FI110853B - Menetelmä materiaalikappaleen merkitsemiseksi - Google Patents

Description

110853

Menetelmä materiaalikappaleen merkitsemiseksi - Förfarande för utmärkning av ett materialstycke

Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä materiaalikappaleen varustamiseksi pinnanalaisella merkillä, joka on paljaalle silmälle näkymätön, mutta joka voidaan 5 tehdä polaroidun valon avulla näkyväksi.

Useat tuotteet on pakattu lasisiin tai muovisiin säiliöihin, ja monen vuoden ajan on haluttu tuottaa menetelmä tämän kaltaisten säiliöiden merkitsemiseksi siten, että kun merkki kerran on laitettu säiliöön, sitä ei voi poistaa. Tällaisella merkintämenetelmällä olisi selvästikin monia käyttösovelluksia etenkin taisteltaessa rinnakkaiskauppaa vas-10 taan.

Halutessaan tuottaa lähtemättömän merkin valmistajat ovat aiemmin turvautuneet miltei yksinomaan pintamerkintään. Tämän tyyppisen merkintätavan ongelmana on kuitenkin se, että merkki voidaan joko tuhota poistamalla se pinnan osa, johon se on asetettu, tai sitä voidaan imitoida asettamalla identtinen merkki aitoa korvaavaan säiliöön.

15 Edellä mainittujen ongelmien voittamiseksi patentin hakija kehitti menetelmän ja laitteen materiaalikappaleen varustamiseksi pinnanalaisella merkillä; mainittua menetelmää ja laitetta on kuvattu kansainvälisessä patenttijulkaisussa WO 92/03297. Kuvatun : ’ ’ menetelmän mukaisesti kappaleen pintaan suunnataan suuren energiatiheyden sisältä vä, materiaalin läpäisevä säde, joka ohjataan polttopisteeseen pinnasta erillään sijait-; 20 sevaan kohtaan kappaleessa materiaalin paikallisen ionisaation aikaansaamiseksi; näin , , saadaan muodostetuksi sen alueen muotoinen merkki, joka ei päästä läpi sähkömag- neettista säteilyä oleellisesti niin, että pinnassa ei tapahdu mitään havaittavaa muu- ! tosta. Tämä tuotti sen edun, että tuloksena olevaa merkkiä oli sekä vaikea imitoida että lähes mahdotonta poistaa.

25 Muita etuja sisältävän merkintämenetelmän tuottamiseksi voi olla toivottavaa, että tuloksena oleva merkki on näkymätön paljaalle silmälle. Näin mahdollisen väärentäjän . ·. : ei ainoastaan ole vaikea poistaa tai imitoida merkkiä, vaan hän joutuu ongelmiin myös . * · · yrittäessään ensin paikallistaa merkkiä.

* * * : ‘ *' USA:n patentissa 3 657 085 kuvataan pinnanalaisen merkin tuotantomenetelmää, jos- : · 30 sa käytetään hyväksi elektronisädettä; lisäksi siinä mainitaan vaihtoehtona myös laser- , Y säteen käytön mahdollisuus. USA:n patentin kohteena on tuottaa esineen, esimerkiksi γ ; silmälasin linssin merkintämenetelmä; se joka sisältää normaalioloissa näkymättömän ' · ·: tunnistusmerkin, joka voidaan kuitenkin tarvittaessa tehdä näkyväksi. Tätä tarkoitusta varten elektroni- tai lasersäde suunnataan silmälasin linssin päälle asetettuun peittee- 2 110853 seen siten, että peitteen poisleikattujen osien läpi kulkeva säteen osa osuu silmälasin linssin materiaaliin. Säde hajoaa törmätessään linssin muodostavan materiaalin molekyylien kanssa, jolloin tuloksena on se, että säteen kineettinen energia absorboituu linssiin pysyviä jännityskuvioita tuottavaksi lämmöksi. Jännityskuvioita ei voida ha-5 väitä paljain silmin, mutta ne voidaan tehdä näkyväksi kaksinkertaisen heijastuksen avulla polaroidussa valossa.

Lasersäteen mahdolliseen käyttöön viitataan USA:n patentissa 3 657 085 massavärjät-tyjen materiaalien merkitsemisen yhteydessä; tämän kaltaisia materiaaleja ovat aineet, joissa kromofori sijaitsee koko massassa eivätkä aineet, joihin on ainoastaan lisätty 10 värjätty pintakerros. Juuri mainittu kromofori absorboi lasersäteilyä ja niin tehdessään se kehittää riittävästi paikallista lämpöä pysyvien jännityskuvioiden tuottamiseksi materiaaliin. Koska tuloksena oleva merkki sijaitsee erillään materiaalin pinnasta, materiaalin on ainakin osittain päästettävä lävitseen lasersäteilyä, jotta säteily pääsisi tunkeutumaan vaadittavan pitkälle materiaaliin.

15 Sen sijaan esillä olevan keksinnön ensimmäisen piirteen mukaan saadaan aikaan menetelmä materiaalikappaleen tuottamiseksi pinnanalaisen merkin avulla, jonka lämmönjohtavuus on suunnilleen sama kuin lasin, jolloin menetelmään kuuluu vaihe, jossa kappaleen pintaan suunnataan lasersäteilyn säde, jolloin materiaalin pin-: ·. ·. taan imeytynyt säteen energia on riittävä muodostamaan paikallisia jännityksiä kap- * 20 paleeseen kohtaan, joka on erillään mainitusta pinnasta, ilman havaittavaa mainitun ‘; pinnan muutosta, jolloin näin tuotetut paikalliset jännitykset ovat normaalisti näky- •;; · mättömät paljaalle silmälle, mutta voidaan tehdä näkyviksi polarisoidulla valolla, ja ‘ · ·' menetelmälle on tunnusomaista, että lasersäteily valitaan siten, että kappale absor- •.:boi noin 95 % tai enemmän tulevan säteen energiasta välimatkalla, joka on lyhyem-\ : 25 pi kuin pinnanalaisen merkin ja pinnan välinen etäisyys.

Suositeltavasti paikallisten jännitysten tuottama merkki voi sisältää yhden tai useampia numeroita, kirjaimia tai symboleja tai näiden yhdistelmän.

:, ‘ ·; Lasersäteilyn säde voidaan suositeltavasti keskittää siten, että se muodostaa valaistun : pisteen tiettyyn kohtaan kappaleen pinnalle. Pistettä on mahdollista liikuttaa merkittä- • λ ‘ 30 vän kappaleen suhteen, jolloin paikallisten jännitysten tuottama merkki voidaan tehdä [.. ennalta määritetyn muotoiseksi. Pistettä voidaan suositeltavasti liikuttaa merkittävään •; ·. pintaan nähden siten, että saadaan tuotetuksi pitkänomainen paikallisten jännitysten : : alue; kun tämä alue tehdään näkyväksi polaroitua valoa käyttämällä, se on viivan ; ‘ ·. · muotoinen. Vaihtoehtoisesti pistettä voidaan liikuttaa merkittävään kappaleeseen näh- 35 den siten, että tuotetaan paikallisten jännitysten toisistaan erillään sijaitsevien alueiden 3 110853 sarja, jolloin ne muodostavat pisteiden sarjan silloin, kun alueet tehdään näkyväksi po-laroidussa valossa. Paikallisten jännitysten toisistaan erillään sijaitsevien alueiden saija voidaan erityisesti tehdä liikuttamalla pistettä vakionopeudella merkittävään kappaleeseen nähden ja vaihtamalla ajoittain säteen tehon tiheyttä. Vaihtoehtoisesti paikallisten 5 jännitysten toisistaan erillään sijaitsevien alueiden sarja voidaan tehdä säilyttämällä säteen tehon tiheys oleellisesti vakiona ja muuttamalla aikaa, jonka verran pistettä käytetään valaisemaan pinnalla sijaitsevia peräkkäisiä kohtia. Tätä tarkoitusta varten pistettä voidaan liikuttaa merkittävään kappaleeseen nähden nopeudella, joka vaihtelee jaksoittain nollan ja 3000 mm/s:n välillä säilytettäessä kuitenkin samalla 2-3 m/s:n kes-10 kinopeus. Suositeltavasti pinnalla peräkkäisissä kohdissa absorboitava säde-energia voi vaihdella tasaisesti yhdestä kohdasta toiseen. Pisteen kohdalla lasersäteilyn tehon tiheys on suositeltavasti enintään 10 kW/cm2.

Lasersäteilyn säde voidaan suositeltavasti saada valaisemaan merkittävän kappaleen eteen sijoitettua peitettä, jossa on yksi tai useampi aukko; näin mahdollistetaan se, että 15 paikallisten jännitysten tuottama merkki on ennalta määritetyn muotoinen.

Lasersäteilyn säde voidaan edullisesti tuottaa CCVlaserilla.

Materiaalikappale voi edullisesti olla lasia tai muovia.

:' ' Materiaalikappale voi edullisesti olla säiliö.

’ ‘; Esillä olevan keksinnön mukaisia useita eri sovelluksia kuvataan seuraavaksi esimer- :; 20 kinomaisesti viitaten liitteenä oleviin piirroksiin, joissa: : kuvio 1 on kaavio laitteesta, jonka avulla on mahdollista toteuttaa kuvattu mene- . ·. ·. telmä; kuvio 2 on kaavio tavasta, jolla sähkövoimaa jaetaan kuvion 1 mukaisen laitteen läpi; , ·. : 25 kuviossa 3 kuvataan kaaviomaisesti tapaa, jolla lasersäteilyn säde ja materiaalikappale t ·..' vaikuttavat toisiinsa; : ·' kuvio 4 on kaaviokuva lasertehon tiheyden profiilista, joka pystyy tuottamaan sar- . * · jän merkkejä pistematriisin muotoon; : : ‘ kuvio 5 on esimerkki esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän avulla tuote- :' ·,; 30 tusta pinnanalaisesta merkistä; ja 4 110853 kuviossa 6 kuvataan kaaviomaisesti laitetta, joka on tarkoitettu käytettäväksi esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän avulla tuotettujen merkkien tarkasteluun.

Kuviossa 1 on kuvattu laitetta, jonka avulla on mahdollista toteuttaa esillä olevan kek-5 sinnön mukainen merkintämenetelmä. Kuten kuviosta voidaan nähdä, laite sisältää la-sersäteilyn 12 säteen tuottavan lähteen 10. Säde on suunnattu siten, että se osuu mate-riaalikappaleeseen 14, joka tässä esimerkissä on pullon muotoinen. Koska lopullinen pinnanalainen merkki on normaalioloissa paljaalle silmälle näkymätön mutta kuitenkin sellainen, että se voidaan tehdä polaroidussa valossa näkyväksi, pullo 14 on valio mistettu sähkömagneettisen spektrin näkyvällä alueella sähkömagneettista säteilyä läpäisevästä materiaalista. Lisäksi lähde 10 on valittu siten, että pullon 14 aine ei oleellisesti päästä lävitseen lähteen tuottamaa lasersäteilyn 12 sädettä.

Kuviossa 1 kuvatussa erityissovelluksessa lähde 10 sisältää radiotaajuudelle viritetyn simuloidun, jatkuva-aaltoisen hiilidioksidilaserin (C02-laserin), joka lähettää aallonpi-15 tuudeltaan ΙΟ,όμτπ olevaa lasersäteilyn 12 sädettä ja joka on siis paljaalle silmälle näkymätön. Sen jälkeen, kun lasersäteilyn 12 säde on lähetetty C02-laserista, se osuu ensimmäiseen heijastavaan pintaan 16, joka ohjaa säteen 12 säteen laajentunen 18 ja säteen yhdistimen 20 kautta toiseen heijastavaan pintaan 22. Toinen, teholtaan alhaisen He-Ne-laserin 24 (Helium-Neon-laserin) muodossa olevan lasersäteilylähde on sijoi-’ ; 20 tettu C02-laserin 10 viereen ja lähettää näkyvän lasersäteilyn 26 sekundaarisäteen ' : · 632,9 nm:n aallonpituudella. Sekundaarisäde 26 osuu säteen yhdistimeen 20, josta se heijastuu toista heijastavaa pintaa 22 kohti samanaikaisesti C02-laserista 10 tulevan lasersäteilyn 12 säteen kanssa. Siten säteen yhdistimen 20 tarpeellisiin ominaisuuksiin kuuluu se, että sen täytyy pystyä lähettämään sähkömagneettista säteilyä 10,6pm:n : : : 25 aallonpituudella heijastaen samalla aallonpituudeltaan 632,9 nm olevaa sähkömag neettista säteilyä. Tällä tavoin He-Ne-lasersäde 26 tuottaa yhdistetyn C02/He-NE-säteen 12, 26, joka sisältää optista kohdistusta helpottavan näkyvän komponentin.

Kun kaksi yhdenmukaista sädettä 12, 26 on yhdistetty, ne heijastetaan toisesta heijas-•. * tavasta pinnasta 22 kolmanteen heijastavaan pintaan 28, ja kolmannesta heijastavasta 30 pinnasta 28 ne heijastetaan edelleen neljättä heijastavaa pintaa 30 kohti. Neljännestä . heijastavasta pinnasta 30 yhdistetty säde 12, 26 heijastetaan edelleen pääyksikköä 32 . · · · kohti, josta yhdistetty säde 12, 26 vihdoin suunnataan pulloa 14 kohti. Jotta merkitse minen olisi helpompaa eri korkeuksilla pullon 14 pohjasta, kolmas ja neljäs heijastava ;,: pinta 28 ja 30 on sijoitettu kiinteästi yhteen pääyksikön 32 kanssa siten, että ne ovat :‘ . 35 säädettävissä pystysuorassa suunnassa askelmoottorin 34 (ei kuvassa) avulla.

5 110853 Pääyksikössä 32 yhdistetty C02/He-Ne -säde 12, 26 kohtaa peräkkäin kaksi liikkuvaa peiliä 36 ja 38. Kahdesta peilistä ensimmäinen, 36, on sijoitettu siten, että se sijaitsee kaltevasti yhdistettyyn säteeseen 12, 26 nähden säteen osuessa siihen neljännestä heijastavasta pinnasta 30 tapahtuvan heijastumisen tuloksena; peili on liikutettavissa si-5 ten, että se saa aikaan siitä heijastuvan säteen liikkumisen pystysuorassa tasossa. Kahdesta peilistä toinen, peili 38, on kallistettu samalla tavalla, tällä kertaa säteeseen 12, 26 nähden, joka osuu siihen ensimmäisestä peilistä 36 tapahtuvan heijastumisen seurauksena; peili 36 on liikutettavissa siten, että se saa aikaan heijastuneen säteen 12, 26 liikkumisen vaakasuorassa tasossa. Näin ollen alaan perehtyneille on ilmeistä, että 10 pääyksiköstä 32 tulevaa sädettä 12, 26 voidaan liikuttaa mihin tahansa haluttuun suuntaan liikuttamalla samanaikaisesti ensimmäistä ja toista peiliä 36 ja 38. Tämän liikkeen helpottamiseksi kaksi liikutettavaa peiliä 36 ja 38 on asennettu vastaavasti ensimmäiseen ja toiseen galvanometriin 40 ja 42. Samalla kun todetaan, että mikä tahansa sopiva laite voidaan tuottaa ohjaamaan kahden peilin 36 ja 38 liikettä, tässä yhtey-15 dessä käytössä oleva lähestymistapa yhdistää reaktionopeuden ja ohjauksen helppouden, mikä on merkittävä etu vaihtoehtoisiin ohjauslaitteisiin verrattuna.

Ilmaantuessaan pääyksiköstä 32 yhdistetty säde 12, 26 keskitetään kuljettamalla se linssikokoonpanon 44 läpi, joka voi sisältää yhden tai useamman linssiosan. Ensimmäinen linssiosa 46 asettaa säteen 12, 26 polttopisteeseen pullon 14 pinnalla sijaitse-: 20 vaan valittuun kohtaan. Kuten hyvin tiedetään, säteen 12, 26 suurin tehon tiheys on ’ „ käänteisesti verrannollinen säteen 12, 26 toimisäteen neliöön sen polttopisteessä, mikä ,' ! vuorostaan on käänteisesti verrannollinen kokoavaan linssiin 46 osuvan säteen 12, 26 * i I * ‘. toimisäteeseen nähden. Siten säteen 12, 26 kohdalla, jonka sähkömagneettinen säteily * ’ ; varaa aallonpituuden ja jonka säde R osuu polttovälin f linssiin, tehon tiheys poltto- :· 25 pisteessä E vastaa ensimmäistä likiarvoa, joka saadaan lausekkeesta: E= PR2 W/m2 λ¥ jossa P on laserin tuottama teho. Säteen laajentunen 18 arvoja tarkoitus käy selkeästi ilmi tästä lausekkeesta, koska säteen R toimisäteen lisäys saa aikaan tehon tiheyden E ‘ 30 lisääntymisen polttopisteessä. Lisäksi linssiosa 46 on tyypillisesti lyhyen polttovälin sisältävä linssi, jonka polttoväli on 70-80 mm siten, että yli 6 kW/cm2n tehon tiheydet . : · voidaan helposti saada aikaan säteen 12, 26 polttopisteessä.

... Toinen linssiosa 48 voidaan sijoittaa sarjaan kokoavan linssiosan 46 kanssa pullon 14 ; pinnalla mahdollisesti olevien epätasaisuuksien korvaamiseksi. On huomattava, että 35 tällaista korjaavaa linssiä ei tarvita, jos merkittävän kappaleen 14 pinta on tulevaan säteeseen nähden oleellisesti tasainen; mainitun kaltaisen linssin tarve poistuu kokonaan, 6 110853 mikäli ensimmäisen osan 46 polttovälin pituus vaihtelee ja mikäli se on esimerkiksi tasainen etulinssi. Kuitenkin on huomattava, että yhden tai useamman optisen osan käyttö on erityisen yksinkertainen ja hienostunut tapa varmistaa, että säde 12, 26 kohdistuu kappaleen 14 pintaan pinnalla mahdollisesti esiintyvistä epätasaisuuksista huo-5 limatta.

Turvallisuuden kannalta kaksi laseria 10 ja 24 ja niiden vastaavat säteet 12 ja 26 on suljettu suojakammioon 52 kuvion 2 mukaisesti yhdistetyn säteen 12, 26 poistuessa suojakammiosta 52 vasta kulkiessaan linssikokoonpanon 44 läpi. Pääsy kahteen laseriin 10 ja 24 sekä vastaavien säteiden 12, 26 reitillä sijaitseviin eri optisiin osiin on 10 mahdollista ovipanelin 54 avulla; mainittu paneli on varustettu lukituksella 56, joka estää C02-laserin 10 ja He-Ne-laserin 24 toiminnan ovipanelin ollessa auki.

240 V:n yksivaiheinen sähköinen verkkojännite syötetään ovipanelin lukituksen 56 kautta pääjakeluyksikköön 58, joka sijaitsee erillään suojakammiosta 52 kammion alapuolella sen estämiseksi, että mahdolliset sähköiset vaikutukset pääsisivät häiritse-15 mään laserien 10 ja 24 toimintaa. Jakeluyksiköstä 58 sähköinen pääjännite syötetään C02-laseriin 10 ja He-Ne-laseriin 24 sekä C02-laseria 10 jäähdyttävään jäähdytinyk-sikköön 60. Lisäksi sähköistä pääjännitettä syötetään askelmoottoriin 34 ja tietokoneeseen 62. Kolme AC/DC -konvertteria ja niihin liittyvää jännitteensäädintä tuottavat • ·, 12 V:n, ±10 V:n ja ±28 V:n säädeltyä jännitettä, jotka vastaavasti syötetään He- 20 Ne-laseriin 24 pumppausmekanismin helpottamiseksi ja pääyksikköön 32, jossa käyte tään etenkin ±28 V:n syöttöä ensimmäisen ja toisen galvanometrin 40 ja 42 virroitta-miseksi; ±10 V:n jännitettä syötetään galvanometreihin ensimmäisen ja toisen peilin 36 ja 38 ennalta määritetyn liikkeen tuottamiseksi. Käyttämällä tietokonetta 62 modu-.:.· lotinaan ±10 V:n syöttöä voidaan ensimmäisen ja toisen galvanometrin peilien 36 ja .: : 25 38 eri liikkeet toteuttaa tietokoneohjelman valvonnassa.

Käytössä C02-laserin 10 ulos lähettämän lasersäteilyn 12 säteen avulla muodostetaan valaistu piste pullon 14, merkittävän kappaleen, pinnalla sijaitsevaan kohtaan. Tätä pistettä voidaan sitten pyyhkäistä pullon pinnan poikki yhden tai molempien galva-’; ]: nometripeilien 36 ja 38 liikkeen tuloksena.

.!. ’ 30 On hyvin tunnettua, että lasi ja jotkin muut sähkömagneettista säteilyä johtavat mate- ;., riaaiit sähkömagneettisen spektrin näkyvällä alueella eivät johda sähkömagneettista ' · · ‘ säteilyä, jonka aallonpituus on 10,6 pm, ja että C02-laseri tuottaa juuri tällä aallonpi- : :': tuudella olevaa lasersäteilyä. Tästä huolimatta hakija on havainnut, että on mahdollista varustaa läpinäkyvä kappale, esimerkiksi lasi, pinnanalaisella merkillä käyttämällä 35 C02-laseria.

7 110853

Merkitsemisprosessin ymmärtämiseksi on tärkeä muistaa, että lasersäteilyn säteen absorptio materiaaliin on progressiivinen tai statistinen prosessi, ja että säteen energia absorboituu aina kooltaan äärellisenä säteen vuorovaikutusmääränä (Beam Interaction Volume, BIV). Siten tässä yhteydessä BIV voidaan määrittää sinä määränä, minkä ra-5 joissa mielivaltaisen suuri osa, esim. 95 %, tulevan säteen energiasta absorboituu. Sähkömagneettisen spektrin näkyvällä alueella olevan sähkömagneettisen säteilyn ja näillä aallonpituuksilla johtavan lasikappaleen kohdalla BIV voi olla hyvin suuri verrattuna kyseessä olevan kappaleen kokoon. Sitä vastoin 10,6 pm.n aallonpituudella olevan sähkömagneettisen säteilyn kohdalla kokeet ovat osoittaneet, että saman lasi-10 kappaleen BIV on säteen etenemissuunnassa syvyydeltään 8,0-16 pm sellaisen säteen kyseessä ollessa, jonka tehon tiheys on 6-10 kW/cm . Siten vaikka käytännöllisimpiin tarkoituksiin lasersäteilyn 12 säteen voidaan ajatella absorboituvan merkittävän kappaleen 14 "pinnalla", se seikka, että jopa 8,0 pm:n koko on helposti havaittavissa käyttämällä elektronimikroskooppitekniikkaa merkitsee sitä, että on välttämätöntä tarken-15 taa mitä tarkoitetaan termillä "johtamaton". Siten sekaannusten välttämiseksi tässä yhteydessä termi "johtamaton", kun sitä käytetään kuvaamaan merkittävää materiaalia, viittaa materiaaliin, joka pystyy absorboimaan 95 % lasersäteilyn tulevan säteen energiasta matkalla, joka on lyhyempi kuin se pituus, kuinka kaukana pinnanalainen merkki sijaitsee pinnasta.

• ' ·': 20 Siitä huolimatta, että 95 % lasersäteilyn energiasta absorboituu BIV:n rajoissa, säteen • vaikutus merkittävään kappaleeseen ei rajoitu pinnan tälle alueelle. Säteen kuumenta- , ·. va vaikutus voidaan esimerkiksi tuntea BIV-alueen ulkopuolella, koska lasilla on mer kittävä lämmönjohtokerroin. Samoin mahdollinen tuloksena oleva jännityskuvio saattaa myös suuntautua lasin sen alueen ulkopuolelle, johon lasersäde suoraan vaikuttaa, ;1; 25 samalla tavalla kuin ikkunaruudussa oleva jännityskuvio suuntautuu lasissa etenevän halkeaman kärjen ulkopuolelle. Siten on huomattava, että periaatteessa säteilyn fysikaaliset seuraukset voivat olla havaittavissa kaukana BIV-alueesta sijaitsevassa kohdassa.

. ·. : Tämä tilanne on pääkohdittain esitetty kuviossa 3; siinä on kuvattuna materiaalikappa- 1’ 30 le, jonka BIV-alueella tulevan säteen energiasta mielivaltainen osa häviää materiaaliin.

BIV-aluetta ympäröi johtava lämpövyöhyke (Conductive Heating Zone, CHZ), jonka rajat on BlV:n tavoin määritettävä mielivaltaisten rajojen puitteissa. Johtavan lämpö-: ’ vyöhykkeen takana sijaitsee jännitetty vyöhyke, jonka jännitykset ovat tulosta BIV- V alueella ja joko koko CHZ-vyöhykkeessä tai sen osassa tapahtuneiden materiaalin fy- i’ ; 35 sikaalisten ulottuvuuksien termisesti indusoiduista muutoksista. Näiden jännitysten • * suuruuden vaihtelu säteittäisen etäisyyden funktiona tulevasta säteestä on osoitettu 8 110853 käyrällä 66, josta voidaan nähdä, että maksimijännityksen 68 viiva voidaan vetää lähelle sekä BIV- että CHF-vyöhykkeiden rajoja.

On havaittu, että käyttämällä C02-laseria, jonka tehon tiheys on 6kW/cm2-10kW/cm2, lasikappaleeseen on mahdollista tuottaa merkki 40-50 pm syvemmälle kuin mihin la-5 sersäteily tunkeutuu. Tämä merkki, joka poikkileikkaukseltaan on kuperan linssiosan muotoinen, on tavallisesti syvyydeltään (ts. säteen suunnassa olevalta ulottuvuudeltaan) 10,8 pm ja halkaisijaltaan 125 pm, ja sen on ajateltu syntyvän lasissa tapahtuvan termisen vuorovaikutuksen tuloksena.

Tässä yhteydessä on huomattava, että mahdolliset lasersäteilyn ja materiaalikappaleen 10 väliset vuorovaikutuslajit voidaan luokitella kolmeen luokkaan kyseessä olevan laser-säteilyn tehon tiheydestä riippuen. Lisääntyvän tehon tiheyden järjestyksessä mainitut luokat ovat seuraavat: 1. Fotokemialliset vuorovaikutukset, joihin kuuluvat fotoinduktio ja fotoaktivaatio; 2. Termiset vuorovaikutukset, joissa tuleva säteily absorboidaan lämpönä; ja 15 3. Ionisoivat vuorovaikutukset, joihin kuuluu säteiletyn materiaalin ei-terminen valo- kemiallinen hajoaminen.

.: Näiden kolmen vuorovaikutusluokan kynnysten välinen ero on selkeästi havaittavissa vertailtaessa tyypillistä, suuruudeltaan 10' W/cm olevaa tehon tiheyttä, joka vaadi-: : ; taan fotokemiallisen vuorovaikutuksen tuottamiseksi, ja 1012W/cm2:n suuruista tehon :"': 20 tiheyttä, joka on tyypillinen esimerkiksi fotoablaation ja valon hajaannuksen kaltaisille ; ionisoiville vuorovaikutuksille.

’ ·' ' Linssin muotoisen merkin, joka on paljaalle silmälle näkymätön, mutta jota voidaan tarkastella käyttämällä kaksoismikroskooppia sekä kirkkaan kentän valaistuksessa että poikittaisten polaroivien suodattimien välissä, on havaittu sisältävän terävästi muotoil-25 lun alareunan. Tämä havainto on johtanut teorisointiin, että merkki edustaa lasissa ’.: olevien sellaisten atomien rajakohtaa, jotka imevät tulevasta säteestä riittävästi energi- ;aa niiden ja muidenkin sidosten hajottamiseksi, joilla ne on sidottu rinnakkaisiin ato-!meihin. Kuten tästä mallista saatetaan odottaa, jännitetty alue suuntautuu linssimäisen ;,, merkin alemman reunan ulkopuolelle ja lasikappaleen sisään. Mainittu jännitetty alue, ’ · ‘ 30 jonka ulottuvuus voi säteen suunnassa olla enintään 60 pm, on myös paljaalle silmälle : : ’ näkymätön, mutta se voidaan saada näkyväksi polaroidussa valossa.

9 110853

On havaittu, että linssinmuotoinen merkki ja siihen liittyvä jännitysalue voidaan ainoastaan tuottaa käyttämällä C02-lasersädettä, jonka energiatiheys on kapeasti rajatulla alueella. Mikäli lasin absorboima energiamäärä on liian pieni, lämpögradientti ei riitä aiheuttamaan havaittavaa jännitysaluetta. Käänteisesti mikäli absorboitu energiamäärä 5 on liian korkea, lasin pinta saattaa sulaa tai lasi saattaa muutoin haljeta maksimijännityksen linjaa pitkin ja irrota. Tämä "murtumisena" tunnettu lasin halkeaminen ei ainoastaan kevennä lasiin jäänyttä jännitystä, vaan se myös tekee merkin sekä paljaalla silmällä näkyväksi että mahdollisesti havaittavaksi pinta-analyysin avulla.

Kuvatussa sovelluksessa lasersäteilyn 12 säde pyyhkäistään pullon 14 pinnan poikki 10 2-3 m/s keskinopeudella sellaisten kuvioiden tuottamiseksi, joita voidaan käyttää aak kosnumeeristen merkkien yhteydessä. Kuitenkin sen sijaan, että liikutaan vakionopeudella suoraviivaisen pyyhinnän toisesta päästä toiseen, säde pikemminkin pyyhkäistään kasvavien askelten sarjana näiden lisätessä näin tuotettujen merkkien asetusta ja erottelua. Tämän tuloksena säteen nopeus vaihtelee suunnilleen sinimuotoisesti nollan, 15 jolloin säde on yhden kasvavan askeleen jommassakummassa päässä ja siten tehokkaassa lepotilassa, ja noin 3 m/s:n välillä kahden pään puolivälissä olevassa kohdassa. Niin muodoin vaikka säteen tehon tiheys pidetään vakiona, eri kohdat pullon pinnalla joutuvat kohtaamaan eritasoista säde-energiaa. On havaittu, että energiantiheysikkuna edellä mainitun merkin tuottamiseksi on riittävän kapea siten, että linssin muotoinen 20 merkki ja siihen liittyvä jännitysalue ovat havaittavissa ainoastaan niissä kohdissa, joissa säde on tehokkaassa lepotilassa. Tämän tuloksena on se, että polaroidussa valossa lasersädettä pullon pinnan poikki pyyhkäisemällä aikaansaadut jännitysalueet näky- vät pisteiden sarjana. Säätelemällä siten galvanometripeilien 36 ja 38 liikettä lasersä dettä 12 on mahdollista pyyhkäistä pullon 14 pinnan poikki siten, että pulloon "kirjoi-: 25 tetaan" mikä tahansa toivottu symboli pistematriisimuodossa.

Vaihtoehtoisessa sovelluksessa sama pistematriisimuoto voidaan saavuttaa pyyhkäisemällä säde pullon pinnan poikki vakionopeudella vaihdellen samalla jaksoittain sen tehon tiheyttä kahden tason välillä kynnyksen molemmin puolin Unssin muotoisen . : merkin ja siihen Uittyvän jännityskuvion tuottamiseksi. Tämän kaltainen vaihteleva 30 tehon tiheys voidaan esimerkiksi saada aikaan asettamalla sinimuotoinen aalto 70 la-‘1 . sersäteilyn nehöaaltopulssin 70 päälle kuviossa 4 kaaviomaisesti esitetyllä tavalla.

:,: Olettaen, että kynnys edellä mainitun merkin tuottamiseksi on katkoviivalla 74 osoite- : ((t tulla tehotasoUa, saattaisi olla odotettavissa nähdä pistemäisiä jännitysalueita lasissa : ,·’ siten, että ne sijaitsevat toisistaan erillään sen matkan verran, joka vastaa lasersäteen '' ‘ . 35 pyyhkäisemää matkaa tehon tiheyden profiilin 78 peräkkäisten maksimien 76 välissä.

10 110853

Kummassakin edellä kuvatussa sovelluksessa on ajateltu, että lasin absorboiman energian asteittainen kasvu kohdissa lähempänä sitä kohtaa, johon merkki tehdään, antaa lasille rajoitetussa määrin kyvyn lämpökäsitellä itseään. Tätä on tarkasteltava sellaista kokoonpanoa vastaan, jossa lasersäde on sykähtelevä tuottaen sarjan merkkejä mieli-5 vahaisen etäisyyden päässä toisistaan sijaitseviin kohtiin. Edellä mainittujen sovellusten itselämmittävän luonteen on katsottu tuottavan merkityn kappaleen, jonka lujuus ei kärsi merkintäprosessista.

Kuvattujen menetelmien avulla tuotettujen, peräkkäisistä pisteistä muodostettujen kuvioiden tuloksena on myös jännitysalueiden paikallinen suuntauksen muutos lasissa ja 10 siten niiden läpi kulkevan valon polarisaatiotasossa. Tämä helpottaa merkkien havaitsemista ja saa aikaan tunnusomaisen "ristipistokuvion", jonka esimerkki on kuvattuna kuviossa 5.

Edelleen toisessa sovelluksessa pistekuvion tuottamisen sijasta kuvattua laitetta voidaan pikemminkin käyttää tuottamaan yhdestä tai useammasta jatkuvasta viivasta 15 muodostuva merkki. Tätä tarkoitusta varten lasersäteilyn 12 säde voidaan pyyhkäistä merkittävän kappaleen pinnan poikki vakionopeudella samanaikaisesti, kun säteen tehon tiheys pidetään vakiotasolla juuri kynnyksen yläpuolella linssimäisen merkin ja siihen liittyvän jännityskuvion tuottamiseksi.

Edelleen toisessa sovelluksessa sädettä voidaan käyttää valaisemaan peite sen sijaan, , 20 että lasersäteilyn 12 säde pyyhkäistäisiin merkittävän kappaleen 14 pinnan poikki. Si- • , joittamalla peite merkittävän kappaleen eteen ja varustamalla se yhdellä tai useammal- : ‘ la aukolla tulevan säteen valikoidut osat voidaan saada osumaan kappaleeseen ja tuot- : :' tamaan siten ennalta määritetyn muotoinen merkki.

> I · I ·

Jonkin edellä mainitun sovelluksen mukaisesti tuotettujen merkkien havaitsemiseksi 25 merkitty kappale voidaan sijoittaa ristitasopolaroijien parin väliin ja valaista voimakkaalla valonsäteellä. Tämän tuloksena jännitysalueet tulevat näkyviksi kirkkaina alueina tummaa taustaa vasten.

> ·

Kuviossa 6 on kuvattu esimerkki laitteesta, jota käytetään tarkasteltaessa minkä tahan-” . sa edellä kuvatun sovelluksen mukaisesti tuotettuja merkkejä; se sisältää rungon 100, v 30 joka on samankaltainen kuin piirtoheittimen alustassa käytetty runko. Runko 100 si-: ,, sältää lampun 102, ja se on varustettu ylemmällä lasisella työstöpinnalla 104; tämän > ,·’ pinnan ja lampun 102 väliin on sijoitettu Fresnelin linssi, joka pystyy tuottamaan sä- · teiden peruskollinoinnin. Ristitasopolarointisuodatin 108 on sijoitettu työstöpinnan 104 ja Fresnelin linssin 106 väliin samalla, kun runko 100 on varustettu tuulettimella 110853 11 110 laitteen turvallisen käyttölämpötilan säilyttämiseksi. Tuuletin on samanlainen kuin tietokonejärjestelmissä käytettävät tuulettimet. Lisäksi runkoon 10 on sijoitettu sä-leiköllä varustettu aukko 112 ilman läpikulkua varten. Lampun 102 voimakkuutta voidaan säätää himmentimellä.

5 Merkityssä kappaleessa 14 olevien jännitysalueiden tarkastelemiseksi kappale on sijoitettu työstöpinnan 104 päälle ja sitä katsotaan käyttämällä sopivalla suodattimella 116 varustettua xlO-suurennuslasia. 1 Ϊ » • *

Claims (13)

1. Menetelmä materiaalikappaleen (14), jonka lämmönjohtavuus on suunnilleen sama kuin lasin, valmistamiseksi pinnanalaisella merkillä, menetelmän käsittäessä seuraavat vaiheet: kappaleen (14) pinnalle suunnataan lasersäteilyn säde (12), mate- 5 riaalin pinnan absorboiman säde-energian ollessa riittävä tuottamaan kappaleeseen (14) paikallisia jännityksiä mainitusta pinnasta erillään olevaan kohtaan ilman havaittavaa muutosta mainitussa pinnassa, näin tuotettujen paikallisten jännitysten ollessa normaalioloissa paljaalle silmälle näkymättömiä, mutta ne voidaan tehdä näkyviksi polaroidussa valossa, tunnettu siitä, että lasersäteily valitaan siten, että kap-10 pale (14) absorboi noin 95 % tai enemmän tulevan säteen (12) energiasta välimatkalla, joka on pienempi kuin pinnanalaisen merkin ja pinnan välinen etäisyys.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa paikallisten jännitysten aikaansaama merkki sisältää yhden tai useamman numeron, kirjaimen, symbolin tai näiden yhdistelmän.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, jossa lasersäteilyn säde (12) keskitetään muodostamaan valaistu piste kappaleen (14) pinnalla olevaan kohtaan, pisteen ollessa liikutettavissa merkittävään kappaleeseen (14) nähden, jolloin mahdollistetaan se, että paikallisten jännitysten tuottama merkki on ennalta määritetyn muotoinen.

4. Förfarande enligt patentkrav 3, vid vilket punkten flyttas i förhällande till stycket som skall märkas (14) sa att det bildas ett längsträckt omräde av lokala 5 spänningar, som syns som en linje da det synliggörs av polariserat ljus.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, jossa pistettä liikutetaan merkit tävään kappaleeseen (14) nähden siten, että tuotetaan paikallisten jännitysten muo-’ · dostama pitkänomainen alue, joka ilmestyy polaroidussa valossa näkyviin viivana. v ' 5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, jossa pistettä liikutetaan merkit tävään kappaleeseen (14) nähden siten, että tuotetaan sarja paikallisten jännitysten 25 erillään olevia alueita, jotka polaroidussa valossa ilmestyvät näkyviin pisteiden sarjana. » * ' · ’ * 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, jossa paikallisten jännitysten eril- *· listen alueiden sarjat muodostetaan liikuttamalla pistettä vakionopeudella merkittä- :' i1 vän kappaleen (14) suhteen ja muuttamalla jaksoittain säteen (12) tehon tiheyttä. •; *. 30 7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, jossa paikallisten jännitysten eril- ; listen alueiden sarja muodostetaan säilyttämällä säteen (12) tehon tiheys olennaises- ti vakiona ja muuttamalla aikaa, jolloin pistettä käytetään valaisemaan pinnalla olevat peräkkäiset kohdat. 13 110853

5. Förfarande enligt patentkrav 3, vid vilket punkten förflyttas i förhällande tili stycket som skall märkas (14) för att bilda en serie av skilda omräden av lokala spänningar, vilka syns som en serie punkter dä de görs synliga av polariserat ljus.

6. Förfarande enligt patentkrav 5, vid vilket seriema av skilda omräden av lokala 10 spänningar bildas genom att flytta punkten med konstant hastighet i förhällande tili stycket som skall märkas (14) och genom att periodvis variera strälknippets (12) effekttäthet.

7. Förfarande enligt patentkrav 5, vid vilket seriema av ätskilda omräden av lokala spänningar bildas genom att hälla strälknippets (12) effekttäthet konstant och 15 genom att variera den tid punkten används för att belysa efter varandra följande stäl-len pä ytan. . 8. Förfarande enligt patentkrav 7, vid vilket punkten flyttas i förhällande tili stycket som skall märkas (14) med en hastighet som varierar periodvis mellan noll och 3 m/s. : 20 9. Förfarande enligt patentkrav 8, vid vilket punkten flyttas i förhällande tili : stycket som skall märkas (14) med en medelhastighet mellan 2 och 3 m/s.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, jossa pistettä liikutetaan merkittävän kappaleen (14) suhteen nopeudella, joka vaihtelee jaksoittain nollan ja 3 m/s:n välillä.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, jossa pistettä liikutetaan merkit-5 tävän kappaleen (14) suhteen 2-3 m/s:n keskinopeudella.

10. Förfarande enligt nägot av patentkraven 5-9, vid vilket den strälenergi som absorberas pä efter varandra följande ställen pä ytan varierar jämnt frän ett ställe tili ett annat. 25 11. Förfarande enligt nägot av patentkraven 3-10, vid vilket lasersträlningens ef- ." · fekttäthet pä punkten är upp till 10 kW/cm . : : 12. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, vid vilket strälknippet (12) av laser- : ' ‘: strälning fäs att upplysa en mask som placerats framför stycket som skall märkas , ’. ‘ (14), varvid masken har en eller flera öppningar, varvid märket som bildas av lokala ;: ; 30 spänningar kan ha en förutbestämd form. 15 110853

10. Jonkin patenttivaatimuksen 5-9 mukainen menetelmä, jossa pinnalla peräkkäisissä kohdissa absorboidun säteen energian määrä vaihtelee tasaisesti kohdasta toiseen.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 3-10 mukainen menetelmä, jossa lasersäteen te-10 hon tiheys pisteessä on jopa 10 kW/cm .

12. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, jossa lasersäteilyn säde (12) saatetaan valaisemaan merkittävän kappaleen (14) eteen sijoitettu peite, jossa on yksi tai useampi aukko, jolloin mahdollistetaan se, että paikallisten jännitysten tuottama merkki on ennalta määritetyn muotoinen.

13. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, jossa lasersä teilyn säde (12) tuotetaan C02-laserin avulla. *. 1. Förfarande för att ästadkomma ett stycke av ett material (14) med en värme- konduktivitet som är ungefär den samma som glasets med tillhjälp av ett märke un-! 20 der ytan, innefattande steg för att mot styckets (14) yta rikta ett strälknippe (12) av ; laserstraining, varvid stralenergin som absorberas av materialets yta är tillräcklig för att producera lokala spänningar inom stycket (14) pä en punkt som är atskild frän nämnda yta utan märkbar ändring av nämnda yta, varvid de sälunda producerade lokala spänningama är normalt osynliga med bara ögat men kan göras synliga med 25 polariserat ljus, kännetecknat av att lasersträlningen väljs sä att ca 95 % eller mera av energin i det inkommande strälknippet (12) absorberas av stycket (14) pä en sträcka som är mindre än avständet mellan märket under ytan och själva ytan. > » » v 2. Förfarande enligt patentkrav 1, vid vilket märket som bildas av lokala spän ningar representerar en eller flera siffror, bokstäver, symboler, eller en kombination ; ‘7 30 avdessa. ' 3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, vid vilket strälknippet (12) av laser- strälning koncentreras sä att det bildas en upplyst punkt pä styckets (14) yta, varvid 14 110853 punkten kan flyttas i förhällande till stycket som skall märkas (14), varvid märket som bildats av lokala spänningar kan ha en förut bestämd form.

12 110853

13. Förfarande enligt nägot av föregäende patentkrav, vid vilket strälknippet (12) av laserstraining genereras med C02-laser.