name: Методы и средства лазерного управления локальными колориметрическими характеристиками поверхности титана
keyword_list: Методы и средства лазерного управления локальными колориметрическими характеристиками поверхности титана
abstract: Целью диссертационной работы является разработка и исследование
  особенностей применения совокупности методов управления
  колориметрическими характеристиками (КХ), скоростью и обратимостью
  записи идентификационных меток на поверхности титановых сплавов, а
  также комплекса программных и аппаратных средств для их реализации.
  Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих
  задач:
  1) разработка методов многократной лазерной записи, перезаписи и
  стирания цветных идентификационных меток с заданными КХ на
  поверхности подложки из титанового сплава за счет управления локальной
  толщиной ОП;
  2) увеличение производительности записи цветных
  идентификационных меток на поверхности титанового сплава и определение
  границ эксплуатационной применимости ЦЛМ на основе изучения ее
  термической и химической устойчивости;
  3) разработка комплекса оптико-электронных аппаратных средств и
  программ управления локальными КХ цветных идентификационных меток
  на поверхности титанового сплава.
  Основные результаты работы:
  Экспериментально обнаружено, теоретически обосновано и
  практически подтверждено, что все основные методы записи, многократной
  перезаписи, и стирания цветных идентификационных меток на поверхности
  металлов под действием наносекундного лазерного импульса в воздушной
  атмосфере могут быть реализованы при нагревании выше температуры
  испарения, когда все параметры лазерного воздействия остаются
  постоянными и для титана и его сплавов составляют: мощность 18 Вт, 
  длительность импульсов ~100 нс, частота следования импульсов ~900 кГц, а
  реализация конкретной операции записи, перезаписи и стирания
  осуществляется путем изменения скорости сканирования в диапазоне от 100
  до 2000 мм/с, доза лазерного облучения Еи в избранных режимах составляет
  от 0,5 мДж до 9 мДж. Такой режим сочетает максимальную
  производительность метода цветной лазерной записи до 1,1-12,5 см2
  /мин (в
  зависимости от заданного цвета) наряду с максимальной простотой
  управления цветом идентификационных меток и возможностью его тонкого
  ретуширования.
  На основе изложенных выше методов разработаны оптикоэлектронные средства (алгоритмы, ПО и малогабаритное ручное оптикоэлектронное устройство) управления локальными КХ цветных
  идентификационных меток на поверхности подложки из титана или его
  сплавов.
   Спроектированное ручное устройство в настоящее время принято к
  опытному производству в ООО «Лазерный центр».
  В частности:
  1. Предложены, обоснованы и опробованы методы записи,
  многократной перезаписи и стирания цветных идентификационных меток на
  подложке из титанового сплава под действием наносекундного лазерного
  импульса в воздушной атмосфере.
  2. Записанная цветная идентификационная метка может быть
  перезаписана при повторном воздействии наносекундного лазерного
  импульса на предварительно окисленный участок при температуре выше
  порога испарения титана (Eи в диапазоне 1,5 - 7,5 мДж). При этом
  имеющийся слой окисла удаляется в процессе испарения, после чего
  происходит запись нового цвета на стадии остывания (240 < tок < 920 мкс). 
  Новые колориметрические координаты вновь записываемого изображения
  (метки) обеспечиваются за счет должного расчета и реализации режима
  остывания поверхности сплава титана в процессе лазерного воздействия. Это
  позволяет многократно записывать цветные идентификационные метки на
  поверхности металлов. Причем количество актов перезаписи единичных
  меток ограничено только толщиной металлической подложки.
  3. Предложен механизм стирания цвета (удаление окисла): стирание
  цвета целесообразно осуществлять испарением слоя окисла при дозе
  лазерного облучения в диапазоне с 0,5 до 1,5 мДж, когда длительность
  стадии остывания (tок < 240 мкс) минимальна для исключения повторного
  окисления.
  4. Определена химическая и температурная устойчивость полученных
  ОП на поверхности металлов под действием наносекундного лазерного
  импульса в воздушной атмосфере: изделия и детали с цветной лазерной
  идентификацией могут применяться в различных областях промышленности,
  так как оксидный слой устойчив к кислотам, спиртам, солям и поверхностноактивным веществам, а также к повышенному уровню влажности в диапазоне
  температур -20°С до +40°С. В то же время, показано, что при использовании
  изделий и деталей с цветной лазерной маркировкой следует исключить
  контакт со щелочами (входят в состав бытовой химии и моющих средств).
  5. Цвет поверхности титана при повторном воздействии
  наносекундного лазерного импульса на предварительно окисленный участок
  на воздухе определяется интерференционными эффектами в тонких
  оксидных слоях: TiO2 в фазе рутил (для желтого цвета), Ti3O5 и TiO2 в фазе
  анатаз (для фиолетового и синего цветов).
  Таким образом, предложено и спроектировано ручное малогабаритное
  оптико-электронное устройство, подсоединенное напрямую к выходному 
  волокну непрерывного лазерного источника (доза лазерного облучения для
  формирования цвета при лазерной записи, перезаписи и стирания находится
  в диапазоне 10 – 50 мДж), позволяющее осуществить цветную лазерную
  маркировку металлов за счет формирования локальных интерференционных
  ОП, которое может лечь в основу нового вида научного искусства – лазерной
  живописной миниатюры по металлу.
  Программно-аппаратная и режимная база разработанных в работе
  методов (записи, многократной перезаписи и стирания) лазерного
  управления толщиной ОП, существенно улучшает все основные
  характеристики цветной лазерной маркировки – воспроизводимость цветов и
  производительность нанесения идентификационных знаков.
chairman_dissertation_council.name: Владислав
chairman_dissertation_council.surname: Бугров
chairman_dissertation_council.patronymic: Евгеньевич
chairman_dissertation_council.position: профессор (квалификационная категория "ведущий профессор"), факультет лазерной фотоники и оптоэлектроники
chairman_dissertation_council.degree: Доктор физико-математических наук
chairman_dissertation_council.rank: Профессор
chairman_dissertation_council.wos_research_id: 8321276100
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 8321276100
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Владимир
organization_supervisor.surname: Васильев
organization_supervisor.patronymic: Николаевич
organization_supervisor.position: ректор
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 29.31.01
rubrics.name: Общие вопросы
rubrics.code: 47.35.31
rubrics.name: Лазеры
oecds.code: 01.03.SY
oecds.name: OPTICS
speciality_codes.name: Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы
speciality_codes.code: 05.11.07
supervisors.fio: Вейко В.П.
supervisors.scientific_degree: Доктор технических наук
supervisors.speciality_code: Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Дубенская М.А.
opponents.scientific_degree: Кандидат технических наук
opponents.speciality_code: Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Колобов Ю.Р.
opponents.scientific_degree: Доктор физико-математических наук
opponents.speciality_code: Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: УНИВЕРСИТЕТ ИТМО; НИУ ИТМО; ИТМО
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИТМО"
protection_organization.ogrn: 1027806868154
protection_organization.supervisor_name: ВЛАДИМИР
protection_organization.supervisor_surname: ВАСИЛЬЕВ
protection_organization.supervisor_patronymic: НИКОЛАЕВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные автономные учреждения
author_organization.short_name: УНИВЕРСИТЕТ ИТМО; НИУ ИТМО; ИТМО
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИТМО"
author_organization.ogrn: 1027806868154
author_organization.supervisor_name: ВЛАДИМИР
author_organization.supervisor_surname: ВАСИЛЬЕВ
author_organization.supervisor_patronymic: НИКОЛАЕВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные автономные учреждения