gelegenen Schicht, geben die Elektronen einen so großen Teil ihrer Energie an das Material ab, daß innerhalb dieser Schicht eine Materialerwärmung auftritt, welche eine bleibende Materialveränderung hervorruft. Infolge dieser Erwärmung des Materials entstehen auch innere Spannungen, welche örtlich begrenzt sind. Diese Spannungen können durch die im polarisierten Licht erkennbare Doppelbrechung sichtbar gemacht werden.

Wie aus dieser Erklärung erkennbar ist, entsteht also bei der Bestrahlung eines durchsichtigen Werkstückes mit beschleunigten Elektronen ein bei normaler Betrachtung nicht sichtbares, nur im Werkstückinneren gelegenes Kennzeichen, welches bei der Benutzung des Werkstückes nicht stört, das jedoch durch einfache Mittel sichtbar gemacht werden kann. Diese Mittel bestehen, wie schon erwähnt, in der Verwendung von polarisiertem Licht.

Dieses »unsichtbare« Kenzeichen kann also innerhalb eines Bereiches des Werkstückes angebracht werden, indem ein graviertes oder geätztes Zeichen den Benutzer stören würde. Besonders vorteilhaft ist es, Brillengläser mit Hilfe des neuen Verfahrens zu markieren. Diese Gläser können dann in der Mitte mit dem »unsichtbaren« Kennzeichen versehen werden. Das Zeichen selbst ist weitgehend fälschungssicher und kann insbesondere durch Reinigen oder Polieren des Werkstückes nicht entfernt werden, da es ja unterhalb der Oberfläche liegt. Die unterhalb der Oberfläche gelegenen Materialveränderungen haben sich als zeitlich stabil erwiesen.

Die Oberfläche des durchsichtigen Werkstückes wird bei dem neuen Verfahren zur Herstellung des Kennzeichens in keiner Weise verändert. Selbst elek-

tronenmikroskopische und polarisationsoptische Aufnahmen der Oberfläche zeigen keinerlei Veränderungen.

Zur Herstellung des Kennzeichens kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des neuen Verfahrens auch Licht verwendet werden, das mittels eines Lasers erzeugt wird. Dieses Licht weist eine sehr hohe Intensität auf und erzeugt beispielsweise beim Durchtritt durch eine Maske ein unterhalb der Oberfläche des Werkstückes gelegenes Kennzeichen. Auch dieses kann im polarisierten Licht sichtbar gemacht werden.

Die Verwendung von Licht zur Erzeugung des Kennzeichens empfiehlt sich vor allem bei in der Masse gefärbtem Material.

Prinzipiell ist es auch möglich, elektromagnetische Strahlung anderer Wellenbereiche zur Herstellung des »unsichtbaren« Kennzeichens zu verwenden. Es sei in diesem Zusammenhang nur die Röntgenstrahlung erwähnt. Neben den schon erwähnten beschleunigten Elektronen kann auch andere Teilchenstrahlung zur Erzeugung des Kennzeichens Verwendung finden. Ganz allgemein kann man davon sprechen, daß die Erzeugung des »unsichtbaren« Kennzeichens mit Hilfe von Corpuscularstrahlung möglich ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der F i g. 1 bis 4 der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 eine Prinzipdarstellung einer Einrichtung zur Erzeugung des Kennzeichens mit Hilfe von Elektronenstrahlen,

Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht der Einrichtung nach Fig. 1,

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht des Werkstückes und der darüber angeordneten Maske bei Verwendung von Licht,

F i g. 4 eine Prinzipdarstellung einer Einrichtung zur Sichtbarmachung des »unsichtbaren« Kennzeichens.

In F i g. 1 ist mit 1 eine Elektronenstrahlquelle bezeichnet. Der von dieser Strahlquelle ausgehende Elektronenstrahl tritt durch eine röhrenförmige Blende 2 in eine Zylinderlinse 3. Diese fokussiert den Elektronenstrahl linienförmig in die Ebene der Maske 4. Diese besteht aus einem Wolframblech aus dem das Kennzeichen in Originalgröße ausgefräst ist. Zwischen Linse 3 und Maske 4 ist ein Ablenksystem 5 angeordnet.

Der Gehäuseboden ist mit einem Dichtungsring 6 versehen. Mit 7 ist eine Platte bezeichnet, auf der die zu kennzeichnenden Werkstücke 8, beispielsweise Brillengläser angeordnet sind. Die Platte 8 ist drehbar und wie durch den Pfeil 9 angedeutet auch in der Höhe verschiebbar.

Mit 10 ist ein Hochvakuumventil bezeichnet, welches den Raum 11 vakuumdicht abschließt.

Die Wirkungsweise der in F i g. 1 dargestellten Einrichtung ist folgende. Zunächst wird bei geschlossenem Ventil 10 mit Hilfe der Pumpe 12 und 13 sowohl der Strahlerzeugungsraum als der Raum 11 evakuiert. Sodann wird die Spannung eingeschaltet, wobei das Strahlerzeugungssystem zunächst noch gesperrt ist. Nunmehr wird die Platte 7 so lange gedreht, bis ein zu kennzeichnendes Werkstück 8 zentrisch zum Ring 6 gelegen ist. Danach wird die Platte 7 so lange nach oben bewegt, bis das Werkstück 8 fest am Ring 6 anliegt und damit den durch das Ventil 10, den Ring 6 und das Werkstück 8 gebildeten Raum genügend dicht gegen den Außendruck abschließt.

Danach wird das Ventil 10 geöffnet und der Elektronenstrahl freigegeben. Die von der Quelle 1 ausgehenden Elektronen werden mit Hilfe der Zylinderlinse 3 linienförmig in die Ebene der Maske 4 fokussiert, wie dies insbesondere auch aus F i g. 2 ersichtlich ist. Mit Hilfe des Ablenksystems 5 wird nunmehr der Elektronenstrahl 14 über die Maske 4 bewegt, so daß also Elektronen entlang den Linien des herzustellenden Kennzeichens auf das Werkstück 8 auftreffen. In der schon eingangs erwähnten Weise wird dabei im Inneren des Werkstückes 8 ein »unsichtbares« Kennzeichen erzeugt.

Nach Beendigung dieses Vorganges wird der Elektronenstrahl 14 wieder in die Ausgangsstellung bewegt, das Ventil 10 wird geschlossen, der Elektronenstrahl 14 gesperrt und die Platte 7 wird nach unten bewegt und so lange gedreht, bis ein neues Werkstück 8 unter dem Ring 6 liegt. Danach erfolgt die Kennzeichnung dieses neuen Werkstückes in der beschriebenen Art und Weise.

In dem dargestellten Beispiel wird die Abtastgeschwindigkeit des Elektronenstrahles 14 so gewählt, daß ein Flächenelement von etwa 100 μπι Durchmesser über einen Zeitraum von einigen ,«see getroffen wird. Die Energiedichte des Elektronenstrahles 14 beträgt dabei 10-3 bis 5 · 10-³Ws/cm2.

Der Elektronenstrahl 14 kann einmal oder auch mehrere Male über die Maske 4 geführt werden, wobei ein mehrmaliges Überschreiben das Zeichen deutlicher sichtbar macht.

F i g. 3 zeigt wieder das durchsichtige Werkstück 8 sowie die darüber angeordnete Maske 4. Diese Maske wird im dargestellten Beispiel mit Hilfe eines Lichtstrahlers 15 beleuchtet, der von einem Laser erzeugt wird. Die Einrichtung ist dabei so getroffen, daß jeweils nur kurze Laserimpulse erzeugt werden, welche vorzugsweise den das Kennzeichen aufweisenden Bereich der Maske 4 auf einmal erfassen.

F i g. 4 zeigt eine Einrichtung zur Sichtbarmachung des mit Hilfe der Einrichtung nach Fig. 1 bzw. F i g. 3 erzeugten Kennzeichens. Diese Einrichtung besteht aus einer Lichtquelle 16, einem Kondensator 17, den beiden gekreuzten Polarisationsfiltern 18 und 19 sowie einer Lupe 20. Der Beobachter 21 erkennt nach Einführen des gekennzeichneten Werkstückes 8 zwischen die Polarisationsfilter 18 und 19 das auf dunklem Grund hell aufleuchtende Kennzeichen. Beim Bewegen des Werkstückes 8 sieht man ein brillantes, leuchtendes Schriftzeichen, welches verschiedentlich hell und dunkel aufleuchtet und damit besonders gut zu erkennen ist.

Das neue Verfahren ist besonders geeignet zur Kennzeichnung von Brillengläsern. Bei diesen wird das Kennzeichen in der Mitte des Glases erzeugt, so daß es also jederzeit und insbesondere auch nach dem Einsetzen des Brillenglases in die Fassung einfach auffindbar ist. Dieses Zeichen verschwindet beim Reinigen des Brillenglases nicht und wird auch beim Einschleifen des Glases in die Fassung nicht entfernt.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Kennzeichens auf durchsichtigen Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück entlang der Linien dieses Kennzeichens

einer Strahlung ausgesetzt wird, die ihre Energie vorwiegend innerhalb einer im Werkstückinneren gelegenen Schicht an das Material abgibt und dabei eine örtliche das Kennzeichen begrenzende nur im polarisierten Licht erkennbare Spannung hervorruft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung aus beschleunigten Elektronen besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein linienförmig fokussierter Elektronenstrahl über eine zwischen Strahlquelle und Werkstück angeordnete entlang den Linien

des Kennzeichens durchbrochene Maske bewegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung aus mittels eines Lasers erzeugtem Licht besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Verwendung zur Kennzeichnung von in der Masse gefärbten Material.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden, gekennzeichnet durch die Verwendung zur Herstellung eines in der Mitte eines Brillenglases angeordneten Kennzeichens.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen