способ нанесения на предмет подповерхностной маркировки

Формула изобретения

1. Способ нанесения на предмет подповерхностной маркировки, включающий этапы направления на поверхность предмета луча лазерного излучения, при этом локализованные напряжения сформированы так, что невидимы невооруженным глазом, но могут наблюдаться в поляризованном освещении, отличающийся тем, что материал, из которого изготовлен предмет, по существу, непрозрачен, причем энергия луча, поглощаемая поверхностью предмета, достаточна для создания локализованных напряжений в предмете в точках, отстоящих от указанной поверхности, без образования каких-либо заметных изменений на указанной поверхности, что обеспечит проблематичность обнаружения нанесенной маркировки потенциальным нарушителем, а также в подделке и удалении этой маркировки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что тело предмета содержит материал, имеющий удельную теплопроводность, приблизительно равную удельной теплопроводности стекла.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что маркировка, образованная локализованными напряжениями, представлена одной или более цифрами, буквами или символами или их комбинацией.

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что луч лазерного излучения концентрируют для образования освещенного пятна на поверхности предмета, причем пятно может перемещаться относительно маркируемой поверхности, таким образом обеспечивая создание маркировки, образуемой локализованными напряжениями, имеющей заранее определенную конфигурацию.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что пятно перемещают относительно маркируемой поверхности так, чтобы сформировать удлиненную область локализованных напряжений, которая при наблюдении в поляризованном освещении имеет вид линии.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что пятно перемещают относительно маркируемого предмета для формирования ряда отстоящих друг от друга областей локализованных напряжений, которые при наблюдении в поляризованном освещении имеют вид ряда точек.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что ряд отстоящих друг от друга областей локализованных напряжений формируют путем перемещения пятна с постоянной скоростью относительно маркируемого предмета и периодического изменения плотности мощности луча.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что ряд отстоящих друг от друга областей локализованных напряжений формируют при поддержании плотности мощности луча, по существу, на постоянном уровне и изменении времени, в течение которого пятно освещает расположенные последовательно точки поверхности.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что пятно перемещают относительно маркируемого предмета со скоростью, которая периодически изменяется от 0 до 3 м/с.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что пятно перемещают относительно маркируемого предмета со средней скоростью в пределах 2 - 3 м/с.

11. Способ по любому из пп.6 - 10, отличающийся тем, что энергию луча, поглощаемую последовательными точками поверхности, плавно изменяют от одной точки к другой.

12. Способ по любому из пп.4 - 11, отличающийся тем, что лазерное излучение имеет плотность мощности в пятне до 10 кВт/см².

13. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что лучом лазерного излучения облучают маску, помещенную перед маркируемым предметом, причем маска имеет одну или более прорезей для формирования маркировки, образованной локализованными напряжениями, имеющей предварительно определенную конфигурацию.

14. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что луч лазерного излучения генерируют с помощью CO₂-лазера.

15. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что материал, из которого изготовлен маркирующий предмет, является прозрачным для электромагнитного излучения с длиной волн в пределах видимого диапазона.

16. Способ по любому из пп.1 - 14, отличающийся тем, что материал, из которого изготовлен маркируемый предмет, является непрозрачным для электромагнитного излучения с длиной волн в пределах видимого диапазона, при этом локализованные напряжения наблюдают с помощью оптических приборов с соответствующей длиной волны электромагнитного спектра.

17. Тело предмета, выполненное из материала, имеющего удельную теплопроводность, приблизительно равную удельной теплопроводности стекла, и маркированное в соответствии с любым из пп.1 - 16 способа.

18. Тело предмета, выполненное из материала, имеющего удельную теплопроводность, приблизительно равную удельной теплопроводности стекла, и имеющее участок локализованных напряжений, находящийся на расстоянии некоторого промежутка от поверхности и без какого-либо обнаруживаемого изменения на указанной поверхности, причем локализованные напряжения проходят от одного края линзообразной маркировки, по существу, выпуклого поперечного сечения.

19. Тело по п.17 или 18, отличающееся тем, что оно является прозрачным для электромагнитного излучения с длиной волн в видимом диапазоне.

20. Тело по п.18, отличающееся тем, что оно выполнено из стекла или из пластмасс.

21. Маркированное тело предмета по п.17 или 18, отличающееся тем, что оно является непрозрачным для электромагнитного излучения с длиной волн в видимом диапазоне, при этом локализованные напряжения могут наблюдаться только при помощи оптических приборов с соответствующей длиной волны в электромагнитном спектре.

22. Тело по любому из пп.17 - 21, отличающееся тем, что маркировка, образованная локализованными напряжениями, представляет собой одну или более цифр, букв или символов или их комбинацию.

23. Тело по любому из пп.17 - 22, отличающееся тем, что оно представляет собой контейнер.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу нанесения на предметы подповерхностной маркировки, невидимой невооруженным глазом, но считываемой при поляризованном освещении.

Многие продукты упаковываются в контейнеры из стекла или пластмасс, и в течение многих лет существовала необходимость в создании способа маркировки контейнеров таким образом, чтобы после нанесения отметки она не могла быть удалена. Понятно, что такой способ нанесения маркировки может иметь широкий диапазон применения, в том числе и для борьбы с "теневой" торговлей.

В прошлом для нанесения несмываемой маркировки производитель мог полагаться почти исключительно на нанесение отметок на поверхность предметов. Однако такой тип маркировки вызывает проблему, заключающуюся в том, что отметки могут быть уничтожены при удалении части поверхности, на которую нанесена маркировка, или они могут быть подделаны нанесением идентичной маркировки на подмененный контейнер.

Чтобы преодолеть эти проблемы заявитель разработал способ и устройство для снабжения предмета подповерхностной маркировкой, описанные в международной публикации N 92/03297 B 41 M 5/24. Описанный способ включает этапы направления на поверхность предмета луча с высокой плотностью энергии, для которого материал данного предмета является прозрачным, и фокусирование луча в точке, находящейся на некотором расстоянии от поверхности внутри этого предмета так, чтобы вызвать локализованную ионизацию материала и создать отметку в форме области повышенной непрозрачности для электромагнитного излучения без каких-либо заметных изменений на поверхности. Это обеспечивает получение преимущества, заключающегося в том, что полученную маркировку как трудно подделать, так и почти невозможно удалить.

Для создания способа маркировки, имеющего дополнительные преимущества, было бы желательно наносить маркировку, невидимую невооруженным глазом. Таким образом, потенциальный нарушитель не только будет иметь трудности с удалением и подделкой маркировки, но также для него проблематично обнаружить нанесенную маркировку.

Наиболее близким к заявленному способу по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является способ нанесения на предмет подповерхностной маркировки, известный из патента США N 3657085, B 01 J 1/10, 08.04.72.

Известный способ описывает нанесение подповерхностной маркировки с использованием электронного луча, при этом указывается на возможность использования в качестве альтернативы лазерного луча. Задачей этого патента США является создание способа маркировки изделий, таких как линзы очков, так, что обычно эта маркировка не видна, но становится видимой при необходимости. Для этого электронный или лазерный луч направляется на маску, помещенную на линзу очков так, что часть луча проникает сквозь прорези в маске и попадает на материал линзы очков. Луч рассеивается от столкновения с молекулами материала линзы, в результате чего кинетическая энергия луча поглощается в виде выделяемого тепла, образующего непрерывные области напряжения в линзе. Эти области напряжения невидимы невооруженным глазом, но могут становиться видимыми при двойном преломлении в поляризованном свете.

В патенте США N 3657085 делается ссылка на возможность применения лазерного луча в связи с маркировкой предметов с окрашенной массой, например, предметов, содержащих в своей массе хромофор, а не предметов, просто имеющих на поверхности окрашенный слой. Имеется в виду хромофор, который поглощает лазерное излучение и при этом вырабатывает достаточное локализованное нагревание для образования постоянных областей напряжения в веществе. Поскольку готовая отметка находится на некотором расстоянии от поверхности вещества, оно должно быть по меньшей мере частично прозрачным для лазерного излучения и позволять лазерному излучению проникать в вещество на необходимую глубину.

В основу изобретения положена задача создать способ нанесения на предмет подповерхностной маркировки, благодаря которому последняя не видима невооруженным глазом.

Поставленная задача решается тем, что в способе нанесения на предмет подповерхностной маркировки, включающем этапы направления на поверхность предмета луча лазерного излучения, при этом локализованные напряжения, сформированы таким образом, что невидимы невооруженным глазом, но могут наблюдаться в поляризованном освещении, согласно изобретению, материал, из которого изготовлен предмет, по существу, непрозрачен, причем энергия луча, поглощаемая поверхностью предмета достаточна для создания локализованных напряжений в предмете в точках, отстоящих от указанной поверхности, без образования каких-либо заметных изменений на указанной поверхности, причем локализованные напряжения, созданные таким образом, обычно невидимым невооруженным глазом, но становится видимым при поляризованном освещении.

Такая реализация способа, согласно изобретению, обеспечивает проблематичность обнаружения нанесенной маркировки потенциальным нарушителем, а также в подделке и удалении этой маркировки.

Предпочтительно, чтобы тело предмета содержало материал, имеющий удельную теплопроводность, приблизительно равную удельной теплопроводности стекла.

Преимущественно, образованная локализованными напряжениями маркировка может представлять собой одну или более цифр, букв или символов или их комбинацию.

Рекомендуется луч лазерного излучения концентрировать для образования освещенного пятна на поверхности предмета, причем пятно может перемещаться относительно маркируемой поверхности, таким образом обеспечивая создание маркировки, образуемой локализованными напряжениями, имеющей заранее определенную конфигурацию.

Предпочтительно, пятно может перемещаться относительно маркируемой поверхности так, чтобы сформировать удлиненную область локализованных напряжений, которая при наблюдении в поляризованном освещении имеет вид линии.

В альтернативном варианте пятно может перемещаться относительно маркируемого предмета для формирования ряда отстоящих друг от друга областей локализованных напряжений, которые при наблюдении в поляризованном освещении имеют вид ряда точек.

В частности, ряд отстоящих друг от друга областей локализованных напряжений может формироваться путем перемещения пятна с постоянной скоростью относительно маркирующего предмета и периодическим изменением плотности мощности луча.

В альтернативном варианте, ряд отстоящих друг от друга областей локализованных напряжений формируют при поддержании плотности мощности луча по существу на постоянном уровне и изменении времени, в течение которого пятно освещает расположенные последовательно точки поверхности.

При этом пятно перемещают относительно маркируемого предмета со скоростью, которая периодически изменяется от 0 до 3 м/с, поддерживая среднюю скорость в пределах от 2 до 3 м/с.

Предпочтительно, когда энергию луча, поглощаемую последовательными точками поверхности, плавно изменяют от одной точки к другой.

Предпочтительно, когда лазерное излучение имеет плотность мощности в пятне до 10 кВт/см².

Рекомендуется лучом лазерного излучения облучать маску, помещенную перед маркируемым предметом, причем маска имеет одну или более прорезей для формирования маркировки, образованной локализованными напряжениями и имеющей предварительно определенную конфигурацию.

Предпочтительно, когда луч лазерного излучения генерируют с помощью CO₂-лазера.

Нужно, чтобы материал, из которого изготовлен маркируемый предмет, был бы прозрачным для электромагнитного излучения с длиной волн в пределах видимого диапазона.

В альтернативном варианте материал, из которого изготовлен маркируемый предмет, может быть непрозрачным для электромагнитного излучения с длиной волн в пределах видимого диапазона, при этом локализованные напряжения наблюдают с помощью оптических приборов с соответствующей длиной волны электромагнитного спектра.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения заявлено тело, выполненное из материала, имеющего удельную теплопроводность, приблизительно равную удельной теплопроводности стекла, а также имеющее участок локализованных напряжений, находящийся на расстоянии некоторого промежутка от поверхности, и без какого-либо обнаруживаемого изменения на указанной поверхности, причем локализованные напряжения проходят от одного края линзообразной маркировки, по существу, выпуклого поперечного сечения.

Преимущественно, когда тело предмета является прозрачным для электромагнитного излучения с длиной волн в видимом диапазоне.

В частности, тело предмета может быть выполнено из стекла или пластмассы.

В альтернативном варианте, тело предмета является непрозрачным для электромагнитного излучения с длиной волн в видимом диапазоне, при этом локализованные напряжения могут наблюдаться только при помощи оптических приборов с соответствующей длиной волны в электромагнитном спектре.

Преимущественно, когда маркировка, образованная локализованными напряжениями, представляет собой одну или более цифр, букв или символов или их комбинацию.

Предпочтительно, когда тело предмета представляет собой контейнер.

Ряд вариантов осуществления настоящего изобретения будет теперь описан на примерах со ссылками на прилагаемые чертежи:

фиг. 1 - схема устройства, способного осуществлять описываемый способ;

фиг. 2 - схема распространения электрической энергии через устройство по фиг. 1;

фиг. 3 - схематичное представление взаимодействия лазерного луча с материалом конкретного предмета;

фиг. 4 - схематичное представление профиля удельной мощности лазерного луча, обеспечивающего формирование ряда отметок в форме матрицы точек;

фиг. 5 - пример подповерхностной отметки, сформированной способом, соответствующим настоящему изобретению;

фиг. 6 - схема устройства для считывания отметок, формируемых способом, соответствующим настоящему изобретению.

Устройство, предназначенное для осуществления способа маркировки, соответствующего настоящему изобретению, показано на фиг. 1. Устройство содержит излучатель 10, регулирующий лазерный луч 12, направленный на предмет 14, который в настоящем примере представляет собой бутылку. Поскольку подповерхностная маркировка в обычных условиях не должна быть видимой невооруженным глазом, но может становиться видимой в поляризованном освещении, для бутылки 14 избран такой материал, как стекло или пластмасса, прозрачные для электромагнитного излучения в видимом диапазоне электромагнитного спектра. Кроме того, излучатель 10 выбран таким образом, что материал из которого изготовлена бутылка 14, по существу непрозрачен для лазерного луча, формируемого излучателем.

В конкретном примере осуществления изобретения, показанном на фиг. 1, излучатель 10 содержит CO₂-лазер непрерывного излучения с высокочастотной накачкой, излучающий лазерный луч 12 с длиной волны 10,6 мкм, который, следовательно, невидим невооруженным глазом. Излученный CO₂-лазером лазерный луч 12 падает на первую отражающую поверхность 16, которая направляет луч 12 через расширитель луча 18 и объединитель лучей 20 на вторую отражающую поверхность 22. Второй источник лазерного излучения, представляющий собой низкоэнергетический гелий-неоновый лазер 24, расположен рядом с CO₂-лазером 10 и излучает вторичный луч видимого лазерного излучения 26 с длиной волны 632,9 нм. Вторичный луч 26 наталкивается на объединитель лучей 20, который отражает его в направлении второй отражающей поверхности 22 совместно с лазерным лучом 12 CO₂-лазера 10. При этом необходимым свойством объединителя лучей 20 является то, что он пропускает электромагнитное излучение с длиной волны 10,6 мкм, в то же время отражая электромагнитное излучение с длиной волны 632,9 нм. Таким образом, луч 26 гелий-неонового (He-Ne) лазера образует видимый компонент объединенного луча 12,26 CO₂-лазера и He-Ne-лазера.

Совмещенные лучи 12,26 отражаются от второй отражающей поверхности 22 к третьей отражающей поверхности 28 и от третьей отражающей поверхности 28 - далее к четвертой отражающей поверхности 30. От четвертой отражающей поверхности 30 объединенный луч 12,26 вновь отражается в направлении головки 32, откуда объединенный луч 12,26 наконец направляется на бутылку 14. Для облегчения маркировки на разной высоте от основания бутылки 14, третья и четвертая отражающие поверхности 28 и 30 установлены как единое целое с головкой 32 так, что они могут регулироваться в вертикальной плоскости под воздействием шагового двигателя 34 (не показан).

В головке 32 объединенный луч 12,26 CO₂-лазера и He-Ne-лазера последовательно падает на два подвижных зеркала 36 и 38. Первое зеркало 36 расположено так, что оно наклонено относительно объединенного луча 12,26, который падает на него, отразившись от четвертой отражающей поверхности 30, и может перемещаться таким образом, чтобы, отражая луч, перемещать его в вертикальной плоскости. Второе зеркало 38 наклонено подобным образом, но так, чтобы принимать объединенный луч 12,26, отраженный от первого зеркала 36, и перемещается таким образом, чтобы отражая луч 12,26, перемещать его в горизонтальной плоскости. Таким образом, специалистам, знакомым с известными устройствами, будет понятно, что луч 12,26, исходящий из головки 32, может перемещаться в любом необходимом направлении при помощи одновременного движения первого и второго зеркал 36 и 38. Для облегчения этого движения два подвижных зеркала 36 и 38 установлены на соответственно первом и втором гальванометрах 40 и 42. Ясно, что могут быть использованы любые пригодные средства для управления зеркалами 36 и 38, однако принятый подход сочетает быстроту реагирования с легкостью управления, что предоставляет очевидное преимущество над альтернативными средствами управления.

Выйдя из головки 32, объединенный луч 12,26 концентрируется, проходя сквозь блок линз 44, который может включать одну или более линз. Первая линза 46 фокусирует луч 12,26 на избранной точке поверхности бутылки 14. Как хорошо известно, максимальная плотность мощности луча 12,26 обратно пропорциональна квадрату радиуса луча 12,26 в его фокусе, который, в свою очередь, обратно пропорционален радиусу луча 12,26, подающему на фокусирующую линзу 46. Таким образом, для луча 12,26 электромагнитного излучения с длиной волны и радиусом R, падающего на линзу с фокусным расстоянием f, удельная мощность E в фокусе в первом приближении выражается формулой



где

P - это мощность, вырабатываемая лазером.

Из этого выражения становятся очевидными значение и цель применения расширителя луча 18, который, увеличивая радиус луча R, служит увеличению плотности мощности E в фокусе. Кроме того, линза 46 - это обычно короткофокусная линза, имеющая фокусное расстояние в пределах 70-80 мм, таким образом, в фокусе луча 12,26 легко может быть достигнута удельная мощность, равная 6 кВт/см².

Вторая линза 48 может располагаться последовательно с фокусирующей линзой 46 для компенсации кривизны поверхности бутылки 14. Ясно, что такой корректирующей линзы не потребуется, если маркируемый предмет 14 является по существу плоским для падающего на него луча. Кроме того, необходимость в такой линзе отпадает, если первый элемент 46 имеет изменяемое фокусное расстояние и включает, например, линзу с плоским полом. Однако нужно заметить, что применение одного или более оптических элементов, это особенно простой и изящный способ обеспечения фокусирования луча 12,26 на поверхности предмета 14 независимо от любой ее кривизны.

В интересах безопасности два лазера 10 и 24 и, соответственно, их лучи заключены в камеру безопасности 52, как показано на фиг. 2, причем объединенный луч 12,26 исходит из камеры 52 только после прохождения через блок линз 44. Доступ к двум лазерам 10 и 24 и различным оптическим элементам, расположенным на пути соответствующих лучей 12,26, осуществляется через дверь 54, оснащенную блокировкой 56, предотвращающей работу CO₂-лазера 10 и He-Ne-лазера 24 при открытой двери 54.

Однофазный источник электроэнергии под напряжением 240 В подводится через блокировку 56 двери к электрораспределительному щитку 58, расположенному под камерой 52 и изолированному от нее для предотвращения электрических помех работе лазеров 10 и 24. От электрораспределительного щитка 58 электроэнергии подается к CO₂-лазеру 10 и He-Ne-лазеру 24, а также к холодильной установке 60, предназначенной для охлаждения CO₂-лазера 10. Кроме того, электроэнергия также подается к шаговому двигателю 34 и к компьютеру 62. Три выпрямителя и объединенные с ними регуляторы напряжения обеспечивают подачу постоянного напряжения 12 В, 10 В и 28 В соответственно на He-Ne-лазер 24 для обеспечения механизма его накачки и на головку 32, где, в частности напряжение 28 В применяется для питания первого и второго гальванометров 40 и 42, а напряжение 10 В подается к гальванометру для осуществления заранее определенного перемещения первого и второго зеркал 36 и 38. Таким образом, с использованием компьютера 62 для модуляции напряжения 10 В, по его программе осуществляются различные перемещения первого и второго зеркал 36 и 38.

При использовании, лазерный луч 12, излучаемый CO₂-лазером 10, формирует световое пятно на поверхности маркируемой бутылки 14. Это пятно может перемещаться по поверхности бутылки в результате перемещения одного или обоих зеркал 36 и 38.

Хорошо известно, что стекло и некоторые другие вещества, прозрачные для электромагнитного излучения в видимом диапазоне электромагнитного спектра, непрозрачны для электромагнитного излучения, имеющего длину волны 10,6 мкм, и что CO₂-лазер формирует излучение именно с такой длиной волны. При этом заявителем было обнаружено, что с использованием CO₂-лазера можно произвести маркировку прозрачного материала, такого как стекло.

Для понимания данного способа маркировки важно помнить, что поглощение лазерного луча материалом, это поступательный или статистический процесс, и что энергия луча всегда поглощается в объеме взаимодействия луча с материалом, имеющим конечные размеры. Таким образом, в этом контексте объем взаимодействия луча с материалом может быть определен как объем, в котором поглощается произвольно установленная значительная составляющая, например 95%, энергии падающего луча. Для электромагнитного получения в видимом диапазоне электромагнитного спектра и предмета из стекла, прозрачного для излучения с такой длиной волны, объем взаимодействия луча с материалом может быть очень большим по сравнению с размером самого предмета. В противоположность этому, при электромагнитном излучении, имеющем длину волны 10,6 мкм, как показали эксперименты с аналогичным предметом из стекла, объем взаимодействия луча с материалом имеет глубину в направлении распространения луча в пределах 8,0-16,0 мкм, для луча с плотностью мощности в пределах от 6 до 10 кВт/см². Таким образом, в то время как для большинства практических случаев может считаться, что лазерный луч 12 поглощается "на поверхности" маркируемого предмета 14, фактически глубина даже 8,0 мкм обеспечивает легкое считывание маркировки с применением средств электронной микроскопии, что необходимо в дальнейшем для определения что должно пониматься под термином "непрозрачность". Таким образом, для устранения сомнений в данном контексте термин "непрозрачность" при его использовании в связи с маркируемым веществом, подразумевает вещество, способное поглощать 95% энергии падающего на него лазерного луча в пределах расстояния, меньшего, чем расстояние от поверхности, на котором находится подповерхностная отметка.

Несмотря на то, что 95% энергии лазерного излучения поглощается в пределах объема взаимодействия луча с материалом, воздействие луча на маркируемый материал не ограничивается этой областью поверхности. Например, тепловой эффект, производимый лучом, может ощущаться вне объема взаимодействия луча с материалом, поскольку стекло обладает значительным коэффициентом теплопроводности. Также, окончательная карта напряжений может выходить за пределы области стекла, на которую непосредственно воздействует лазерный луч, подобно тому, как напряжение распространяется далее конца трещины в оконном стекле. Таким образом, следует иметь в виду, что в принципе физические последствия обучения могут наблюдаться в местах, удаленных от места расположения объема взаимодействия луча с материалом.

Эта ситуация в обобщенном виде представлена на фиг. 3, где изображено тело из материала, характеризуемого объемом взаимодействия луча с материалом, в котором произвольная доля энергии падающего луча передается материалу. Объем взаимодействия луча с материалом (BIV) окружает теплопроводящая зона CHZ, граница которой как и для объема BIV, также может определяться в произвольных пределах. Вне теплопроводящей зоны находится напряженная зона, в которой имеют место напряжения, формируемые в результате изменения физических свойств вещества, вызванного тепловыми изменениями в объеме BIV и во всей зоне CHZ или в ее части. Изменение величины этих напряжений как функция радиального расстояния от места падения луча, обозначено кривой 66, которая показывает, что пики напряжений 68 могут выходить на небольшое расстояние за пределы границы между объемом BIV и зоной CHZ.

Было обнаружено, что при использовании CO₂-лазера, имеющего удельную мощность в пределах 6-10 кВт/см², можно создать отметку в стекле на глубине от 40 до 50 мкм за глубиной, на которую проникает лазерное излучение. Эта отметка, которая в сечении имеет очертания выпуклой линзы, обычно имеет глубину (то есть размер по направлению луча) 10,8 мкм и диаметр 125 мкм и является результатом теплового взаимодействия в стекле.

В этом контексте нужно отметить, что возможные типы взаимодействия между лазерным излучением и материалом предмета можно разделить на три категории в зависимости от плотности мощности используемого лазерного излучения. С точки зрения увеличения плотности мощности это следующие категории:

1. Фотохимические взаимодействия, включая фотоиндукцию и фоточувствительность.

2. Тепловые взаимодействия, при которых падающее излучение поглощается в виде тепла.

3. Ионизирующие взаимодействия, включающие нетепловой фотораспад облучаемого вещества.

Разница между порогами этих трех взаимодействий ясно демонстрируется сравнением типичной плотности мощности 10^-3 Вт/см², требуемой для осуществления фотохимического взаимодействия и удельной мощности 10^-12 Вт/см², типичной для ионизирующего взаимодействия, такого как фоторазмывание и фотораспад.

Отметка, имеющая очертания линзы, не видимая невооруженным глазом, но наблюдаемая при помощи микроскопа при ярком освещении и при помещении между пересекающимися поляризующими фильтрами, имела четко ограниченную нижнюю кромку. Это наблюдение привело к предположению, что отметка представляет собой границы между атомами стекла, получившими энергию от падающего луча, достаточную для преодоления связи с соседними атомами, и атомами, не получившими достаточной для этого энергии. Как можно предполагать из приведенной модели, напряженная область простирается за нижнюю кромку отметки, имеющей очертания линзы в тело стекла. Напряженная область, которая может иметь протяженность по направлению хода луча до 60 мкм, также невидима невооруженным глазом, но может становиться видимой при поляризованном освещении.

Было обнаружено, что отметка, имеющая очертания линзы, и примыкающая напряженная область могут быть созданы только лучом CO₂-лазера, имеющим плотность мощности, лежащую в узко ограниченном диапазоне. Если энергия, поглощаемая стеклом, слишком мала, создается тепловой градиент, недостаточный для образования наблюдаемой напряженной области. И наоборот, если поглощенная энергия слишком велика, поверхность стекла может расплавиться, или стекло может треснуть по линии пиков напряжений и отслаиваться. Это растрескивание стекла, известное как "прорыв", не только снимает напряжение в оставшемся стекле, но и делает отметку как видимой невооруженным глазом, так и поддающейся обнаружению поверхностным анализом.

В описываемом варианте осуществления изобретения лазерный луч 12 перемещается по поверхности бутылки 14 со средней скоростью от 2 до 3 м/с для формирования рисунка с использованием буквенно-цифровых изображений. Однако вместо того, чтобы перемещать луч от одного конца прямой линии к другому, предпочтительнее осуществлять дискретное сканирование, что служит повышению четкости и разрешения формируемых символов. В результате скорость перемещения луча изменяется примерно синусоидально от нуля, когда луч находится на любом из крайних положений сканирования с последовательными дискретными приращениями и практически неподвижен, до примерно 3 м/с в точке, находящейся между этими двумя концами. Следовательно, даже если плотность мощности луча сохраняется на постоянном уровне, различные точки на поверхности бутылки подвергаются различному воздействию энергии луча. Было обнаружено, что диапазон плотности мощности, необходимой для создания вышеупомянутой отметки, существенно узок, и отметки, имеющие форму линзы, и соответствующие напряжения наблюдаются только в точках, где луч был практически неподвижен. В результате этого, при поляризованном освещении напряжения, созданные при сканировании лазерным лучом по поверхности бутылки, появляются в виде ряда точек. Таким образом, путем управления перемещением зеркал 36 и 38 можно сканировать лазерным лучом по поверхности бутылки 14 и формировать любой нужный символ на бутылке в форме матрицы точек.

В альтернативном варианте осуществления изобретения аналогичная матрица точек может создаваться путем сканирования лучом по поверхности бутылки с постоянной скоростью, периодически изменяя его плотность мощности между двумя уровнями с любой из сторон от порога для формирования метки, имеющей очертания линзы, и соответствующих ей напряжений. Такой тип изменения плотности мощности может, например, получаться наложением синусоидальной пульсации 70 на прямоугольный импульс лазерного излучения 72, как схематично показано на фиг. 4. Допуская, что порог для формирования вышеупомянутой метки находится на уровне мощности, представленном пунктиром 74, можно рассчитывать на получение точечных областей напряжений в стекле, отстоящих друг от друга на расстояние, соответствующее тому, которое лазерный луч проходит между последовательными максимальными значениями 76 профиля плотности мощности 78.

В обоих предшествующих вариантах осуществления изобретения предлагалось, что постепенное увеличение энергии, поглощаемой стеклом в точках, близких к реально создаваемой метке, придает стеклу ограниченную способность к обжигу. Это характеризует отличия от устройства, в котором лазерный луч пульсирует, генерируя ряд меток в точках, находящихся друг от друга на произвольном расстоянии. Свойство самообжига, присущее предыдущим вариантам осуществления изобретения, обеспечивает маркировку предмета, прочность которого не ухудшается под воздействием процесса маркировки.

Рисунки из последовательных точек, создаваемые описанными способами, также образуются в результате локального изменения ориентации напряженных областей в стекле и, таким образом в плоскости поляризации любого света, проходящего сквозь него. Это облегчает обнаружение отметок и дает возможность создать "простроченный" рисунок, пример которого показан на фиг. 5.

В другом варианте осуществления изобретения вместо создания рисунка из точек, описанное устройство может обеспечивать создание меток, включающих одну или более непрерывных линий. В этом случае лазерный луч 12 может перемещаться по поверхности маркируемого предмета с постоянной скоростью, при этом плотность мощности луча поддерживается на постоянном уровне, немного большем порога формирования метки, имеющей очертания линзы, и соответствующего напряжения.

В еще одном варианте осуществления изобретения вместо сканирования лазерным лучом 12 поверхности маркируемого предмета 14, луч может применяться для облучения маски. При помощи помещения маски перед маркируемым предметом и при наличии в маске одной или более прорезей, выделенные части падающего луча могут падать на предмет и формировать метку предопределенной конфигурации.

Для наблюдения меток, созданных в соответствии с любым из описанных вариантов осуществления изобретения, маркированный предмет может помещаться между парой перекрещенных линейных поляризаторов и освещаться коллимированным световым пучком. В результате области напряжений становятся видимыми в форме ярких областей на фоне темного фона.

Пример устройства, используемого для считывания маркировки, сформированной в соответствии с любым из рассмотренных вариантов осуществления изобретения, показан на фиг. 6 и включает кожух 100, подобный используемому в качестве основы для установки подвесного прожектора, в котором помещена лампа 102. Кожух 100 имеет верхнюю рабочую поверхность из стекла 104, а между этой поверхностью и лампой 102 помещена линза Френеля 106, способная осуществлять направление основного луча. Скрещенные линейные поляризующие фильтры 108 помещены между рабочей поверхностью 104 и линзой Френеля 106, и для поддержания безопасной рабочей температуры в устройстве кожух 100 снабжен вентилятором 110, подобным используемому в компьютерных системах, и жалюзийным отверстием 112 для доступа воздуха. Для регулировки яркости лампы 102 может применяться выключатель с реостатом.

Для наблюдения напряженных областей в маркированном предмете 14 предмет помещается на рабочую поверхность 104 и осматривается при помощи 10-кратного увеличителя 114, снабженного соответствующим фильтром 116.