СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ МАРКИРОВКИ НА ПОВЕРХНОСТЬ АЛМАЗА ИЛИ БРИЛЛИАНТА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЕГО ПОДЛИННОСТИ
METHOD FOR APPLYING MARK ONTO SURFACE OF DIAMOND OR CUT DIAMOND TO DETERMINE ITS AUTHENTICITY

Изобретение относится непосредственно к способу маркировки драгоценностей, это прежде всего драгоценные камни и особым образом шлифованный алмаз (бриллиант) и нешлифованный алмаз. Маркировка дает возможность последующей идентификации.
Дорогостоящие предметы, такие как ювелирные изделия или товары потребления, часть маркируются для дальнейшего их распознавания, то есть становится возможным проследить происхождение предметов. Это особенно важно при рассмотрении предметов, чье качество и ценность могут определить только специально обученные профессионалы. Маркировка такого типа должна постоянно присутствовать на предметах. В противном случае Вы не сможете никаким образом снизить ценность предмета.
Говоря о драгоценных камнях, таких как бриллианты, стоит упомянуть тот факт, что уже давно существует потребность в безопасной маркировке для однозначного определения идентичности камня. Маркировка такого рода может оказать помощь при проверке и восстановлении предметов из потерянных или украденных коллекций ювелирных изделий. Также при прокате бриллиантов, что является стандартной практикой во всем мире, постоянная опознавательная маркировка на камне является залогом того, что назад будет возвращен тот же камень.
Кроме того, системы по обнаружению или индикации такого рода можно использовать для обозначения качества или добротности шлифовки или полировки камня. Постоянная метка или читаемый шифр (индекс) на бриллианте можно использовать как обычную пробу или торговый знак для идентификации происхождения. Метка такого типа также может помочь в обнаружении подделок, участниками которых часто становятся алмазы и бриллианты, чью ценность можно проверить такими признаками, как вес, цвет и прозрачность. В действительности, качество драгоценного камня большей частью зависит от квалификации и работы по камню ювелира, при выборе камня учитываются такие параметры его обработки, как разделение на части, установка в оправу, шлифовка и полировка.
Маркировка должна создаваться при улучшенном расширении и видимости, чтобы ее можно было рассмотреть с соответствующим увеличением или при соответствующем соотношении света, при этом маркировка не должна отрицательно сказываться на ценности и внешнем виде бриллианта или другого драгоценного камня.
Известен способ, описанный в патенте US 4392476 [1], где изготовление надписей на бриллианте выполняется при помощи неодимового лазера на алюмоиттриевом гранате с модульной добротностью с 1,06 bam или удвоением частоты. Маркировка образуется посредством графитизации поверхности в точке прожига лазером. Недостатком данного известного способа является потеря качества кристалла из-за возникновения в нем частиц графита.
Известный способ по производству одного или нескольких знаков на поверхности бриллианта или драгоценного камня - RU 2215659 [2]. При помощи данного способа на поверхности камня производится множество штрихов, которые образуют один или несколько знаков. Маркировку нельзя распознать невооруженным взглядом, штрихи видны только при соответствующем соотношении освещения и увеличения в виде дифракционного эффекта.
3
e
Метки не повреждают чистоту бриллианта и могут быть выполнены в форме одного или нескольких алфавитно-цифровых знаков. Сами штрихи возникают посредством фокусировки пучка ионов. Каждый падающий ион вытесняет атомы углерода с их мест, что приводит к возникновению атомов в междоузлии и пустот в алмазной кристаллической решетке. Чем больше разрушение (дефект решетки), тем сильнее тенденция образования алмазных соединений sp посредством схожих с графитом соединений sp. Данные соединения можно разрушить при помощи химического травления, чтобы устранить дефектный слой. При ограниченной дозировке и гарантии достаточной дозировки падающие ионы образуют разрушения, которые преобразуют бриллианты в схожие с графитом структуры и прочие небриллиантовые структуры, которые, например, можно очистить при наличии сильного окисляющего компонента, такого как разжиженная калийная селитра при температуре примерно 380-550°С за временной промежуток от нескольких минут до нескольких часов.
Недостатками данного способа является сравнительно высокая сложность, так как метку после ее нанесения необходимо химически протравить, и отсутствие защиты от подделок, так как метка не уникальна в своем роде, потому что это лишь скопление штрихов определенной формы, образующих алфавитно-цифровые знаки.
Следующий способ маркировки объектов, а именно драгоценных, полудрагоценных камней и технических алмазов заключается в воздействии лазерными лучами в ультрафиолетовой области через маску, нанесенную между путем движения лазера и объектом, до тех пор, пока на поверхности камня не образуется маркировка глубиной, которая зависит от длины и интенсивности воздействия лазерным лучом (RU 2102231 [3]). Недостаток способа - отсутствие защиты от подделок, так как метка не уникальна в своем роде, потому что это лишь изображение, соответствующее пропускающему вырезу в маске.
Известный способ - нанесение метки на отшлифованную грань алмаза - RU 2161093 [4]. При помощи данного способа на отшлифованную грань алмаза наносится невидимая невооруженным глазом метка, на соответствующую часть поверхности грани при наличии реагента оказывается воздействие излучением с длиной волны 400 нм. Реагент взаимодействует с поверхностью грани, что приводит к образованию метки, причем поток луча должен быть такой силы, чтобы это не привело к появлению затемнений в образующейся метке, что, в свою очередь, может повлиять на чистоту бриллианта (ниже уровня абляции алмаза). Процесс проходит в присутствии реагента (газ-окислитель, например воздух), который реагирует с частью поверхности грани, на которую оказывает воздействие излучение, и приводит к образованию маски. Излучение происходило через маску, которая состоит из слоя хрома, нанесенного на основание из плавленого кварца. Пропускающие отверстия маски представляли собой отображения буквы «альфа» высотой примерно 1,25 мм. Вместо вышеназванных типов можно использовать и другие маски, и маска также может отображать символы, отличающиеся от буквы альфа.
Метки, созданные таким образом, состояли из ряда изображений буквы альфа высотой примерно 50 пм в форме линии шириной 1,5 пм.
Недостаток способа - отсутствие защиты от подделок, так как метка не уникальна в своем роде, потому что это лишь изображение буквы, соответствующее пропускающему вырезу в маске.
За данным способом следует способ из WO-A-2006 092035, известный, как способ для нанесения информационной метки на отшлифованную поверхность грани. Благодаря US-A-2003038121 становится известным следующий способ. Данный способ существует в двух вариантах. В одном варианте практически, как и в вышеописанном способе, подлежащий маркировке драгоценный камень обрабатывается посредством проекции изображения фотомаски, расположенной в лазерном резонаторе. В другом варианте маска проецируется на поверхность драгоценного камня, чтобы нанести знаки и цифры на поверхность драгоценного камня, если камень передвигается в соответствии с заданной программой относительно лазерного луча при помощи системы передвижения.
Недостаток способа - отсутствие защиты от подделок, так как метка не уникальна в своем роде, потому что это лишь изображение буквы, соответствующее пропускающему вырезу в маске, или изображение, созданное лазером посредством сканирования лучом, который перемещается относительно камня.
Чтобы установить подлинность изделия, недостаточно простого нанесения соответствующей маркировки. Для этого нужны средства, которые позволят проверить не только подлинность изделия, а также саму маркировку. Применяемые в этом случае средства зависят от вида маркировки и характера наносимых меток идентификации.
В описании к патенту RU 2205733 (см. стр. 6, строка 10-27 в левой колонке [6]) предлагается, сформировать изображение драгоценного камня (изделия) с маркировкой или напечатать его на сертификате, сопровождающем камень. Сравнительный анализ изображения с реальным предметом обеспечивает возможность подтверждения соответствия камня сертификату. Изображение преимущественно включает в себя всю или часть маркировки, а также идентифицируемые признаки камня, такие как контур экваториальной плоскости, маркировочные знаки, углы, грани и т.д. Таким образом, изображение, включающее в себя, например, маркировку и окружающую экваториальную плоскость, можно использовать в качестве идентификации камня по "отпечатку пальца". Изображение на сертификате может быть сформировано фотографическим или электронным способом. Подлинность камня проверяется при помощи ювелирной лупы, то есть реальный камень сравнивается с изображением, поставленным вместе с сертификатом или изображением, которое напечатано непосредственно на самом сертификате. Но все перечисленные идентификационные признаки не являются уникальными, их можно подделать. Поэтому данный способ нельзя использовать для определения идентичности маркировки, описанной в способе ниже. Во втором способе по указанной ссылке (RU 2205733, стр. 10, строка 2-55, левая колонка [7]) предлагается определять подлинность без сертификата, например при помощи ювелира, который использует простые средства, такие как ювелирная лупа и телефон. Ювелир использует лупу для считывания алфавитно-цифровой надписи на камне, которую нельзя распознать невооруженным глазом. Алфавитно-цифровая надпись полностью или часть ее содержит информацию по идентификации драгоценного камня, такую как серийный номер, который можно ввести в систему распознавания подлинности при помощи клавиатуры телефона и т.п. Характерные признаки камня, которые были определены в это время или примерно в это время для маркировки, считываются теперь из базы данных. При этом речь идет обычно о таких параметрах, как качество шлифовки, размер, идентификация и возможные дефектные места, а также изображение камня, которые отображает его уникальные или почти уникальные свойства. Таким образом, можно, например, сохранить изображение маркировки и камня или его части в виде знака маркировки, нанесенного на его рундисту, а также контуры экваториальной плоскости. Некоторые из этих признаков или все признаки затем передаются ювелиру посредством синтезатора речевых сообщений, по факсимильной связи и т.д., что может подтвердить подлинность информации, указанной в сертификате. Ювелир сравнивает переданные данные с характеристиками камня и с нанесенными на нем символами. Если камень соответствует сохраненным данным, то считается, что камень настоящий. Если камень не соответствует сохраненным данным, то это означает, что камень, скорее всего, является подделкой.
Но все перечисленные идентификационные признаки являются неуникальными, их можно подделать. Поэтому данный способ не может использоваться для определения идентичности маркировки, выполненный при помощи способа, описанного ниже. Кроме того, это может привести к затруднениям, если ювелира не окажется на рабочем месте.
Следующий способ для определения маркировки драгоценного камня, если для обозначения маркировки было выбрано лазерное излучение, способ, упомянутый в описании к RU 2205733 (см. стр. 12, строка 10-22, правая колонка [8]). В этом случае предлагается сохранять не только изображение символов маркировки, но и также глубину нанесения.
При помощи соответствующего оборудования можно воспроизвести глубину нанесения, а также и сами символы, что означает, что идентификационные признаки не уникальны, их можно подделать. Поэтому данный способ не может использоваться для определения идентичности маркировки, выполненной при помощи способа, описанного ниже.
Изобретение направлено на гарантию уникальности маркировки, защиту от подделок и надежную идентификацию во время проверки подлинности.
Это можно получить посредством способа, описанного в пункте 1 формулы изобретения..
Указанный результат достигается тем, что при нанесении невидимой для невооруженного глаза идентификационной маркировки на соответствующую поверхность алмаза или бриллианта оказывается воздействие лазерным светом с длиной волны не менее 400 нм и одновременно сочетанием ультразвука и лазерного света с длиной волны более 500 нм.
Результат достигается, если для 400 нм лазера энергия излучения настроена таким образом, чтобы она находилась ниже значения, при котором образующаяся метка отрицательно влияет на чистоту бриллианта или алмаза или появляются существенные потемнения, но не выше значения, при котором применяется графитизация.
Результат достигается тем, что при определении подлинности идентификационной маркировки используется способ, при котором после нанесения маркировки наносятся несколько интерференционных изображений маркировки при различной длине волн зондирующих лучей. В процессе идентификации снова наносятся интерференционные изображения идентификационной маркировки при той же длине волн, и если изображения совпадают, то можно говорить о том, что идентификационная маркировка настоящая.
Использование двух источников излучения для создания маркировки рекомендовано по следующим причинам.
Так как алмаз в широком волновом спектре очень сильно пропускает энергию, чистый алмаз обладает особо низкой прозрачностью, низкой отражательной способностью и высокой абсорбцией при длине волн 183 нм, что практически соответствует предельной частоте кристалла. Поэтому энергия лазера абсорбируется в области указанной длины волны тонким поверхностным слоем, который очень быстро нагревается. Этот тонкий слой материала в порядке величины от нескольких нанометров до микрометров выпаривается на поверхности под воздействием всех импульсов и частично графитируется. В качестве первого лучевого потока может выступать эксимерный лазер. Эксимерные лазеры - это импульсные газоразрядные лазеры. В данных лазерах применяется смесь газов (аргон и фтор). Эксимерные лазеры обычно используются для создания импульсов от 193 нанометра (нм) или 0,193 пм до 351 нм в зависимости от конкретно используемого эксимера на галогенидах или инертном газе.
Эксимеры аргон-фтор излучают лучи с длиной волны 193 нм. При такой длине волны глубина проникновения луча в чистые алмазы минимальна. Поэтому можно снять лишь незначительное количество материала с поверхности алмаза посредством выпаривания. Прочие части алмаза нагреваются до графитизации, то есть они переводятся в процессе аллотропной трансформации из формы элементарного углерода в другую форму, в графит. Известно, что алмаз при значительно высоких температурах, примерно 900°С, превращается в графит и что алмазная решетка полностью разрушается. Прежде всего, материал перед наступлением данного разрушения может полностью или частично превратиться в графит и при этом сохранить прочность и твердость алмазной кристаллической решетки.
Мы исходим из того, что такое превращение может причинить вред как внутри кристаллической решетки, так и на ее поверхности, так как были найдены потемневшие и графитизированные зоны, которые не получится обычным способом удалить с алмазной решетки при помощи травления кислотой. Таким образом, создается полностью видимая идентификационная маркировка, чье наличие влияет на качество кристалла и ее можно легко увидеть. В системах лазерной маркировки применяются лазеры на иттрий-алюминии (с иттриево-алюминиевым гранатом) или Nd: лазеры на иттрий-алюминии (с иттриево-алюминиевым гранатом с неодимом), которые работают на длине волны, равной 1,06 пм или 0,532 пм на алмазах. Таким образом, эмитируемое лазером излучение с длиной волны 1,06 или 0,532 пм попадает на алмаз. Так как алмаз для обозначенных значений длины волны полностью прозрачный, то при таких способах маркировки работа для алмазов с энергопоглощающим покрытием производится на маркируемой поверхности, такой как угольная сажа, что усложняет способ.
При использовании лазера с длиной волны менее 400 нм одновременно с лазером с длиной волны более 500 нм или после него импульсы эксимерного лазера в точке излучения (зона) образуют очаг графитизации, который охватывает местные зоны с материалом в различных фазовых состояниях, пока импульсные лазеры, излучающие с волнами длиной 1,06 пм или 0,532 пм, создают необходимую для оптического пробоя электрическую напряженность поля. Посредством воздействия сильных электромагнитных полей на зону графитизации возникают местные искровые разряды, после чего материал разрушается, и посредством образования трещин возникают дополнительные микро- и нанодефекты. Результат - идентификационная метка, защищенная от копирования, воспроизводства и подделки, так как посредством воздействия лазера, который производит высокую электрическую напряженность поля, образуются искровые разряды, которые провоцируют местное разрушение материала, форма которых определяется электрическими и механическими условиями, которые присутствуют в зоне воздействия.
Энергию излучения для 400 нм лазера необходимо настроить таким образом, чтобы она находилась ниже значения, при котором образующаяся метка отрицательно влияет на чистоту бриллианта или алмаза или появляются существенные потемнения, но не выше значения, при котором применяется графитизация, чтобы в точке излучения образовался только очаг, который необходим для дальнейшего образования микро- и нанотрещин и для снятия посредством лазера, работающего с волнами длиной 1,06 или 0,532 нм. Данную настройку для лазера, работающего с менее чем 400 нм волнами, можно легко вывести из того, что мы знаем. Известна зависимость повреждения поверхности алмаза от плотности энергии луча, которая представляет собой ступенчатую функцию. Ниже нижнего предельного значения повреждения отсутствуют, при превышении верхнего предельного значения повреждения не увеличиваются, даже если повышается плотность энергии. Поэтому желаемый результат можно получить посредством управления выходной энергией.
Применение как оптического, так и ультразвукового источника для создания маркировки рекомендовано по следующим причинам. При нагреве алмаза посредством лазерного излучения сокращается его механическая прочность на разрыв. Ультразвук воздействует на развитие нано- и микротрещин внутри алмаза. Нано- и микротрещины образуются в условиях невоспроизводимого разделения атомов, примесей и внутренних напряжений в алмазе. При этом метка становится уникальной и невоспроизводимой.
Сохранение нескольких интерференционных изображений идентифицирующей маркировки при различных значениях длины волн зондирующих лучей после нанесения маркировки позволяет определить при помощи предлагаемого способа для определения подлинности маркировки спектральные свойства метки и ее коэффициент отражения, зависящий от свойств исходного материала, степени графитизации и трехмерных размеров метки. Изменение любого из этих параметров, даже если прочие остаются незатронутыми, приводит к изменению спектральных свойств и тем самым к изменению коэффициента отражения определенного участка при определенной длине волн. Данные свойства зависят от первоначального распределения атомов, развития участка графитизации под воздействием лазера и расширения зоны снятия (выпаривание материала).
Далее суть вышеназванного изобретения объясняется на примерах для их преобразования и при помощи графических изображений. Фиг. 1 - схематическое изображение практической реализации способа для маркировки при помощи двух лазеров и одного источника ультразвука. Фиг. 2 - схематическое изображение способа для определения подлинности идентификационной маркировки.
Пример 1: Способ для нанесения невидимой невооруженным глазом идентификационной маркировки на поверхность алмаза или бриллианта можно реализовать в одном случае с применением устройства, которое представлено схематично на фиг. 1. Пишущее устройство состоит из лазера 1, который излучает волны короче 400 нм, и лазера 2, который работает с волнами длиннее 500 нм. Излучения лазера собираются в пучок при помощи спектрально избирательного, то есть частично прозрачного зеркала 3 и направляются на фокусирующую линзу 4. В точке прожига линзы располагается обрабатываемая заготовка. 5. К заготовке подсоединяется состоящий из твердого материала керн с острием 6. Само острие подключено к ультразвуковому генератору 7, который работает с электрическими колебаниями. Все компоненты, относящиеся к устройству, - это известные составные блоки и детали. Для создания идентификационной маркировки (метки) фокусирующееся излучение лазера 1 и 2 повышает температуру в области поверхности грани, на которую оно попадает, и создает в этом месте пробой, который приводит к образованию трехмерных нано- и микротрещин (наноструктура). Их размеры зависят от расположения атомов в исходном материале, примесей, местных внутренних напряжений и пространственных характеристик пучка лазерных лучей. Одновременно участок, обработанный лазерными лучами, получает через керн воздействие ультразвуком. Рабочие параметры устройства и тем самым параметры преобразования способа (плотность энергии лазерного излучения, продолжительность излучения, степень чувствительности, частота, мощность, амплитуда ультразвуковых колебаний и т.д.) могут быть выявлены экспериментальным путем. При этом необходимо соблюдать при выборе параметров условия, указанные в формуле изобретения. Необходимо также настроить энергию излучения для 400 нм лазера таким образом, чтобы она находилась ниже значения, при котором образующаяся метка отрицательно влияет на чистоту бриллианта или алмаза или появляются существенные потемнения, но не выше значения, при котором применяется графитизация, чтобы в точке излучения образовался только очаг, который необходим для дальнейшего образования микро- и нанотрещин и для снятия посредством лазера, работающего с 1,06 или 0,532 нм.
Посредством эксплуатации устройства с одновременной и переменной обработкой лазером и ультразвуком на обрабатываемых поверхностях образуются уникальные микро- и нанодефекты для создания метки.
Пример 2: Названный способ для определения подлинности невидимой невооруженным глазом идентификационной маркировки на поверхности алмаза или бриллианта можно реализовать в одном случае с применением устройства, которое представлено схематично на фиг. 2.
Устройство состоит из интерференционного микроскопа, в котором интерференционные изображения измеряются при различном значении длины волны, которые создаются источниками излучения, которые, в свою очередь, работают с длиной волны Ä1 и Ä2. К микроскопу относятся отдельные блоки, которые также относятся и к маркировочному устройству, используемому только с описываемым микроскопом. Оборудование, относящееся к микроскопу, включает источник излучения 1 (длина волны К1), источник излучения 2 (длина волны Ä2), частично прозрачное зеркало 3, фокусирующую линзу (объектив) 4, проверяемый алмаз (бриллиант) 5, сумматор излучения 8 с различными длинами волн (частотный мультиплексор), вспомогательное зеркало 9 и оптическое измерительное устройство 10 на базе светочувствительной матрицы. Измерительное устройство измеряет и регистрирует пространственное распределение оптической мощности излучения интерференционного изображения, которое образуется посредством наложения лучей, отображенных от проверяемого предмета 5 и вспомогательного зеркала 9.
Все компоненты, относящиеся к устройству, - известные блоки и составные детали. Способ реализуется так, как описано далее.
При измерении источники излучения 1 и 2 включаются последовательно друг за другом. Излучение обоих источников, работающих на различных длинах волн, направляется посредством сумматора излучения 8 на разделительное зеркало 3. От разделительного зеркала лучи направляются на вспомогательное зеркало 9 и через объектив 4 дальше на проверяемый предмет (алмаз) 5 с микрометкой. Излучение, отраженное от микрометки на проверяемом предмете 5, направляется обратно через объектив 4 на оптическое устройство измерения 10, где происходит наложение с излучением, отраженным от вспомогательного зеркала 9. Результатом этого является образование на поверхности измерительного устройства 10 интерференционного изображения. При последующем включении источников излучения 1 и 2, работающих с различными длинами волн Ä1 и Ä2, образуются различные интерференционные изображения, которые измеряются и фиксируются оптическим измерительным устройством на базе светочувствительной матрицы. Полученные изображения можно сохранить как на бумаге, так и на цифровом носителе, затем сохраненные изображения прикрепляются к сертификату на бриллиант (алмаз). Для проверки подлинности бриллианта камень подвергается описанной выше процедуре, и полученные после этого изображения сравниваются с оригинальными изображениями. Если изображения совпадают, это означает, что идентификационная маркировка подлинная, если нет, то это означает, что камень подделка.