Способ нанесения и визуализации маркировки изделия и устройство для визуализации

 

Изобретение относится к анализу материалов с помощью магнитных средств и может быть использовано для скрытного маркирования изделий из немагнитных металлов (алюминий, титан и др.), неметаллов (пластмассы), магнитомягких материалов, магнитожестких материалов, изделий из дорогостоящих тканей, кожи, меха, денежных знаков, ценных бумаг, кредитных карточек и др. Цель изобретения - создание маркировки, не различаемой при визуальном наблюдении внешней поверхности изделия. Символ на изделие наносится с внутренней стороны путем нанесения умеренно жесткого материала или изменения рельефа или структуры внутренней поверхности изделия. Считывание осуществляют магнитооптическим методом с помощью эффекта Фарадея, помещая на пути света от источника поляризатор, магнитооптическую пленку и анализатор, причем пленку помещают вблизи символа со стороны внешней поверхности изделия. Магнитные поля рассеяния изделия с записанным символом изменяют распределение немагниченности в пленке. 2 с. и 31 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к анализу материалов с помощью магнитных средств и может быть использовано для скрытого маркирования изделий немагнитных металлов, пластмасс, магнитомягких материалов, магнитожестких материалов, изделий из дорогостоящих тканей, кожи, меха, денежных знаков, ценных бумаг, кредитных карточек и др.

Известен способ нанесения и визуализации маркировки изделия, заключающийся в том, что на изделие наносят цифровой или иной символ путем локального изменения физических свойств материала на внешней поверхности изделия за счет перенесения цветного слоя с красящей ленты на изделие с последующим считыванием символа [1] Недостатком этого способа является невозможность создания маркировки, неразличимой при визуальном наблюдении внешней поверхности изделия.

Известен способ маркировки изделия, заключающийся в том, что на изделие наносится цифровой или иной символ путем локального изменения физических свойств материала на поверхности изделия и считывают символ [2] Недостатком этого способа является невозможность создания маркировки, неразличимой при визуальном наблюдении внешней поверхности изделия.

Известно устройство для визуализации, содержащее оптически связанные и последовательно установленные вдоль оптической оси источник света, поляризатор, магниточувствительный элемент и анализатор [3] Недостатком этого устройства является невозможность визуализации маркировки, неразличимой при визуальном наблюдении внешней поверхности изделия.

Целью изобретения является создание маркировки, неразличимой при визуальном наблюдении внешней поверхности изделия.

Цель достигается тем, что в известном способе нанесения и визуализации маркировки изделия, заключающемся в том, что на изделие наносят цифровой или иной символ путем локального изменения физических свойств материала и считывают символ, физические свойства материала локально изменяют в объеме или на внутренней поверхности изделия, помещают вблизи символа со стороны внешней поверхности изделия магнитооптическую пленку или выполненную из нее ячеистую структуру и регистрируют распределение намагниченности в магнитооптической пленке или ячеистой структуре.

В частности, на изделие можно воздействовать постоянным магнитным полем, например намагничивающим изделие до насыщения и направленным параллельно плоскости магнитооптической пленки, переменным и/или импульсным магнитными полями, направленными перпендикулярно плоскости пленки.

В частности, можно использовать магнитоодноосную магнитооптическую пленку, например слабоодноосную. На слабоодноосную пленку можно воздействовать постоянным магнитным полем.

Для скрытой маркировки изделий из магнитомягких материалов, например стальных пластин, символ можно наносить путем локального изменения рельефа или структуры внутренней поверхности изделия.

Для скрытой маркировки изделий из умеренно жестких магнитных материалов, например магнитных лент и дисков, обеспечения возможности стирания и перезаписи маркировки символ можно наносить путем локального воздействия магнитными полями рассеяния маркера, выполненного из магнитожесткого материала, коэрцитивная сила которого много больше, чем у материала изделия.

Для скрытой маркировки изделий из немагнитных материалов, например из алюминия или титана, символ наносят путем локального изменения рельефа или структуры внутренней поверхности изделия, на которое дополнительно воздействуют переменным электромагнитным полем, вызывающим появления в изделиях вихревых токов и, как следствие, магнитных полей рассеяния.

Для обеспечения возможности стирания и перезаписи маркировки изделий из немагнитных материалов на внутреннюю поверхность изделия наносят слой умеренно жесткого магнитного материала, а символ наносят путем локального воздействия магнитным полем рассеяния маркера из магнитожесткого материала, коэрцитивная сила которого много больше, чем у наносимого слоя. В частности, наносимый слой может быть выполнен из бариевого феррита, магнитной ленты или магнитной резины.

В частности, распределение намагниченности в магнитооптической пленке можно регистрировать с помощью магнитооптического эффекта Фарадея, освещая при этом пленку, например, белым светом.

Цель достигается также тем, что в известном устройстве для визуализации, содержащем оптически связанные и последовательно установленные вдоль оптической оси источник света, поляризатор, магниточувствительный элемент и анализатор, магниточувствительный элемент выполнен в виде магнитооптической пленки.

В частности, магнитооптическая пленка может быть выполнена в виде монокристаллической пленки феррит-граната, в том числе висмутсодержащей, например, составов (R, Bi)₃(Fe, A)₅O₁₂ или (R, Ca, Bi)₃(Fe, Ge, Si)₅O₁₂, где R по крайней мере один из редкоземельных элементов; A по крайней мере один из элементов Ga, Al, Sc и/или Zn.

В частности, устройство может дополнительно содержать светоделитель и линзу, причем светоделитель установлен между поляризатором и магниточувствительным элементом, а линза установлена за светоделителем на выходе устройства или между светоделителем и анализатором.

В частности, устройство может дополнительно содержать коллимирующий объектив, установленный между источником света и поляризатором.

Для скрытой маркировки изделий из магнитомягких материалов устройство может дополнительно содержать по крайней мере один постоянный магнит, магнитосвязанный с изделием в области маркировки, и замыкатель, если постоянных магнитов больше, чем один.

Для скрытой маркировки изделий из немагнитных металлов устройство может дополнительно содержать устройство формирования вихревых токов в области маркировки изделия.

В частности, устройство может дополнительно содержать магнитный блок, магнитосвязанный с магнитооптической пленкой и выполненный в виде источника постоянного, переменного и/или импульсного магнитного поля.

В частности, в качестве светоделителя устройство может содержать пластину из немагнитного граната, установленную под углом 45^о к оптической оси.

Изменение физических свойств материала, в частности магнитных или электрических, на внутренней поверхности изделия не меняет свойств изделия, регистрируемых при визуальном наблюдении его внешней поверхности. Однако такое изменение приводит к изменению полей рассеяния, которые воздействуют на магнитооптическую пленку, помещаемую вблизи записанного символа со стороны внешней поверхности изделия, и вызывают перераспределение намагниченности в ней, регистрируемое, в частности, с помощью магнитооптического эффекта Фарадея. Способ записи символа на внутренней поверхности изделия выбирают в зависимости от материала изделия. Если изделие выполнено из магнитожесткого материала, например магнитной ленты, то символ записывают непосредственно на изделии путем его локального намагничивания, например, с помощью маркера, выполненного из магнитожесткого материала, коэрцитивная сила которого много больше, чем у материала изделия. После удаления маркера символ может сохраняться сколь угодно долго. При этом имеется возможность стирания и перезаписи маркировки, что обеспечивается использованием набора специальных маркеров. Если изделие выполнено из иного материала, то можно специально нанести магнитожесткий материал на его внутреннюю поверхность. Если изделие выполнено из магнитомягкого материала, например из стали, то маркировку можно наносить путем локального изменения рельефа или структуры внутренней поверхности изделия, например путем процарапывания или наклепа со стороны внутренней поверхности. Это не приводит к появлению локальных магнитных полей рассеяния в отсутствие внешних магнитных полей. Такие поля появляются, если на изделие воздействовать внешним магнитным полем, например постоянным. Напряженность полей рассеяния максимальна, если внешнее магнитное поле намагничивает изделие до насыщения, при этом наибольший эффект достигается, если это поле приложено параллельно плоскости магнитооптической пленки, которая выполнена магнитоодноосной. Локальное изменение рельефа или структуры внутренней поверхности изделия обеспечивает скрытую маркировку также и изделий из немагнитных металлов, например алюминия или титана. В этом случае для создания магнитных полей рассеяния в изделии создают вихревые токи, распределение которых вблизи записанного символа иное, чем в других местах, из-за изменения электрического сопротивления.

Если используется магнитоодноосная пленка, то магнитные поля рассеяния приводят к изменению ширины противоположно намагниченных доменов вплоть до полного локального намагничивания пленки. Если поля рассеяния невелики, то для облегчения и регистрации на пленку можно воздействовать переменным или импульсным магнитным полем, приложенным перпендикулярно плоскости пленки. Это вызывает движение доменных стенок во всех областях пленки, кроме мест локализации магнитных полей рассеяния изделия, вызывающих закрепление доменных стенок. Альтернативным вариантом является использование слабоодноосной магнитооптической пленки. В этом случае магнитные поля рассеяния влияют на угол выхода намагниченности из плоскости пленки и, как следствие, на величину угла поворота плоскости поляризации проходящего света, что приводит к изменению интенсивности света на выходе анализатора по площади изображения распределения намагниченности в пленке. Если пленку освещать белым светом, то из-за дисперсии магнитооптического эффекта Фарадея на выходе анализатора наблюдается цветовой контраст.

На фиг. 1, 2 и 3 изображены варианты устройства для случаев, когда символ записывают на магнитожестком, магнитомягком и немагнитном проводящем материалах соответственно.

Устройство для визуализации скрытой маркировки с использованием магнитожесткого материала, нанесенного на внутреннюю поверхность изделия (фиг. 1), содержит источник 1 света, конденсатор 2, поляризатор 3, светоделитель 4, магнитооптическую пленку 5, нанесенную на немагнитную подложку 6, линзу 7 и анализатор 8. Пленка 5 находится в контакте с внешней поверхностью изделия 9. На внутреннюю поверхность изделия 9 нанесен магнитожесткий материал 10, на котором и выполнена маркировка путем его локального намагничивания. На фиг. 2 показано устройство для визуализации скрытой маркировки путем локального механического воздействия на внутреннюю поверхность изделия из магнитомягкого материала и последующего сполирования неровностей. Это устройство дополнительно содержит постоянные магниты 11, связанные с замыкателем 12, телекамеру 13 и телемонитор 14. На фиг. 3 показано устройство для визуализации скрытой маркировки путем изменения рельефа внутренней поверхности изделия из проводящего немагнитного материала. Оно дополнительно содержит отражающее зеркало 15 и блок 16 формирования вихревых токов в изделии 9, а также магнитный блок 17, предназначенный для формирования переменного или импульсного магнитного поля, приложенного к магнитооптической пленке перпендикулярно ее поверхности.

Устройство на фиг. 1 работает следующим образом. В случае умеренно жесткого материала 10, например магнитной резины, маркировка наносится для умеренно жесткого материала с помощью маркера специального типа, выполненного из более коэрцитивного материала, чем магнитная резина. Маркировка производится путем приведения в магнитный контакт маркера и магнитной резины. Для перезаписи резину сначала однородно намагничивают сплошным маркером, а перезапись осуществляют противоположно намагниченным маркером. Магнитные поля рассеяния рисунка на магнитной резине воздействуют на пленку 5, что приводит в случае ее сильной одноосной магнитной анизотропии либо к изменению ширины доменов, либо к ее полному локальному намагничиванию в том или ином направлении. Если пленка 5 выполнена слабоодноосной, то магнитные поля рассеяния вызывают локальные изменения угла выхода намагниченности из плоскости пленки, что приводит к появлению амплитудного контраста на выходе анализатора 8.

Для визуализации лучше всего использовать монокристаллические пленки феррит-гранатов, особенно висмутсодержащие. В частности, пленка 5 может быть выполнена состава (R, Bi)₃(Fe, A)₅O₁₂, где R по крайней мере один из редкоземельных элементов; A по крайней мере один из элементов Ga, Al, Sc и /или In. Если R Lu, Yb, Tm, Er, Dy и/или Eu, то пленка может обладать сильной одноосной магнитной анизотропией, если в ее состав входят Нo, Nd и/или Pr, то анизотропия может быть уменьшена практически до нуля. Альтернативным вариантом может быть использование пленок состава (R, Ca, Bi)₃(Fe, Ge, Si)₅O₁₂, обладающих более высокой термостабильностью параметров.

Для визуализации маркировки, занимающей достаточно большую площадь, удобно использовать светоделитель 4, установленный между поляризатором 3 и пленкой 5, а также коллимирующий объектив 2, установленный после источника света 1. Линза 7, дающая увеличенное изображение маркировки, может быть установлена как перед анализатором 8, так и после него.

При визуализации маркировки, выполненной путем изменения рельефа или структуры магнитомягкого материала, целесообразно силовые линии магнитного поля, создаваемые постоянными магнитами 11, замыкать с помощью замыкателя 12, выполненного из магнитомягкого материала. Если маркировка выполнена на немагнитном проводящем материале, то необходимо как в устройстве на фиг. 3 использовать блок 18 формирования вихревых токов.

Светоделитель 4 может быть выполнен в виде пластины из гадолиний-галлиевого или кальций-ниобий-галлиевого гранатов и установлен под углом 45^о к оптической оси.

П р и м е р 1. Визуализировали буквенную маркировку, выгравированную на задней поверхности изделия из стального листа толщиной 1,5 мм. Использовали пленку 5 состава (Y, Lu, Bi)₃(Fe, Ga)₅O₁₂, выращенную на подложке из гадолиний-галлиевого граната с ориентацией (111). Пленка при намагниченности насыщения 145 Гс обладала фактором качества материала 12. Без устройства визуализации, где постоянные магниты 11 выполнены из самарий-кобальтового сплава, а замыкатель 12 из стали "армко", маркировка при визуальном наблюдении не видна. С помощью устройства на фиг. 2 визуализируется картина. Темная вертикальная линия на фотографии представляет собой край пленки.

П р и м е р 2. На внутреннюю поверхность пластикового листа толщиной 2 мм наносили рисунок магнитной краской. Использовали пленку 5 состава (Lu, Sm, Bi)₃(Fe, Sc, In)₅O₁₂, нанесенную на подложку из неодим-галлиевого граната с ориентацией (111) и светоделитель из гадолиний-галлиевого граната. Визуализацию осуществляли так же, как в примере 1.

П р и м е р 3. На внутреннюю поверхность изделия из пластика толщиной 4 мм приклеивали полоску из магнитной резины. Маркер специальной формы изготовляли из самарий-кобальтового постоянного магнита. Визуализацию осуществляли так же, как в примере 1, для чего использовали пленку 5 состава (Lu, Pr, Bi)₃(Fe, Ga, Al)₅O₁₂ с фактором качества 0,93, причем ее освещали белым светом. Визуализированная картина имела цветовой контраст. Запись стирали сплошным маркером из того же материала. Перезапись осуществляли с помощью маркера другой формы, намагниченного противоположно стирающему.

П р и м е р 4. На внутреннюю поверхность изделия из кожи наклеивали полоску из магнитной ленты. Для визуализации использовали пленку 5 состава (Lu, Sm, Bi, Ca)₃(Fe, Ge, Si)₅O₁₂, выращенную на подложке из гадолиний- галлиевого граната с ориентацией (110) и обладающую фактором качества 8,2.

П р и м е р 5. На одной стороне магнитной ленты для видеомагнитофона наносили маркировку. Для визуализации использовали пленку 5 состава (Lu, Nd, Bi)₃(Fe, Ga)₅O₁₂, выращенную на подложке из (Gd, Ca)₃(Mg, Zr, Ga)₅O₁₂ с ориентацией (210) и обладающую фактором качества 1,1. Использовали источник 1 белого света. Визуализированная картина характеризовалась цветовым контрастом, где цвета изменялись от красно-коричневого до зеленого.

Формула изобретения

1. Способ нанесения и визуализации маркировки изделий, заключающийся в том, что на изделие наносят цифровой или иной символ путем локального изменения физических свойств материала и считывают символ, отличающийся тем, что физические свойства материала локально изменяют в объеме или на внутренней поверхности изделий, помещают вблизи символа со стороны внешней поверхности изделий магнитооптическую пленку или выполненную из нее ячеистую структуру и регистрируют распределение намагниченности.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на изделие воздействуют постоянным магнитным полем.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на изделие воздействует постоянным магнитным полем, намагничивающим изделие до насыщения.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что постоянное магнитное поле направлено параллельно плоскости магнитооптической пленки.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют магнитоодноосную пленку и на нее воздействуют переменным магнитным полем, приложенным перпендикулярно ее плоскости.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют магнитоодноосную пленку и на нее воздействуют импульсным магнитным полем, приложенным перпендикулярно ее плоскости.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют слабоодноосную магнитооптическую пленку.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что на слабоодноосную магнитооптическую пленку воздействуют постоянным магнитным полем.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что символ наносят путем локального воздействия магнитными полями рассеяния маркера, выполненного из магнитожесткого материала, коэрцитивная сила которого много больше, чем у материала изделия.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что на изделие дополнительно воздействуют переменным электромагнитным полем, вызывающим появление в изделии вихревых токов.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что на внутреннюю поверхность изделия наносят слой умеренно жесткого магнитного материала, а символ наносят путем локального воздействия магнитными полями рассеивания маркера из магнитожесткого материала, коэрцитивная сила которого много больше, чем у наносимого слоя.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что наносят слой бариевого феррита.

13. Способ по п. 11, отличающийся тем, что слой выполнен из магнитной резины.

14. Способ по п. 11, отличающийся тем, что слой выполнен из магнитной ленты.

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что распределение намагниченности в магнитооптической пленке регистрируют с помощью магнитооптического эффекта Фарадея.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что при регистрации распределения намагниченности в магнитооптической пленке ее освещают белым светом.

17. Устройство для визуализации, содержащее оптически связанные и последовательно установленные вдоль оптической оси источник света, поляризатор, магниточувствительный элемент и анализатор, отличающееся тем, что магниточувствительный элемент выполнен в виде магнитооптической пленки.

18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что магнитооптическая пленка выполнена в виде монокристаллической пленки ферриграната.

19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что магнитооптическая пленка выполнена в виде висмутсодержащей монокристаллической пленки ферритгратана.

20. Устройство по п. 19, отличающееся тем, что магнитооптическая пленка выполнена состава (R,Bi)₃ (Fe,A)₃ O₁₂, где R по крайней мере один из редкоземельных элементов; A по крайней мере один из элементов Ga, Al, Sc и/или In.

21. Устройство по п.19, отличающееся тем, что магнитооптическая пленка выполнена состава (R,Ca,Bi)₃ (Fe,Ge,Si)₅O₁₂, где R - по крайней мере один из редкоземельных элементов.

22. Устройство по п.17, отличающееся тем, что оно снабжено светоделителем и линзой, причем светоделитель установлен между поляризатором и магниточувствительным элементом, а линза установлена за светоделителем.

23. Устройство по п.22, отличающееся тем, что линза установлена на выходе устройства.

24. Устройство по п.22, отличающееся тем, что линза установлена между светоделителем и анализатором.

25. Устройство по п.17, отличающееся тем, что оно снабжено коллимирующим объективом, установленным между источником света и поляризатором.

26. Устройство по п.17, отличающееся тем, что оно снабжено по крайней мере одним постоянным магнитом, магнитосвязанным с изделием в области маркировки.

27. Устройство по п.26, отличающееся тем, что оно снабжено замыкателем, который связан с постоянными магнитами.

28. Устройство по п.17, отличающееся тем, что оно снабжено узлом формирования вихревых токов в области маркировки изделия.

29. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что оно снабжено магнитным блоком, магнитосвязанным с магнитооптической пленкой.

30. Устройство по п.29, отличающееся тем, что магнитный блок выполнен в виде источника постоянного магнитного поля.

31. Устройство по п.29, отличающееся тем, что магнитный блок выполнен в виде источника переменного или импульсного магнитного поля.

32. Устройство по п.17, отличающееся тем, что оно снабжено пластиной из немагнитного граната, установленной на оптической оси между поляризатором и магнитооптической пленкой.

33. Устройство по п.32, отличающееся тем, что пластина установлена под углом 45^o к оптической оси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3