МАРКИРОВКА, СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И НОСИТЕЛЬ ИНФОРМАЦИИ
MARK, METHOD OF MAKING SAID MARK AND DATA CARRIER

Настоящее изобретение относится к записи информации в форме, позволяющей осуществить ее электромагнитное считывание. В частности, изобретение относится к маркировке, выполненной с возможностью электромагнитного считывания и включающей в себя электропроводящие участки на основе, кроме того, изобретение относится к способу изготовления такой маркировки и запоминающему носителю информации, реализованному с помощью такой маркировки.
Известна запись информации на упаковочную тару с помощью оптически распознаваемых маркировок, таких как штриховые коды, или схем, выполненных с возможностью электромагнитного считывания, таких как схемы радиочастотной идентификации (RFID). Недостатком визуальной маркировки является то, что участок, занимаемый ею на поверхности упаковки, соответственно уменьшает площадь поверхности, которую можно использовать под товарный знак и продвижение продукта. С другой стороны, визуальная маркировка дешева и проста в использовании. Штриховые коды UPC (Универсальный товарный код) и EAN (Европейский шифр предметов торговли) обычно содержат индивидуальные сведения об изготовителе продукта и типе продукта в виде номера серии, закодированного в одномерной (1-D) форме. Кроме того, штриховые коды содержат контрольное число, которое можно использовать для определения успешности считывания кода. При желании использовать штриховой код в качестве основы для определения, например, наименования изготовителя необходимо знать идентификационный номер по UPC или EAN, присвоенный изготовителю, а, кроме того, визуальные маркировки можно легко подделать.
Преимуществом схем RFID является большой объем их памяти, который обеспечивает запись в явной форме, например, производственных данных. Кроме того, считывание схем RFID может быть осуществлено с относительно большого расстояния. Однако их недостатком является относительно высокая стоимость, которая при нынешнем уровне цен не позволяет в полной мере их использовать с большинством потребительских упаковок, таких как коробки для кондитерских изделий или сигарет. В настоящее время такая технология годится, например, для маркировки паллет или больших контейнеров и не подходит для маркировки упаковки отдельных предметов потребления, кроме того, материалы, используемые в этих схемах, могут оказаться неподходящими для повторного использования.
Распознаваемую маркировку также можно изготовить, например, с использованием проводящего материала на бумаге. В опубликованных патентах США 6168080 и 6202929 раскрыт способ, в котором используется проводящая печатная краска для печати на бумаге узора штрихового кода, который считывается при перемещении в электрическом поле, создаваемом одним электродом, путем определения изменений емкости, вызванных штриховым кодом, с использованием по меньшей мере еще одного электрода. Хотя преимуществом данного способа являются низкие затраты на производство маркировки, объем используемой в этом случае информационной памяти чаще всего имеет тот же порядок, что и при использовании оптически считываемых штриховых кодов, т.к. электрическая связь маркировки с различными компонентами считывающего устройства, а также создание достаточного уровня проводимости при помощи печатной краски, устанавливают нижний предел физического размера маркировки.
В публикации ЕР 504446 раскрыт способ изготовления маркировки в виде штрихового кода, выполненной с возможностью электромагнитного считывания, например, на металлических поверхностях. Здесь электрические свойства поверхности меняются в заданных местах, тогда как другие места остаются необработанными. Созданный при этом узор имеет небольшую емкость памяти.
В патенте США 4181251 описана карта, применяемая, например, в целях защиты и содержащая химически однородный слой, который расположен между поверхностным слоем карты и проводимость которого может быть изменена на конкретных участках, например, при помощи термокомпрессии, для получения маркировки типа штриховой код с информацией в двоичной форме. Также способ изготовления штрих-кода, несущего информацию в двоичной форме и выполненного с возможностью электромагнитного считывания, описан патенте США 5430278.
В патенте США 4350883 приведен способ изготовления изделий, содержащих параллельные проводящие металлические провода, размещенные во внутреннем слое изделия. Такая маркировка является дорогостоящей и сложной в изготовлении. Она не пригодна в серийном производстве, например, для маркировки потребительской упаковки, т.к. провода должны быть размещены внутри изделия уже на стадии его производства.
В публикации WO 05/027599 описан способ изготовления электрических компонентов на бумажной основе. В данном способе бумажное полотно пропускается через валки высокой печати, благодаря чему в бумаге формируются углубления и выступы. После этого на всю поверхность бумаги наносят проводящий материал. На последнем этапе проводящий материал удаляют с выступающих участков, в результате чего формируется узор проводника, заданный формой углублений. Способ может использоваться в тех случаях, когда электропроводимости различных частей узора проводника не отличаются одна от другой. Кроме того, при этом необходимо знать форму узора проводника уже на стадии изготовления бумаги.
Предлагаемое изобретение относится к созданию маркировки нового типа, обладающей повышенной емкостью памяти относительно площади участка, ею занимаемого, а также способу изготовления такой маркировки.
Основная идея изобретения заключается в размещении на подложке зоны распознавания, т.е. маркировки, которая содержит первые участки (называемые также «проводящими участками»), сформированные по меньшей мере из одного электропроводящего материала, размещенные на расстоянии друг от друга и имеющие электропроводимость, которая превышает заранее заданное пороговое значение, а также вторые участки (называемые также «промежуточными участками»), электропроводимость которых меньше указанного порогового значения или равна ему. Первые участки имеют несколько отличающихся уровней проводимости, так что зона распознавания включает в себя по меньшей мере два первых участка, электропроводимости которых существенно различаются. Маркировка может быть считана с основы с помощью электромагнитной связи.
В качестве порогового значения может использоваться нулевая проводимость, но в зависимости от конструктивного исполнения пороговое значение всегда может быть также задано в виде некоторой величины, отличной от нуля. Можно задать различные уровни электропроводимости, например, посредством выбора электропроводящих материалов, изменения размеров или узора первых участков, или, например, за счет химического изменения свойств электропроводящего материала, нанесенного на основу, после такого нанесения. Уровни электропроводимости первых участков также могут быть заданы узором участка, например, сформированного посредством трафаретной печати, в результате чего только часть поверхности первого участка оказывается покрытой электропроводящим веществом. Электропроводящим материалом может служить, например, полимер. Согласно одному примеру осуществления изобретения промежуточные участки также могут содержать электропроводящий материал, однако его электропроводимость по существу уступает электропроводимости проводящих участков. Конечно, промежуточные участки могут также оставаться «голыми».
В этом случае термин электропроводимость участка относится к совокупности факторов, определяемых материалом и геометрическими характеристиками участка и влияющих на сигнал, который можно измерить посредством установки электромагнитной связи с участком. Термин электромагнитная связь относится к емкостным, индуктивным и гальваническим формам связи. В идеальном случае электропроводимость можно определить, зная активную и реактивную проводимости (т.е. полную проводимость) используемого материала и форму участка. Таким образом, электропроводимость строго связана с частотой и используемым методом распознавания. На практике на измеряемые величины также неизбежно влияют, например, материалы, окружающие участок, электрические свойства основы, а также других проводящих участков, расположенных поблизости.
В качестве основы может использоваться относительно дешевый материал, например бумага или картон.
Более конкретно, маркировка по изобретению характеризуется признаками, заявленными в отличительной части п.1 формулы изобретения.
Запоминающий носитель информации по изобретению характеризуется признаками, заявленными в отличительной части п.12 формулы изобретения.
Способ по изобретению характеризуется признаками, заявленными в отличительной части п.20 формулы изобретения.
Использование изобретения дает много преимуществ. С его помощью различные уровни электропроводимости могут использоваться в качестве одномерного кодирования информации, значительно увеличивающего объем информации на единицу площади участка. Таким образом, в соответствии с количеством заданных различных уровней проводимости может быть во много раз увеличен объем информации, сохраняемой в маркировке, по сравнению с «одномерными» маркировками. Предлагаемая маркировка может быть невидима невооруженным глазом, и/или она может быть расположена где-нибудь во внутреннем слое или между слоями основы, что затруднит ее подделку при одновременном высвобождении участка основы большей площади, например, для печати.
В оптически считываемых маркировках, типа штриховых кодов, соответствующее преимущество может быть получено использованием для кодирования серых тонов или оттенков вместо узора, состоящих только из белых и черных участков.
Изобретение может использоваться во многих отраслях промышленности, в которых информация, распознаваемая оптически или с помощью электроники, хранится в материалах, например, пакетов, документов, строительного картона, текстильных изделий или на поверхности. Такие отрасли промышленности имеют отношение к пищевым продуктам, лекарственным препаратам, товарам повседневного спроса, строительству, а также логистике, учету и лабораторным услугам. Таким образом, изобретение может использоваться, например, в управлении доставкой почтовых грузов, при грузовых перевозках, в авиации, аптеках и больницах.
Изобретение также позволяет создавать новый и безопасный вид аутентифицирующих проверяющих средств, наносимых на поверхность изделия или между его слоями и видимых или не видимых невооруженным глазом. Кроме того, можно разработать маркировки, которые можно считывать только с помощью специального считывающего устройства, затрудняя таким образом доступ неправомочных лиц к информационному содержимому маркировки. Это позволит создать, например, проверяющие системы в соответствии с требованиями заказчика. Кроме того, проводящую маркировку, постоянно нанесенную на изделие или его упаковку, чрезвычайно трудно незаметно подделать. Информация, содержащаяся в маркировке, может также быть зашифрована.
-10
Было замечено, что достаточная распознающая способность и достаточная электрическая контрастность в такой маркировке могут быть получены без наличия в ней металлической проводимости. Проводимость проводящих участков типовой маркировки составляет порядка 10-10 См/см, что на несколько порядков меньше проводимости металлов.
Способ согласно изобретению может использоваться в промышленном масштабе. Проводящий материал, или несколько проводящих материалов могут быть нанесены на бумажное или картонное изделие, например, с помощью офсетной, глубокой и флексографической печати для формирования проводящих участков (так называемый прямой метод). Также проводящий материал может быть размещен в виде однородного слоя на бумажной или картонной основе на стадии нанесения покрытия, клейки или покрытия лаком в качестве самостоятельного слоя либо в смеси с пастообразным покрытием, клеем или лаком. В этом случае, проводящим участкам и промежуточным участкам придают различную проводимость позже, например, химической или механической обработкой. Химическую обработку производят, например, нанесением какого-либо соответствующего химического реагента, меняющего электропроводимость материала («разлегирование»/легирование), на верхнюю часть слоя, содержащего проводящий материал, или соответственно на верхнюю часть слоя, содержащего непроводящий электричество материал (так называемый непрямой метод). Электропроводимость участка, подвергнутого ранее «разлегированию» или легированию, также может быть изменена впоследствии путем разлегирования, легирования, или каким-либо другим способом. Таким образом, электропроводимость может быть изменена на нескольких стадиях обработки в сторону повышения или понижения электропроводимости. Этот вариант изобретения может использоваться, например, при изменении маркировки на различных стадиях цепочки поставок изделия. В этом документе термин «разлегирование» обозначает уменьшение электропроводимости участка путем ввода в него какого-либо другого вещества. Соответственно, термин «легирование» обозначает увеличение электропроводимости участка путем ввода в него какого-либо другого вещества.
Кроме использования вышеупомянутых способов также можно комбинировать различные способы, в которых, например, проводящий узор сначала наносят на бумажное или картонное изделие методом офсетной, глубокой и флексографической печати, а на следующей стадии уровни проводимости проводящих участков меняют химически, другими словами, на них записывают информацию. Первый этап обычно выполняют на стадии производства упаковочной тары, а последний этап может быть выполнен в связи с этой стадией или, например, только на стадии упаковки изделия.
Предлагаемый способ может использоваться в малых масштабах даже в домашних условиях. В этом случае проводящие материалы, например различные полимеры или те же самые полимеры, состав которых варьируют для изменения электропроводимости, наносят на бумагу струйным принтером (прямой метод). В другом случае «разлегирующий»/легирующий состав (составы) может быть размещен на верхней части слоя полимера, нанесенного ранее посредством струйного метода для создания маркировки по изобретению (непрямой метод). Струйную печать также можно использовать в промышленном масштабе.
Изобретение может использоваться для записи данных об изделии таким же образом, как и обычные штриховые коды. Однако в этом случае можно записать значительно большее информации, например, об изготовителе изделия, его адрес, время изготовления изделия или другие данные относительно его происхождения. Поскольку информационная емкость увеличивается, эти данные могут быть даже записаны в явной форме (т.е. без кодовых чисел или кодовых слов), например, при помощи системы ASCII (американского стандартного кода для обмена информацией), благодаря чему предлагаемую маркировку можно использовать значительно шире, чем традиционные штриховые коды на основе оптических или электрических маркировок. Кроме того, предлагаемая маркировка также может включать, например, числовые данные, содержащиеся в традиционных UPC и EAN штриховых кодах, благодаря чему обработка предлагаемой маркировки в случае этих данных совместима с широко распространенной общепринятой системой.
Большая информационная емкость в сочетании с цифровой печатью, например, струйным методом также обеспечивает идентификацию упаковочной тары на индивидуальном уровне. Таким образом, изобретение может использоваться для записи информации в соответствии со стандартом хранения данных в традиционных RFID-метках. Согласно стандарту организации «ЕРС Global Inc.» объем информации, содержащейся в RFID-метках, насчитывает 96 бит, поделенные на заголовочную часть, которая определяет структуру информации, содержащейся в метке; часть изготовителя изделия; часть, содержащую информацию о типе изделия, и часть, содержащую индивидуальную информацию об изделии. Указанных 96 бит информации вполне достаточно для индивидуализации любого изделия в мире.
Предлагаемая маркировка также может быть сконфигурирована для конкретных целей, например для использования внутри компаний, или в качестве части их операций с клиентами, в случае чего информационное содержимое маркировки будет определено в соответствии с требованиями конкретной компании. Информация может также храниться в маркировке во многих различных форматах. Примерами этого могут служить семи- или восьмибитовые строки ASCII, которые можно легко преобразовать в текст или числовой ряд. Информация в маркировке также может содержаться в зашифрованном виде, что потребует использования шифрующих и дешифрующих средств при изготовлении маркировки и ее обработке. Одним из примеров могут служить система проверки подлинности.
По одному варианту изобретения маркировка расположена на поверхности изделия. С одной стороны, маркировку на поверхности легко изготавливать, но, с другой стороны, в этом случае она подвержена износу, например, из-за ударов и царапин, что может через какое-то время отрицательно повлиять на возможность ее считывания. Однако маркировка также может быть расположена, например, на внутренней поверхности упаковки, где она при этом защищена от износа.
По второму варианту изобретения маркировка расположена во внутреннем слое изделия, в который она может быть помещена, например, на стадии изготовления бумажного или картонного изделия, например, упаковочной тары, причем в этом случае клей, покрытие, печатная краска или слой лака, защищающие маркировку, могут быть нанесены на ее верхнюю поверхность.
По третьему варианту изобретения маркировка расположена в месте клеевого соединения упаковочной тары. В этом случае маркировка может быть сформирована в месте, предназначенном для склеивания заготовки упаковочной тары, когда упаковка еще не сложена или сложена только частично. В этом случае маркировка может остаться под клеем между слоями картона. Этот вариант обладает тем преимуществом, что места соединения достаточно прочны, поэтому маркировка будет хорошо защищена от воздействий и износа. Кроме того, места клеевого соединения сложно смять, а наносить маркировку на стадии их формирования в упаковке очень удобно, благодаря чему отпадает необходимость в совершенно новых операциях, которые замедлили бы процесс упаковки.
По четвертому варианту изобретения предлагаемая маркировка выполнена с возможностью изменения в зависимости от окружающих условий. В этом случае предлагаемый способ может быть использован, например, для упаковочной тары, которая чувствительна к состоянию окружающей среды и изменениям, происходящим в ней (так называемые «умные упаковки»); для упаковочной тары, используемой при контроле процесса производства или иного процесса, либо для строительных материалов, которые отслеживают условия существования какой-либо структуры и ее состояние.
Предлагаемая маркировка может также использоваться на обычных листах бумаги. Например, на полях многих официальных бланков, документов, анкет и счетов часто размещены маркировки в виде оптически считываемого штрихового кода или служащие для совмещения. Эти маркировки зачастую придают бланкам неопрятный внешний вид и при этом во многих случаях бесполезны для людей, заполняющих данный бланк. Они используются только, например, при автоматическом считывании бланка или в архивном делопроизводстве. С помощью настоящего изобретения такие маркировки могут быть выполнены невидимыми для невооруженного глаза, что приводит к значительному улучшению внешнего вида бланков и их внешнему упрощению. Например, это поможет избавиться от «бланкофобии» при работе в правительственных учреждениях. С помощью изобретения можно также разработать бланки, на которые незаметные маркировки могут быть нанесены впоследствии.
Предлагаемый способ может быть легко применен, например, в существующих технологических процессах тароупаковочного производства и бумажной промышленности, тем самым, благодаря чему его реализация не потребует больших затрат. Способ не требует размещения микросхем в упаковочной таре для обеспечения работы, хотя в некоторых случаях они могут использоваться как часть маркировки.
Проводимости первых участков зоны распознавания существенно различаются, так что их можно идентифицировать (отличить друг от друга и от вторых участков) с использованием электромагнитных средств при распознавании со стороны основы. В этом случае разность значений проводимости двух последовательных проводящих уровней может составлять, например, 20-100% от разности значений проводимости самого высокого и порогового уровней. При этом условии можно использовать от двух до шести различных проводящих уровней, что может найти применение в типовых маркировках с достаточно малым информационным содержимым, в которых используются, например, 4-6 уровней проводимости. Такие маркировки могут считываться надежно и быстро и, таким образом, подходят для использования, например, в магазинах, торгующих товарами повседневного спроса, или центрах снабжения. Согласно второму предпочтительному варианту осуществления изобретения разность проводимостей двух последовательных уровней может составлять порядка, например, 5-100% от разности проводимостей самого высокого и порогового уровней. В этом случае существует возможность создания маркировок, в которых имеется, например, 7-22 уровней проводимости. Такие маркировки уже могут содержать достаточно много информации, но для их производства и надежного считывания требуется больше технических ресурсов. При наличии в маркировке большого количества уровней проводимости (например, четырех или более) для их производства наиболее подходящим окажется, например, метод легирования/разлегирования, более подробно описанный ниже.
Согласно одному варианту осуществления изобретения проводимость одного (более высокого) уровня на 20-100% превышает разность проводимостей рассматриваемого уровня и предшествующего (более низкого). Это позволит получить уровни проводимости таких величин, которые становятся плотнее по мере возрастания, обеспечивая, таким образом, эффективное использование проводимости на всем доступном диапазоне.
Другие характеристики и преимущества изобретения очевидны из следующего подобного описания со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых
на фиг.1 приведено плоское изображение одного варианта маркировки согласно изобретению с участками, имеющими четыре различных уровня проводимости, на непроводящей основе;
на фиг.2 приведено плоское изображение одного варианта маркировки согласно изобретению с участками, имеющими четыре различных уровня проводимости, и синхрогруппой на непроводящей основе;
на фиг.3 приведено плоское изображение одного варианта маркировки согласно изобретению с участками, имеющими четыре различных уровня проводимости, на слабопроводящей основе;
на фиг.4 приведено плоское изображение одного варианта многоканальной маркировки согласно изобретению с участками, имеющими четыре различных уровня проводимости, на непроводящей основе;
на фиг.5 приведено плоское изображение одного варианта многоканальной маркировки согласно изобретению, с участками, имеющими четыре различных уровня проводимости, которые получены благодаря геометрическому узору, на непроводящей основе;
на фиг.6 показано плоское изображение одного варианта картонного изделия согласно изобретению, содержащего заготовку упаковочной тары, в которой место клеевого соединения содержит зону распознавания различных уровней проводимости;
на фиг.7 представлено перспективное изображение одного варианта считывающего устройства с электродами возбуждения и электродами ответного сигнала;
на фиг.8 представлено перспективное изображение одного варианта считывающего устройства с электродами возбуждения и электродами ответного сигнала;
на фиг.9 показана принципиальная электронная схема считывающего устройства;
на фиг.10 показана диаграмма с координатами «время-амплитуда», иллюстрирующая ответный сигнал, проходящий по каналу и выдаваемый маркировкой, содержащей синхрогруппу, а
на фиг.11 показана диаграмма с координатами «время-амплитуда», иллюстрирующая ответный сигнал, выдаваемый маркировкой, содержащей первые участки четырех уровней электропроводимости различных размеров.
Маркировка, т.е. зона распознавания, на фиг.1-5 содержит последовательные высокопроводящие первые участки 12, 22, 32, 42, 52 (также называемые «проводящими участками»), параллельные поверхности основы, между которыми расположены непроводящие или слабопроводящие вторые участки 14, 24, 34, 44, 54 (также называемые «промежуточными участками»). Проводимости проводящих участков могут быть заданы в виде нескольких дискретных значений, выбранных из диапазона, например, 2-500, в частности 2-128, обычно 2-32. Проводимость промежуточных участков по существу уступает проводимости проводящего участка с наименьшей проводимостью.
Непременным условием достоверного считывания маркировки является достаточная «электрическая контрастность» проводящих участков, т.е. должна быть обеспечена возможность различения участков друг от друга. Поэтому расстояние между первыми участками предпочтительно выбрано так, что электропроводимость двух последовательных участков во время распознавания может быть определена по существу независимо одна от другой. Кроме отличия в уровне электропроводимости на «электрическую контрастность» также оказывают влияние частота возбуждения, расстояние между электродами считывающего устройства и маркировкой, а также свойства носителя или носителей, электрические свойства основы и скорость считывания. Поскольку раскрытый здесь способ может быть применен к различным объектам, маркировке различных размеров и с различным информационным содержимым а также к различным считывающим устройствам, то для каждого случая применения необходимо задать соответствующее количество уровней проводимости так, чтобы обеспечить как достаточный объем информации, так и достаточную «электрическую контрастность». При этом приведенные ниже абсолютные значения даются только в качестве примера.
Понятие «маркировка, выполненная с возможностью электромагнитного считывания» относится к маркировке, первые участки которой могут быть распознаны при помощи емкостной, индуктивной или гальванической связи с основой. Емкостное считывание может быть реализовано с использованием нескольких электродов, по меньшей мере один из которых обеспечивает связь возбуждающего сигнала с маркировкой посредством электрического поля и по меньшей мере другой из которых принимает сигнал, полученный в результате этой связи. Индуктивное считывание может быть реализовано, например, при помощи нескольких катушек, одна из которых обеспечивает связь магнитного поля с маркировкой и по меньшей мере другая из которых принимает связанный сигнал. На практике обязательно имеют место одновременно как индуктивная, так и емкостная связи, даже если только одна из них используется в качестве основной. При этом неосновной сигнал может вызывать помехи в основном, которые необходимо учитывать при разработке маркировок и считывающих устройств. В частности, при низких уровнях проводимости, когда установленная связь слабее, необходимо идентифицировать источники помех и шумовых сигналов. Конечно, также можно рассматривать, например, маркировки, выполненные с возможностью емкостного или индуктивного считывания, но в этом случае следует понимать, что на полученный сигнал также оказывает влияние вторая, соответственно, индуктивная или емкостная связь.
Частота возбуждающего сигнала, используемого при распознавании маркировки, может быть выбрана, например, из диапазона 1 кГц - 1 ГГц. Также можно использовать считывающие устройства, использующие несколько различных частот или диапазонов частот. Частота и материал, используемый в маркировке, который связан с ней постоянно, предпочтительно выбраны так, что обеспечена максимальная электрическая контрастность различных участков маркировки для сокращения ошибочных идентификаций.
Далее в описании в качестве примера для измерения проводимости используются относительные величины от 0 до 100, при этом 0 соответствует непроводящему или слабопроводящему участку, а 100 - высокопроводящему участку. Это описание приводится для иллюстрации различных вариантов и возможностей реализации маркировки.
По одному варианту осуществления изобретения, именуемому здесь линейной маркировкой или дискретной маркировкой с равными интервалами, значения электропроводимости первых участков обычно распределены от установленного порогового значения до заданного максимального значения. В этом случае проводящим участкам может быть придана проводимость со значениями, содержащими ноль и значения, превышающие заданное (пороговое значение проводимости) через равные интервалы. Например, такая маркировка содержит разрешенные значения 0, 30, 35, 40 …, 90, 95 и 100 (16 значений). Один штрих маркировки содержит 4 бита информации (сравним, например, с оптическим штриховым кодом, в котором одна линия содержит один бит информации). При считывании маркировки измеренный ответный аналогово-цифровой сигнал преобразуется и интерпретируется, например, округлением до ближайшего разрешенного значения, при этом все значения менее 27,5 интерпретируются как 0, а соответственно, например, значение 68 интерпретируется как 70; или же соответственно таким округлением, при котором значения меньше 25, интерпретируются как 0, а, например, значение 66 интерпретируется как 70.
По одному варианту осуществления изобретения, именуемому здесь нелинейной маркировкой или дискретной маркировкой с возрастающей плотностью, значения электропроводимости первых участков распределены плотнее с увеличением электропроводимости от заданного порогового значения до максимального значения. Проводящим участкам в этом случае может быть придана проводимость со значениями, которые содержат ноль и которые становятся более плотными при превышении заданного значения проводимости (порогового значения). Такой маркировке можно присваивать значения по шкале, например, 0, 30, 50, 65, 76, 82 …, 97, 99 и 100. Преимуществом такой нелинейной маркировки является возможность более полного использования ресурсов считывающего устройства. Экспериментально установлено, что чувствительность считывания возрастает пропорционально проводимости считываемого участка. Другими словами, при малых значениях проводимости отношение сигнал/шум (SNR) хуже, чем при больших значениях. Таким образом, для достоверной идентификации одного уровня с малой проводимостью смежные уровни проводимости должны достаточно отличаться друг от друга, тогда как при уровнях с высокой проводимостью интервалы между уровнями могут быть незначительными. Соответственно, в такой маркировке может быть размещено больше информации, потому что она при ее увеличении уплотняется по сравнению с информацией, размещенной в маркировке с равными интервалами, и всегда соответствует считывающему устройству и диапазону используемых значений проводимости.
В ряде вариантов осуществления изобретения вышеупомянутая дискретная маркировка может также быть скомбинирована для получения других значений уровней проводимости.
На фиг.1 показана простая одноканальная маркировка 10, содержащая первые (проводящие) участки 12 четырех различных проводящих уровней. В проиллюстрированном техническом решении проводящие участки 12 и вторые участки 14 (промежуточные участки) расположены на равных интервалах параллельно поверхности основы. Конечно, могут быть выбраны различные расстояния между участками и их размеры. Пример ответного сигнала, выданного маркировкой этого типа, приведен на фиг.11.
На фиг.2 показана маркировка 20, содержащая кроме элементов, приведенных на фиг.1, также проводящие синхронизирующие участки 26, отделенные промежуточными участками друг от друга и от проводящих участков по фиг.1. Участки 26 могут рассматриваться в качестве подгруппы первых (проводящих) участков. В предпочтительной реализации изобретения их взаимная электропроводимость является постоянной величиной. Синхронизирующие участки расположены в направлении считывания маркировки, например, рядом с каждым проводящим участком, так что они формируют в маркировке новый «канал». Сигнал, создаваемый каналом синхронизации, может при считывании маркировки использоваться для устранения проблем, вызванных изменением скорости считывания при обработке маркировки. На фиг.10 показан ответный сигнал, выдаваемый маркировкой такого вида, отдельно по двум каналам. Синхронизирующий сигнал обозначен 104, а информационный сигнал 102. Из этого чертежа видно, что при считывании маркировки по мере приближения к ее концу скорость считывания возрастает, однако этот эффект оказалось возможным устранить с помощью синхронизирующего сигнала.
На фиг.3 показана маркировка 30, в которой кроме проводящих участков также имеются промежуточные участки 34, обладающие слабой проводимостью. Такие маркировки наиболее предпочтительны в ряде случаев и в связи с конкретной технологией производства маркировки. Ниже эти технологии описываются более подробно.
На фиг.4 показана трехканальная маркировка 40, которая содержит несколько рядов проводящих участков 42 в направлении считывания и промежуточные участки 44. Участки между рядами подвергают интерпретационной обработке как промежуточные участки. В такой маркировке может содержаться значительно больше информации, чем в одноканальной маркировке, в зависимости от способа кодирования информации. Каждый канал может быть подвергнут интерпретационной обработке независимо, при этом информационный объем маркировки по фиг.4 будет в три раза больше по сравнению с информационным объемом одноканальной маркировки, или, например, каждая вертикальная линия, показанная на фиг.4, может интерпретироваться как единичная, при этом число битов, содержащихся в маркировке, будет утроено. Таким образом, небольшое увеличение площади участка маркировки позволяет значительно увеличить информационный объем.
Маркировки с изменяемым уровнем проводимости/удельного сопротивления могут быть выполнены на подложке многими различными способами. Согласно одному примеру осуществления изобретения на различные части маркировки могут быть нанесены различные материалы или смеси, имеющие проводимости требуемых значений. Также можно использовать одно вещество, состав которого изменен химически до нанесения, с целью получения требуемых уровней проводимости. Например, состав полианилина может быть изменен управляемым способом, так что с помощью этого вещества может быть получено несколько уровней проводимости, по существу отличающихся друг от друга. Также можно использовать несколько материалов с измененной проводимостью, чтобы охватить больший диапазон проводимости, и, тем самым, еще более увеличить информационную емкость маркировки.
Согласно другому примеру осуществления изобретения можно использовать какой-либо проводящий полимер, далее «полимер-проводник», такой как полианилин, политиофен, полиацетилен или полипиррол, проводимость которого можно регулировать, например, путем изменения состава полимера или «разлегирования» полимера в растворенной форме, или только после нанесения полимера. Значения проводимости, полученные путем разлегирования, могут, в свою очередь, регулироваться, например, за счет концентрации «разлегирующего» состава и/или его используемого количества, что жестко определяется используемым полимером или смеси полимеров, а также толщиной слоя полимера. Полимером может быть покрыт только конкретный участок поверхности основы или вся ее поверхность, например, на стадии изготовления основы. Если основа является бумажной или картонной, это может быть осуществлено на бумажной фабрике каким-либо известным способом сразу во время изготовления бумаги (картона) или на отдельной стадии, например, во время нанесения покрытия или клейки. Кроме того, покрытие на бумагу или картон может быть нанесено во время отдельного процесса, например, при выполнении одной из заключительных операций, таких как печать или лакирование. По меньшей мере один «разлегирующий» состав может быть нанесен, например напечатан, на конкретных местах поверх слоя, содержащего полимер-проводник, заказчиком, например, упаковщиком изделия. Изменением типа, количества и/или концентрации «разлегирующего» состава можно увеличить или уменьшить проводимость каждого участка, благодаря чему формируют маркировку конкретного типа, содержащую несколько уровней проводимости.
Выше описано «разлегирование» слоя проводящего материала, выполняемое для уменьшения электропроводимости этого слоя. В другом варианте реализации изобретения на поверхности основы размещен полимер-проводник, не проводящий электричество или слабо его проводящий, после придания ему способности лучше проводить электричество с использованием подходящего легирующего агента, такого как кислота. К таким кислотам относится любая органическая сульфоновая кислота и неорганические (минеральные) кислоты.
При изготовлении маркировки по этому примеру осуществления изобретения берут основу, имеющую две поверхности, на одну из которых наносят электропроводящий полимер по меньшей мере на места расположения первых участков. После этого на первые участки наносят по меньшей мере один химический реагент для изменения электропроводимости проводящего электричество полимера, так что электропроводимость первых участков оказывается больше заданного порогового значения и так что они включают по меньшей мере два участка, электропроводимости которых существенно различаются. Проводящий полимер может быть также нанесен на места расположения вторых участков, причем их электропроводимость также может быть изменена с использованием химического реагента. В этом случае термин «проводящий полимер» относится к полимеру, который с помощью легирования или «разлегирования» можно выполнить проводящим. Поэтому ему не обязательно иметь высокую проводимость на стадии нанесения.
Согласно третьему варианту осуществления изобретения уровень проводимости меняют с помощью создания узора, во время которого наносят покрытие, лакируют, выводят на принтер и используют различные методы печати, такие как офсетная, глубокая и флексографическая. Особенно просто использовать струйную печать и схожее с ним капельное нанесение, т.к. при этом количество/толщину печатного вещества можно легко регулировать при помощи полос печатного контакта, по аналогии со способом получения различных серых тонов при обычной печати. Затем в качестве проводящего вещества можно использовать, например, электропроводящий полимер или металлизированные печатные краски, покрытия или лаки.
Согласно четвертому варианту осуществления изобретения уровень проводимости проводящего участка задан в соответствии с толщиной слоя вещества. Толстый слой будет, естественно, иметь более низкое удельное сопротивление, чем тонкий, при прочих равных значениях других размеров слоев.
Согласно пятому варианту осуществления изобретения для изготовления проводящих участков используют печатные краски и лаки, содержащие углеродную сажу, уровень проводимости которых изменен изменением состава вещества. На практике уровни их проводимости контролировать гораздо труднее, чем, например, уровни проводимости полимеров.
Вышеупомянутые варианты осуществления изобретения также можно комбинировать, например, и использовать несколько различных полимеров, легированных или «разлегированных» несколькими различными составами. В этой же маркировке также можно использовать проводящий полимер, проводимость которого изменена, а, кроме того, нанести подходящий узор на участки с нанесенным полимером.
Во всех вышеупомянутых вариантах осуществления изобретения на проводимость маркировки также можно влиять средствами задания геометрии, которые, в свою очередь, обычно зависят от способа распознавания маркировки. Проводящие участки могут быть, например, сформированы с использованием узоров, полученных трафаретной печатью, или их форма, например ширина или толщина, может быть изменена. При использовании, например, связи, осуществляемой через электрическое поле (емкостная связь), сила сигнала будет пропорциональна площади поверхности распознаваемого участка. Если поверхность содержит, например, квадратики, то на силу этого сигнала будет непосредственно влиять количество квадратиков. По сравнению со средствами, непосредственно воздействующими на электропроводимость материала, использование средств геометрии может, однако, привести к потере преимущества, относящегося к эффективности площади участка. На фиг.5 приведен вариант осуществления изобретения с использованием трафаретной печати первых участков. Здесь маркировка 50 содержит первые узорчатые участки 52, между которыми расположены вторые участки 54. Некоторые участки 52 могут не иметь узора.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения наружные размеры первого участка по отношению друг к другу эквивалентны и параллельны и/или проходят под прямыми углами (по толщине) к поверхности основы. Преимуществом этого является невозможность создания маркировки, в которой один и тот же уровень проводимости может быть создан двумя различными путями. Например, толстый участок со слабопроводящим веществом может выдавать считывающему устройству такой же сигнал, что и тонкий участок с высокопроводящим веществом, что в общем случае не желательно.
Проводящими полимерами, пригодными для создания маркировки, являются, например, полианилин, полипиррол, полиацетилен и политиофен. В качестве «разлегирующих» агентов часто используются обычные химические реагенты, такие как гидроксид натрия, который может быть нанесен в жидкой форме. В частности, предпочтительным полимером является полианилин, т.к. его электропроводимость очень зависит от значения рН. Полимер может быть нанесен на поверхность, например, при нанесении покрытия, клейки, покрытии лаком или печати, либо при изготовлении основы или в виде отдельной операции. «Разлегирующий» агент может быть нанесен, например, методом печати или тиснения. На конечный результат «разлегирования» можно повлиять не только концентрацией «разлегирующего» агента в химреагенте, но также способом нанесения химического реагента и формированием узора. «Разлегирование» может быть выполнено, например, выполнением на поверхности полимера способом трафаретной печати узоров разных размеров или с разными интервалами. Относительно считывающего события, неравномерность порядка микромиллиметра в проводимости поверхности не имеет значения, т.к. размер самого маленького проводящего участка, который может быть надежно считан, составляет порядка 1 мм. Таким образом, при считывании уровень сигнала определен проводимостью распознаваемого участка на макроуровне.
«Разлегирование» может также проводиться одновременно с одной из стадий процесса, например, с тиснением, резкой, биговкой, печатью, лакировкой, клейкой или гибкой заготовки упаковочной тары при ее изготовлении. Также можно, например, «разлегировать» часть маркировки на каждой из этих стадий, при этом каждая стадия изготовления оставит на упаковочной таре свою собственную «отметку». Эта же операция может также выполняться по мере прохождения упаковочной тарой логистической цепочки к потребителю. Например, транспортные компании или импортеры могут наносить на упаковочную тару дополнительные маркировки, так что они не обязательно могут быть видны потребителю, как большинство существующих маркировок погрузочных мест, грузовые манифесты и т.п. Такие маркировки было бы сложно подделать.
Согласно одному варианту (фиг.3) осуществления изобретения используется проводящий полимер, который наносят в качестве единого участка по существу на всю поверхность основы или в качестве единого участка по меньшей мере на некоторую ее часть. Затем формируют промежуточные участки 34 (вторые участки) маркировки 30 интенсивным «разлегированием», что приводит к радикальному уменьшению их проводимости. Участки 32 (первые участки) «разлегируют» меньше или не «разлегируют» вообще. Как вариант, на основу наносят слабопроводящий полимер, а участки 32 легируют для повышения их проводимости до заданных уровней. Очевидно, что для формирования маркировок также можно комбинировать процессы легирования и «разлегирования». Преимущество данного варианта заключается в том, что маркировку можно свободно выполнить в любом месте основы, на которое нанесен упомянутый полимер.
Согласно одному варианту осуществления изобретения проводящий полимер наносят только на места размещения проводящих участков 12, 22, 42, 52 (первых участков) (фиг.1, 2, 3 и 4). В этом случае обеспечивается хорошая электрическая контрастность промежуточных участков 14, 24, 44, 54 (вторых участков) и участков 12, 22, 42, 52, и благодаря этому для хранения информации будет доступен более широкий диапазон проводимости. Однако в этом варианте для выполнения «разлегирования» необходимо точно знать местонахождение полимера. Распознавание может быть осуществлено электрически или оптически путем распознавания полимерных участков или соответствующих меток совмещения, которые выполняют на основной структуре, например, при нанесении полимера. Распознавание также может осуществляться на основе форм основы, например, заготовки упаковочной тары.
Каждый проводящий участок содержит слои, имеющие максимально возможную однородность по проводимости, в направлении нормали к поверхности (т.е. в направлении толщины проводящего слоя). Таким образом можно будет уменьшить влияние на результат считывания изменений расстояния между считывающими электродами и маркировкой.
Кроме того, каждый проводящий участок предпочтительно имеет четкие очертания краев, т.е. имеет точно определенные границы. Это позволяет усилить сигнал, полученный считывающим устройством, за счет более четкого его определения, т.к. увеличится удельная величина градиента сигнала, полученного в маркировке от точек изменения.
Согласно одному варианту осуществления изобретения маркировку формируют на поверхности основы. Например, для упаковочной тары в качестве рассматриваемой поверхности может служить как внешняя, так и внутренняя ее поверхность. Маркировка на внутренней поверхности будет хорошо защищена от износа, но ее считывание будет затруднено, т.к. увеличивается расстояние между электродами считывающего устройства и проводящими участками. Это, в частности, имеет значение при наличии плотных сортов картона или бумаги. Если маркировка располагается на наружной поверхности упаковочной тары, то она может быть считана более достоверно, но зато более подвержена изнашиванию. Маркировка также может быть расположена в месте клеевого соединения упаковочной тары, т.е. между слоями картона. На фиг.6 показана заготовка 60 упаковочной тары, которая имеет маркировку 66 сбоку на участке места соединения. Маркировка сформирована на поверхности заготовки 60, но остается по меньшей мере между двумя слоями после гибки и склейки упаковочной тары. Таким образом, она очень хорошо защищена от изнашивания и при этом может быть считана с поверхности упаковочной тары.
Согласно одному варианту осуществления изобретения маркировку формируют на внутреннем слое основы. Маркировка может располагаться, например, на поверхности волокнистого слоя бумаги или картона, под одним или несколькими поверхностными слоями, например, клея, покрытия и/или слоя лака.
В вышеупомянутом описании в качестве примера, используются простые маркировки по фиг.1-5. Однако, очевидно, что при помощи описанных выше принципов можно создать маркировки, в которых местоположения проводящих и непроводящих участков существенно отличаются от проиллюстрированных.
Ниже, в порядке примера, приводится описание считывающих устройств, посредством которых маркировка по изобретению может быть считана с основы. В описании приведен пример устройства, основанного на емкостной связи через электрическое поле, однако те же самые принципы также можно также легко применить и к индуктивным устройствам.
В считывающем устройстве имеются по меньшей мере две группы электродов, в каждой из которых имеется по меньшей мере один электрод. Сигнал возбуждения подается на первый электрод, а ответный сигнал считывается со второго электрода. По интенсивности ответного сигнала, изменению фазы, частотному анализу и/или другим характеристикам можно сделать вывод о наличии проводящего материала между электродами и его свойствах. Например, даже только на основе амплитудной характеристики, полученной за некоторое время, можно сделать вывод о форме маркировки и из этого о информации, хранящейся в ней. Таким образом, событие считывания выявляет битовую или символьную строку, в которой закодирована информация. При использовании маркировки с несколькими каналами группы электродов могут содержать отдельно электроды возбуждения и электроды ответного сигнала для каждого канала.
Событие считывания основано на физическом или кажущемся месте размещения электродов возбуждения и электродов ответного сигнала по отношению к изменению во времени зоны распознавания. Это может быть реализовано, например, размещением электродов возбуждения и ответного сигнала и маркировки с возможностью перемещения относительно друг друга. Физического перемещения можно не допустить с помощью считывающего устройства, но принцип останется тем же самым. Таким образом, изменение во времени местоположения электродов возбуждения и электродов, принимающих ответный сигнал, относительно маркировки, выполнено с возможностью электронного осуществления, при котором не требуется физическое перемещение считывающего устройства и маркировки относительно друг друга. Направление перемещения в плоскости не обязательно является важным фактором.
Скорость считывания и ее нелинейность влияют на ответный сигнал, но это влияние можно устранить с помощью обработки сигналов или использованием в маркировке синхрогруппы. Если синхрогруппа добавлена рядом со считываемой маркировкой, то она может быть считана с помощью второго канала, а данные этих измерительных каналов могут быть сгруппированы позднее, таким образом, меняющиеся размеры или расстояния между участками маркировки не создадут проблем даже для длинных битовых строк.
Другой способ учета изменяющейся скорости считывания заключается в добавлении к маркировке стандартного ряда проводящих участков, благодаря которым можно определить расстояние между битами. На основе этого ряда также задают пороговое значение, которое используется при интерпретации ответного сигнала, выдаваемого другими участками. Хотя при этом нельзя устранить влияние скорости считывания нелинейной маркировки на ответный сигнал, он, однако, вполне осуществим, особенно, в случае коротких зон распознавания. Преимуществом этого варианта является тот факт, что для считывания синхронизирующей информации не требуется резервировать второй канал.
На фиг.9 показан примерный принцип работы считывающего устройства. Сигнал возбуждения создается с помощью генератора 95, например, на основе моста Вина, частота которого может составлять, например, 1 кГц - 1 ГГЦ, предпочтительно 1 кГц - 1 МГЦ. Лучше, но не принципиально, чтобы амплитуда сигнала возбуждения была большой, например 200-300 В, для создания значительного электрического поля вблизи электродов 93 и 94. Таким образом, между генератором 95 и электродами можно дополнительно установить трансформатор. Трансформатор может управляться, например, операционным усилителем, при этом большие токи не будут являться выходным сигналом, а высокое напряжение не будет создавать опасность для пользователя устройства. Возбуждение представляет собой связь между электродами 93 и 94 через электрическое поле, поэтому участок или участки маркировки вблизи электродов можно рассматривать в качестве сопротивления 91. Сигнал, проходящий через емкостное сопротивление 91, подается на электронную аппаратуру системы распознавания. До распознавания подаваемого сигнала может возникнуть необходимость его усиления усилителем 97 и фильтрования фильтром 98. При фильтровании и усилении фаза сигнала может стать нелинейной, поэтому может возникнуть необходимость также в фазовом детектировании непосредственно от измерительного сигнала с помощью фазового детектора 96. Если фазовый детектор выдает информацию в виде аналогового сигнала, то в качестве возможного решения в схему может быть введена комбинация мультиплексора 902 и аналого-цифрового преобразователя 901, откуда ответный сигнал в цифровом виде может быть направлен через соединитель 99 на компьютер для анализа.
Вышеупомянутое фазовое детектирование может быть выполнено, например, с помощью цепи фазовой синхронизации. В этой цепи сравнивается разность фаз двух сигналов, а результат сравнения обычно служит выходным сигналом либо в аналоговом виде, при этом разность фаз характеризует частоту или напряжение сигнала, либо в цифровом виде, при этом информацию о разности фаз получают непосредственно в виде символьной строки. При этом именно места изменения разности фаз несут информацию относительно места, в котором ответный сигнал, зависящий от времени, служит границей раздела между различными уровнями проводимости. Эта фазовая информация в сочетании с амплитудой ответного сигнала упрощает интерпретационную обработку маркировки.
Электроды возбуждения и ответного сигнала могут быть размещены на различных сторонах основы или могут быть расположены на одной стороне основы, напротив друг друга или рядом друг с другом, как показано на фиг.7 и 8. В предпочтительной реализации изобретения электроды 73, 74, 83, 84 размещены как можно ниже, например, в виде медных неровностей на верхней части материала печатной платы, так что между электродами не концентрируется электрическое поле. Оно должно быть ориентировано к верхней части электродов путем их охвата сбоку и снизу веществом с наименьшим диэлектрическим значением, например воздухом, тефлоном или полистролом.
Механический контроллер 75, 85 может использоваться в считывающем устройстве для обеспечения надлежащего ориентирования маркировки относительно электродов. Однако при увеличении числа каналов и логических схем контроллер может не требоваться.
Пример
Этот пример предназначен для иллюстрации одного из вышеупомянутых вариантов осуществления изобретения.
2
2
2
2
Проводящая маркировка выполнена на основе, содержащей сложенный мелованный коробочный картон, плотностью 300 г/м. Волокнистый слой коробочного картона образован тремя отдельными слоями, при этом плотность наружного слоя - около 30 г/м, внутреннего слоя - 200 г/м, а защитного слоя - примерно 40 г/м. Коробочный картон, с гладкой стороны и со стороны более шероховатого защитного слоя, дважды покрыт обычным покрытием из пастообразного вещества, состав которого аналогичен следующему: на 100 частей по меньшей мере одного меловального пигмента 10-15 частей латекса и, кроме того, немного других добавок. Обычно, в качестве меловальных пигментов используются, например, грунт и флокулированный углекислый кальций, каолин и гипс. Поверхность используемого коробочного картона представляла собой поверхность с двумя покрытиями, т.е. верхняя сторона, шероховатость которой составляла 1,0 мкм, измерялась с помощью метода PPS-Flex (метод по стандарту ISO 8791-4).
В этом примере в качестве проводящего полимера была выбрана воднодисперсионная система с 5% содержанием полианилина, в которую примешали 45% этилвинилацетата (EVA) при помощи магнитного смесителя до нанесения на основный материал с целью оптимизации однородности толщины слоя. Приготовленная воднодисперсионная система содержала 3% полианилина и 12% этилвинилацетата с общим содержанием сухого вещества 15%.
5
Воднодисперсионная система с содержанием полианилина и этилвинилацетата (EVA) была нанесена специальным устройством на коробочный картон, используемый в качестве основного материала. Толщина влажного слоя составила 28 мкм. Таким образом, расчетная толщина нанесенного и высушенного слоя составила приблизительно 4 мкм. Измеренное поверхностное сопротивление слоя составило порядка 10 Ω/.
Для создания проводящих узоров листы коробочного картона с покрытием были обработаны «разлегирующим» щелочным агентом, в данном случае - слабым раствором (0,2 М) гидроксида натрия (NaOH). На этом этапе участок с проводящими узорами еще не был обработан «разлегирующим» агентом, т.е. узор, созданный с использованием NaOH, представлял собой негатив требуемого проводящего узора. Созданный узор соответствует узору, приведенному на фиг.1, в котором высота одного штриха составляла 30 мм, а ширина 3 мм. Расстояние между штрихами составляло также 3 мм.
После этого участки с проводящими узорами были обработаны более слабым раствором NaOH для получения проводимости различных уровней. Концентрации, используемые для получения проводимости четырех различных уровней, составляли 1) 0,07 М; 2) 0,05 М и 3) 0,03 М, четвертый уровень остался необработанным.
р-р
р-р
р-р
р-р
Ответный сигнал, созданный сигналом возбуждения 30 В 20 кГц и поданный через емкостную связь с узорами, составил в случае 1) 1,6 В; в случае 2) 2,2 В; в случае 3) 2,5 В и в случае 4) 2,5 В. Было выявлено, что равное значение сопротивлений третьего и четвертого уровней проводимости вызвано, главным образом, чрезмерно слабым «разлегированием» относительно полимерного состава и толщины слоя.