Защитная метка для идентификации металлических объектов

Полезная модель относится к области маркировки и идентификации продукции и может быть использована для идентификации, декорирования и в некоторых случаях удостоверения подлинности изделий из нержавеющей стали.
Из области техники известны технические решения схожего характера.
Известна защитная метка (патент РФ №2544144, МПК G02B 5/20, дата публикации 10.03.2015), которая состоит из многослойной пленки со скрытым поляризационными изображениями и отражающим слоем, при этом в слое со скрытым поляризационным изображением выполнены изотропные и анизотропные области, где слой со скрытым поляризационным изображением обладает способностью к фазовой поляризации и представляет собой четвертьволновую пластину. При рассмотрении метки под определенными углами через линейный поляризационный фильтр в зависимости от угла между плоскостью поляризации фильтра и плоскостью поляризации оптически анизотропных областей слоя записанные изображения будут белые (с максимальной яркостью), темные (с минимальной яркостью) или цветные (соответствующие цвету примененного красителя).
Недостатками такой метки является то, что в зависимости от вариантов исполнения возможно ее удаление и/или переклейка с одного изделия (документа) на другой, кроме того, такие пленочные метки сложны в изготовлении из-за наличия большого количества разнородных слоев.
Наиболее близкий аналог полезной модели представлен в заявке (патент РФ №103645, МПК G07D 7/00, дата публикации 20.04.2011). Защитная метка для идентификации подлинности объекта, которая представляет собой периодическую рельефную структуру с прямоугольным профилем и глубиной структурных элементов в диапазоне от 103 до 104 нм, с нанесенным металлическим отражающим покрытием. Для идентификации защитной метки предлагается устройство, которое содержит лазер, диафрагму и фотодетектор, расположенные в нулевом порядке дифракционной картины, полученной при отражении лазерного пучка от поверхности метки, и угломерное устройство для измерения углов падения лазерного пучка. Идентификация метки осуществляется путем анализа зависимости мощности отраженного от метки излучения в нулевом дифракционном порядке от угла падения.
Недостатками такой метки является то, что направление периодической структуры неизменно, что не позволяет обеспечить дополнительный признак защиты. К тому же в предложенном диапазоне периодов рельефа структур интенсивность дифракционной картины для видимого диапазона длин волн невысокая, а техническое решение в целом содержит дорогостоящие и сложные в настройке и применении элементы.
Задачей, положенной в основу настоящей полезной модели, является разработка идентификационной метки, устойчивой к внешним воздействиям, обладающей возможностью изменения цвета отдельных участков (сегментов) метки при изменении угла наблюдения, таким образом, обладающей эстетическими и декоративными эффектами.
Поставленная задача решается достижением технического результата, заключающегося в увеличении количества признаков идентификации метки. Данный технический результат достигается тем, что защитная метка для идентификации металлических объектов, состоящая из периодической рельефной структуры на поверхности металла, отличается тем, что периодическая рельефная структура разделена на два или более разноориентированных сегмента и выполнена с периодом 0,9-1,1 мкм и глубиной 20-50 нм непосредственно на поверхности идентифицируемого металла.
Структура устройства представляет собой метку, полученную в результате облучения лазером изделия из металла с применением технологии формирования и нанесения трехмерных кодов на поверхность конструкционных и функциональных материалов.
Метка представляет собой изображение с изменяющимся цветом при изменении угла наблюдения, нанесенное на поверхность нержавеющей стали, состоящее из рельефных периодических структур различной ориентации, обладающая динамическими оптическими эффектами на отражение, проявляющимися при рассмотрении метки под разными углами. Динамические эффекты визуально проявляются при движении или переключении сегментов изображения с наиболее интенсивным отражением при изменении угла наблюдения и/или освещения.
Структура устройства представляет собой металлическую поверхность с нанесенными по заданному шаблону периодическими рельефными структурами с периодом 0,9-1,1 мкм и глубиной 20-50 нм, при чем каждый сегмент метки выполнен с различной ориентацией таких рельефных структур. Сущность предложенной полезной модели проиллюстрирована на фиг. 1, где представлено схематичное изображение простейшей динамической метки, состоящей из трех сегментов рельефной периодической структурой разной ориентации.
Метка с динамическими эффектами работает следующим образом. При наблюдении и/или освещении записанных структур под разными углами естественным (неполяризованным) светом падающий свет раскладывается в спектр за счет эффекта дифракции на записанных структурах. Таким образом, при освещении в широком спектральном диапазоне (белым светом) определенным значениям угла наблюдения и/или освещения будет соответствовать определенный наблюдаемый цвет поверхности. Цвет определяется согласно уравнению дифракционной решетки:
mλ=Λ(sin α ⋅ sin Θ ± sin β),
где m - порядок дифракции. Основной вклад вносить первый порядок дифракции m=1 а прочими порядками можно пренебречь.
λ - длина волны падающего света в видимом диапазоне 380-750 нм,
Λ - период периодических структур,
α - угол падения,
Θ - ориентация периодических структур в плоскости ортогональной углу падения света,
β - угол отражения (наблюдения)
Из уравнения можно сделать вывод, что при направлении структур перпендикулярно углу наблюдения происходит максимальное разложение белого света в спектр, соответствующее максимуму интенсивности отраженного света. Для периодических структур с периодом 1 мкм разложение света на спектр для первого порядка дифракции при угле падения 45° происходит под углами 0-20° для длин волн 380 и 750 нм соответственно, при этом наблюдатель, в зависимости от угла, видит все цвета, соответствующие видимому диапазону. При положении структур сонаправлено с осью наблюдения разложения света в спектр не происходит, таким образом наблюдается минимум интенсивности отраженного цвета (темные полосы). Фотография метки с динамическими эффектами представлена на фиг. 2, где изображена метка, освещаемая под разными углами.
Высокая устойчивость метки к внешним воздействиям определяется условиями ее нанесения. Метка наносится при помощи излучения волоконного иттербиевого лазера наносекундной длительности импульса с длиной волны 1,06 мкм при построчном сканировании лазерным пучком по поверхности стального изделия. При этом происходит нагревание поверхности до температуры выше температуры плавления. В результате падения лазерного излучения на границе между металлом и воздухом возникает поверхностный плазмон-поляритон, который начинает распространяться вдоль границы раздела в виде электромагнитной волны с высокой локализацией поля вблизи поверхности. Такое поле быстро затухает при удалении от поверхности как в направлении воздуха, так и вглубь металла, и в этом случае оптическое излучение оказывается зажато в достаточно тонком слое (порядка сотен нм для воздуха и порядка десятков м в случае металла). За счет эффекта интерференции падающего излучения с поверхностным плазмоном-поляритоном, возникающим на границе металл-воздух, происходит перераспределение расплавленного металла с последующим остыванием и затвердеванием поверхности. Таким образом, на поверхности формируются периодические структуры с периодом порядка длины волны излучения лазера. Ориентация этих структур связана с поляризацией падающего излучения, которая определяет направление распространения поверхностной электромагнитной волны. Для того чтобы записать структуры с заданной ориентацией в оптическую схему добавляют линейный поляризатор, угол поворота которого задает ориентацию поверхностно-периодических структур. Ориентация и период поверхностных периодических структур могут быть определены при помощи оптической микроскопии с пятидесятикратным увеличением в режиме на отражение, а также (более точно) средствами растровой электронной микроскопии. Фотографии периодических структур различной ориентации представлены на фиг. 3. Так как метка наносится непосредственно на поверхность изделия и с момента нанесения является неотъемлемой его частью, она обладает высокой устойчивостью к внешним механическим воздействиям.
Для получения оптического эффекта движения необходимо обеспечить плавное изменение ориентации поверхностных периодических структур относительно касательной к поверхности изделия, что достигается за счет поворота угла поляризации на угол не более одного градуса между соседними строками сканирования лазерного излучения (лазерными треками).
Описанные выше динамические эффекты позволяют повысить индивидуальность и узнаваемость идентификационной метки и обладают высокой привлекательностью для конечного потребителя продукции. Кроме того, полезная модель в некоторых случаях может использоваться для удостоверения подлинности изделия за счет регистрации ориентации поверхностных периодических структур относительно касательной к поверхности изделия в процессе нанесения, и их дальнейшей сверкой в процессе эксплуатации.
Таким образом, метка является неотъемлемой частью идентифицируемого изделия, обладает высокой механической устойчивостью к внешним воздействиям и может использоваться в качестве средства идентификации, декорирования, а в некоторых случаях и удостоверения подлинности продукции из нержавеющей стали.