SK1282000A3

SK1282000A3 - Tracking metallic objects by information incorporated therein

Info

Publication number: SK1282000A3
Application number: SK128-2000A
Authority: SK
Inventors: Janos Beli; Robert Keszte; Gyorgy Molnar; Gyorgy Posgay; Alfonz Szamos; Janos Takacs
Original assignee: Magyar Allamvasutak Reszvenyta
Priority date: 1997-07-28
Filing date: 1998-07-28
Publication date: 2000-08-14
Also published as: AU8554298A; CA2297207A1; CN1265212A; HUP9701312A3; NO20000431D0; HRPK20000019B1; KR20010022327A; HRP20000019A2; HU9701312D0; HUP9701312A2; EP1000405A1; US6527193B1; BR9811295A; NO20000431L; WO1999005636A1; SI20226A

Description

Oblasť techniky

Predmetom vynálezu je spôsob komplexnej prípravy značenia alebo systémov značiek prostredníctvom modifikácie štruktúry alebo vnútorného napätia vo vnútri materiálov a spôsob nedeštruktívneho čítania týchto značiek alebo skupín značiek. Toto poskytuje komplexný systém značkovania a čítania značiek, takže na jednej strane ide o spôsob a na druhej strane o systém zariadenia na vytváranie značiek prostredníctvom zmeny štruktúry (textúry), alebo lokálneho tlaku vo vrstve blízko povrchu materiálov prostredníctvom spracovania povrchu pôsobením energie vysokej hustoty (HED). Počas procesu je informácia aplikovaná pomocou lúča cieleného (koncentrovaného) na povrch, s hustotou energie nastavenou podľa úrovne hladiny zaisťujúcej nezvratné zmeny v štruktúre aspoň povrchovej vrstvy materiálu. Značky môžu byť čítané nedeštruktívnym a bezdotykovým spôsobom prostredníctvom merania hodnôt magnetických, elektrických alebo akustických charakteristík a informačný obsah (kódovaný) alebo pozícia (umiestnenie) značiek môžu byť určené pomocou špeciálnych elektronických a meracích systémov.

Doterajší stav techniky

WO-A-94/1 1146 opisuje systém na označovanie kovových objektov aplikáciou a následným čítaním a porovnávaním informácií v nich obsiahnutých s uloženými dátami, systém obsahuje zariadenie na aplikáciu informácie na objekt predpísaným vzorom, zariadenie na uchovanie a zariadenie na čítanie informácií z označených predmetov. Značky sú vytvárané prenosom tepelnej energie podľa predpísaného vzoru s použitím lasera sústavne meniaceho povrchovú vrstvu predmetu do predpísanej hĺbky. Zariadenie na čítanie informácií obsahuje zariadenie na dodávanie energie, ktoré aktivizuje povrchovú vrstvu označeného predmetu pôsobením svetla a optickú detekčnú jednotku na rozpoznanie zodpovedajúceho signálu odozvy vyvolanej na označenom predmete uvedeným vybudzovacim svetlom a jednotkou na obnovu informácií z odchýlok zapríčinených lokálnymi nepravidelnosťami zodpovedajúceho signálu odozvy. Tieto označenia sú často výhodné a používatelia dosiahnu ich používaním svoj cieľ, ale v niektorých prípadoch sú nedostatočné, nakoľko môžu byť ľahko falzifikované.

V mnohých prípadoch môže byť dôležité, aby informácie neboli ľahko čitateľné, t.j. informácie by mali byť utajené. V iných prípadoch tradičné vizuálne (optické) čítanie nemôže byť spoľahlivo použité vzhľadom na podmienky okolia (napr. znečistenie, korózia). Cieľom vynálezu je vyvinúť systém na označovanie kovových objektov aplikovaním a následným čítaním značiek, značky obsiahnuté vo vnútri alebo na povrchu uvedených predmetov a porovnávanie prečítaných informácií s nahranými informáciami, ktoré systém porovnáva a značkovacie zariadenie aplikujúce informácie na predmet podľa predpísaného vzoru, záznamové zariadenie a zariadenie na čítanie informácie z označeného predmetu.

Proces poskytuje ešte ďalšie informácie o rozdielnych spôsoboch aplikácie značiek uchovávajúcich informáciu, zahrnuje spôsoby na čítanie, nástroje na to použiteľné, ako je to definované v pripojených patentových nárokoch.

Podstata vynálezu

Príprava znakov, značiek alebo skupín značiek známych charakteristík pôsobením energie vysokej hustoty (napr. laser) na vrstvy materiálu blízke povrchu. Značky uchovávajú analógové alebo digitálne informácie, ktoré môžu pomôcť pri identifikácii, sú kódované (napr. identifikačné sériové čísla s čiarovým kódom), alebo určené geometrickým umiestnením (napr. vzdialenosťou jednotiek miery dĺžky). Značky môžu byť neviditeľné (napr. pokryté náterom, zapustené do plastu alebo papiera, alebo môžu byť dokonca pod skorodovanými povrchmi). Značky môžu byť čítané s alebo bez akejkoľvek vzduchovej medzery, s nehybnou a posuvnou hlavou. Zakódované informácie značiek môžu byť dekódované pomocou špeciálnych elektronických zariadení. Predpísané odstupy môžu byť určené špeciálnym meracím prístrojom.

Predkladaná patentová prihláška ponúka vhodné spôsoby riešenia týchto úloh technicky vyspelým spôsobom a zostavené do systémov.

V prípadoch objasnených v prihláške je informácia poskytovaná trvalou modifikáciou materiálovej štruktúry vyvolanou vo vrstve blízko povrchu a prostredníctvom čitateľnosti jej zjavných magnetických, elektrických alebo akustických charakteristík. Je veľmi vhodné použiť štrukturálne zmeny, ktoré sa dajú zmerať (čítať) skenovaním bez deštrukcie alebo bez významného oslabenia signálu dokonca aj cez povlak (náter, korózia) nedeštruktívne bez akéhokoľvek kontaktu. Štrukturálna zmena môže byť na rôznych materiáloch rôzna (napr. pre oceľ sú vhodné zmeny materiálovej štruktúry, stave zvyškového napätia a tiež aj v magnetickej štruktúre).

Princípy (fyzikálne a štrukturálne) vytvárania a čítania signálov

S lokálnymi zmenami v štruktúre a/alebo stave zvyškového napätia vo vrstve blízko povrchu materiálu, vykazujú príslušnú lokálnu odchýlku aj magnetické, elektrické a akustické vlastnosti.

Zmeny (reziduálne v podmienkach aplikácie) vyvolané privedením (alebo odstránením) lokálnej tepelnej energie môžu vyvolať vo všetkých pevných materiáloch lokálny pomalý pohyb materiálu (plastickú deformáciu), lokálne zmeny zvyškového napätia.

Ak pevná látka môže existovať v rôznych štrukturálnych stavoch (fázach, zrnitostiach, alotropických modifikáciách), aplikáciou spracovania použitím potrebnej hustoty energie je možné indukovať lokálne štrukturálne zmeny.

Je dobre známe, že elektromagnetické vlastnosti, ako permeabilita, koercitívna sila, atď., zmagnetizovateľných materiálov závisia na štruktúre materiálu a na jeho napätí.

Pre magnetizovateľné materiály budú teda lokálne zmeny napätia vyvolávať lokálne zmeny magnetických vlastností.

Napríklad, pre nízkouhlíkové ocele (”0,1%) Barkhausenov šum (BN) v stave napätia blízko hranice tečenia môže byť niekoľkonásobný oproti hodnote v stave bez napätia.

V zmagnetizovateľných materiáloch lokálne modifikovaná materiálová štruktúra (alebo v nezmagnetizovateľných materiáloch lokálne magneticky modifikovaná štruktúra materiálu) sa bude prejavovať v lokálnych zmenách magnetických vlastnosti.

Napríklad pre konštrukčné ocele (0,2 - 0,8 % C), je možné indukovať zónovú, martenzitickú transformáciu prostredníctvom tepelného spracovania povrchu vykonaného laserom s dostatočne vysokou hustotou toku energie a vyvolanú vysokou rýchlosťou vnútorného prenosu tepla zaisteného samotným materiálom. Magnetický Barkhausenov šum pri tých istých podmienkach je v zóne martenzitickej transformácie len zlomkom hodnoty u pôvodného materiálu, teda geometrická lokalizácia a veľkosť vyžíhanej zóny je ľahko rozpoznateľná na základe merania Barkhausenovho šumu.

Napríklad: ako výsledok lokálneho spracovania sa prejavia feromagnetické zmeny v antikoróznej austenitickej oceli, ktoré (pochopiteľne) majú za následok zmenu merateľnej hodnoty magnetického Barkhausenovho šumu.

Z vyššie uvedeného vyplýva, že meraním magnetických vlastností je možné dôjsť k deduktívnym záverom o stave napätia a jeho zmenách, na základe ktorých môže byť určené miesto a isté charakteristické vlastnosti spracovania.

Lokálne zmeny v materiálovej štruktúre dosiahnuté pomocou spracovania, vykonaného s dostatočnou hustotou energie budú indukovať lokálne zmeny elektrickej vodivosti vodivých materiálov, umožňujúc teda určenie miesta a určitých charakteristík spracovania.

Zmeny v textúre a mechanickom napätí zapríčiňujú zmeny v akustických charakteristikách (rýchlosť, útlm).

Príprava značenia (v základnom materiáli, v polotovare a v hotovom výrobku,!

Značky môžu byť typicky pripravované postupmi s vysokou hustotou energie. Toto zahŕňa pôsobenie laserom, plazmou, iónmi, elektrónmi a zväzkom svetelným lúčov zaostrených do ohniska (záleží na želaných geometrických charakteristikách a materiáli), ale môžme uvažovať aj o akýchkoľvek iných spôsoboch, ktoré môžu vytvárať lokálne štrukturálne zmeny pomocou svojej hustoty energie zapríčiňujúcej intenzívne ohrievanie alebo ochladzovanie.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález, jeho ďalšie charakteristiky, výhody, uskutočnenia, prostriedky sú detailne opísané s odkazom na priložené výkresy respektíve neohraničujúce príklady. Na výkresoch:

Obr. 1 znázorňuje prípravu značiek laserovým lúčom, posúvaním zaostreného laserového lúča sa tepelné zmeny, ktoré sú postačujúce na zabezpečenie lokálnych štrukturálnych zmien, prejavujú na povrchu opracovávanej časti (materiálová štruktúra, zvyškové napätie).

Obr. 2 znázorňuje schematické usporiadanie možnej skupiny značiek, kde elipsy vytvorené okolo skupiny značiek limitujú vrcholy napätia (potenciálne poškodzujúceho štruktúru).

Obr. 3 znázorňuje možné meracie zariadenie na čítanie označení za pohybu na natretých povrchoch komponentov prostredníctvom merania Barkhausenovho šumu

Obr. 4 znázorňuje možné usporiadanie indukčnej sondy na meranie toku (napr. na meranie magnetického Barkhausenovho šumu).

Obr. 5 znázorňuje čiarový systém pozostávajúci z kontrolných čiar a dátových čiar, čitateľný pomocou dvoch nezávislých meracích kanálov a distribúciu signálu produkovanú z párovaných signálov.

Obr. 6 znázorňuje možnú zostavu na meranie vzdialenosti v koľajnici železničnej trate.

Obr. 7 je identifikácia a určenie značiek pripravených modifikáciou textúry pomocou ultrazvuku.

Obr. 8 znázorňuje prípravu skupiny značiek s radiálne umiestnenými kontrolnými čiarami a dátovými čiarami a s rotujúcou duálnou magnetickou hlavou na vhodné čítanie.

Obr. 9 znázorňuje blokový diagram zariadenia na meranie rozptylu toku.

Obr. 10 znázorňuje schému charakteristických meracích parametrov na meranie rozptylu toku.

Obr. 11 znázorňuje schematický diagram veľkosti napätia indukovaného v sonde meracieho zariadenia znázorneného na obrázku 9 zapríčineného hustotou toku vytvárajúcou sa na značke.

Obr. 12 znázorňuje veľkosti napätia indukovaného v sonde meracieho zariadenia znázorneného na obrázku 9 tromi značkami v rôznej vzdialenosti, ak Šírka vzduchovej medzery sondy je úmerná šírke značky.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Pri opisovaní vynálezu sú uvádzané príklady, na základe ktorých, pri súčasnom zohľadnení poznatkov z príslušnej oblasti, bude odborník v odbore schopný uviesť tento vynález do praxe.

Na realizáciu rôznych uskutočnení vynálezu môžu byť výhodne použité systémy prenosu tepla s vysokými hustotami energie. Sem patria zväzky lúčov, selektívne riadené a zaostrované vhodnými prvkami (na dobre definovanú veľkosť), rôzne žiarenia, najmä svetlo, ktoré sú obvykle používané na opracovanie kovov (rezanie, tavenie, žíhanie) pomocou pôsobenia tepla. Prenos tepla môže byť uskutočnený spôsobom odstraňovania tepla, lokálnym chladením, napríklad vytvorením tepelného mosta, alebo nasmerovaním koncentrovaného prúdu chladiaceho média na povrch. Charakteristické údaje o hustote energie (P) a efektívnom priemere (d) technologických procesov s vysokou hustotou energie:

laser:	P=10³ -	10 W/mm²	d=l0'³ -	10° mm
elektrónový lúč	P=10³ -	10⁷ W/mm²	d=10‘³ -	10° mm
plazmový oblúk	P=10³ -	10⁴ W/mm²	d=10° -	10¹ mm

V prípade spracovania povrchu energiou vysokej hustoty (napr. laserom) ako výsledok vysokej energetickej hustoty sústredeného zväzku lúčov dopadajúcich na povrch, sa povrch zahrieva rýchlosťou asi 10⁷ K/s na teplotu vyššiu, ako je teplota transformácie, ktorá je charakteristická pre daný materiál (ale v závislosti na type spracovania povrchu môže dôjsť až ku taveniu). V dôsledku vzájomného pohybu medzi zväzkom lúčov a spracúvanou časťou, naznačeného šípkou 303 (obrázok 1), tepelný príkon spojený s bodom spracovávanej časti ustane po rýchlom raste teploty. Nakoľko rast teploty ovplyvní veľmi malý objem rádovo veľkosti sústredeného zväzku lúčov 101. po ukončení prívodu tepla okolitý veľký objem základného materiálu odstráni okamžite teplo z miesta spracovania, čím vyvolá rýchlosť ochladzovania skoro identickú s rýchlosťou ohrievania. Charakteristická črta kryštalických materiálov spočíva v tom, že štruktúra zmien ich vnútornej štruktúry, keď sú ochladzované z teplôt nad ich transformačnou teplotou, vedie ku zmenám štruktúry mriežky a tým ku zmenám stavu vnútorného napätia.

V prípade bodového prívodu tepla môže byť časť spracovávaného materiálu, ktorá nebola zahriata, považovaná aj za polonekonečný priestor, takže k odvádzaniu tepla dochádza v rovnakom množstve v každom smere polpriestoru. Výsledkom je vyžíhaná zóna s teoreticky polkruhovým priečnym priemerom, považovaná za značku 102. Predpísaná sada značiek 102 sa nazýva skupina 201 značiek (obrázok 2.)

Lokálne polia vnútorných napätí, zapríčinené vyžíhanými zónami, by mali byť chránené pred ničivými vplyvmi alebo oslabením napätia vhodnými usporiadaniami, zatiaľ čo súčasne musí byť štruktúra chránená pred eventuálnou ne8 vhodnou koncentráciou napätia zapríčinenou vyžihanými zónami. Jedným spôsobom je oddeliť od okolia z hľadiska napätia značky 102 alebo skupinu 201 značiek ich umiestnením dovnútra uzavretej napätie obmedzujúcej vyžíhanej krivky

202. Elipsy okolo skupín 201 značiek na obrázku 2 znázorňujú toto riešenie.

Technologické údaje laserového (alebo iného, napríklad elektrónového) lúča značky závisia na počte parametrov. Typicky, tie, ktoré sú určené na úvodné technologické experimenty, zodpovedajú použitiu.

Účinok pôsobenia lasera na povrch je značne ovplyvňovaný schopnosťou povrchu absorbovať lúč a vlnovou dĺžkou lasera. (Vlnová dĺžka lasera použitá na označenie môže byť vyberaná z dostupného sortimentu.) Zvýšením absorpcie na danej vlnovej dĺžke bude rovnaký výkon lasera transformovať väčší objem, alebo naopak, znížený výkon lasera môže vytvoriť značky s rovnakou hĺbkou.

Napríklad údaje o laserovej technológií (energia lúča, veľkosť osvetleného bodu, relatívna rýchlosť pohybu lúča, atď.) sú ovplyvňované vlastnosťami materiálov, kvalitou (zloženie, drsnosť povrchu, schopnosť absorpcie lúča, atď.), kvalitou laserového lúča (vlnová dĺžka, štruktúra módov, atď.). V závislosti na praktickej príprave značiek je možné určiť typ zmeny, ktorá by sa mala vykonať (napríklad či je povolené tavenie, alebo len zmena štruktúry, alebo či by sa mala objaviť zmena zvyškového napätia). Časová stálosť značiek závisí na spôsobe, ktorým sú pripravené (napr. časť zvyškového napätia by mohla časom zmiznúť).

Prierez značiek v smere kolmom na smer kreslenia čiary by sa mal čo najviac podobať polkruhovej podobe na zväčšenie spoľahlivosti.

Napríklad tvar značiek (hĺbka) z hľadiska odolnosti voči korózii (koľajnice železničnej trate) by značky mali byť umiestnené čo najhlbšie, vzdialenosť skupiny značiek musí byť formovaná pri známej teplote (napr. 20 °C) a na danú vzdialenosť (napr. 840 mm), v prípade značiek používaných na číslovanie platní karosérií vozidiel musí byť značka odolná, ale pripravená spôsobom, ktorý nepoškodí kvalitu po9 vrchu a mala by byť vyrábaná počas fázy predprípravy, pretože v tomto prípade môže byť značka použitá aj v následnej výrobnej fáze, pri riadení výroby, pri manipulácii s materiálom, prípadne pri zabezpečovaní kvality. V závislosti na stupni výroby, v ktorom je proces včlenený do procesu výroby, môžu byť značky aplikované: pred lisovaním za studená na ploché vrstvy menej ovplyvnené napätím počas nasledujúceho spracovania, alebo po lisovaní za studená na miestach menej vystavených záťaži (neutrálne napäťové pole).

Príprava značiek počas výroby

Značky môžu byť vyrábané nielen následne po dokončení materiálu, ale už aj počas jeho výroby. V tomto prípade značka nie je vyrábaná prívodom, ale lokálnym odstraňovaním energie, lokálnym chladením (napr. striekaním prúdu kvapaliny).

Napríklad počas liatia, ako výsledok zvyšovaného odvádzania tepla, sa bude vytvárať guľovitá grafitická štruktúra namiesto doštičkovej grafitickej štruktúry. Lokálne odstraňovanie tepla môže byť dosiahnuté prostredníctvom teplotných mostov zabudovaných do odlievacej formy na vhodných miestach odlievaného výrobku, napríklad na takzvanej projekcii.

S určitým obmedzením je možné aplikovať selektívne odstraňovanie tepla počas valcovania za tepla, ktoré pomáha označovať valcované výrobky.

Pri výrobe amorfných kovových pások rýchlym chladením je chladiaci valec vyhotovený so selektívne odlíšenými chladiacimi vlastnosťami prostredníctvom vyhotovenia zo segmentov s odlišnými vlastnosťami prenosu tepla.

Značky vyrábané s použitím značkovacieho materiálu obsiahnutého v označovanom materiáli.

Kompozitné materiály sa používajú v rôznych oblastiach priemyselnej výroby Značky a snímací systém predmetov predloženého vynálezu by bolo nemožné alebo zložité používať vo všetkých materiáloch, alebo jeho hlavnej objemovej zložke, zatiaľ čo je možné, že kompozitový materiál má komponent (napr. určité druhy výstužových vláken), na ktorý by bolo možné spôsob použiť. Značky môžu byť pripravované na vhodných častiach kompozitu pred zavedením tejto súčasti do kompozitu, alebo za určitých podmienok po jej zabudovaní do kompozitu. Príkladom je kovové vlákno vystužené umelohmotnými, textilnými vláknami a kovové vlákna papierov. Ak je tu potreba označovať, časti vhodné na označovanie môžu byť vpracované do zlúčeniny zámerne (napr. papierové bankovky s kovovými pásikmi vhodnými na označovanie)

Táto metóda môže byť pri dodržaní rovnakých princípov tak isto použitá aj pre biologické materiály.

Príprava skupín značiek zo značiek

V závislosti na podmienkach použitia môže byť usporiadanie značiek 102 do skupiny 201 značiek uskutočnené rôznymi spôsobmi.

Použitie takzvaných kontrolných čiar 503 (viď. obr. 5) uľahčuje čítanie uložených informácii. Táto kontrolná čiara 503 zaistí, že pri ručnom pohybovaní sondou nemá nestabilná rýchlosť sondy za následok chybné čítanie, napr. že nedôjde ku strate signálu.

Obrázok 5 znázorňuje príklad takéhoto možného použitia.

Systém čiar znázornený na obrázku 5 pozostávajúci z kontrolných čiar a dátových čiar, ktoré môžu byť merané dvoma nezávislými meracími kanálmi. Prvá sonda 501 meria kontrolné čiary 505 pozostávajúce zo značiek 102 umiestnených v súlade s umiestnením zodpovedajúcim dátovej čiare, druhá sonda 502 meria hodnoty dátovej čiary 504. Rozloženie napätia 505 na obrázku je získavané zlúčením napätí indukovaných na sondách 501 a 502. Obrázok 5 znázorňuje úrovne napätí na bázach, z ktorých pôvodné informácie môžu byť uložené ako

506 - bez dátovej a kontrolnej čiary, 507 - medzi dvoma kontrolnými čiarami, 508 - na kontrolnej čiare, 509 - medzi dvoma dátovými a kontrolnými čiarami, 510- na dátovej a kontrolnej čiare.

Existencia alebo neexistencia dátovej čiary (áno/nie, 1/0) môže byť určená na základe signálu nameraného na kontrolnej čiare, ak existuje kontrolná čiara ale neexistuje dátová čiara, potom informácia je 0, ak existuje kontrolná čiara a existuje dátová čiara, potom informácia je 1.

t

Za účelom uskutočnenia jednorozmerných geometrických meraní (pozdĺž priamej čiary) môžu byť na meranie použité značky 102. skupiny 201 značiek obsahujúce dva alebo viaceré značenia umiestnené kolmo na smer vzdialenosti 602.

V tradičných systémoch čiarových kódov je nájdenie a prečítanie skupiny 201 značiek závislé na smere, t.j. čítanie sa zhoršuje vzhľadom na chyby uhla, ak uhol definovaný orientáciou čiarového kódu a smeru čítania sa líši od 90°.

Ak sú značky 102 usporiadané ako radiálne čiary okolo stredu s vopred určenými uhlovými odstupmi (pozri obrázok 8) a čítanie je vykonané rotačnou sondou, potom môže byť zaistený vhodným usporiadaním prístup ku skupine 201 značiek z každého smeru po nasnímani ktoréhokoľvek z jej prvkov. Po nasnímaní všetkých značiek je zaistené centrálne zoradenie na základe rovnakých medzier snímanej kontrolnej čiary 503. ktorá je podmienkou geometrického merania a vďaka nej môže byť prečítaná zakódovaná informácia.

Rovinné merania vo viacerých osiach môžu byť uskutočnené so skupinou 201 značiek obsahujúcou najmenej dve značky 102. Výhodné usporiadanie je znázornené na obrázku 8.

V prípade, že čítanie nie je uskutočnené sondou pohybujúcou sa pozdĺž čiary, ale rotačnou sondou a skupina značiek je usporiadaná podľa obrázku 8, môže byť čítaná sondami 501 a 502 pohybujúcimi sa po predpísaných polomeroch otáčania. Ukladanie informácií zo sumy nameraných napätí v dvoch sondách je rovnaké, ako bolo opísané pri obrázku 5. Priblíženie skupiny značiek s meracou hlavou sondy 501 pohybujúcou sa pozdĺž veľkého polomeru pretína kontrolnú čiaru a napomáha tak vyrovnaniu s označovanou skupinou. Presné vyrovnanie môže byť identifikované pri rovnomernej periodicite signálov vytváraných kontrolnými čiarami. Sonda 502 číta informačné čiary medzi kontrolnými čiarami.

Fyzikálne charakteristiky merané na skupine 201 značiek vo funkcii relatívneho posunu 303 poskytnú elektrické napätie vo funkcii relatívneho posunu 303. Existencia alebo neexistencia elektrického napätia alebo jednej z jeho charakteristických hodnôt, napr. následné pozície vrcholových hodnôt alebo obratových bodov môže byť priradené značke 102. alebo výsledkom meraní je hodnota odvodená z aritmetického priemeru bodov nasledujúcich za polovičnými hodnotami skupín značiek.

Princípy čítania značiek (značiek a označeníý

Všetky spôsoby vhodné na určenie umiestnenia a veľkosti štrukturálnych zmien môžu byť vhodné na čítanie značiek. Z praktického hľadiska sa môžu použiť všetky spôsoby vhodné na rýchle skenujúce čítanie. Tieto spravidla pracujú na základe merania zmien magnetických, elektrických a akustických hodnôt.

Najpoužívanejšie spôsoby sú: Barkhaudsenov šum, rozptylový tok, vírivý prúd, ultrazvuk.

Bežnou črtou všetkých týchto spôsobov je, že sú vhodné na indikáciu zmien lokálnych magnetických vlastností, vodivosti alebo akustických vlastností bez priameho kontaktu so snímacím zariadením.

V priebehu týchto spôsobov a s vyššie uvedenými označovacími technikami budú urobené zmeny štruktúry na predpísaných miestach a s predpísanou geometriou. Tieto štrukturálne zmeny spôsobia zmeny magnetických, elektrických a akustických vlastností, ktoré môžu byť merané pomocou vyššie spomínaných metód, v dôsledku toho je možné určiť geometriu, umiestnenie značiek a z toho tiež informačný obsah (dokonca aj v prípade opticky neviditeľných označení je možné ich odhaliť pomocou nameraných hodnôt).

Meracie usporiadanie na čítanie miesta a hodnôt zmien v materiálovej štruktúre kovov ultrazvukovými meracími metódami

Obrázok 7 ukazuje, že ultrazvuk odrazený od rozhrania značky 102, vytvorenej zmenou štruktúry, a základného materiálu 103 i e vhodný na rozpoznanie a určenie značiek.

Ultrazvuk 702 je tiež vhodný na určenie lokálnych štrukturálnych zmien (rozhranie, medzná oblasť). Ultrazvuk 702 odrazený od rozhrania medzi značkami 102. vytvorenými zmenou štruktúry, a základným materiálom 103 môže byť oddelený od odozvy hraničnej steny alebo inej odozvy prichádzajúcej od akéhokoľvek iného odrazového povrchu, signálu 703 odozvy na základe rôznych dráh, a teda značka 102 je rozpoznateľná; jej umiestnenie môže byť určené pomocou ultrazvuku, ktorý generuje a detekuje sonda 701.

Meracie usporiadanie na čítanie miesta a hodnôt zmien v materiálovej štruktúre a vnútorného napätia v blízkosti povrchu v zmagnetizovanom materiáli bezdotykovým spôsobom s použitím metódy merania Barkhausenovho šumu.

Je dobre známe, že vlastnosti (napr. RMS hodnota) takzvaného magnetického Barkhausenovho šumu generovaného počas magnetického zvratu magnetizovateľných materiálov závisia na štruktúre a napäťových podmienkach skúmaného materiálu [Pashley, R.L., Barkhausen effect - an indication of stress, Materials Evaluation, Vol.28.No.7.pp. 157-161, 1970],

Je dobre známe, že zmeny v stave zvyškového napätia a materiálovej štruktúry indukované prostredníctvom žíhania laserom môžu byť detekované hodnotami Barkhausenovho šumu [Altpeter I., Meyendorf N.: Microscopic techniques for non-destructive characterization of materials structures and measure14 ment of local residual stresses with high resolution, Proc. of 6^th ECNDT, Nice, Tomel 1, pp.531-535, 1994],

Je dobre známe, že meranie magnetického Barkhausenovho šumu môže byť uskutočnené v stacionárnom stave, alebo v skenovacom móde vzhľadom na povrch [Titto, S.I.: Barkhausen noice method for stress and defecting in hard Steel, U.S.Patent No. 4,634,976,06 Jan. 1987],

Je dobre známe, že pri meraní magnetického Barkhausenovho šumu nie je nutné, aby meracie hlavy prišli počas merania do priameho kontaktu s materiálom, výsledky merania môžu byť upravené meraním vzdialenosti medzi meracou hlavou a materiálom a výsledky sa dajú získať aj v prípade malej vzduchovej medzery, výsledky nie sú závislé od veľkosti vzduchovej medzery. [METALELEKTRO Kft: STRESSTEST 20.04 User Guide, 1995],

Preto značky, predmet tejto prihlášky, vytvorené pôsobením lasera na povrch, môžu byť bezkontaktné čítané meracími hlavami na meranie magnetického Barkhausenovho šumu (obrázok 3).

Meranie môže byť uskutočnené hlavami na meranie Barkhausenovho šumu aplikovanými priamo na objekt alebo 302 cez vzduchovú medzeru alebo náterovú vrstvu na objekt 302 obsahujúci informácie vyhotovené označením 304. Meracia hlava 301 môže byť premiestnená v smere šípky 303 vzhľadom na označenie 304. v prípade čiarových značiek v smere priečnom na čiary.

Meranie magnetického Barkhausenovho šumu

Na trhu sú dostupné prístroje na meranie magnetického Barkhausenovho šumu (STRESSCAN typ americkej AST spoločnosti alebo STRESSTEST typ maďarskej spoločnosti METALELEKTRO).

Princíp merania je v tom, že aplikovaním striedavého vybudzovacieho poľa sínusového priebehu pri frekvencii 10... 100 Hz periodicky dochádza k obráteniu magnetickej polarity materiálu, ktorá vyvoláva emisiu vysokofrekvenčných elektromagnetických signálov odozvy. Signál odozvy je zvyčajne detekovaný mera15 cím vinutím typickým pre frekvenčné pásmo alternatívne od niekoľko 100 Hz po niekoľko 100 kHz.

Konštrukciu zariadenia vhodného na meranie Barkhausenovho šumu je možné nájsť v predchádzajúcom patente (WO 96/3 5974).

Štruktúra detektora vhodného na tento cieľ

Tok vedúce železné jadro 402 je otvorené v smere základného materiálu 103. určeného na preskúmanie. Časť tokočiar opúšťajúcich vodič toku sa uzatvára v testovanom materiáli. Povrch testovaného materiálu, kde tok čiar prechádza materiálom, sa nazýva pole videnia detektora. Veľkosť poľa videnia je proporcionálna šírke vodiča toku, respektíve šírke medzery vo vodiči toku a závisí na vzdialenosti sondy od testovaného materiálu a magnetických vlastnostiach vodiča toku a testovaného materiálu.

Obrázok 4 znázorňuje rôzne štruktúry sondy: sonda pozostáva z vinutia 401 umiestneného na železnom jadre 402. ďalšie možné varianty sú nasledovné: 403 - sonda s feritovým jadrom hlavy páskového záznamníka, 404 - sonda s feritovým jadrom v tvare prerezaného kruhu, 405 - sonda s polovičným feritovým jadrom hlavy páskového záznamníka, 406 - sonda s feritovým jadrom tvaru U. Materiál železného jadra je jemný magnetický ferit, vysoko frekvenčný, s nízkym Barkhausenovym šumom materiálu, napríklad jadro z prášku železa, alebo nanokryštalický materiál.

Presnosť determinácie šírenia magnetického Barkhausenovho šumu meraného v žíhaných jednotlivých značkách proti miestu a veľkosti závisí na vzťahu charakteristického rozmeru označenia, to je charakteristické miesto šírenia magnetického Barkhausenovho šumu meraného na značkách. Charakteristické rozmery poľa videnia detektora nemôžu byť redukované nad všetky limity, pretože hľadisko vzdialenosti detektora, tenkosť vzduchovej medzery, ktorou detektor ešte vidí materiál je rovnakej veľkosti, ako najmenšie pole videnia.

Typický rozmer medzery používanej v železnom jadre 402 vedúcom tok je niekoľko málo desatín mm; šírka kovového jadra je pár mm.

Výber smeru vybudenia

Smer vybudenia je vyberaný na základe patentu WO 96/35497 s rozdielom, ktorým je charakteristika stavu napätia formovaného okolo čiary pripravenej laserovým žíhaním, že hlavné napätia sú vyrovnané s dvoma geometrickými rozmermi čiary. Teda je praktické si vybrať smer vybudenia paralelne k vyžíhanému pásiku.

Optimalizácia úrovne vybudenia

Optimalizácia úrovne vybudenia je vykonaná v súlade s patentom WO 96/35947 s tým rozdielom, že optimálna úroveň vybudenia pre daný materiál bude získaná spriemerovaním výsledkov meraní na niekoľkých predpísaných bodoch materiálu, a to ako na základnom materiáli, tak aj na vyžíhanom pásiku.

Snímacia rýchlosť

Limit snímacej rýchlosti pre známe meracie hlavy Barkhausenovho šumu je určený frekvenciou magnetického obratu [3].

Meracie usporiadanie na čítanie miesta a veľkosti zmien v materiálovej štruktúre a vnútorného napätia blízko povrchu zmagnetizovaného materiálu bezdotykovým spôsobom meraním rozptylu toku.

Je dobre známe, že relatívna permeabilita a magnetizačná krivka pásikov spracovaných laserovým lúčom a základnej materiálovej štruktúry sú rôzne.

Ďalej je ešte známe, že distribúcia toku na hranici laserom spracovaných pásikov, vyplývajúca z predmagnetizácie a/alebo zvyškovej magnetizácie, môže byť detekovaná a lokalizovaná magnetickou sondou. Taká sonda môže pracovať na základe magnetickej indukcie (vinutie), Hallovho efektu, zmeny magnetického odporu, rezonancie jadra.

Čítanie značiek meraním rozptylu toku založené na princípe magnetickej indukcie

Je dobre známe, že zmeny magnetického toku v čase indukujú napätie vo vinutí. Veľkosť napätia je priamoúmerná rýchlosti zmien toku a počtu otáčok vo vinutí.

Indukčné vinutie so železným jadrom je na detekciu blúdivého toku vhodnejšie; tvar kovového jadra a dĺžka vzduchovej medzery určujú detekovaný povrch.

Zatiaľ čo detekčná indukcia požadovanej zmeny toku v čase môže byť zaručená pohybom vinutia alebo meraného telesa pri otáčavom spôsobe, nepretržitým pohybom priamej čiary alebo nepretržitým striedavým magnetickým poľom v čase.

Schému možných usporiadaní merania je možné vidieť na obrázku 9.

Magnetizácia vzorky 103 je vytvorená železným jadrom 902 solenoidu, ktoré môže byť vybudené jednosmerným alebo striedavým napätím, pripojeným na vybudzovaciu jednotku 901. ale je tiež možné použiť magnet namiesto solenoidu. Signál je detekovaný počas relatívneho posunu pozdĺž šípky 303. sondou 406 s otvoreným železným jadrom.

Prijímaný signál 102 prechádza cez sériu zosilňovačov 903. 905 majúcich vhodný výber parametrov a filtre 904. potom je digitalizovaný A/D jednotkou 906. digitálne hodnoty sú potom zbierané a vyhodnocované pripojeným počítačom.

Výroba indukovaných signálov v sonde

Budiace vinutie 902 zodpovedajúce za magnetizáciu je počas merania umiestnené v konštantnej vzdialenosti 1003 od sondy 406. Čiže v sonde je vytvárané konštantné indukované napätie v homogénnom, relatívne stálom magnetickom poli. Relatívny pohyb vzorky 303. ktorý je relatívne homogénny a izotopický z magnetického hľadiska, indukuje v čele sondy konštantné napätia v sonde 406. pretože všetky body základného materiálu 103 sú magnetizované a demagnetizované identicky a v dôsledku homogenity sa v rozložení toku neobjaví žiadna zmena.

Vzorka s nehomogénnym magnetickými (alebo elektrickými) vlastnosťami ako vyžíhaný pásik a základný materiál ovplyvňuje magnetické pole (tok 1101). Zmeny magnetického poľa teda budú vytvárať indukované napätie na sonde 406.

Signál indukovaný v sonde 406 bude tiež zahŕňať vplyv zmien 1101 toku vytváraných na hranici dvoch materiálov rôznych vlastností v objeme materiálu majúceho rôzne magnetické vlastnosti.

Parametre ovplyvňujúce detekovaný signál môžu byť optimalizované sériou meraní zodpovedajúcich daným úlohám. Toto je znázornené na obrázku 10, kde vzťahové značky sú nasledovné: 103 - základný materiál, 102 - značka, 1004 - dĺžka značky, 1006 - dĺžka vzduchovej medzery sondy 406. 1005 - vzdialenosť sondy od povrchu základného materiálu 103. 1002 - vzdialenosť budiaceho vinutia 902 od povrchu základného materiálu 103. 1007 - napätie budiaceho prúdu, 1003 - vzdialenosť vybudeného jadra 902 od sondy 406. 303 - rýchlosť relatívneho posunu

Napätie indukované na sonde závisí od základného materiálu, laserom vyžíhaného pásiku, dĺžke laserom vyžíhaného pásika 1004. dĺžke vzduchovej medzery 1006 sondy, vzdialenosti sondy od povrchu vzorky 1005. vzdialenosti budiaceho vinutia od povrchu vzorky 1002. napätia budiaceho prúdu 1007. vzdialenosti budiaceho vinutia od sondy 1003. veľkosti relatívnej rýchlosti 303. S týmito nastaveniami bol získaný pomer signál/šum rovný sedem.

Na krivke na obrázku 11 môže byť odmerané s vyššie uvedenými parametrami, kde je dĺžka pásika majúceho odlišné vlastnosti o rád väčšia než pole viditeľnosti detektora, ak je pole viditeľnosti detektora je primerané šírke pásika, signál v tvare podľa obrázku 12 je vytváraný jedným alebo dvoma pásikmi.

Niekoľko charakteristických spôsobov použitia vynálezu:

Na neviditeľné označovanie áut sériovými číslami a rýchle nedeštruktívne čítanie značiek.

Až dodnes výrobné čísla áut (číslo motora, číslo karosérie, podvozku, atď.) boli bežne aplikované mechanicky razítkovaním, vyrážaním jednotlivých čísel, príležitostne maľovaním a naposledy čitateľné čísla aplikované laserom, alebo prípravou sérií laserových rytín ako značiek na skryté miesta, ktoré boli ťažko prístupné. Tieto metódy sú charakteristické hlavne možnosťou vizuálneho čítania. Niektorí výrobcovia zavádzajú elektronické kódovanie.

Skúsenosti zozbierané z krádeží áut ukazujú, že tieto značky sa dajú ľahko prepísať s minimálnymi nákladmi a prepísané značky môžu byť vizuálne zamenené za originál (hoci existujú spôsoby na overenie originality).

Iné spôsoby, ktoré môžu byť použité na označovanie, napr. lepenie čiarových kódov sú relatívne ľahko vymeniteľné, magnetické označovanie môže byť poškodené v silnom magnetickom poli, môže byť stratené, alebo v niektorých prípadoch prepísané.

Spôsob podľa vynálezu je spoľahlivejší ako iné známe spôsoby. Systém značenia používa vhodnú modifikáciu materiálovej štruktúry, alebo vnútorného napätia na výrobu a ukladanie informácie, teda značky nie sú nevyhnutne čitateľné vizuálnymi metódami, ale sú materiály, kde môže byť viditeľné, kvôli lokálnej zmene farby. Značky môžu byť čítané nedeštruktívnym spôsobom, ak čítacia hlava môže snímať obsahy značiek so vzduchovou medzerou dokonca aj spod náteru. V takýchto prípadoch však umiestnenie značiek by malo byť známe za účelom dodržiavania času merania na rozumnej úrovni.

Značky výrobných čísel obsahujú značenie čiarovým kódom (značiaca skupina) pripravené laserovým lúčom, aplikovaným na ľubovoľne vybrané bežné miesta (alebo dokonca na všetky komponenty karosérie) počas výroby. Tento čiarový kód nie je nevyhnutne viditeľný voľným okom. Hĺbka značiek (čiarových) vyrobených technológiou laserového lúča je vhodná na praktické použitie - všeobecne - okolo pár desatín mm. Aplikácia týchto značiek nie je drahšia ako zvyčajne (vyrážanie čísel). Aplikácie a technológie môžu byť ľahšie vkladané do výrobných liniek a ponúkajú ďalšie výhody v kvalite kontroly. Pomocou týchto značiek je možné niesť vnútorné výrobné informácie (všetky zložky môžu podporovať CIM - integrovaná počítačová výroba, systému značenia karosérií a komponentov vytvorenom počítačom), preto efektivita manažmentu výroby môže byť zvýšená v rovnakom čase.

Z čísel častí karosérií vyrobených studeným lisovaním, zoznam týchto častí môže byť zozbieraný a uložený pre každé auto a následne premiestnenie týchto častí môže byť monitorované predajcom aj kupujúcim. Tento systém by mohol byť tiež podkladom na riadenie výroby.

Je odporúčané pripraviť značky v prípade hlbokoťažného oceľového plechu s obsahom 0,1% C (valcovaný, odolný voči korózii), tak že modusová štruktúra TEMoo lasera CO₂ je nastavená na 2 - 3 mm rozostrenia (bod zaostrenia dopadne do materiálu), výber priemeru ožiareného bodu s P=300 - 400 W výkonu a so snímacou rýchlosťou okolo 33 - 50 mm/s. S poklesom snímacej rýchlosti, rastom výkonu lasera, respektíve absorpčnej schopnosti materiálu bude hĺbka modifikácie štruktúry rásť, pričom vzniká nebezpečenstvo tavenia povrchovej vrstvy. Redukovanie priemeru bodu zaostrenia pri konštantnom príkone bude mať rovnaký vplyv na štrukturálne zmeny, zatiaľ čo redukcia priemeru zaostrenia bude tiež redukovať pravdepodobnú hĺbku pôsobenia.

Použité zariadenie by mohlo byť polovodičovým laserom, alebo iným zariadením vyžarujúcim koncentrované svetlo.

Značky sa vyrábajú ako výsledok lokálneho „žíhania“ ľahko kontrolovateľným laserovým lúčom spôsobujúcim zmenu lokálnej štruktúry, alebo interného zvyškového napätia v páse šírky okolo 1 mm a hĺbky pár desatín mm (0,4 - 0,5 mm), ktoré sú ľahko čitateľné nedeštruktívnymi metódami. Čítacie zariadenie je vhodné na čítanie informácií značky pod natretými alebo skorodovanými povrchmi v snímacom móde, obvykle s malou vzduchovou medzerou.

Čítanie značiek môže byť zabezpečené pomocou relatívne jednoduchého zariadenia, napr. čítačom magnetického Barkhausonovho šumu s malou vzduchovou medzerou, alebo bludným tokom otočného detektoru meraní v snímacom móde. Snímanie - dokonca aj manuálnym pohybom - môže byť zaistené magnetickým Barkhausenovým šumom alebo hlavami na čítanie bludného toku podporovaného svetlom. Použitie zariadenia je jednoduché, umožňuje rýchle a spoľahlivé skúšky verejnou cestou. Čítacie zariadenie je jednoduché na obsluhu a môže byť vyrobené v mobilnom vyhotovení s relatívne nízkymi nákladmi.

Príklad: založený na princípe merania magnetického Barkhausenovho šumu s nasledujúcimi parametrami:

základný materiál: textúra vyžíhaného pásiku: šírka vyžíhaného pásiku: vybudenie:

sila magnetického poľa: počet otáčok sondy: filtrácia signálu: zosilnenie signálu:

A/D prevod: rýchlosť meracej hlavy: pomer signál/šum:

0,1% C oceľ

20% objemový podiel martenzitu

1004 = 0,8 mm kHz sínusové

0,4 kA/m

300 kHz - 250 kHz

10⁴

12bit

0,005 m/s

6,5

Príklad: založený na princípe merania daných parametrov zodpovedajúcich označeniam na obrázku 10.

základný materiál:

textúra vyžíhaného pásika:

šírka vzduchovej medzery sondy: vzdialenosť sondy od povrchu vzorky: vzdialenosť budiaceho vinutia od povrchu vzorky:

intenzita budiaceho prúdu:

vzdialenosť budiaceho vinutia od sondy: veľkosť relatívnej rýchlosti: pomer signálu a šumu:

0,1% C oceľ

20% objemový podiel martenzitu

1006 = 0,4 mm

1005 = 0,8 mm

1002 = 8,0 mm

1007 = 0,35 A (0,2 kA/m)

1003 = 7 mm

303 = 20 m/s

5,0

Vo výrobných linkách môžu byť značky aplikované zvlášť na každé časti, ktoré môžu byť (mali by byť) označené, napr. karoséria, časť pre pasažierov, nákladový priestor, kapota motora, dvere, atď. Touto metódou je možné realizovať nielen značenie, ale tiež osvedčenie kvality rôznych častí auta, ktoré môžu byť označené osobitne. V prípade odstránenia (zmazania alebo prepísania) značiek je nevyhnutné zvýšiť teplotu štruktúry nad teplotu transformácie a v prípade obvyklého trupu auta a materiálu karosérie to znamená zahriatie na niekoľko sto °C a to je prakticky nemožné bez poškodenia náteru alebo čalúnenia. Preto umiestnenie informácie na poslednú chvíľu nemôže byť realizované jednoduchými metódami ani v prípade tradičných materiálov.

Prepísanie informácií komplikovanými laserovými technológiami v prípade montáže, v konečnej fáze výroby auta je drahšie a nepríjemné a môže byť neskôr objavené (napr. v prípade trestného činu) čiastočne kvôli konečným zmenám, čiastočne kvôli hĺbke formy značiek, od použitia laserov majúcich charakteristiky závisiace na type a čase použitia. Teda, zatiaľ čo značenie veľmi dvíha náklady výrobnej linky, náklady následných zmien sú markantnejšie a preto nerozumné.

Značky sú časovo stále, pretože na modifikáciu značiek je nevyhnutné zvýšiť teplotu štruktúry - telesa obsahujúceho značku - na teploty nad teplotu transformácie

Prvky systému:

laserové značkovacie zariadenie (zariadenia) na aplikovanie značiek (včlenené do technologickej výrobnej linky všetkých označovaných komponentov), výber dohodnutých umiestnení pre značku, výber technologických údajov pre značku zodpovedajúce komponentom, kódovací systém zodpovedajúci obsahu značky, hlava na čítanie magnetického Barkhausenovho šumu alebo blúdivého prúdu na dekódovanie značiek (umiestnená na každom dekódovacom mieste, za cieľom riadenia výroby alebo kontroly značiek), hlavy musia byť usporiadané do polôh zodpovedajúcich polohám značiek, so snímaním pohybu a rozlúštenia kódovaných znakov.

Výhody zavedenia spôsobu

Výroba by sa mala zaujímať o zavedenie spoľahlivejšieho systému zabraňujúceho krádeži, pretože to môže predstavovať výhody značky, spoľahlivejší systém dovoľujúci zvýšenie cien v porovnaní s konkurenciou.

Poisťovacie spoločnosti by znížili svoje riziko pri poisťovaní áut vďaka značkám, ktoré nemôžu byť ľahko prepísateľné.

Ak výrobca bude používať opísaný značkovací systém, znamenalo by to nové možnosti v identifikácií častí druhý raz predávaných áut.

Používanie spôsobu na meranie deformácie, alebo v prípade limitovanej deformácie výsledok zvyškového napätia štruktúry ocele (mosty, železničné koľajnice, nosníky, atď.)

Spôsob, ktorý je hlavným predmetom vynálezu, môže byť výhodný najmä na kontrolu dimenzionálnych zmien štruktúry spôsobených mechanickým napätím a/alebo teplotnými zmenami, odkedy je značka vpísaná do materiálu. Aktuálna vzdialenosť v ktoromkoľvek čase medzi značkami aplikovanými v stave bez napätia pri známych teplotách, pri známych zmenách rozstupu účinkom mechanického napätia a/alebo tepelných zmien. Ak sa dva typy zmien objavia súčasne, mechanické napätie môže byť vypočítané ako funkcia aktuálne meranej vzdialenosti a teploty bratých z hľadiska koeficientu tepelnej rozpínavosti a koeficientu elasticity.

Na meranie neutrálnej teploty železničných koľajníc

V zváranej trati podval vedie rozmiestnenie koľají v traťových uchyteniach. Potom, čo sú koľajnice položené, akékoľvek teplotné zmeny zapríčiňujú napätie na koľajnici zapríčiňujúcim obmedzenie dilatácie. Toto napätie sa volá tepelné napätie. Teplota, v ktorej sa tepelné napätie testuje v testovaných koľajových výhybkách je nulová, nazýva sa neutrálnou. Ak pár značiek je aplikovaných na koľajnicu pri známej teplote a pri známom stave tepelného napätia a vzdialenosti medzi značkami, tak môžu byť následne merané s dostatočnou presnosťou, následne bude možné určiť tepelné napätie, neutrálnu teplotu tejto časti koľajnice v každom čase.

Tepelné napätie vytvárané v koľajniciach na zváraných tratiach zapríčinené obmedzením dilatácie môže byť určené z merania vzdialenosti značiek pri známej meranej teplote, respektíve základnej vzdialenosti a zodpovedajúcej teplote.

Neutrálna teplota môže byť vypočítaná z termálneho napätia.

Spôsob merania zahrňuje:

- výrobu značiek v známej vzdialenosti a pri známych teplotách na koľajnice bez napätia, alebo so známym stavom napätia koľajnice,

- meranie vzdialenosti značiek pri známych teplotách pri koľajniciach v prevádzke.

V súčasnej praxi, značky sú najčastejšie lepené, vyrážané na koľajnicu a čítanie týchto vzdialeností je obvykle prevádzané manuálnym mechanickým meraním.

Základom nového spôsobu merania je výroba značiek odolných času prostredníctvom štrukturálnych zmien na vhodných miestach koľajnice a meranie ich pozície, vzdialenosti bez priameho kontaktu presnejšie ako doteraz.

Značky sa môžu vyrábať na základe dnešných poznatkov, spracovaním povrchu laserom.

Je praktické nevyrábať len jednu značku, ale skupinu značiek, ktorých usporiadanie by malo byť umiestnené na výrobných značkách koľajnice na uľahčenie vizuálnej lokalizácie.

Značka pozostáva z paralelných čiar s niekoľko mm vyrobených laserovým lúčom.

Príklad; Pripraviť značky spôsobom laserového žíhania v oceli s obsahom 0,45 - 0,6 % C s použitím TEMoo módov štruktúry, CO2 laser nastavený na 3 - 6 mm rozptyl (ohnisko je mimo materiálu), s odporúčaným výkonom P = 300 - 400 W, s minimálnou snímacou rýchlosťou 200 - 300 mm/min.

Znížením snímacej rýchlosti, zvýšením výkonu lasera a absorpčnej schopnosti materiálu sa zvýši hĺbka zmenenej štruktúry, zatiaľ čo v povrchovej vrstve hrozí nebezpečenstvo natavenia. Zníženie priemeru bodu rozptylu pri zachovaní výkonu na rovnakej úrovni bude mať rovnaký efekt na štrukturálnu zmenu, zatiaľ čo zníženie priemeru ohniska bude tiež znižovať hĺbku pôsobenia.

Pôsobenie laserového lúča zmení textúru v mieste pôsobenia a toto môže byť lokalizované napr., na základe meraní Barkhausenovho šumu, z miestne závislej zmeny hodnoty. Vzdialenosť značiek jednej od druhej je predpísaná a optimalizovaná v súlade s čítacími hlavami a inými požiadavkami. Počet značiek (čiar) by mal byť väčší ako dva na zvýšenie presnosti určenia miesta čítania. Najjednoduchšie je vyrábať značky rovnomerne. Skupina označení určuje geometrickú Iokáciu pozdĺž určenej koľajnice. Symetrická os značiacej skupiny troch značiek môže byť základnou priamkou na určenie dĺžky. Toto geometrické umiestnenie by mohlo byť z praktického hľadiska v začiatočnom bode, v konečnom bode, v strede, atď. značiacej skupiny.

Zabezpečenie čítania značiek založené na princípe merania magnetického

Barkhausenovho šumu, je to s nasledujúcimi parametrami:

základný materiál:

textúra vyžíhaného pásika:

šírka vyžíhaného pásika:

budenie pri čítaní sila magnetického poľa:

počet otáčok sondy:

filtrácia signálu:

získaný signál:

A/D prevodník:

rýchlosť meracej hlavy:

výhodou pri výrobe a čítaní signálov

0,5% C oceľ

50% objemový podiel martenzitu

1004 = 1,0 mm kHz sínusový lkA/m

300 kHz - 250 kHz

10⁵ bit

0,005 m/s pomer signálu a šumu: 7,5

Ak je čítanie značiek je založené na princípe marenia bludného toku, značky môžu byť vyrábané a výhodne čítané nasledujúcimi parametrami (parametre sú udávané podľa označení v obrázku 10).

základný materiál:

textúra vyžíhaného pásika:

šírka vyžíhaného pásika:

šírka vzduchovej medzery sond vzdialenosť sondy od povrchu vzorky:

vzdialenosť budiaceho vinutia od povrchu vzorky:

sila budiaceho prúdu:

vzdialenosť budiaceho vinutia od sondy:

veľkosť relatívnej rýchlosti:

0,5% C oceľ

50% objemový podiel martenzitu

1004 = 1,0 mm

1006=0,4 mm

1005=0,8 mm

1002 = 10,0 mm

1007 = 1,0 A (0,6 kA/m)

1003 = 10,0 mm

303 = 15 m/s pomer signálu a šumu: 7,0

Značky musia byť umiestnené v normálnej vzdialenosti, podľa poznatkov o teplote značiek a podľa zvarov na koľajniciach, poznajúc alebo vypočítajúc neutrálnu teplotu časti koľajnice medzi dvoma značkami.

Predpísaná teplota koľajnice (20°C), je teplota pri ktorej vzdialenosť skupiny označení v stave bez napätia je konštantná (870 mm). Táto vzdialenosť je daná predpísanou vzdialenosťou.

Opravná vzdialenosť je vzdialenosť medzi skupinami značiek, pri ktorej značky významovo spolu súvisia, ak teplota koľajnice pri označovaní, alebo v prípade, že je koľajnica zabudovaná do trate a neutrálna teplota sa teda odlišuje od predpísanej teploty. Opravná vzdialenosť môže byť vypočítaná na voľne ležiacej koľaji z teploty pri označovaní v prípade, že koľajnica bola zabudovaná do trate, z neutrálnej teploty a termálneho dilatačného koeficientu materiálu koľajnice

Forma výhybiek lokálnej materiálovej štruktúry indukovaná laserom zvislo na smer čiar, by mala byť polkruhová (obrázok 1), a čo najhlbšia (0,5 mm) kvôli korózii, uchováva možnosť čítania dlhý čas.

Umiestnenie skupiny označení by malo byť na koľajnici vybrané tak, aby minimalizovalo efekt ohybu, zakrivenia a umožnilo čítanie skupiny označení tak manuálne mechanickým zariadením ako aj zariadením osadenom na vozíku. Na tento účel sú napríklad vhodné obidve strany hlavy koľaje, pod úrovňou bodu styku s kolesom. Obrázok 6 znázorňuje možné zariadenie na meranie vzdialenosti koľají 601. Značky 201 sú umiestnené na oboch stranách koľajnice spodného okraja hlavy. Vzdialenosť skupiny označení 602 je vzdialenosť medzi charakteristickými bodmi (prostredný) skupiny označení patriacich k sebe.

Efekt zmeny dĺžky vyplývajúci z ohybu koľajnice môže byť opravený meracou skupinou označení urobených na oboch stranách koľajnice.

Pozícia značiek môže byť určená bezdotykovým spôsobom. Počet technických riešení môže byť realizovaný meraním vzdialenosti značiek s dostatočnou presnosťou tak manuálnym ako aj na vozík osadenou verziou.

Manuálne čítanie

Zariadenie na manuálne čítanie obsahuje dve sondy pohybujúce sa pozdĺž priamky so známou vzdialenosťou medzi sondami. Podľa technológie používanej na výrobu označení (umiestnenie skupiny označení vzhľadom na výrobné značky) manuálne meracie zariadenie je osadené na pozíciu výrobného označenia. Meracie hlavy pohybujúce sa pozdĺž priamky, merajú šírenie magnetických vlastností a formujú rozdelenie, je možné určiť vzdialenosť medzi niektorými charakteristickými črtami rozdelenia. Poznajúc túto vzdialenosť tepelnej dilatácie koeficient koľajového materiálu, Youngov modul a teplotu, môže byť určená neutrálna teplota.

Mobilné alebo skenujúce čítanie

Mobilné čítacie zariadenie osadené na pohyblivý vozík na koľajniciach obsahuje dve meracie hlavy umiestnené na priamke, ktoré sa približujú k označenému povrchu koľajnice. Vzdialenosť hláv je známa.

Meracie hlavy v prípade pohybu pohyblivého vozíka pozdĺž priamky čítajú šírenie magnetických charakteristík. Formu Šírenia je možné určiť vzdialenosťou medzi niektorými charakteristickými črtami šírenia. Sú známe tieto rozmery, tepelný dilatačný koeficient koľajového materiálu, Youngov modul a teplota, môže byť určená neutrálna teplota.

Odhad presnosti metódy

Podľa našich súčasných znalostí, berúc do úvahy všetky vyčíslené faktory, určenie neutrálnej teploty manuálnym meraním má odchýlku 1 - 2 °C, zatiaľ čo v prípade mobilného merania - pri rýchlosti nie väčšej ako 15 m/s - odchýlka môže byť odhadovaná na 2 - 3 °C.

Značky môžu byť vyrábané na nových koľajniciach nazývaných dlhé koľajnice alebo na koľajniciach montovaných po častiach, s pevným zariadením, alebo na koľajniciach na trati s mobilným zariadením.

Neviditeľné značky bankoviek a dokumentov a rýchle a nedeštruktívne čítanie týchto značiek.

Je známe, že takzvané kovové vlákna na papieri sú používané na výrobu bankoviek, cenných papierov atď. Toto je dôležité, lebo produkcia a distribúcia kovových vlákien je obmedzená a preto falzifikácia je zložitá. Kovové vlákno v papieri zabezpečuje malú informáciu pripojenú k textu na papieri (napr. meno emisnej banky).

Prostredníctvom použitia spôsobu, predmetom vynálezu, je možnosť vyrábať série značiek na kovových vláknach, ktoré sa môžu vzťahovať na text v prípade peňazí s hodnotou, sériou, výrobným číslom - tlačených na papieri.

Značky môže byť aplikované na kovové vlákno s prioritou začlenenia na papier, ale môžu byť aplikované tiež individuálne, v súlade s individuálnym textom na papieri.

Modifikácia textúry môže byť indukovaná v homogénnom kovovom vlákne lokálnym vyžíhaním. V prípade laserového vyžíhania, napríklad pre železo bór kremíkové sklo, používa TEMoo mód štruktúry, CO₂ laser nastavený na 3 - 6 mm rozptyl (ohnisko je nad materiálom), s odporučeným výkonom P = 100 W, minimálnou rýchlosťou snímania 200 - 300 mm/min.

Vo výrobe skleneného kovu zmenou odstraňovaného tepla rýchlosťou chladiaceho valca systematickou geometriou (0,5 mm široké priehľadné spojivá sú vhodné na tvorbu značiek). V takom prípade amorfná kovová páska obsahuje rovnaké značky, ktoré sa neskôr nebudú meniť technológiou používanou ich vkladaním na papier. Teda papier nebude zničený ani vstupom energie alebo štrukturálnymi zmenami vykonanými na kove.

Kovové vlákna v hotovom papieri by mali byť zhotovované spôsobom, ktorý neničí papier. Takže nakoniec vhodné sú tie materiály, kde fáza transformácie môže byť indukovaná pri nízkych teplotách, bez poškodenia papiera, spôsobom ochrany kovových vlákien od absorbovania vstupujúcej energie. Štrukturálne zmeny (štrukturálne uvoľnenie a kryštalizácia) môžu byť indukované na takzvaných amorfných kovoch (kovové sklo) alebo nekryštalických kovoch s nízkou teplotou, pod bodom vzplanutia papiera, a tieto štrukturálne zmeny sú nevratné. Nevyhnutná energia môže byť dodávaná napríklad lúčom elektrónov, ktorý je úplne absorbovateľný kovovým vláknom (pre Fe80B20 kovové sklo hustota lúča elektrónov: 1200-1700 W/cm², čas pôsobenia 10°- 10² sek) čo umožňuje vstup individuálnych charakteristík.

Informácia zapísaná na kovové vlákno môže byť čítaná meraním magnetických veličín použitím jednej z vyššie opísaných metód.

Ak čítanie značiek je založené na princípe merania magnetického Barkhau-

senovho šumu, značiek môžu	byť príležitostne vyrábané a detekované
s nasledovnými parametrami.
základný materiál:	Fe80B20 kovové sklo (amorfné)
vyžíhaný pásik:	štruktúrna relaxácia = 220 °C
• vybudenie:	1 kHz sínusové
sila magnetického poľa:	0,05 kA/m
počet otáčok sondy	300
filtrácia signálu:	32 kHz - 250 kHz
získaný signál:	10⁵
A/D prevodník:	12 bit
rýchlosť meracej hlavy:	0,005 m/s
pomer signálu a šumu:	5,5

Ak je čítanie značiek založené na princípe merania blúdivých tokov, značky môžu byť vyrábané a čítané príležitostne s nasledovnými parametrami (parametre sú uvádzané podľa označenia v obrázku 10).

základný materiál:	Fe80B20 kovové sklo (amorfné)
vyžíhaný pásik:	štruktúrna relaxácia = 200 °C
šírka vyžíhaného pásiku:	1004 = 0,4 mm
šírka vzduchovej medzery sondy:	1006 = 0,4 mm

vzdialenosť sondy od povrchu vzorky: 1005 = 0,5mm vzdialenosť budiaceho vinutia od povrchu vzorky

1002 = 5,0 mm sila budiaceho prúdu:

1007 = 0,05 A (0,06 kA/m) vzdialenosť budiaceho vinutia od sondy 1003 = 10,0 mm veľkosť relatívnej rýchlosti:

303 = 10,0 m/s pomer signálu a šumu:

6,5

Vynález poskytuje spôsob a systém zariadenia na vstup a obnovovanie informácie v povrchovej vrstve predmetov vyrábaných z pevných látok. Podľa vynálezu informácia vstupuje riadeným lúčom na povrch (koncentrovaný), majúci vybranú hustotu vývinu energie na indukovanie trvalých zmien aspoň v povrchovej vrstve materiálovej štruktúry takým spôsobom, že hustota vývinu energie lúča je menšia ako hustota vývinu energie lúča spôsobujúceho viditeľné deformácie, presahuje taký vývin hustoty lúča, ktorý spôsobil (s rádovou hodnotou priemeru lúča) úmernú nehomogénnosť s vnútornými štrukturálnymi nehomogenitami už obsiahnutými v materiáli.

Vynález môže byť použitý na všetky štruktúry materiálov, alebo vnútorné napätie, ktoré môže byť upravené s vysokou hustotou energie povrchového spracovania (pri umiestnení pôsobenia) (prednostne s lokálnym laserovým spracovaním feromagnetického materiálu) (obrázok 1).

Podľa vynálezu, značky a skupiny značiek (na povrchu spracovanom energetickým lúčom) porovnáva série malých bodov, pásikov, alebo ich kombináciu na uchovávanie požadovanej informácie, hlavne ako čiarový kód - na opísanie jedinečnosti, alebo výrobného čísla -, alebo značky alebo skupiny značiek umiestnených na dané miesta, podľa daných rozmerov na indikáciu geometrických umiestnení ( bodov) alebo pozícií, hlavne na účel merania dĺžky (obrázok 2).

Hĺbka (a ďalšie) rozmery značiek alebo prvkov označení - od povrchu smerom ku vnútru materiálu - závisí na charakteristikách povrchového spraco33 vania povrchu, ktoré by malo byť vyberané v súlade s parametrami označenej štruktúry a informačného obsahu, tak, aby sa zachovala pevnosť a čitateľnosť požadovaná na účel použitia, dokonca aj pod povlakom, náterom a malou povrchovou vrstvou korózie;

Značky a systémy označení môžu byť čitateľné pomocou všetkých vhodných spôsobov na detekovanie umiestnenia a hodnôt štrukturálnych zmien materiálu, hlavne bez priameho kontaktu a nedeštruktívnym spôsobom (v pevnom alebo skenovacom móde) pomocou merania magnetických a elektrických vlastností (obrázok 3).

Značky a prvky značiek môžu byť len vymazané alebo prepísané neskôr sledujúc výsledky spracovania v transformácií typov materiálových štrukturálnych charakteristík, alebo napäťovým uvoľnením.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Systém označovania kovových predmetov aplikovaním a následným čítaním a porovnávaním informácie v ňom obsiahnutej s uloženým údajom, systém zahrnuje zariadenie na aplikovanie informácie na predmet podľa predpísaného tvaru, záznamové zariadenia a zariadenie na čítanie informácie z označeného predmetu, zariadenie na aplikovanie informácie obsahuje prvky prispôsobené na vykonávanie lokálneho tepelného prenosu energie podľa predpísaného tvaru, na výrobu značiek sústavnou zmenou povrchovej vrstvy predmetu označovaného do predpísanej hĺbky, zariadenie na čítanie informácie obsahuje budiace zariadenie prispôsobené na vybudenie povrchovej vrstvy označeného predmetu a detekčnú jednotku na detekciu signálu odozvy vyvolaného z označeného predmetu uvedeným vybudením a jednotku na ukladanie informácie z odchýlok spôsobených lokálnou nerovnomernosťou uvedeného signálu odozvy, vyznačujúci sa tým, že uvedené budiace zariadenie (902) je prispôsobené na vybudenie povrchovej vrstvy označeného predmetu (103) aspoň do hĺbky značenia a uvedená detekčná jednotka (406) je prispôsobená na detekovanie signálu odozvy vyvolaného v uvedenom označenom predmete (103).
2. Systém podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že uvedené značkovacie zariadenie obsahuje jednotku produkujúcu energetický lúč, pričom energetická hustota uvedeného energetického lúča a veľkosť tohto lúča je dostačujúca, aby spôsobila, že aspoň v povrchovej vrstve predmetu bude označenie trvalou zmenou spôsobujúcou detektovateľné nehomogenity v signáli odozvy vyvolanom uvedeným budením v porovnaní s nehomogenitami prítomnými v signáli odozvy z nespracovaného stavu, a obnovuje informácie z detektovaných nehomogenít.

3. Systém podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že značkovacie zariadenie obsahuje prvky vhodné na odstránenie lokálneho tepla z povrchu predmetu označovaného podľa príslušného vzoru značenia. 4. • ,* Systém podľa nároku 3, vyznačujúci sa tým, že prvok odstraňujúci teplo je obsiahnutý v časti zariadenia na výrobu predmetu, ktoré prichádza do kontaktu s povrchom označovaného predmetu. 5. Systém podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že Čítacie zariadenie obsahuje jednotku magnetického budiča, detekčnú jednotku snímajúcu signál odozvy emitovaný označeným predmetom ako odpoveď na vybudenie a jednotku obnovovania informácie prenášanej značkovaním zo zmien detektovaného signálu odozvy. 6. « Systém podľa nároku 5, vyznačujúci sa tým, že uvedená detekčná jednotka obsahuje senzorovú jednotku na detekovanie magnetického toku prichádzajúceho z povrchu označeného predmetu. * Ί. Systém podľa nároku 6, vyznačujúci sa tým, že uvedená budiaca jednotka vytvára striedavý tok a že jednotka detekujúca Barkhausenov šum je pripojená k uvedenej detekčnej jednotke. 8. Systém podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 4, vyznačujúci sa tým, že uvedené čítacie zariadenie obsahuje ultrazvukový generátor prispôsobený na akustické spojenie s označeným predmetom a jednotku na detekciu signálu odozvy z označeného predmetu a jednotku na obnovenie informácie prenesenej uvedeným značkovaním z nehomogenít signálu odozvy.

9. Systémy podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 8, vyznačujúce sa tým, že zariadenie na nastavenie vzdialenosti je pripojené k uvedenému značkovaciemu zariadeniu na aplikovanie viac než jednej značky na predvolené vzájomné vzdialenosti, uvedené čítacie zariadenie je pripojené k zariadeniu merajúcemu vzdialenosti medzi značkami.

10. Systém podľa nároku 9, vyznačujúci sa tým, že uvedené čítacie zariadenie obsahuje aspoň dve detekčné jednotky umiestnené vo vzdialenosti zodpovedajúcej uvedenej predvolenej medzere.

11. Ktorýkoľvek zo systémov podľa nárokov 1 až 10, vyznačujúci sa tým, že kovový predmet je pripevnený ku nekovovému predmetu.

12. Systém podľa nároku 11, vyznačujúci sa tým, že kovový predmet je začlenený do uvedeného nekovového predmetu na zavedenie informácie.

13. Systém podľa nároku 11, vyznačujúci sa tým, že kovový predmet je vybavený ďalšou vrstvou na zavedenie informácie .