SK21796A3 - Method of making a sub-surface mark in a body and body equipped with this mark - Google Patents

Description

Spôsob vyhotovenia podpovrchovej značky na telese a teleso vybavené touto značkou

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu vyhotovenia podpovrchovej značky na telese, ktorá nie je viditeľná okom, ale ktorá sa stane viditeľnou pod polarizovaným svetlom.

Doterajší stav techniky

Veľké množstvo produktov sa balí do obalov zo skla a umelej hmoty, a preto tu v posledných rokoch jestvovala potreba vytvoriť taký spôsob označovania týchto obalov, ktorý by zabezpečil, aby raz na obale vytvorenú značku nebolo možné odstrániť. Je zrejmé, že uvedený spôsob označovania by mal širokú oblasť použitia, napr. v nemalej miere na potláčanie vedľajšieho nekalého predaja.

Pre uspokojenie tejto potreby prihlasovateľ vyvinul spôsob vyhotovenia podpovrchovej značky na telese a zariadenie na uskutočnenie tohto spôsobu, ktoré sú opísané v medzinárodnej patentovej prihláške WO 92/03297. Spôsob opísaný v tejto patentovej prihláške zahrňuje usmernenie zväzku lúčov s vysokou hustotou energie na povrch uvedeného telesa, ktorého materiál je transparentný pre tento zväzok lúčov a zaostrenie tohto zväzku lúčov do polohy odsadenej od uvedeného povrchu a nachádzajúcej sa vo vnútri uvedeného telesa pre účel spôsobenia lokálnej ionizácie uvedeného materiálu a vytvorenie značky, ktorá má formu plochy so zvýšenou nepriepustnosťou pre elektromagnetické žiarenie, a bez ľubovoľných zmien na uvedenom povrchu. Tento spôsob označovania poskytuje výhodu, ktorá spočíva v tom, že výsledná značka je nielen ťažko napodobniteľná, ale tiež takmer neodstrániteľná.

S cieľom poskytnúť spôsob označovania, ktorý má ďalšie výhody, sa môže vyžadovať, aby výsledná značka nebola viditeľná voľným okom. Pri tomto spôsobe označovania bude mať potencionálny falzifikátor ťažkosti nielen pri odstraňovaní alebo na2 podobňovaní značky, ale bude myť predovšetkým problémy s nájdením tejto značky.

Patentová prihláška US 3 657 085 opisuje spôsob vytvorenia podpovrchovej značky, ktorý používa elektrónový zväzok lúčov, pričom v tejto prihláške je zmienka o možnosti použiť laserový zväzok lúčov ako alternatívne riešenie. Predmetom tejto prihlášky je spôsob vyhotovenia identifikačnej značky na produkte, napr. šošovke okuliarov, pričom táto značka je zvyčajne neviditeľná, ale, ak sa to požaduje, môže sa urobiť viditeľnou. Pre tento účel sa uvedený elektrónový alebo laserový zväzok lúčov vedie k maske rozloženej cez šošovku okuliarov tak, že tá časť zväzku lúčov, ktorá prejde výrezom tejto masky, narazí na materiál šošovky okuliarov. Uvedený elektrónový zväzok lúčov sa v dôsledku jeho zrážky s molekulami materiálu, ktorý tvorí uvedenú šošovku, rozptýli, čo má za následok absorpciu kinetickej energie tohto zväzku lúčov za vzniku tepla produkujúceho permanentné obrazové pnutia vo vnútri šošovky. Tieto obrazové pnutia nie sú viditeľné voľným okom, ale môžu sa urobiť viditeľným dvojitou refrakciou v polarizovanom svetle.

Odkaz na možnosť využitia laserového zväzku lúčov je v patentovej prihláške US 3 657 085 urobený v súvislosti so značením v hmote farbených materiálov, to znamená materiálov, ktoré majú chromofor v celej hmote a nie iba v povrchovej vrstve. Je to práve chromofor, ktorý absorbuje uvedené laserové žiarenie, pričom pri tejto absorpcii generuje lokalizované zahriatie postačujúce na vytvorenie permanentného obrazového pnutia vo vnútri materiálu. Pretože je výsledná značka odsadená od povrchu materiálu, musí byť tento materiál pre použité laserové žiarenie aspoň čiastočne transparentný aby umožnil preniknutie laserového žiarenia cez tento materiál do požadovanej hĺbky.

Podstata vynálezu

Na rozdiel od toho vynález ako prvý znak poskytuje spôsob vyhotovenia podpovrchovej značky na telese zahŕňajúci usmerne nie zväzku lúčov laserového žiarenia na povrch tohto telesa tvoreného materiálom, ktorý je pre uvedené žiarenie v podstate nepriehľadný, pričom energia zväzku lúčov absorbovaných v povrchu tohto telesa je postačujúca na vytvorenie lokalizovaných pnutí vo vnútri tohto telesa v pozícii odsadenej od uvedeného povrchu, bez toho aby došlo na tomto povrchu k akýmkoľvek detekovateľným zmenám. Takto vytvorené lokalizované pnutia zvyčajne nie sú viditeľné voľným okom, ale je možné urobiť ich viditeľnými pod polarizovaným svetlom.

Značky vytvorená uvedenými lokalizovanými pnutiami môže s výhodou znázorňovať jedno alebo viac čísiel, písmena alebo symboly alebo ich kombináciu.

Uvedený zväzok lúčov laserového žiarenia môže byť s výhodou koncentrovaný na vytvorenie svetelného bodu v určitej pozícii na povrchu telesa, pričom tento svetelný bod je vzhľadom na teleso, ktoré má byť označené, pohyblivý, čo umožňuje, aby značka vytvorená lokalizovanými pnutiami mala vopred stanovený tvar. Uvedený svetelný bod sa môže s výhodou pohybovať vzhľadom k telesu, ktoré má byť označené, takým spôsobom, že tento svetelný bod vytvára vo vnútri telesa zužujúcu sa oblasť lokalizovaných pnutí, ktorá, ak sa urobí pod polarizovaným svetlom viditeľnou, vzbudzuje dojem línie. Alternatívne sa tento svetelný bod môže vzhľadom k telesu, ktoré má byť označené, pohybovať takým spôsobom, že tento svetelný bod vytvára sériu navzájom odsadených oblastí lokalizovaných pnutí, ktoré, ak sa pod polarizovaným svetlom urobia viditeľnými, vyvolávajú dojem série bodiek. Táto séria navzájom odsadených oblastí lokalizovaných pnutí sa môže vytvoriť predovšetkým pohybom uvedeného svetelného lúča vzhľadom k telesu, ktoré má byť označené, konštantnou rýchlosťou a periodicky sa meniacou energetickou hustotou uvedeného zväzku lúčov. Alternatívne môže byť táto séria navzájom odsadených oblastí lokalizovaných pnutí vytvorená udržiavaním energetickej hustoty uvedeného zväzku lúčov v podstate na konštantnej úrovni a zmenou času, počas ktorého uvedený svetelný bod ožaruje po sebe idúce pozície na uvedenom povrchu. Pre tento účel sa uvedený svetelný bod môže vzhľadom k telesu, ktoré má byť označené, pohybovať rýchlosťou, ktorá sa mení od O do 3 000 mm/s, zatiaľ čo priemerná rýchlosť sa udržiava v rozmedzí 2 až 3 m/s. Energia zväzku lúčov absorbovaných v po sebe idúcich pozíciách uvedeného povrchu sa môže s výhodou z jednej pozície do nasledujúcej plynulé meniť. Uvedené laserové žiarenie môže mať s výhodou energetickú hustotu v uvedenom svetelnom bode až 10 kW/cm².

Uvedený zväzok lúčov laserového žiarenia môže byť s výhodou určený na osvetlenie masky usporiadanej pre telesom, ktoré má byť označené, pričom táto maska má jednu alebo viac štrbín, čím sa umožní, že značka vytvorená lokalizovanými pnutiami má vopred stanovený tvar.

Uvedený zväzok laserového žiarenia môže byť s výhodou generovaný C0_a laserom.

Materiál uvedeného telesa môže byť s výhodou transparentný pre elektromagnetické žiarenia s vlnovými dĺžkami v rámci viditeľnej oblasti. Alternatívne môže byť materiál tohto telesa pre elektromagnetické žiarenie s vlnovými dĺžkami vo viditeľnej oblasti nepriehľadný, takže lokalizované pnutia môžu byť viditeľné len pomocou optických prístrojov pracujúcich s vhodnými vlnovými dĺžkami v rámci elektromagnetického spektra.

Druhým znakom vynálezu je teleso obsahujúce oblasť lokalizovaných pnutí v pozícii odsadenej od povrchu tohto telesa a bez akýchkoľvek zmien v uvedenom povrchu, pričom tieto lokalizované pnutia prebiehajú od jedného okraja šošovkovito tvarovanej značky v podstate konvexného prierezu.

Materiál uvedeného telesa môže byť s výhodou transparentný pre elektromagnetické žiarenia s vlnovými dĺžkami v rámci viditeľnej oblasti. Materiálom tohto telesa môže byť predovšetkým sklo alebo plastická hmota. Alternatívne môže byť materiál tohto telesa nepriehľadný pre elektromagnetické žiarenie s vlnovými dĺžkami v rámci viditeľnej oblasti, takže sa lokalizované pnutia môžu urobiť viditeľnými iba pomocou prístrojov pracujúcich s vhodnými vlnovými dĺžkami vo vnútri elektromagnetického spektra.

Značka vytvorená lokalizovanými pnutiami môže označovať jedno alebo viac čísel, písmená alebo symboly alebo ich kombinácie.

Uvedené teleso môže byť s výhodou obalom.

Stručný opis obrázkov na výkresoch

V ďalšej opisnej časti bude opísaných niekolko uskutočnení vynálezu pomocou príkladov s odkazmi na priložené výkresy, na ktorých obr. 1 schematicky zobrazuje zariadenie na uskutočnenie spôsobu podľa vynálezu, obr. 2 schematicky zobrazuje spôsob, akým je elektrická energia distribuovaná po celom zariadení z obr. 1, obr. 3 schematicky zobrazuje spôsob, akým zväzok lúčov laserového žiarenia vstúpi do interakcie s materiálom telesa, obr. 4 schematicky zobrazuje priebeh energetickej hustoty lasera umožňujúceho vytvorenie série značiek vo forme bodkované j štruktúry, obr. 5 schematicky zobrazuje príklad podpovrchovej značky vytvorenej spôsobom podľa vynálezu a obr. 6 schematicky zobrazuje zariadenie určené na prezeranie značky vytvorenej spôsobom podľa vynálezu.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Zariadenie na uskutočňovanie spôsobu podľa vynálezu je zobrazené na obr. 1. Ako je zrejmé z tohto obrázku, obsahuje toto zariadenie zdroj 10., ktorý vytvára zväzok lúčov 12 laserového žiarenia, ktorý je vedený tak, aby narážal na teleso 14, ktoré má v tomto príkladnom uskutočnení formu fľaše. Pretože sa požaduje, aby výsledná podpovrchová značka nebola pri bežných podmienkach viditeľná voľným okom, ale bola pre oko urobená viditeľnou pod polarizovaným svetlom, je fľaša 14 vyhotovená z materiálu, napríklad zo skla alebo plastickej hmoty, ktorý je transparentný pre elektromagnetické žiarenie vo vnútri viditeľnej oblasti elektromagnetického spektra. Okrem toho je zdroj 10 zvolený tak, aby materiál fľaše 14 bol v podstate nepriehľadný pre zväzok lúčov 12 laserového žiarenia produkovaného týmto zdrojom.

V konkrétnom uskutočnení vynálezu zobrazenom na obr. 1, obsahuje zdroj 10 vysokofrekvenčný CO₂ laser budený simulovanou kontinuálnou vlnou, ktorý emituje zväzok 12 lúčov laserového žiarenia, ktoré má vlnovú dĺžku 10,6 gm, a ktoré je preto pre voľné oko neviditeľné. Zväzok 12 lúčov laserového žiarenia emitované z tohto CO₂ lasera dopadá na prvý reflexný povrch 16. ktorý vedie tento zväzok 12 cez expandér 18 a kombinátor 20 pre zlúčenie zväzkov lúčov k druhému reflexnému povrchu 22. Druhý zdroj laserového žiarenia, ktorý má v tomto uskutočnení formu nízkoenergetického He-Ne (hélium-neónového) lasera, je usporiadaný v blízkosti C0₂ lasera 10 a emituje druhý zväzok 26 lúčov viditeľného laserového žiarenia s vlnovou dĺžkou 632,9 nm. Tento druhý zväzok 26 lúčov naráža na kombinátor 20, od ktorého sa odráža spolu so zväzkom 12 lúčov laserového žiarenia vytvoreného uvedeným CO₂ laserom 10 smerom k druhému reflexnému povrchu 22. Z vyššie uvedeného je zrejmé, že požadovanou vlastnosťou kombinátora 20 je, aby umožnil prenášať elektromagnetické žiarenie s vlnovou dĺžkou 10,6 gm, pričom by zároveň umožnil odrážať elektromagnetické žiarenie s vlnovou dĺžkou 632,9 nm. Týmto spôsobom sa pomocou zväzku 26 lúčov laserového žiarenia z He-Ne lasera 24 vytvára zlúčený CO_a/He-Ne zväzok 12, 26 lúčov s viditeľnou zložkou, ktorá umožňuje optické vyrovnanie tohto zlúčeného zväzku lúčov.

Potom, ako sa zväzky 12 a 26 lúčov zlúčili, sú od druhého reflexného povrchu 22 odrážané smerom k tretiemu reflexnému povrchu 2S., pričom sa od tohto tretieho reflexného povrchu 28 ďalej odrazia smerom k štvrtému reflexnému povrchu 30. Od tohto štvrtého reflexného povrchu 30 sa zlúčený zväzok 12. 26 lúčov ešte znova odrazí smerom k hlavovej jednotke 22/ ktorá tento zlúčený zväzok 12, 26 lúčov napokon usmerní k fľaši 14. Pre účely vytvorenia podpovrchovej značky v rôznej výške od základne fľaše 14, je tretí 28 a štvrtý 30 reflexný povrch integrálne spojený s hlavovou jednotkou 32 tak, aby boli tieto reflexné povrchy v dôsledku činnosti krokového motora 34 (nie je znázornený) nastaviteľné vo vertikálnej rovine.

Vo vnútri hlavovej jednotky 32 dopadá zlúčený CO^/He-Ne zväzok 12, 26 lúčov postupne na dve pohyblivé zrkadlá 36 a 38. Prvé z dvoch zrkadiel tvorené zrkadlom 36 je usporiadané tak, že je naklonené k zlúčenému zväzku 12, 26 lúčov, ktorý v dôsledku jeho odrazu od štvrtého reflexného povrchu 2Ώ. dopadá na toto zrkadlo a je pohyblivé takým spôsobom, že spôsobuje, že sa uvedený zväzok lúčov odrazený od tohto zrkadla pohybuje vo vertikálnej rovine. Druhé z dvoch zrkadiel tvorené zrkadlom 38 je v rovnakom okamihu taktiež naklonené k zväzku 12, 26 lúčov, ktorý v dôsledku jeho dorazu od prvého zrkadla 36 dopadá na toto zrkadlo a je pohyblivé takým spôsobom, že spôsobuje, že sa uvedený zväzok lúčov odrazený od tohto zrkadla pohybuje v horizontálnej rovine. Z vyššie uvedeného je pre odborníka v danom odbore zrejmé, že sa zväzok lúčov 12/ 26 vystupujúci z hlavovej jednotky 32 môže simultánnym pohybom prvého zrkadla 36 a druhého zrkadla 38 pohybovať v ľubovoľnom požadovanom smere. Pre účel umožnenia uvedeného pohybu pohyblivých zrkadiel 36 a 38 sú tieto zrkadlá pripevnené k príslušným galvanometrom 40 a 42. I keď je zrejmé, že na regulovanie pohybu obidvoch zrkadiel 36 a 38 sa môžu využiť iné vhodné prostriedky, kombinuje vyššie uvedené usporiadanie rýchlosť odozvy s jednoduchou reguláciou, čo predstavuje významnú výhodu v porovnaní s alternatívnymi regulačnými prostriedkami. Akonáhle zlúčený zväzok lúčov 12, 26 vystúpi z hlavovej jednotky 22/ je prechodom cez šošovkovú zostavu 44, ktorá môže zahrňovať jeden alebo viac šošovkových prvkov, koncentrovaný na povrch fľaše 14. Prvý šošovkový prvok 46 zaostruje zväzok 12, 26 lúčov do zvolenej pozície na povrchu fľaše 14. Ako je známe, je maximum energetickej hustoty zväzku 12, 26 lúčov v ohnisku šošovkového prvku 46, do ktorého je tento zväzok lúčov zaostrený, nepriamo úmerné druhej mocnine polomeru tohto zväzku lúčov v tomto ohnisku, pričom tento polomer je zase nepriamo úmerný polomeru zväzku 12, 26 lúčov, ktorý dopadá na zaostrovaciu šošovku 46. Z vyššie uvedeného vyplýva, že v prvom priblížení je energetická hustota E zväzku 12, 26 lúčov elektromagnetického žiarenia s vlnovou dĺžkou Λ a polomerom R, ktorý dopadá na šošovku s ohniskovou vzdialenosťou f daná rovnicou:

PR^a

E = ------- W/m² A-^af² v ktorej je výkon P produkovaný laserom. Z tejto rovnice je zrejmý účel expandéra 18 vzhľadom na to, že zväčšenie polomeru R zväzku lúčov v ohnisku šošovky má za následok zvýšenie energetickej hustoty E v tomto ohnisku. Okrem toho je šošovkový prvok 46 typicky krátkoohniskovou šošovkou, ktorá má ohniskovú vzdialenosť v rozmedzí od 70 mm do 80 mm, takže v ohnisku tejto šošovky sa môžu ľahko dosiahnuť energetické hustoty zväzku 12, 26 lúčov nad 6 kW/cm².

Pre účel kompenzácie zakrivenia povrchu fľaše 14 je v sérii so zaostrovacím prvkom 46 usporiadaný druhý šošovkový prvok 48. Je zrejmé, že táto korekčná šošovka sa nebude musieť použiť v prípade, že povrch označovaného telesa, na ktorý dopadá zväzok 12, 26 lúčov je v podstate rovinný, pričom táto šošovka sa nemusí vôbec použiť, ak prvý šošovkový prvok 46 má premenlivú ohniskovú vzdialenosť a zahrňuje napríklad optický systém typu fiat field lens. Avšak je potrebné poznamenať, že použitie jedného alebo viacerých optických prvkov predstavuje predovšetkým jednoduchý a elegantný spôsob zabezpečenia toho, aby bol zväzok 12, 26 lúčov zaostrený na povrch telesa 14 bez ohľadu na zakrivenie tohto povrchu.

V záujme bezpečnosti prevádzky zariadenia sú obidva lasery 10. a 24 a ich príslušné zväzky 12 a 26 lúčov uzatvorené vo vnútri bezpečnostnej komory 52, ako je to zrejmé z obr. 2, pričom zlúčený zväzok 12, 26 vystupuje z tejto bezpečnostnej komory až potom, ako prešiel cez šošovkovú zostavu 44. Prístup k obom týmto laserom 10 a 24 a k jednotlivým optickým prvkom, ktoré stoja v dráhe príslušných zväzkov 12, 26 lúčov, je zabezpečený prostredníctvom dverového panelu 54, ktorý je vybavený blokovacím obvodom 54, ktorý blokuje prevádzku CO_a lasera 10 a He-Ne lasera 24 v prípade, že je tento dverový panel 54 otvorený.

Jednofázovým napájacím napätím 240 V sa cez blokovací obvod 56 dverového panela napája hlavná rozvodná jednotka 58, ktorá je usporiadaná v dolnej časti bezpečnostnej komory 52 a izolovaná od tejto komory s cieľom zabrániť elektrickým javom prameniacim z interferencie tejto jednotky s prevádzkou laserov 10 a 24. Z tejto rozvodnej jednotky 58 sa elektrický príkon dodáva do CO.* lasera 10 a He-Ne lasera 24 a tiež do chladiacej jednotky 60, ktorá slúži na chladenie C0₂ lasera 14· Okrem toho sa týmto elektrickým príkonom napája tiež krokový motor 34 a počítač 62. Tri st/ss meniče a pripojené napäťové regulátory vytvárajú jednosmerné regulované napájacie napätie 12 V, + 10 V, + 28 V, ktorými sú napájané He-Ne laser 24 pre uľahčenie čerpacieho mechanizmu resp. hlavová jednotka 32, v ktorej je napájacie napätie ± 28 V použité ako príkon pre prvý a druhý galvanometer 40 resp. 42 a v ktorej sa napájacie napätie + 10 V privádza k týmto galvanometrom pre účely vytvorenia vopred stanoveného pohybu prvého zrkadla 36 a druhého zrkadla 38. Takto sa môžu použitím počítača 62 určeného na moduláciu napájacieho napätia ± 10 V realizovať a riadiť počítačovým programom rozdielne pohyby prvého 36 a druhého 38 zrkadla poháňaného prvým resp. druhým galvanometrom.

V rámci vynálezu vytvára používaný zväzok 12 lúčov laserového zariadenia emitovaného C0₂ laserom 10 svetelný bod v oblasti pohybu fľaše 14, ktorá má byť označená. Tento svetelný bod môže byť potom v dôsledku pohybu jedného alebo obidvoch zrkadiel 36 a 38 vedený po povrchu fľaše.

Je známe, že sklo a niektoré ostatné materiály sú trasparentné pre elektromagnetické žiarenie vo vnútri viditeľnej oblasti elektromagnetického spektra, že sú nepriehľadné pre elektromagnetické žiarenie s vlnovou dĺžkou 10,6 pm a že CO₂ laser produkuje laserové žiarenie, ktoré má práve takúto vlnovú dĺžku. Napriek tomu sa teraz v rámci vynálezu zistilo, že použitím CO_a laseru je možné vybavit teleso, tvorené napríklad sklom, podpovrchovou značkou.

Pre účely pochopenia procesu označovania je dôležité si uvedomiť, že absorpcia zväzku lúčov laserového žiarenia určitým materiálom je progresívny alebo statický proces a že energia tohto zväzku je vždy absorbovaná v objeme interakcie zväzku lúčov (BIV - Beam Interaction Volume) s konečnou veľkosťou. V tejto súvislosti sa môže BIV definovať ako objem, vo vnútri ktorého je absorbovaný určitý veľký podiel energie dopadajúceho zväzku lúčov, napríklad 95 % podiel. Pre elektromagnetické žiarenie vo vnútri viditeľnej oblasti elektromagnetického spektra a pre teleso zo skla, ktoré je transparentné pre toto elektromagnetické žiarenie, môže byť BIV veľmi veľký, porovnateľný s rozmermi uvažovaného telesa. Naproti tomu pre elektromagnetické žiarenie, ktoré má vlnovú dĺžku 10,6 pm, sa experimentálne zistilo, že rovnaké teleso zo skla má BIV, majúce pre zväzok lúčov, ktorý má energetickú hustotu v rozmedzí od 6 do 10 kW/cm³, hĺbku v smere šírenia tohto zväzku lúčov s veľkosťou medzi 8,0 pm a 16,0 pm. I keď sa takto pri väčšine praktických aplikácií konštatuje, že k absorpcii zväzku 12 lúčov laserového žiarenia dochádza na povrchu telesa, ktoré sa má označovať, skutočnosť, že i tak malý rozmer ako je 8,0 pm je ľahko pozorovateľný pri použití elektrónového mikroskopu znamená, že je nevyhnutné ďalej definovať, čo sa má rozumieť výrazom nepriehľadný. Preto sa v tejto súvislosti z dôvodu vyvarovania sa pochybností výraz nepriehľadný, ak sa použije pri opise materiálu telesa, ktoré sa má označovať, vzťahuje na materiál, ktorý je schopný absorbovať 95 % energie dopadajúceho lúča laserového žiarenia vo vzdialenosti, ktorá je menšia ako vzdialenosť, v ktorej je podpovrchová značka od povrchu uvedeného telesa.

Napriek tomu, že sa 95 % energie laserového žiarenia absorbuje vo vnútri BIV, nie je účinok zväzku lúčov laserového žiarenia na teleso, ktoré sa má označiť, obmedzený len na túto povrchovú oblasť. Napríklad tepelný účinok produkovaný týmto zväzkom lúčov môže zasahovať aj do oblastí mimo BIV, pretože materiál telesa, ktorý sa má označiť, v tomto prípade sklo, má vysoký koeficient tepelnej vodivosti. Taktiež môžu výsledné obrazové pnutia vybiehať za oblasť skla, ktorá je priamo zasiahnutá laserovým lúčom a to práve rovnakým spôsobom, akým pnutia v tabuli skla vybiehajú za ohnisko pukliny, ktorá sa šíri v tejto tabuli. Preto je potrebné konštatovať, že v zásade fyzikálne dôsledky ožiarenia sa môžu pozorovať v oblastiach, ktoré sú vzdialené od BIV.

Túto situáciu sumarizuje obr. 3, ktorý zobrazuje rez telesom, ktoré má BIV, v ktorom je prevažná časť energie dopadajúceho lúča absorbovaná materiálom tohto telesa. BIV zónu obklopuje tepelne vodivá zóna (CHZ - Conductive Heating Zóne), ktorej hranice, rovnako ako hranice BIV, musia byť opäť definované pokial ide o jej medze. Za touto tepelne vodivou vrstvou sa nachádza zóna pnutia, v ktorej sú pnutia spôsobené tepelne-indukovanými zmenami v hmotnom objeme materiálu v BIV a v celej CHZ alebo v časti CHZ. Závislosť veľkosti týchto pnutí na radiálnej vzdialenosti od miesta dopadu zväzku lúčov je vyznačená krivkou 66, z ktorej je zrejmé, že línia £8 maximálnych pnutí sa môže viesť v krátkej vzdialenosti od hranice ako BIV tak CHZ.

Zistilo sa, že použitím C0_a laseru, ktorý má energetickú hustotu medzi 6 kW/cm² a 10 kW/cm² je možné vytvoriť vo vnútri telesa zo skla značku vo vzdialenosti medzi 40 gm a 50 μια za hĺbkou, do ktorej laserové žiarenie prenikne. Táto značka, ktorá má v reze tvar konvexného šošovkového prvku, má typicky hĺbku (to znamená rozmer v smere zväzku lúčov) 10,8 gm a priemer 125 gm, pričom sa predpokladá, že sa táto značky vytvorila v dôsledku tepelných interakcií vo vnútri skla.

V tejto súvislosti je potrebné poznamenať, že možné typy interakcií medzi laserovým žiarením a telesom sa môžu podľa energetickej hustoty uvažovaného laserového žiarenia roztriediť do troch skupín. Tieto skupiny sú podľa stúpajúcej energe tickej hustoty laserového žiarenia zoradené nasledujúcim spôsobom:

1. fotochemické interakcie zahŕňajúce fotoindukciu a fotoaktiváciu,

2. tepelné interakcie, v ktorých sa dopadajúce žiarenie absorbuje vo forme tepla a

3. ionizačné interakcie, ktoré zahŕňajú netepelnú fotodekompozíciu ožarovaného materiálu.

Rozdiel medzi medzami týchto troch skupín interakcií je jasne demonštrovaný porovnaním typickej energetickej hustoty 10^-3 W/cm² laserového žiarenia potrebného na produkovanie fotochemickej interakcie s typickou energetickou hustotou 10¹² W/cm² potrebnou na produkovanie ionizačnej interakcie, napríklad fotoablácie a fotodisrupcie.

Pozorovaním šošovkovo tvarovanej značky, ktorá nie je viditeľná voľným okom, ale ktorú je možné vidieť pri použití kompoundného mikroskopu v jasne osvetlenom obrazovom poli alebo medzi priečnymi polarizovanými filtrami, sa zistilo, že má ostro definovaný spodný okraj. Toto pozorovanie viedlo k domnienke, že táto značka reprezentuje hranicu medzi tými atómami vo vnútri skla, ktoré získajú energiu z dopadajúceho zväzku lúčov dostatočnú na prerušenie väzieb, ktorými sú tieto atómy viazané k susedným atómom, a tými atómami, ktoré túto energiu nezískajú. Ako sa dalo očakávať z tohto modelu, vybieha oblasť pnutia za nižšie sa nachádzajúce rozhranie šošovkovo tvarovanej značky a do vnútra telesa zo skla. Táto oblasť pnutia, ktorá môže mať v smere dopadajúceho zväzku lúčov veľkosť až 60 μπι, taktiež nie je viditeľná voľným okom, ale môže sa urobiť viditeľnou pod polarizovaným svetlom.

Zistilo sa, že šošovkovito tvarovanú značku a pridruženú oblasť pnutia je možné vytvoriť iba použitím C0_a lasera, ktorý produkuje laserové žiarenie, ktorého energetická hustota zväzku lúčov spadá do úzko vymedzenej oblasti. Ak je energia absorbovaná sklom príliš malá, potom je vytvorený tepelný gradient nedostatočný pre vznik pozorovateľnej oblasti pnutia. Naopak, v prípade, že sa absorbuje príliš veľká energia, môže nastať roztavenie povrchu skla alebo sklo môže pozdĺž línie maximálnych pnutí prasknúť a v dôsledku toho sa môže takto narušená časť telesa odlúpiť. Takéto narušenie skla, označované ako puklina nielen uvoľňuje pnutie, ktoré by inak zostalo v skle, ale robí značku ako viditeľnú voľným okom tak i ľahko detekovateľnú povrchovou analýzou.

Pre účel vytvoria obrazovej štruktúry, ktorá sa môže použiť na vytvorenie α-numerických znakov, je v opísanom uskutočnení vynálezu zväzok 12 lúčov laserového žiarenia vedený po povrchu fľaše 14 priemernou rýchlosťou 2 až 3 m/s. Avšak, skôr ako pohybom zväzkov lúčov z jedného konca priamej snímacej línie do jej druhého konca konštantnou rýchlosťou, je tento zväzok lúčov ktoré slúžia na prírastkových stupňov, a rozlíšenia takto vytváraných znakov, regulovaná (priebeh aplikovaný v rade zvýšenie ostrosti V dôsledku toho je zmeny rýchlosti v tomto prípade približne rýchlosť zväzku lúčov zodpovedá sínusoide) v rozmedzí od nulovej rýchlosti, v prípade, že sa nachádza zväzok lúčov v jednom alebo druhom konci jedného prírastkového stupňa a teda je skutočne v kľudovom stave, do rýchlosti približne 3 m/s, v prípade, že sa tento zväzok lúčov nachádza uprostred jedného prírastkového stupňa. V dôsledku toho sú i v prípade, že sa energetická hustota zväzkov lúčov udržiava na konštantnej úrovni, rozdielne body na povrchu uvažovanej fľaše osvetlené rozdielnymi dávkami energie zväzku lúčov. Zistilo sa, že profil energetickej hustoty zväzku lúčov je pre generovanie vyššie uvedenej značky dostatočne úzky, takže šošovkovito tvarovaná značka a jej pridružená oblasť pnutia sa pozorujú iba v bodoch na povrchu fľaše, v ktorých bol zväzok lúčov skutočne v pokoji. V dôsledku toho, sú pod polarizovaným svetlom oblasti pnutia vytvorené snímaním laserového zväzku lúčov po povrchu fľaše jasne pozorovateľné ako rad bodov. Preto je možné regulovaním pohybu zrkadiel 16 a 28 poháňaných príslušnými galvanometrami snímať laserový zväzok 12 lúčov po povrchu fľaše 14 spôsobom podobným písaniu ľubovoľných požadovaných znakov na povrch fľaše vo forme bodkovanej štruktúry.

V alternatívnom uskutočnení je možné túto bodkovanú štruktúru dosiahnuť vedením zväzku lúčov po povrchu fľaše konštantnou rýchlosťou, zatiaľ čo energetická hustota tohto zväzku lúčov periodicky menená medzi dvoma úrovňami, ktoré sa nachádzajú na oboch stranách od prahovej úrovne energetickej hustoty, nad ktorou dochádza k vytvoreniu šošovkovito tvarovanej značky a pnutia, ktoré je s tým združené. Takýto spôsob zmeny energetickej hustoty sa môže napríklad realizovať superpozíciou sínusoidového zvlnenia 70 na hornú časť obdĺžnikového impulzu 72 laserového žiarenia, ako je to schematicky zobrazené na obr. 4. Za predpokladu, že prahová hustota energetickej hustoty, nad ktorou dochádza k vytvoreniu vyššie uvedenej značky, má energetickú hladinu reprezentovanú prerušovanou líniou 74, sa dá očakávať, že bodkované po sebe idúce oblasti pnutia vo vnútri skla budú odsadené o vzdialenosť zodpovedajúcu vzdialenosti na dráhe snímaného laserového zväzku lúčov medzi maximálnymi hodnotami profilu energetickej hustoty zväzku lúčov.

V oboch predchádzajúcich uskutočneniach vynálezu sa predpokladá, že postupné zvýšenie energie, ktoré je absorbované v skle v bodoch bližších k bodom, v ktorých je značka skutočne vytvorená, poskytuje sklo s obmedzenou schopnosťou samochladenia. To je odlišné od usporiadania, v ktorom laserový zväzok lúčov pulzuje pre účel generovania radu značiek v navzájom odsadených oblastiach. Charakteru obmedzeného samochladenia vyššie uvedených uskutočnení sa pripisuje získanie označeného telesa, pevnosť ktorého nie je znížená značkovacím procesom.

Štruktúry po sebe idúcich bodiek vytvorených vyššie opísaným majú tiež za následok lokálne prevrátenie orientácie oblastí pnutia vo vnútri skla a teda spôsobujú prechod polarizovaného svetla cez tieto prevrátené oblasti. To umožňuje detekciu značiek a vznik charakteristickej štruktúry krížového stehu, napríklad zobrazeného na obr. 5.

V ďalšom uskutočnení je vyššie opísaným zariadením namiesto bodkovanej štruktúry vytvorená značka tvorená z jednej alebo viac kontinuálnych línií. Pre účely vytvorenia týchto línií sa môže zväzok 12 lúčov laserového žiarenia viesť po povrchu telesa, ktoré sa má označiť, konštantnou rýchlosťou, pričom sa súčasne energetická hustota tohto zväzku udržiava na konštantnej úrovni, ktorá leží nad prahovou úrovňou, nad ktorou dochádza k vytvoreniu uvedenej šošovkovito tvarovanej značky a s tým spojeného pnutia.

Ešte v ďalšom uskutočnení, žiarenia namiesto toho, aby sa ktoré sa má označiť, použije sa zväzok 12 lúčov laserového viedol po povrchu telesa 14, na osvetlenie vhodnej masky.

Usporiadaním tejto masky, v ktorej je vytvorená jedna alebo viac štrbín, pred teleso, ktoré sa má označiť, môžu vybrané časti dopadajúceho zväzku lúčov dopadať na uvedené teleso a týmto spôsobom produkovať značku s vopred stanoveným tvarom.

Pre účely prezerania značiek produkovaných v súlade s predchádzajúcimi uskutočneniami, sa môže označené teleso umiestniť medzi dvojicu krížových lineárnych polarizátorov a osvetliť zväzkom lúčov výkonného koliminovaného svetla. V dôsledku toho sú oblasti pnutia oproti tmavému pozadiu viditeľné ako jasné plochy.

Príklad zariadenia na prezeranie značiek vytvorených v súlade s predchádzajúcimi uskutočneniami je zobrazený na obr. 6, pričom toto zariadenie zahrňuje kryt 100, ktorý je rovnaký ako kryt stropného projektora a v ktorom je usporiadaná lampa 102. Tento kryt 100 má vrchnú pracovnú plochu 1DA, pričom medzi touto plochou a lampou 102 je usporiadaná Fresnelova šošovka 106. ktorá umožňuje kolimáciu zväzku lúčov generovaných lampou 102. Krížové lineárne polarizačné filtre 108 sú vložené medzi pracovnú plochu 104 a Fresnelovu šošovku 106. pričom na udržanie tohto zariadenia pri bezpečnej pracovnej teplote je kryt 100 vybavený ventilátorom 110 podobným ventilátorom používaným v počítačových systémoch, ako aj otvorom 112 opatreným žalúziami. Pre účely regulovania intenzity lampy 102 môže byť v tomto zariadení usporiadaný vhodný regulátor.

Pre účely prezerania oblastí pnutia vytvorených vo vnútri označeného telesa 14 je toto teleso umiestnené na vrchnej časti pracovnej plochy 104. pričom sú oblasti pnutia pomocou zväčšovacej šošovky 114 vybavené vhodným filtrom 116 viditeľné v desaťnásobnom zväčšení.

Claims (22)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob vyhotovenia podpovrchovej značky v telese, vyznačený tým, že zahrňuje vedenie zväzku lúčov laserového žiarenia po povrchu uvedeného telesa tvoreného materiálom, ktorý je v podstate nepriehľadný voči uvedenému laserovému žiareniu, pričom energia uvedeného zväzku lúčov absorbovaná povrchom uvedeného materiálu je postačujúca na vytvorenie lokalizovaných pnutí vo vnútri uvedeného telesa v oblasti odsadenej od povrchu uvedeného telesa bez pozorovateľnej zmeny na povrchu uvedeného telesa, pričom týmto spôsobom vytvorené lokalizované pnutia sú zvyčajne neviditeľné voľným okom, ale je možné urobiť ich viditeľnými pod polarizovaným svetlom.
2. 2. Spôsob podľa nároku 1,vyznačený tým, že značka vytvorená lokalizovanými pnutiami znázorňuje jedno alebo viac čísel, písmená alebo symboly alebo ich kombinácie.
3. 3. Spôsob podľa nároku 1 alebo 2, vyznačený tým, že zväzok lúčov laserového žiarenia sa koncentruje pre účely vytvorenia svetelného bodu v oblasti na povrchu telesa, pričom tento bod je vzhľadom k telesu, ktoré sa má označovať, pohyblivý, čo umožňuje, aby značka vytvorená lokalizovanými pnutiami mala vopred stanovený tvar.
4. 4. Spôsob podľa nároku 3, vyznačený tým, že svetelný bod sa vzhľadom k telesu, ktoré má byť označené, pohybuje takým spôsobom, že vytvára pozdĺžnu oblasť lokalizovaných pnutí, ktorá v prípade, že sa urobí viditeľnou pod polarizovaným svetlom, má vzhľad línie.
5. 5. Spôsob podľa nároku 3, vyznačený tým, že sa vzhľadom k telesu, ktoré má byť označené, pohybuje takým spôsobom, že vytvára rad navzájom odsadených oblastí lokalizovaných pnutí, ktoré v prípade, že sa urobia vidi18 teľnými pod polarizovaným svetlom, majú vzhľad radu bodiek.
6. 6. Spôsob podľa nároku 5, vyznačený tým, že rad navzájom odsadených oblastí lokalizovaných pnutí sa vytvorí pohybom uvedeného svetelného bodu vzhľadom k telesu, ktoré má byť označené, konštantnou rýchlosťou a periodicky sa meniacou energetickou hustotou uvedeného zväzku lúčov.
7. 7. Spôsob podľa nároku 5, vyznačený tým, že rad navzájom odsadených oblastí lokalizovaných pnutí sa vytvorí udržiavaním energetickej hustoty zväzku lúčov na v podstate konštantnej úrovni a zmenou intervalu, počas ktorého uvedený svetelný bod osvetľuje nasledujúce oblasti na povrchu.
8. 8. Spôsob podľa nároku 7, vyznačený tým, že svetelný bod sa vzhľadom k telesu, ktoré sa má označiť, pohybuje rýchlosťou, ktorá sa periodicky mení medzi nulou a 3 m/s.
9. 9. Spôsob podľa nároku 8, vyznačený tým, že svetelný bod sa vzhľadom k telesu, ktoré sa má označiť, pohybuje priemernou rýchlosťou v rozmedzí od 2 do 3 m/s.
10. 10. Spôsob podľa nárokov 5 až 9,vyznačený tým, že energia zväzku lúčov absorbovaná v po sebe idúcich oblastiach na povrchu sa plynulé mení od jednej oblasti k oblasti nasledujúcej.
11. 11. Spôsob podľa nárokov 3 až 10,vyznačený tým, že laserové žiarenie má v svetelnom bode energetickú hustotu až 10 kW/cm^a.
12. 12. Spôsob podľa nárokov 1 alebo 2, vyznačený tým, že zväzok lúčov laserového žiarenia osvetľuje masku usporiadanú pred telesom, ktoré sa má označiť, pričom v tejto maske je vytvorená jedna alebo viac štrbín, čo umožňuje, aby značka vytvorená lokalizovanými pnutiami mala vopred stanovený tvar.
13. 13. Spôsob podlá predchádzajúcich nárokov, vyznačený tým, že zväzok lúčov laserového žiarenia sa generuje C0₂ laserom.
14. 14. Spôsob podlá predchádzajúcich nárokov, vyznačený tým, že materiál telesa je transparentný pre elektromagnetické žiarenie s vlnovými dĺžkami vo vnútri viditeľnej oblasti elektromagnetického spektra.
15. 15. Spôsob podľa nárokov 1 až 13,vyznačený tým, že materiál telesa je nepriehľadný pre elektromagnetické žiarenie s vlnovými dĺžkami vo vnútri viditeľnej oblasti elektromagnetického spektra, takže lokalizované pnutia môžu byť viditeľné iba optickými prístrojmi pracujúcimi pri vhodných vlnových dĺžkach vo vnútri elektromagnetického spektra.
16. 16. Teleso označené spôsobom podľa niektorého z nárokov 1 až

    15.
17. 17. Teleso, vyznačené tým, že obsahuje oblasti lokalizovaných pnutí v oblasti odsadenej od povrchu uvedeného telesa, pričom na tomto povrchu nie sú detekovateľné žiadne zmeny a uvedené lokalizované pnutia vybiehajú od jedného okraja šošovkovito tvarovanej značky majúcej v reze v podstate konvexný tvar.
18. 18. Teleso podľa nároku 16 alebo 17, vyznačené tým, že materiál tohto telesa je transparentný pre elektromagnetické žiarenie s vlnovými dĺžkami vo vnútri viditeľnej oblasti elektromagnetického spektra.
19. 19. Teleso podľa nároku 17, vyznačené tým, že materiálom tohto telesa je sklo alebo plastická hmota.
20. 20. Teleso podľa nároku 16 alebo 17,vyznačené tým, že materiál tohto telesa je nepriehľadný pre elektromagne tické žiarenie s vlnovými dĺžkami vo vnútri viditeľnej oblasti elektromagnetického spektra, takže lokalizované pnutia môžu byť videné iba optickými prístrojmi pracujúcimi pri vhodných vlnových dĺžkach vo vnútri elektromagnetického spektra.
21. 21. Teleso podľa nárokov 16 až 20,vyznačené tým, že značka vytvorená lokalizovanými pnutiami znázorňuje jedno alebo viac čísel, písmená alebo symboly, alebo ich kombinácie.
22. 22. Teleso podľa nárokov 16 až 21,vyznačené tým, že týmto telesom je obal.