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为赛车上的零部件做标记

2018-06-11 00:00520
        F1赛车队通常在每次赛事或者测试后都会拆卸、重装三辆赛车(两辆用于比赛,一辆备用)。每辆赛车都是由3500个零件组装起来的,所有的零件都需要不断调整和改善,这就使得和每辆车有关的零件约有10000个左右。
        为了不断提高可靠性和安全性,F1(和其他机车运动)车队目前所进行的工作之一就是认真仔细地对零件进行标记。虽然从发展历史来说,许多大型的组件是用可读性强的信息来标记的,但是更有意义的应该是能够对汽车上的每一个零部件进行标记。这就需要一个合适的企业资源计划(Enterprise Resource Planning, ERP)系统,该系统能够对生产过程、产品的修整,以及产品储存、财务状况和零件寿命等各方面进行控制。
         
        零件保护
        直接零件标记(Direct Part Marking, DPM)让人们可以对一个产品从出产到报废的整个过程进行追踪。实现这个目的就需要高质量、永久性的标记,它们能够承受住极端恶劣的条件 (如加热、磨损、腐蚀性液体等)。对于ERP系统来说,使用一个相关的数据库来保存单个零件的准确记录,比如加工的时间、方式、地点、使用的经过和使用的时间。
        二十世纪八十年代末在美国开发出来的数据矩阵码现在已经在世界范围内被广泛应用到汽车、航空和电子行业中。该编码的使用已经大众化,所以使用该编码不需要任何执照或者许可证。
        由于它们的尺寸小、数据量大,数据矩阵码几乎能够标记汽车上的任何东西,从叉臂到转向齿条,到活塞和燃料喷射器,到螺丝和螺帽。数据矩阵有很大程度的冗余度,能够经受住标记的缺失,从而提供高度的可靠性。它还有内置的纠错能力,使用工业级的读码器时,标记的对比度仅需高于20%即可。
        除了激光打标以外,还有其它一些技术可以打出数据矩阵编码,例如喷墨打印,电化学刻蚀和点针式打标等技术。对于F1赛车方面的应用来说,它们所用的材料和加工表面非常多样,而且还使用特殊材料或者合金,包括镁钛合金。激光打标技术更为适用,因为它能够对几乎所有的材料进行加工,打出优质而且持久的“可读”编码,而且不会对零件的整体结构造成任何影响。激光加工更为灵活,而且能够加工出正方形或者圆形的矩阵元,不过对于信息密度高的情况,通常正方形的矩阵更为合适。此外,采用激光技术能够加工出很小的编码(可达1mm×1mm),这是其他技术所不能实现的。
        多年来,F1车队一直使用激光技术来进行零件打标。从最近的发展趋势来看,不仅标记尺寸的减小,而且读取过程实现自动化,这就使得识别过程更快、也更可靠。已有的激光器已经无法满足小型编码标记的要求,因为原有的激光光斑较大,这样用它来打小标记的话就像拿大刷子来画画一样。因此,Rofin公司已经在一些F1设备中安装了几台PowerLine E-10(端面泵浦的钒酸盐)激光光源;它的光束质量高(光斑小),脉冲宽度短,使得在大部分材料上加工高质量的IDM(识别管理)标记成为可能,这些材料包括钢和铝材料等。所加工的标记尺寸仅有1mm2。这些激光器可以加工的编码非常小,以至于技术人员和读码装置需要下一番功夫才能找到产品上的编码。编码变得如此之小,也意味着几乎所有汽车中使用的零件都可以被永久性标记和识别。
        汽车工业不断开发出新部件、新产品和新的汽车养护方法,这些新进展在世界范围内被采用,这些技术进展也附带地进入更大范围的汽车工业和航空航天工业。质量控制和可追溯性是当前许多行业的基本要求。生产中的失误将耗费时间和金钱,对于机车运动行业来说,还可能危及生命。
        
        创新保护
        激光打标技术保护了生命,也维持了生计。在汽车运动业以及其他任何行业中,产品的创新是极为重要的战略步骤,在饱和市场中,它能够提升产品的竞争力。但是,产品的伪造将侵犯公司的商标权,大大降低公司的销售额,从而破坏创新所带来的竞争优势。利用激光技术,信息载体能以可见或者隐藏的方式直接打在元件上,或者以直接/间接的方式打在其它载体材料上。
        序列号可以被用于元件、金属片或者标签。直接在产品上打标时,通过材料的熔融或者蒸发,可以对材料进行烧蚀。然而,对于防伪保护来说,标准序列号仅提供有限的保护。与此相比,条形码能够提供很好的保护。这是因为条形码是基于特殊的序列号,而这些序列号是由一定的算法得到的,这些算法能够更好实现防伪保护。举例来说,具有高质量写入设备的制造商就采用了这项技术。条形码的使用需要有读码设备,这样,如果没有配套的设备就无法识别条形码了。
        对于间接打标来说,信息的载体不是产品本身,而是其他材料,比如,具有特殊性质的金属片。金属片是通过激光打标,然后被装载到元件上,使得金属片既不会脱落,也不会损坏。金属片的形状和其上的内容可以按需要来进行编写,金属片在打标后可利用激光来进行切割操作。这类的产品保护在汽车工业中是很常用的,它为准时生产方式带来更大的灵活性。
        利用激光技术来进行直接/间接打标,以及生产可见/隐藏标记等过程,都可以使用MicroGlyph系统公司(www.microglyph.com)开发的二维编码技术。在该技术中,用户的数据由一个专门开发的软件来进行编码,利用激光技术,数据可以被转移到工件上。数据可以由专门的解码器来进行解码。该技术的特点是所得的信息密度很高(可达400字节/cm2),而且可读性非常好,即使在编码被破坏的情况下,也可以读出。
        使用激光在产品上打隐藏式标记时,虽然产品中包含了重要的产品信息,但是其外观上没有任何变化。
        已获生产专利的可见式激光标记,比如可变式激光图像(CLI)和多重激光图像(MLI),已被用于产品的防伪保护中。这些制作工艺被应用在多层式安全卡的生产中。技术人员首先加工安全卡的顶层(透明材料)。随后他们利用激光在该层上分别加工多达三幅子图像,这是通过改变激光的入射角来实现的。所得的图像具有光学倾斜效应。该技术的缺陷在于其生产过程相对昂贵。
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