МАШИНОСЧИТЫВАЕМАЯ МАРКИРОВКА ПРЯМОГО НАНЕСЕНИЯ С МИКРОРЕЛЬЕФОМ
MACHINE READABLE MARKING OF DIRECT APPLICATION WITH MICRORELIEF

Область техники, к которой относится изобретение
Предлагаемое техническое решение относится к записи, считыванию, опознаванию и перемещению носителей информации, в частности к области разработки оптических и оптико-электронных средств маркировки, аналогово-цифрового преобразования и декодирования различных объектов и изделий. Более конкретно оно относится к методам и системам нанесения информационных меток непосредственно на маркируемый предмет - символьных меток прямого нанесения (СМПН - «Direct Part Marking» - DPM) и может применяться во многих областях, в том числе во время контроля и учета изделий с СМПН и в др. сферах.
Уровень техники
Требования к современному уровню техники определяются тем, что компаниям и предприятиям, деятельность которых связана с высокими и/или дорогостоящими рисками, требуется обеспечить юридическую доказательность причинно-следственной связи убытков (а часто и человеческих жертв) и отказа изделия (детали, узла), которая позволяет передать ответственность за последствия отказа изделия его изготовителю (дилеру, поставщику). Для этого в ряде отраслей промышленности, характеризующихся повышенными требованиями к учету, качеству и надежности деталей, узлов и изделий, стали все более широко применяться технологии так называемых символьных меток прямого нанесения (СМПН - «Direct Part Marking» - DPM), содержащих в закодированном виде необходимую информацию об объекте.
В отличие от обычных символьных меток, печатаемых на бумажном или пластиковом носителе и затем наклеиваемых на контролируемый объект, СМПН наносятся непосредственно на поверхность изделия и могут быть удалены только вместе с материалом этой поверхности, являясь, таким образом, надежным способом контроля жизненного цикла объекта вплоть до его утилизации. Возникновение спроса на СМПН привело к созданию новых технологий нанесения и считывания таких меток. В настоящее время существует несколько методов нанесения СМПН, оборудование для которого предлагается на рынке - это иглоударное нанесение, нанесение с помощью лазера (несколько видов), электрохимическое травление и нанесение краски с помощью термопереноса и струйной печати.
При нанесении СМПН в основном используется двумерное кодирование, обладающее более высокой информационной емкостью и помехозащищенностью. Главное отличие двухмерного кода заключается в том, что для хранения информации используются оба ортогональных направления на плоскости - вертикальное и горизонтальное. В результате по объему хранимой информации емкость двухмерного кода может в сотни раз превышать емкость одномерного (например, он способен хранить несколько страниц текста). Если при работе с одномерным кодом необходима внешняя компьютерная база данных, то во многих случаях применение двухмерного кода позволяет отказаться от такой базы, поскольку емкость кода достаточна для хранения полной информации об объекте. В этом заключается качественное отличие двух технологий.
В связи с этим двухмерные коды оказываются незаменимыми, например, в автономных системах идентификации или при необходимости хранения сложных иероглифов таких языков, как японский или китайский. Кроме того, практически все современные технологии двухмерных кодов в отличие от одномерных, содержат средства коррекции ошибок и, следовательно, гарантируют большую надежность защиты данных. 2D штрихкоды представляют собой, по существу, портативные информационные файлы большой плотности и емкости, и обеспечивают доступ к большим объемам информации без отсылок к внешней базе данных. То есть, технология 2D штрихкодирования позволяет хранить всю или большую ее часть необходимой информации в самом штрихкоде. 2D штрихкоды имеют преимущественно матричную форму и не используют для кодирования информации традиционные штрихи/пробелы. Вместо стандартной технологии определения ширины штриха матричные штрихкоды используют для кодирования информации конструкции типа «да-нет» или «единица-ноль» (т.е. «on/off» - дизайн). Существует множество разновидностей 2D штрихкодов (например, PDF417, MaxiCode, DataMatrix). Считыватели 2D штрихкодов, в отличие от обыкновенных сканеров штрихкода, сначала улавливают их изображение, затем анализируют полученный образ, и лишь затем извлекают из нее и декодируют штрихкод. Устройства, применяющие анализ видеоизображения, необходимы для эффективного считывания матричных кодов, однако, могут читать и обычные штрихкоды. Технология анализа видеоизображения открывает возможности для чтения подписей, оптического распознавания символов и т.п.
Фактически по поддерживаемым объемам данных и функциональным возможностям технология двухмерного кодирования занимает промежуточное место между технологиями одномерных штрихкодов и удаленной идентификации. Первоначально двухмерные коды разрабатывались для приложений, не дающих места, достаточного для размещения обычного штрихкодового идентификатора. Первым применением для таких символов стали фасовки лекарственных препаратов в здравоохранении. Эти фасовки малы по размерам и имеют мало места для 1D символики. Электронная промышленность также проявляет интерес к кодам высокой плотности и двухмерным кодам в связи с уменьшением размеров элементов и изделий.
Однако считывание и декодирование СМПН связано с существенными технологическими трудностями как в части аппаратных решений, так и программного обеспечения (ПО). Для сканера, применяемого для считывания СМПН, основная проблема состоит в создании освещения метки на произвольной поверхности, необходимого для получения изображения такого качества, которое необходимо для надежного распознавания. В части ПО проблема состоит в повышении декодирующей способности анализа гетерогенных «размытых» изображений. При этом существенное влияние на процесс декодирования оказывает сильная зависимость получаемого электронного изображения от состояния поверхности и внешнего освещения.
Известны технические решения по патентам РФ на изобретения №2445700 (опубл. 20.03.2012 Бюл. №8); №2538580 (опубл. 10.01.2015 Бюл. №1); №2550179 (опубл. 10.05.2015 Бюл. №13); №2598290 (опубл. 20.10.2015 Бюл. №29); №2609912 (опубл. 20.11.2015 Бюл. №32). В них предлагается и развивается новый, эффективный способ уменьшения данной зависимости путем введения в метку флуоресцентной композиции с длинной волны возбуждения от 250 до 600 нм и излучением в области длин волн 600-700 нм. Это приводит к существенному улучшению качества изображения метки, в частности его контрастности, и нарушает зависимость картинки от характера поверхности, на которой нанесена СМПН. Данное решение позволяет считывать метки, как обычным считывающим устройством (ридером), так и специальным, регистрирующим флуоресцентное излучение. Предложенное решение позволяет увеличить контраст изображения метки, причем качество изображения практически не зависит от шероховатости и оптических свойств поверхности, что существенно облегчает считывание и уменьшает цену ридера. Флуоресцентная композиция защищает информационные элементы метки от коррозии и, следовательно, повышает стойкость меток к воздействию внешней среды. Высокое качество изображения позволяет проводить считывание на большем расстоянии и снижает требования к качеству и глубине информационных элементов метки, а, следовательно, снижает требования и к маркирующему устройству. Все это в совокупности приводит к существенному уменьшению стоимости маркировки.
Известно техническое решение по заявке США на изобретение № US 2003106994 «COVERT MARK AND SECURITY MARKING SYSTEM» (МПК B41M 3/06, B41M 3/14, B42D 15/10, опубл. 12.06.2003, дата приоритета 06.07.1996). В нем для идентификации объекта предложена защитная метка, включающая флуоресцирующий или фосфоресцирующий материал с ориентационно-упорядоченной молекулярной структурой. При облучении метки УФ излучением она переизлучает поляризованный флуоресцентный или фосфоресцентный свет, поляризационные и частотные параметры которого являются защитными признаками для выявления подлинности объекта. Однако такая метка не является СМПН и легко удаляется с поверхности детали.
Известно техническое решение по заявке США на изобретение № US 2005230965 «Process for printing a fluorescent security feature on identification cards and cards produced therefrom» (МПК B41J 11/00, B41J /12, B41J2/325, опубл. 20.10.2005, дата приоритета 11.12.2001). В нем предложена термотрансферная печать для изготовления идентификационных карт. Процесс включает печать штампа на красковоспринимающую поверхность подложки карты. Штамп печатается комбинацией желтого, пурпурного и синего красителя. Верхнее покрытие имеет латентные люминесцентные свойства. Напечатанный штамп является видимым в обычном свете и обнаруживает яркую флуоресценцию при освещении ультрафиолетовым светом. Однако такая метка не является СМПН и легко удаляется с поверхности детали.
Наиболее близкое техническое решение известно в патенте РФ на изобретение с приоритетом от 23.10.2009 г. №2490709 «ФЛУОРЕСЦЕНТНАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ МЕТКА И СПОСОБЫ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ» (МПК G06K 1/12, G06K 7/10, опубл. 27.04.2011 Бюл. №12, дата приоритета 23.10.2009). В нем подробно рассмотрены создание символьной метки прямого нанесения и способы ее изготовления на основе введения в информационные элементы метки флуоресцентных композиций. Там же предлагается формировать на поверхности маркируемой детали информационные элементы маркировки путем обработки соответствующих участков поверхности лазерным излучением с целью получения микротрещин и шероховатостей, пригодных для введения в них флуоресцентных композиций, предложен эффективный способ решения проблемы считывания 2D СМПН. Для этого предлагается формировать метку прямого нанесения из информационных элементов, представляющих собой конические углубления, образованные при иглоударной маркировке, или участки поверхности с микротрещинами и шероховатостями, образованные при лазерной гравировке, которые заполнены флуоресцентной композицией, поглощающей излучение на длинах волн ближнего УФ, видимого и ближнего ИК диапазонов. Конкретно предлагается использовать при изготовлении маркировок флуоресцентные композиции, поглощающие излучение на длинах волн ближнего УФ, видимого и ближнего ИК диапазонов и излучающие в полосе пропускания приемного канала устройства считывания, преимущественно 600-700 нм. Это приводит к существенному улучшению качества изображения маркировки при ее считывании, в частности его контрастности, и уменьшает зависимость надежности декодирования маркировки от характера поверхности, на которой нанесена 2D СМПН. Данное решение позволяет считывать маркировки как обычным считывающим устройством (ридером), так и специальным, регистрирующим флуоресцентное изображение. Использование известного технического решения существенно облегчает считывание маркировок, уменьшает цену ридера, позволяет проводить считывание на большем расстоянии и снижает требования к качеству и глубине углублений, а, следовательно, и к маркирующему устройству.
При этом в известном решении предлагается способ изготовления СМПН, состоящий в заполнении ее флуоресцентной композицией. Он обеспечивает локализацию области заполнения только информационными элементами. Формировать информационные элементы предложено, в частности, путем наклеивания на маркируемую деталь пленки, в которой в процессе иглоударной маркировки или лазерной гравировки образуют отверстия, через которые заполняют информационные элементы флуоресцентной краской с помощью валика, тампона, кисти, ракеля или распыления. В развитии способа предлагается оставшуюся между информационными элементами флуоресцентную композицию удалять либо смыванием, либо стиранием, либо путем приклеивания к полимерной пленке с клеящим слоем, имеющим хорошую адгезию к материалу флуоресцентной композиции. Полученную маркировку предлагается защищать путем «нанесения сверху защитного лака, прозрачного в видимом и поглощающего в УФ коротковолновом диапазоне длин волн».
Методы изготовления и основные свойства СМПН в известном решении характерны и для заявляемого изобретения. Однако известное решение не предполагает создания и использования микрорельефов при формировании информационных элементов маркировок. Таким образом, совокупность известных решений не исчерпывает совокупности признаков заявляемого изобретения.
Раскрытие изобретения
Задачей заявляемого изобретения является облегчение и оптимальность заполнения поверхности информационных элементов машиносчитываемой маркировки прямого нанесения флуоресцентной композицией и обеспечение возможности точно устанавливать подлинность машиносчитываемой маркировки при использовании ее в виде одномерного штрихкода или двумерной машиносчитываемой маркировки.
Техническим результатом является создание микрорельефа машиносчитываемой маркировки прямого нанесения, который обеспечивает прочную адгезию флуоресцентной композиции к поверхности информационных элементов маркировки, возможность однозначно устанавливать подлинность маркировки и повышение устойчивости маркировки к внешним воздействиям.
Указанный технический результат достигается тем, что машиносчитываемая маркировка прямого нанесения с микрорельефом выполнена на поверхности маркируемого изделия лазерной обработкой, состоит из информационных элементов, заполненных флуоресцентной композицией. Причем на поверхности машиносчитываемой маркировки прямого нанесения создан микрорельеф, формирующий информационные элементы и содержащий структуру из чередующихся полос или областей с измененными лазерным излучением физико-химическими свойствами, и полос или областей, не обработанных лазерным излучением. При этом структура микрорельефа выполнена с возможностью оптимального заполнения с прочной адгезией поверхности информационных элементов флуоресцентной композицией, позволяет однозначно установить подлинность маркировки и обеспечить ее повышенную устойчивость к внешним воздействиям.
Кроме того, чередующиеся полосы или области структуры микрорельефа информационных элементов выполнены с равными очертаниями и размерами. Чередующиеся полосы или области структуры микрорельефа информационных элементов представляют собой полосы или области прямолинейные, или криволинейные, или кольцеобразные, или их сочетания. Ширина чередующихся полос или областей структуры микрорельефа информационных элементов выполнена переменной. Кроме того, чередующиеся полосы или области структуры микрорельефа информационных элементов представляют собой прерывистые полосы или области. Чередующиеся полосы или области структуры микрорельефа информационных элементов, не обработанные лазерным излучением, и смежные с ними обработанные лазерным излучением полосы или области расположены в шахматном порядке. Обработанные лазерным излучением чередующиеся полосы или области структуры микрорельефа информационных элементов имеют размеры и формы в зависимости от степени воздействия лазерным излучением. Кроме того, чередующиеся полосы или области структуры микрорельефа информационных элементов состоят из пикселей с размерами и формами, позволяющими однозначно установить подлинность маркировки.
Краткое описание чертежей
Сущность предлагаемого технического решения поясняется на фигурах (фиг. 1-6) вариантами машиносчитываемой маркировки прямого нанесения с микрорельефом лазерного типа с заполненными флуоресцентной композицией полосами или областями структуры микрорельефа информационных элементов.
Осуществление изобретения
Заявляемая машиносчитываемая маркировка прямого нанесения с микрорельефом имеет вид одномерного штрихкода или двумерной матрицы. Она предназначена для кодирования информации об изделии.
Машиносчитываемая маркировка прямого нанесения с микрорельефом состоит из информационных элементов. На поверхности машиносчитываемой маркировки прямого нанесения создан микрорельеф, который заполнен флуоресцентной композицией и формирует информационные элементы. Микрорельеф информационных элементов содержит структуру, состоящую из полос или областей с измененными лазерным излучением физико-химическими свойствами и из полос или областей, не обработанных лазерным излучением. Обработанные и не обработанные лазерным излучением полосы или области структуры микрорельефа чередуются между собой. В одних вариантах маркировки они могут иметь равные очертания и размеры, а в других вариантах - разные по форме, очертаниям и размерам.
Ширина полос или областей структуры микрорельефа может быть переменной. Их размеры и формы зависят от степени воздействия лазерным излучением. Они представляют собой как непрерывные, так и прерывистые полосы или области, которые могут быть прямолинейные, или криволинейные, или кольцеобразные, или их сочетания.
Области структуры микрорельефа могут содержать треугольные, или прямоугольные, или многоугольные, или округлые, или овальные элементы, или их сочетания. Обработанные и смежные с ними не обработанные лазерным излучением полосы или области структуры микрорельефа могут быть параллельны и расположены в шахматном порядке.
В свою очередь полосы или области структуры микрорельефа информационных элементов могут состоять из пикселей. Указанная структура микрорельефа информационных элементов, снабженная пикселями, способствует однозначному установлению подлинности маркировки.
Заявляемую машиносчитываемую маркировку прямого нанесения с микрорельефом наносят при помощи лазерного излучения. При нанесении маркировки формируются ее информационные элементы, представляющие собой области поверхности маркируемого изделия, физико-химические свойства которых изменены под воздействием лазерного излучения.
В ходе формирования информационных элементов, в областях поверхности маркируемого изделия, принадлежащих информационным элементам, мощность лазерного излучения модулируют по заранее определенной программе, что позволяет создавать микрорельеф с соответствующей микроструктурой. При этом возможна и случайная модуляция с фиксацией ее управляющей лазером ЭВМ, что позволяет сделать оригинальным каждый информационный элемент и создать маркировку с высокой степенью защиты от подделки.
В частности, оригинальная структура микрорельефа, образованного при сканировании лазерного луча по поверхности маркируемого изделия, может состоять из прямолинейных, криволинейных или кольцеобразных полос прямоугольного профиля, чередующихся с полосами аналогичных очертаний и размеров. При этом, поперечное сечение полос может быть как симметричным, так и асимметричным. В последнем случае возникает угловая анизотропия направлений, с которых возможно считывание соответствующей маркировки.
Интересные и разнообразные свойства могут быть приданы микрорельефам при использовании для их создания набора дискретных областей - пикселей - особенности размера и формы которых позволяют однозначно устанавливать подлинность маркировки.
При использовании асимметричных рельефов пикселей возможно создание и использование для придания маркировкам уникальных свойств стерических ограничений, проявляющихся при считывании маркировки.
Полезным приемом может стать придание тех или иных особенностей, например - размера, формы, расположения, физико-химических или иных свойств части пикселей. В последнем случае возможно обеспечить заполнение различных групп пикселей различными флуоресцентными композициями, что позволяет создать маркировки с высокой степенью защиты от подделок.
Для улучшения защиты маркировок могут быть использованы ресурсы управляющей лазером ЭВМ. В частности оригинальная структура наносимого микрорельефа может фиксироваться в базах данных программ, управляющих процессом нанесения машиносчитываемой маркировки, что позволяет обеспечить уникальность пиксельной структуры микрорельефа маркировки путем дискриминирования примененных ранее пиксельных структур. Затем информационные элементы маркировки заполняют флуоресцентной композицией известными методами. В результате получают машиносчитываемую маркировку, для которой обеспечена возможность однозначно устанавливать подлинность маркировки.
Одновременно наличие микрорельефа облегчает заполнение информационных элементов флуоресцентной композицией, улучшает адгезию флуоресцентной композиции к поверхности информационных элементов, что повышает устойчивость маркировки к внешним воздействиям.
Таким образом, заявляемая машиносчитываемая маркировка прямого нанесения по сравнению с аналогами дает возможность создания микрорельефа машиносчитываемой маркировки, который обеспечивает прочную адгезию флуоресцентной композиции к поверхности информационных элементов маркировки, возможность однозначно устанавливать подлинность маркировки и повышение устойчивости маркировки к внешним воздействиям.
Заявляемое техническое решение может быть использовано в процессе производства в различных отраслях промышленности.