НОСИТЕЛЬ ДАННЫХ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
DATA MEDIUM AND METHOD FOR ITS MANUFACTURING

Изобретение относится к носителю данных, в частности к ценному документу или документу с элементом защиты, содержащему основу и нанесенное на основу покрытие, в которое под воздействием излучения лазера наносят маркировочную метку в виде узора, буквенных символов, цифр или изображений. Данное изобретение также относится к способу и устройству для создания подобного носителя данных.
Ценные документы, например банкноты, акции, облигации, сертификаты, ваучеры, чеки, входные билеты и подобные изделия, обычно снабжают индивидуализирующими метками, например серийным номером. Для повышения защиты эту метку часто наносят на ценный документ несколько раз. Например, банкноты нумеруют дважды так, что каждая половина банкноты идентифицируется уникальным образом. В данном случае две числовые записи обычно являются одинаковыми.
Для снабжения идентификационных карточек характерной маркировочной меткой уже давно используют лазерную гравировку. При нанесении маркировочной отметки лазерной гравировкой, посредством соответствующего ведения лазерного луча, оптические свойства материала карточки видоизменяются необратимым образом в форму желаемой маркировочной метки. Например, в публикации DE 3048733 А1 приведено описание идентификационной карточки с нанесенной информацией, которая на одной поверхности содержит участки слоев различной окраски, выполненные многоярусной компоновкой и по меньшей мере частично прерываемые визуально воспринимаемыми персонифицирующими данными. Центральные банки и дизайнеры банкнот требуют оставлять больше места для создания на банкнотах защитных признаков. В данном случае, как и индивидуализация надписью, выполненной лазером, нумерация конкурирует с другими защитными признаками за имеющееся пространство на банкноте. Данная проблема возникает все чаще при увеличении серий существующих банкнот, дизайн которых по существу остается неизменным.
Для обычной нумерации требуется белый или по меньшей мере светлый фон, кроме того, нумерация не должна быть выполнена глубокой печатью, поскольку, в противном случае, остатки краски могут попасть в нумератор и ухудшить его функцию. Таким образом, вследствие отклонений обычной приводки для нумерации должна выделяться сравнительно большая площадь.
Кроме того, в случае лазерной нумерации в изображении должна быть предусмотрена определенная площадь, специально выделенная для нумерации, если при этом не требуется разбиения на участки других компонентов печати или элементов защиты, поскольку при лазерной маркировке многоярусные последовательности слоев, также перекрывающих не поглощающие отпечатки, обычно удаляют вместе со слоями, поглощающими краску.
С учетом вышеизложенного цель данного изобретения заключается в создании носителя данных вышеупомянутого типа, который может быть легко снабжен индивидуальной маркировкой, обладающей высокой защитой от подделки. В частности, маркировка должна требовать небольшой площади на носителе данных и допускать простое нанесение на имеющиеся рисунки или печатные изображения.
Данной цели достигают посредством носителя данных и способа изготовления, имеющего признаки, раскрытые в независимом пункте формуле изобретения. Варианты развития данного изобретения являются предметом зависимых пунктов.
В соответствии с данным изобретением в способе, предназначенном для изготовления носителя данных, имеющего визуально воспринимаемую маркировку в виде узоров, буквенных символов, цифр или изображений,
a) выбирают заданный спектр излучения лазера,
b) на основу носителя данных наносят поглощающий лазерное излучение слой,
c) поверх поглощающего слоя посредством печати наносят слой, который по меньшей мере частично прозрачен для лазерного излучения,
а) во время или после нанесения по меньшей мере частично прозрачного слоя основу подвергают прессованию, и
е) нанесенное покрытие подвергают воздействию лазерного излучения выбранного спектра для создания визуально воспринимаемых маркировок по меньшей мере в поглощающем слое.
Не вдаваясь в специальное разъяснение в соответствии с современным пониманием вопроса, посредством высокого давления при обработке основы прессованием особенно оптимальное соединение по меньшей мере частично прозрачной печатной краски с основой создается так, чтобы на последующем этапе маркировки е) поглощающий слой мог быть удален без разрушения частично прозрачного печатного слоя.
Таким образом, индивидуальная маркировка, как это принято и является целесообразным, может быть введена только в конце различных проходов печати, требуемых для изготовления носителя данных. В то же самое время благодаря частично прозрачному слою, еще расположенному поверх маркировки, внешний вид маркировочной отметки для наблюдателя выглядит так, как если бы она была введена уже на рабочем этапе в начале производственной цепочки. Это способствует выполнению изображения, создающего привлекательное для зрительного восприятия общее впечатление, и обусловливает высокую защиту от подделок, поскольку подобная индивидуальная маркировочная отметка не позволяет выполнять воспроизведение через впоследствии нанесенный печатный слой.
В предпочтительном варианте выполнения способа на этапе с) по меньшей мере частично прозрачный слой наносят посредством глубокой печати и, таким образом, основу подвергают прессованию. В соответствии с другим подобным преимущественным вариантом выполнения после нанесения поглощающего и частично прозрачного слоя выполняют бескрасочное тиснение основы. Дополнительная предпочтительная возможность прессования печатной основы заключается в обработке основы на этапе каландрирования после нанесения поглощающего и по меньшей мере частично прозрачного слоя.
Во всех вариантах выполнения способа на этапе с) по меньшей мере частично прозрачный слой наносят посредством печати в виде мелких узоров, в частности в виде гильоширования, микротекста, графических элементов и т.д.
На этапе b) поглощающий слой предпочтительно наносят посредством печати и, особенно предпочтительно, наносят способом трафаретной печати, например краской с металлическим эффектом, такой как серебряная или бронзовая печатная краска. Как вариант, на этапе b) в качестве поглощающего слоя может быть нанесена также фольга с покрытием или без покрытия. Например, в случае фольги с покрытием, может быть использована цветная фольга, которая является не поглощающей даже при выбранной длине волны лазерного излучения и которая выполнена с тонким металлическим слоем, например слоем алюминия, полученным осаждением из газовой фазы. Во всех вариантах на этапе b) особенно целесообразно формировать поглощающий слой в виде непрерывной области.
В соответствии с преимущественным выполнением данного изобретения поглощающий слой на этапе b) может быть также нанесен в подобластях различными способами печати и с различными параметрами печати, так что на данные подобласти оказывается различное воздействие при лазерной обработке на этапе е). Например, первая подобласть поглощающего слоя может быть выполнена способом глубокой печати, а вторая подобласть - способом высокой печати, типа «Найлопринт». При маркировке на этапе е) вторую подобласть затем удаляют вместе с нижележащим поглощающим слоем, тогда как первая подобласть сохраняется благодаря прессованию.
Как упоминалось выше, параметры лазерного излучения на этапе е) могут быть выбраны так, что по меньшей мере частично прозрачный слой полностью сохраняется при воздействии лазера. Однако параметры лазерного излучения также можно изменять во время воздействия на этапе е) для частичного сохранения и частичного удаления частично прозрачного слоя.
Кроме того, рельефные оттиски, в частности оттиски, полученные без регулирования краски, могут быть получены посредством соответствующего выбора параметров лазерного излучения при печати на этапе е) с дополнительным увеличением, соответственно, защиты составного элемента. Как вариант, параметры лазерного излучения во время воздействия на этапе е) также могут быть изменены для частичного сохранения и частичного удаления рельефных оттисков в покрытии.
Воздействие лазерным излучением на этапе е) преимущественно выполняют с лицевой стороны основы, а также со стороны основы, на которую нанесен поглощающий слой и частично прозрачный слой. Однако, кроме того, воздействие лазером можно выполнить с обратной стороны основы. В этом случае предпочтительно, чтобы основа была по возможности материалом с низкой поглощаемостью длины волны лазерного излучения.
Поглощающий слой и по меньшей мере частично прозрачный слой могут быть нанесены с полным или частичным перекрытием. Кроме того, защитный слой может быть нанесен до и/или после воздействия лазерным излучением. Выбор спектра лазерного излучения на этапе а) в типичном случае выполняется посредством выбора подходящей длины волны лазерного излучения. В качестве лазерного источника для нанесения отметок на этапе е) предпочтительно используют инфракрасный лазер, излучающий в волновом диапазоне от 0,8 до 3 мкм, в частности лазер на алюмоиттриевом гранате с неодимом (Nd:YAG). Чтобы соответствовать высокой скорости обработки при печати ценных документов луч лазера предпочтительно перемещают относительно основы со скоростью более 1 м/с, предпочтительно более 4 м/с, особенно предпочтительно со скоростью более 10 м/с.
Данное изобретение также раскрывает носитель данных вышеупомянутого типа, покрытие которого содержит поглощающий лазерное излучение слой и печатный слой, расположенный поверх поглощающего слоя и по меньшей мере частично прозрачный для лазерного излучения, в котором печатная основа подвергнута прессованию во время или после нанесения по меньшей мере частично прозрачного слоя.
В предпочтительном варианте выполнения по меньшей мере частично прозрачный слой является слоем, выполненным глубокой печатью. В другом подобном варианте выполнения по меньшей мере частично прозрачный слой содержит красочный состав, который имеет компонент, поглощающий лазерное излучение и компонент, прозрачный для лазерного излучения.
Как будет более подробно описано далее, под воздействием лазерного излучения данный поглощающий компонент, например, может обесцвечиваться, испаряться, и изменять свои отражающие свойства или превращаться в результате химической реакции в материал с другими оптическими свойствами. Однако возможен вариант, при котором под воздействием лазерного излучения поглощающий компонент не подвергается изменениям, которые воспринимаются невооруженным глазом. Красочный состав предпочтительно содержит окрашенные пигменты с переменными оптическими свойствами, в частности, в качестве компонента, прозрачного для лазерного излучения, могут быть использованы жидкокристаллические пигменты с переменными оптическими свойствами, или прозрачная краска для глубокой печати, а, например, в качестве поглощающего компонента - пигменты интерференционного слоя с переменными оптическими свойствами. В качестве поглощающего компонента состава могут также использоваться другие компоненты краски, оптические свойства которых могут быть изменены необратимым образом, например краска для глубокой печати, краска с металлическим эффектом или металлические пигменты, люминесцентная краска или люминесцентные пигменты, глянцевые пигменты или краска стермохромизмом.
Также при нанесении маркировочной отметки на этапе е) возможен вариант, при котором оптические свойства поглощающего компонента состава не изменяются, а вместо этого красочный состав содержит красочный компонент, который покрывает поглощающий компонент состава и оптические свойства которого необратимо изменяются опосредовано вследствие поглощения лазерного излучения поглощающим компонентом состава, в частности, за счет создания в данном покрытии локального подъема температуры.
2
В частности, красочные компоненты, которые сами по себе не являются поглощающими, например краски для глубокой печати, люминесцентные краски или люминесцентные пигменты, глянцевые пигменты или краска с термохромизмом, могут быть использованы в качестве покрывающего красочного компонента. Как и поглощающий компонент состава, красочный состав содержит, например сажу, графит, TiO или вещество, поглощающее инфракрасное излучение.
По меньшей мере частично прозрачный слой предпочтительно наносится посредством печати в виде мелких узоров, в частности, в виде гильоширования, микротекста, графических элементов и т.д.
В противоположность этому, поглощающий слой соответственно выполнен в виде непрерывной области. В частности, он может быть выполнен слоем, нанесенным печатным способом, например слоем, выполненным трафаретной печатью, или нанесением фольги с покрытием или без покрытия. В дополнительном варианте данного изобретения поглощающий слой содержит красочный состав, как и в вышеописанном способе, имеющий поглощающий лазерное излучение компонент и прозрачный для лазерного излучения компонент.
В соответствии с преимущественным вариантом выполнения данное покрытие проявляет переменные оптические свойства. Оно также может содержать один или более защитных слоев, которые могут быть нанесены до или после лазерного воздействия. Во всех вариантах выполнения поглощающий слой и по меньшей мере частично прозрачный слой могут полностью или частично взаимно перекрываться.
Данное покрытие под поглощающим слоем может содержать дополнительный слой, который по меньшей мере частично прозрачен для лазерного излучения и который проявляется посредством маркирования на этапе е). В области маркировки дополнительный слой может иметь, например, визуально воспринимаемые признаки, признаки, которые могут проявляться при определенных условиях визуализации, например при УФ-излучении и/или машинно-считываемые признаки.
В качестве основы носителя данных может быть использована бумажная основа, например бумага из хлопчатобумажного сырья, или основа из пластика, например из фольги из полиэтиленатерефталата (ПЕТ) или полипропилена (ПП). Преимущественно носитель данных представляет собой элемент защиты, банкноту, ценный документ, паспорт, идентификационную карту, сертификат или другое средство защиты изделия.
В данном изобретении также раскрыт печатный станок с лазерной системой, предназначенный для реализации вышеописанного способа. В данном случае лазерная система расположена выше печатного цилиндра станка для воздействия на носитель данных, который должен быть промаркирован на печатном цилиндре посредством лазерного излучения. Предпочтительно лазерная система рассчитана на вибрации, возникающие в печатном станке в процессе печати, которые могут возникнуть, например, в лазерной системе, выполненной на опорной раме, которая в соответствии с исследованиями возникающих вибраций методом конечных элементов выполнена так, что лазерная система вибрирует вместе с печатным станком без нарушения настройки.
Лазерная система предпочтительно содержит по меньшей мере один маркировочный лазер с горизонтально расположенным резонатором, который подсоединен посредством лучевой трубки со сканирующей головкой для обеспечения отклонения лазерного луча. В соответствующих вариантах выполнения лазерная система содержит более одного маркировочного лазера, например 2, 4 или 6.
Лазерная система предпочтительно обладает возможностью вертикального перемещения между одной или более рабочими позициями для лазерного воздействия на носитель данных и позицией текущего осмотра и ремонта, при которой печатный цилиндр и устройства подачи чернил печатного станка становятся доступными для технического обслуживания.
Кроме того, лазерная система предпочтительно имеет расположенную непосредственно выше печатного цилиндра экранирующую камеру, которая экранирует лазерное излучение и предназначена для выпуска газов и пыли, образующихся при маркировке.
Дальнейшие варианты реализации, а также преимущества настоящего изобретения будут пояснены ниже со ссылками на чертежи, на которых для облегчения понимания масштабы и пропорции не соблюдены.
На чертежах представлены:
На фиг.1 - схематическое изображение маркированной банкноты согласно примеру реализации данного изобретения.
На фиг.2 - поперечное сечение банкноты, показанной на фиг.1, по линии II-II в области маркировки.
На фиг.3 - вид сверху маркировки банкноты согласно еще одному примеру реализации данного изобретения.
На фиг.4 - вид сверху маркировки банкноты согласно другому примеру реализации данного изобретения.
На фиг.5 - поперечное сечение банкноты, показанной на фиг.4, по линии V-V в области маркировки.
На фиг.6 и 7 - вид сверху ценного документа и поперечного сечения ценного документа согласно другому примеру реализации данного изобретения.
На фиг.8-10 - поперечное сечение банкноты согласно другим примерам реализации данного изобретения.
На фиг.11 - блок-схема векторного лазерного кодировщика, предназначенного для маркировки носителей данных по данному изобретению.
На фиг.12 - блок-схема векторных лазерных кодировщиков, предназначенных для нанесения надписи на защищенный от подделки лист.
На фиг.13 - схематический вид печатного станка, который снабжен лазерной системой в соответствии с данным изобретением для маркировки банкнот и им подобных, и
на фиг.14 - лазерная система, показанная на фиг.13, в разрезе.
Сначала будет рассмотрен основной принцип данного изобретения на примере банкноты со ссылкой на фиг.1 и 2. На фиг.1 представлено схематическое изображение банкноты 10, на лицевую сторону которой нанесено покрытие 12, в которое посредством инфракрасного лазерного луча введена маркировка 14, в примере реализации - в виде нумерационной строки «1234». На фиг.2 показано поперечное сечение банкноты 10, показанной на фиг.1, по линии II-II в области маркировки 14.
Как видно из фиг.1 и 2, покрытие 12, нанесенное на бумажную основу 20 банкноты 10, содержит подслои - первый слой 22, который поглощает лазерное излучение инфракрасного лазера, используемого для маркировки, и второй слой 24, который является прозрачным для используемого лазерного излучения.
При лазерном воздействии лазерное излучение, падающее с лицевой стороны основы, проходит прозрачный второй слой 24 и создает маркировку 14 в поглощающем первом слое 22. При этом, в зависимости от используемого материала, поглощающий слой 22 может, например, локально обесцвечиваться, испаряться, и изменять свои отражающие или поглощающие свойства, или превращаться в результате химической реакции в материал с другими оптическими свойствами.
В данном случае второй прозрачный слой 24 сохраняется также в области маркировки 14. В соответствии с данным изобретением во время или после нанесения посредством печати второго слоя 24 достигается прессование основы 20.
В свете современного понимания вопроса, вследствие возникающего здесь давления создается особенно устойчивое соединение печатного слоя 24 и основы 20, которое допускает введение маркировочной отметки в поглощающий слой 22 без разрушения прозрачного слоя 24.
В примере реализации, показанном на фиг.1 и 2, прессование основы достигается за счет нанесения прозрачного слоя 24 способом глубокой печати с высоким давлением, например, в 50000 кПа. По сравнению с другими общеизвестными способами печати способ глубокой печати допускает создание сравнительно толстого красочного покрытия. Вместе с частичной деформацией 26 бумажной поверхности толстый красочный слой 24, который создан вдавливанием бумаги в пазы печатного клише, легко ощущается рукой и непрофессионалом, и, таким образом, исходя из его осязаемости, он легко воспринимается как признак подлинности.
Более сложный пример реализации изображен на фиг.3, который показывает вид сверху банкноты 30, выполненной в соответствии с данным изобретением. Для маркировки банкноты 30 используется, например, лазер на алюмоиттриевом гранате с неодимом Nd:YAG, имеющим длину волны 1,064 мкм, как будет рассмотрено ниже.
При изготовлении банкноты 30 красочный слой 32 с эффектом серебряной окраски в форме монеты сначала наносят непрерывно на основу банкноты способом трафаретной печати. Здесь слой 32 краски со специальным эффектом образует слой, поглощающий выбранное инфракрасное лазерное излучение. Затем способом бескрасочного тиснения в слое краски со специальным эффектом посредством клише для глубокой печати выполняется портрет 34, изображенный только схематически на фиг.3, при этом в глубокой печати делается оттиск краевого узора 36 в виде гильоширования.
Затем область 38 маркировки обрабатывают лазером с отпечатанной стороны банкноты 30 и, таким образом, выполняется желательная маркировка 38, например, в виде серийного номера или другой индивидуализирующей отметки, в слое 32 со специальным эффектом. В данном примере реализации маркировка 38 схематически изображена в виде нумерационной строки «12345». Благодаря своей высокой поглощательной способности краска 32 с серебряным эффектом полностью удаляется в области 38, обрабатываемой лазером, так что маркировка выделяется в отраженном свете с высокой контрастностью, особенно в проходящем свете. Дополнительно, в областях 38 краска глубокой печати краевого узора 36, расположенная поверх слоя 32 со специальным эффектом и прозрачная для лазерного излучения, не разрушается при лазерном воздействии благодаря оптимальному соединению печатной краски и бумаги, созданного высоким давлением, и по-прежнему является воспринимаемой. В этом случае в печатном изображении создается индивидуальная маркировка 38, которая, несмотря на то, что она была введена только в конце различных проходов банкноты во время печатного процесса, по внешнему виду воспринимается наблюдателем, как уже введенная на более раннем рабочем этапе. Это обстоятельство обусловливает существенное увеличение защиты банкноты от подделок, поскольку для ее воспроизведения потребуется значительное усилие, при этом маркировка 38 не может быть напечатана, соответственно, белой или светлой краской вследствие того, что печатный слой 36 частично ее закрывает.
Другой пример реализации данного изобретения изображен на фиг.4 и 5, на фиг.4 показан вид сверху участка банкноты в соответствии с данным изобретением, а на фиг.5 показано поперечное сечение по линии V-V, показанной на фиг.4 в области маркировки.
В этом примере реализации сначала на бумажную основу 40 банкноты наносят цветной опечаток 42 в форме линий, который является прозрачным для лазерного излучения, используемого для маркировки. Этот отпечаток может быть выполнен, например, способом типа Найлопринт. Отпечаток 42 сверху наносится посредством печати слоем 44 краски со специальным эффектом, который поглощает выбранную длину волны лазерного излучения. Затем на отпечатанную основу способом глубокой печати наносится прозрачная для лазерного излучения краска 46 с одновременным прессованием основы.
На следующем этапе выполнения маркировочной отметки выполняется последовательность слоев с напечатанной стороны под воздействием выбранной длиной волны лазерного излучения, например в 1,064 мкм, для введения желательной маркировки 48, представленной в примере реализации в виде нумерационной строки из «1234». Под воздействием лазерного излучения локально удаляется слой 44 поглощающей краски со специальным эффектом, так что нижележащий оттиск 42, который благодаря его прозрачности, не подвергается воздействию лазерного излучения, становится видимым. Подобным образом, краска 46 для глубокой печати является прозрачной для лазерного излучения и благодаря оптимальному соединению с бумагой, получаемому при обработке прессованием, также сохраняется в участках 48, обрабатываемых лазерным излучением, так что в результате получается оттиск изображения, как показано на фиг.4.
В других вариантах оттиск 42 может, например, также быть выполнен флуоресцирующей печатью, трансформация цвета которого видна в участках маркировки. Данный оттиск также может иметь признаки, которые невидимы для невооруженного глаза и которые активизируются и/или становятся видимыми только при определенных условиях освещения, например, под воздействием УФ-излучения. Кроме того, могут быть предусмотрены другие, в частности, машинно-считываемые признаки.
Аналогично, поглощающий слой 22 или 44 в примерах реализации, показанных на фиг.2 и 5, может быть выполнен флуоресцирующей печатью, две краски которого отличаются поглощающей способностью при выбранной длине волны лазерного излучения, которое соответствующим образом используется для флуоресцирующей печати. Тогда на этапе маркировки можно создать различные образы для двух красок. В видимом спектральном диапазоне две используемые краски могут иметь одинаковый оттенок, а их отличие проявляется только при поглощении ими инфракрасной части спектра длины волны лазерного излучения.
В соответствии с другим примером реализации при печати со стальных гравированных форм для образования по меньшей мере частично прозрачного слоя 24 или 46 может быть использована окрашенная кромка, которая незаметна для глаза человека, но приводит к различному поглощению длины волны лазерного излучения в ИК-части спектра. В этом случае, частично прозрачный слой может быть удален в подобластях, имеющих высокую поглощательную способность в ИК-диапазоне, и оставлен в подобластях с низкой поглощательной способностью в ИК-диапазоне.
На фиг.6 и 7 показан другой пример реализации данного изобретения, в котором вместо прозрачного слоя нанесен только частично прозрачный слой, который также частично поглощает лазерное излучение. Здесь, на фиг.6 показан вид сверху, а на фиг.7 показано поперечное сечение ценного документа в соответствии с данным изобретением. Для простоты тиснение слоев глубокой печатью, изображенное на фиг.2 и 5, в последующих чертежах больше не иллюстрируется, даже в случаях использования способов глубокой печати.
На основу 50, например, банкноты или другого ценного документа, сначала наносят поглощающий лазерное излучение слой 52, например смежный слой серебряной окраски, выполненный трафаретной печатью. На этот поглощающий излучение слой 52 наносят посредством печати маркировочный слой 54 в виде мелкого линейного муара, который является частично прозрачным для лазерного излучения. В зависимости от цветового решения слоя 52 и мелкого линейного муара 54, последний более или менее ясно воспринимается невооруженным глазом в участке перекрытия. Маркировочный слой 54 содержит красочный состав, выполненный из двух компонентов 56 и 58, причем один из компонентов 56 является прозрачным для излучения инфракрасного лазера, соответственно используемого для маркировки, в то время как другой компонент 58 поглощает лазерное излучение. В примере реализации красочный состав содержит светлый основной оттенок 56, который является прозрачным для лазерного излучения и к которому добавлены поглощающие частицы 58 сажи.
В области 60 слой 54 маркировочной отметки облучается маркирующим лазером, при соответствующих выбранных параметрах лазерного излучения, под воздействием которого обеспечивается удаление, изменение или дезактивация поглощающего компонента 58. В данном случае, в зависимости от используемого материала поглощающий компонент 58, например, обесцвечивается, испаряется, изменяет свои отражающие свойства или превращается в результате химической реакции в материал с другими оптическими свойствами, так что вследствие данного облучения оптические свойства красочного состава в области 60 претерпевают необратимое изменение. При этом возможно использование специальных эффектов, включая изменение цвета, создание чередования цветов, осветление цвета, изменение тилт-цвета состава красок со специальным эффектом, или локальное изменение поляризационных свойств или люминесцентных свойств маркировочного слоя 54. В данном примере реализации при воздействии лазерного излучения частицы 59 сажи удаляются из красочного состава так, что в облучаемой области 60 сверху остается просто светлая краска 56, воспринимаемая так, как изображено на фиг.6 в виде сверху.
В дополнение к изменению собственно маркировочного слоя 54 лазерное излучение проникает через частично прозрачный слой 54 в области 60 и подобным образом создает визуально воспринимаемое изменение в поглощающем слое 52, как было изложено выше. Маркировка 60, которая изображена в примере реализации в виде нумерационной строки «12», выполняется надписью, таким образом, в двух слоях 52 и 54 при оптимальной приводке. Поскольку узор из совокупности линий, выполненный маркировочным слоем 34, был нанесен посредством печати за один рабочий этап, участки светлого узора и участки затемненного узора в пределах или за пределами маркировки 60 находятся в точной приводке относительно друг друга. Таким образом, создается состояние приводки, которое не может быть воспроизведено обычными способами.
Другим примером реализации данного изобретения, изображенного в виде поперечного сечения на фиг.8, является нанесение посредством печати на основу 70 поглощающего маркировочного слоя 72, который выполнен из красочного состава, содержащего два компонента 74 и 76 вышеописанного типа. Поверх этого маркировочного слоя наносится прозрачный для лазерного излучения слой 78, который может быть нанесен, например, вышеописанным способом глубокой печати. Как вариант, прессование отпечатанной основы также можно выполнить на этапе каландрования после нанесения нетисненого печатного слоя 78.
При последующей обработке отпечатанной основы в области 80 посредством лазерного излучения из маркировочного слоя 72 удаляется измененный или деактивированный в результате воздействия поглощающий компонент 76 состава и, таким образом, в покрытие вводится маркировка. В этом случае, в области 80, обработанной лазером, также сохраняется прозрачный слой 78 вследствие оптимального соединения краски и бумаги.
Фиг.9 показывает банкноту 90 в соответствии с дополнительным примером реализации данного изобретения. В этом примере реализации поглощающий слой 92 выполнен окрашенной фольгой 94, которая покрыта посредством осаждения из газовой фазы тонким алюминиевым слоем 96. И в этом случае прозрачный для лазерного излучения слой 98 наносится посредством печати на фольгу с покрытием, причем отпечатанная основа в этом способе печати, или после него, подвергается прессованию. Для нанесения маркировки на банкноту воздействуют на желательные области 100 инфракрасным лазерным излучением, при этом слой 96 алюминия локально испаряется, или преобразуется в прозрачную модификацию. И в этом случае прозрачный слой 98 сохраняется.
Пример реализации, показанный на фиг.10, иллюстрирует вариант выполнения, в котором и поглощающий слой 110 и частично прозрачный слой 120 выполнены красочным составом, выполненным из двух компонентов вышеописанного типа, при этом каждый слой содержит прозрачный для лазерного излучения компонент 112 или 122 и поглощающий компонент 114 и 124. После нанесения двух слоев 110, 120 отпечатанная основа подвергается каландрованию и, соответственно, прессованию.
После облучения лазером поглощающие компоненты 114 и 124 состава двух слоев удаляются, изменяются или деактивируются в маркировочной области 116, которая обработана так, что эта область отображает цвет состава, который сильно контрастирует с окружающим цветом.
На фиг.11 схематически изображена сканирующая головка 200 векторного лазерного кодировщика, посредством которой выполняется маркировка основы 202 серийным номером 204 или другой индивидуализирующей маркировкой. Основа 202 может быть ценным документом, уже полностью обрезанным, листом, содержащим многочисленные экземпляры ценного документа, или бумагой непрерывной формы с элементом защиты.
Генерирование инфракрасного лазерного луча 220 осуществляется в лазерном резонаторе 222 между задним и передним зеркалами посредством диафрагмы 224 мод, суженой до создания определенного диаметра пучка и определенных режимов распространяющихся колебаний, так называемых мод. Выходной пучок 226 проходит через расширяющую телескопическую систему 228, затем проходит через входную апертуру 212 сканирующей головки 200 в виде расширенного пучка 206 и отклоняется двумя подвижными зеркалами 208, причем одно из зеркал обеспечивает отклонение пучка в х направлении, а другое - в у направлении. Щелевая линза 210 фокусирует лазерный луч 206 на основе 202, где он создает маркировку в обрабатываемом покрытии вышеописанным способом.
Расширяющая луч телескопическая система 228 используется для обеспечения оптимальной фокусировки луча. Чем больше расширение, тем лучше фокусировка, обеспечиваемая щелевой линзой 210 в конце траектории луча. Однако для большего расширения также должны быть использованы более крупные сканирующие зеркала 208, которые обладают большей инерцией и таким образом замедляют отклонение луча. Расширение луча предпочтительно задают так, что перетяжка пучка лучей, в котором лучи света проходят параллельно, попадает в плоскость щелевой линзы 210, что обусловливает оптимальную фокусировку луча.
Другой вариант настройки заключается в подгонке перетяжки пучка лучей к входной апертуре 212 сканирующей головки 200, чтобы избежать потерь краевой части формы пучка, что приводит к более высокой интенсивности луча на основе 202.
Используемые щелевые линзы, в типичном случае, имеют фокусные расстояния в диапазоне 100-420 мм, причем в данном случае предпочтительным является фокусное расстояние около 160 мм. В процессе маркировки основа 202 перемещается с определенной скоростью v. Данную скорость определяют датчики и передают ее вычислительному устройству для того, чтобы оно посредством управления перемещением зеркал 208 могло компенсировать скорость движения основы v во время маркировки. Рассматриваемый способ маркировки особенно предпочтительно применяют при бесконтактной маркировке ценных документов, которые обрабатывают при высоких скоростях, как это обычно происходит в типографиях.
Поле надписи на основе 202 обычно имеет размер банкноты. Например, при фокусном расстоянии щелевой линзы 210 в 163 мм поле надписи может быть выполнено в виде эллипса с длинами осей около 190 мм и около 140 мм.
2
В зависимости от используемой основы, в качестве источников излучения могут использовать углекислотные (СО) лазеры, лазеры на алюмоиттриевом гранате с неодимом (Nd:YAG) или лазеры других типов, излучающие в диапазоне длин волн от ультрафиолетового до дальнего инфракрасного участка спектра, причем часто преимущественно также применяют лазеры на удвоенной или на утроенной частоте. Однако предпочтительно использовать лазерные источники ближней инфракрасной области спектра, и особенно лазеры на алюмоиттриевом гранате с неодимом (Nd:YAG), имеющим длину основной волны в 1064 нм, так как этот волновой диапазон хорошо соответствует области поглощения используемых основ и печатных красок. В зависимости от назначения, размер пятна, образуемого лазерным лучом, можно варьировать от нескольких микрон до нескольких миллиметров, например, посредством изменения расстояния между щелевой линзой 210 и основой 202. Наиболее предпочтительно диаметр пятна составляет порядка 100 мкм.
Изменением расстояния между щелевой линзой 210 и основой 202, на которой должна быть выполнена буквенная надпись, или регулировкой расширения 228 луча перед сканирующей головкой 200 можно варьировать размер пятна для создания мелких маркировок за счет высокой плотности энергии или более широких маркировок за счет энергии меньшей плотности. При создании мелких маркировок расширение 228 луча может быть задано так, что перетяжка луча проходит в плоскости щелевой линзы 210. В этом случае, диаметр луча должен быть уменьшен посредством диафрагмы 224 мод, чтобы предотвратить покрытие края пучка луча краем входной апертуры. Таким способом может быть уменьшена полная энергия луча. Что касается их роли, то плотность энергии и полная энергия, в свою очередь, влияют на тип и внешний вид маркировочных отметок.
Сканирующая головка 200 может быть прикреплена прямо к лазеру, или излучение лазера направляется к сканирующей головке с помощью оптического волновода, или посредством отклонений луча. В данном случае предпочтительно использовать отклонения луча, так как при этом потери энергии и качества излучения будут весьма незначительны.
Выходная мощность непрерывной генерации обычно используемого лазерного маркера находится в диапазоне от нескольких ватт до нескольких сотен ватт. Лазеры на алюмоиттриевом гранате с неодимом (Nd:YAG) могут работать как на лазерных диодах, вырабатывая низкую суммарную выходную мощность при небольших размерах конструкции и высоком качестве излучения, так и на лампах накачки, вырабатывая высокую выходную мощность. Чтобы не уменьшать скорости промышленной линии по производству ценных документов, маркировочные метки предпочтительно наносят с использованием быстродействующих гальванометров, которые могут вести луч по основе со скоростью свыше 1 м/с, предпочтительно до 4 м/с. Особенно предпочтительны скорости выше 10 м/с, особенно для воздействий, которые не требуют большой суммарной энергии. При таких скоростях только небольшая доля энергии в секунду попадает на основу или на элемент 102 защиты на каждом участке, поэтому предпочтительно используют лазеры на алюмоиттриевом гранате с неодимом на лампах накачки с выходной мощностью около 100 ватт.
К примерам типичных параметров надписи и установочных параметров относятся: диафрагма одномодового режима с отверстием 1-5 мм, предпочтительно 2 мм; расширение пучка от 3Х до 9Х, предпочтительно 4,5Х; выбор фокуса расширяющей телескопической системы, при котором достигается максимальная выходная мощность у входной апертуры сканирующей головки; сканирующая головка, которая выполнена для апертур пучка с диаметром в 17-15 мм, предпочтительно около 10 мм; щелевая линза с фокусным расстоянием 100-420 мм, предпочтительно около 163 мм; рабочее расстояние между линзой и основой, которое выбирается из условия возникновения определенного расфокусирования луча вследствие того, что расстояние, проходимое лучом, меньше расстояния, соответствующего фокусному расстоянию; и диапазон частот следования импульсов от 20 кГц до работы с непрерывным излучением.
Изменением параметров нанесения надписи, например выходной мощности лазера, времени облучения, размера пятна, скорости нанесения надписи, рабочей моды лазера и т.д., результаты маркировки можно варьировать в широких пределах. Например, маркировки в виде линий, в частности, надписи, или также поверхностные маркировки, заполненные узором из линий, могут быть созданы лазером.
Для создания маркировочной отметки в виде строки, например надписи, выходную мощность лазера преимущественно устанавливают в пределах 50-100 Вт, предпочтительно приблизительно до 80 Вт, а поперечную скорость луча лазера до 2-10 м/с, предпочтительно приблизительно до 7 м/с.
При создании маркировки в виде участка площади мощность лазера преимущественно составляет 50-100 Вт, предпочтительно около 95 Вт, а поперечная скорость луча лазера составляет 5-30 м/с - предпочтительно приблизительно до 20 м/с. Линейное расстояние между отдельными линиями, образующими поверхностный узор, преимущественно составляет 50-380 мкм, особенно предпочтительно 180-250 мкм.
Таким образом, посредством лазера возможно создание маркировок в виде строки, например надписи, или также маркировок в виде участка площади, заполненного узором из линий, причем линейное расстояние в последнем случае соответственно составляет 50-380 мкм, предпочтительно 180-250 мкм. В дополнение к проиллюстрированному воздействию на основу 202 с лицевой стороны, то есть с отпечатанной стороны, возможно также использование обработки лазером с обратной стороны основы. В этом случае предпочтительно, чтобы основа 202 обладала по возможности низкой поглощательной способностью длины волны лазерного излучения.
Параметры лазерного излучения можно изменять также во время обработки лазером, которые приводят к различным эффектам. Например, частота последовательных импульсов при обработке импульсным лазером может быть так изменена во время обработки, что в определенных областях также удаляется частично прозрачный слой.
Банкноты или носители стоимостного выражения обычно выполняют посредством печати на форме листа, но также возможно выполнение печати на полотнах. В общем случае при выполнении печати на листах можно получить меньшие отклонения в приводке - в пределах +/-1,5 мм. Отдельные банкноты, в последующем также называемые отдельные экземпляры, расположены рядами в виде последовательных экземпляров и столбцов экземпляров один под другим. Предпочтительно устройства, предназначенные для лазерной маркировки прикреплены так, что они распределены по столбцам экземпляров, как изображено на фиг.12.
На фиг.12 представлено лазерное маркировочное устройство 230, которое посредством большого числа лазеров выполняет одновременно на листе 232 лазерную маркировочную метку и участок лазерной модификации. В представленном примере лист 232 содержит шесть столбцов и шесть рядов, так что на этом листе располагается 36 отдельных экземпляров 234 банкнот или других носителей данных. Данный лист перемещается в направлении, показанном стрелкой. Над каждым столбцом печатного листа 232 расположена лазерная трубка 236, которая вместе с соединенной с ней сканирующей головкой 238 выполняет лазерные маркировочные метки или участки лазерной модификации в каждом отдельном экземпляре 234, расположенном в этом столбце. Благодаря такому расположению можно значительно повысить скорость обработки, так как отсутствует необходимость в перемещении отдельного луча лазера по всему печатному листу, при этом просто необходимо выполнить одно перемещение в пределах столбцов печатного листа. Воздействие лазера на отдельные экземпляры выполняют, как было рассмотрено применительно к фиг.11, посредством отклонения лазерного излучения зеркалами, расположенными в сканирующих головках 238.
Типичная скорость подачи листов в печатном станке составляет 10000 листов/час. В соответствии с данным вариантом выполнения эта скорость соответствует скорости подачи полотна в 2 м/с - 3 м/с. Такие скорости полотна получают также при печати на материалах в виде полотна. Поскольку процесс лазерной маркировки по его скорости выполнения должен соответствовать типичным параметрам линии, выполняемой посредством печати, данные маркировки должны допускать выполнение на основах, которые перемещаются с вышеуказанными скоростями. Кроме того, должна быть гарантирована регистрация печатного изображения, если она используется, при этих скоростях.
На фиг.13 показан схематический вид печатного станка 250, который снабжен предлагаемой лазерной системой 270 для маркирования банкнот и подобных изделий. Собственно лазерная система 270 более подробно изображена на фиг.14 в поперечном разрезе.
Печатный станок 250 содержит подающий механизм 252, печатную секцию 254, содержащую стоп-барабан 256 для приема листа, печатный цилиндр 258 и накатные устройства 260, и лоток 262. Печатный цилиндр 258 содержит сектора участков, принимающих два листа (показаны черным цветом на фиг.13), и участков временного прекращения приема листа (показаны белым цветом на фиг.13).
В подающем механизме 252 могут быть расположены листы бумаги, на которые уже нанесена печать, которые еще только должны быть обработаны лазером, и которые проходят через печатный станок 250 просто для введения маркировок. Однако предлагаемая конструкция лазерной системы 270 теперь позволяет как печатать, так и обрабатывать лазером листы бумаги в печатном станке 250. Печатный процесс, выполняемый вместе с обработкой лазером, может, в частности, заключаться в нумерации уже распечатанного листа банкноты, или быть этапом общей печати, например выполнением оттиска глубокой печатью.
Заявителями было установлено, что для обработки лазером наиболее приемлемым является использование печатного цилиндра 258. В подающем механизме 252 листы сложены так, что каждый очередной втягиваемый лист направляется под следующим листом. В лотке 262 данные листы находятся в состоянии «свободной вибрации», то есть они зафиксированы только при их подаче у края зажимного устройства, пока они не лягут в стопку.
Кроме того, из элементов цилиндрической формы именно печатный цилиндр 258 обладает преимуществом, которое заключается в том, что рабочий сектор выполнен по размеру двух листов и, соответственно, имеет наименьшую кривизну. Чем меньше кривизна, тем более незначительными являются искажения, которые должны быть скомпенсированы, и тем меньше изменение диаметра луча, обусловленное изменяющимся расстоянием между щелевой линзой 210 (фиг.11) и печатным листом.
Особенное преимущество конструкции данной лазерной системы 270 заключается в том, что подающий механизм 252 и печатный цилиндр 258 вместе с механизмом, направляющим движение бумаги, и накатными устройствами 260 остаются доступными. Таким образом, посредством данного печатного станка 250 возможно выполнение обычных нумераций, поэтому расположение лазерной системы 270 выше подающего механизма 252 является менее удобным. В соответствии с данным изобретением резонатор 222 и сканирующая головка 200 каждого из лазеров разнесены в пространстве, поскольку лазерные резонаторы 222 не могут быть наклонены, предпочтительнее они должны быть встроены горизонтально для создания регулируемого потока охлаждающей воды.
В принципе, для направления лазерного луча из резонатора 222 к сканирующей головке 200 можно использовать зеркала или световоды. Однако недостатком световодов является ухудшение качества луча с потерями мощности. Кроме того, при их использовании сужается диапазон параметров, поскольку импульсы высокой мощности, которые возникают в импульсном лазере с затвором, могут разрушить световод. Поэтому, как лучше всего видно на фиг.14, в предлагаемой лазерной системе 270 использованы зеркала 272, которые расположены у углов лучевых трубок 274. В поперечном разрезе, показанном на фиг.14, изображен только один лазер, но следует понимать, что в действительности последовательно располагают несколько лазеров, как показано на фиг.12.
Стойка лазерной системы 270 содержит упрочненную раму 276, конструктивный расчет которой выполняется в соответствии с исследованиями возникающих вибраций методом конечных элементов. Здесь цель заключается в том, что лазеры вибрируют вместе с печатным станком 250, что неизбежно при выполняемой одновременно печати, однако не испытывают при этом смещений относительно материала. Рама 276 расположена выше корпуса накатных устройств 260 так, что трубки водяного охлаждения лазера проходят в направлении радиального плеча, и прикреплена у винтовых резьбовых соединений для кранов, обеспечивающих транспортировку печатного станка 250, выдерживающих большие нагрузки.
Рама 276 состоит из двух частей - внутренняя рама, подвешенная внутри наружной рамы. Наружная рама может быть быстро перемещена назад и вперед между несколькими фиксированными положениями и верхним положением с помощью пневматических пружин (не показаны), расположенных снаружи. Для этого, например, могут быть использованы верхнеподвесной кривошипный механизм и трос. Данные положения фиксирования распределены в соответствии с различными возможными фокусными расстояниями щелевых линз 210 и, соответственно, с различными рабочими расстояниями.
Внутренняя рама имеет тонкую настройку по высоте и ее угловому положению, например с помощью кривошипных механизмов, способствующих точному выравниванию высоты щелевых линз 210 и направлению излучения 206. Положение высоты может быть определено по шкалам и, таким образом, может точно воспроизводиться. Благодаря фиксирующим положениям полученная настройка не нарушается, если, например, для работы на накатных устройствах лазер необходимо перемещать вверх и обратно вниз.
Резонаторы 222 расположены на пластинах 278, которые можно перемещать вместе с лучевыми трубками 274, для обеспечения выравнивания устройств нанесения надписи со столбцами экземпляров. Выше печатного цилиндра 258 расположена экранирующая камера 280, которая экранирует излучение лазера и служит для выпуска образованных газов и пыли через трубки, которые на данном чертеже не показаны. В данном случае экранирующая камера 280 расположена так, что в различных позициях фиксирования, обеспечивающих рабочие расстояния, ее положение не изменяется, за исключением положения, при котором выполняется работа на накатном устройстве 260, когда ее также перемещают вверх. Экранирующая камера 280 подходит близко к печатному цилиндру 258 вместе с щетками, которые являются непрозрачными для лазерного излучения, и к сканирующим головкам 200 с помощью гофрированной трубки 282.
Управление обработкой лазером осуществляется датчиком. контролирующим подачу листа или печатного изделия, а также посредством измерения скорости. Датчик, контролирующий положение кромки листа, является высокоточным и быстродействующим датчиком диффузного отражения.
Скорость вращения печатного цилиндра 258 считывается магнитным зондом посредством периодически намагничиваемых лент, которые расположены под внутренней облицовкой печатного цилиндра. Печатный цилиндр содержит участки сектора, на которые лист не поступает для обеспечения перерыва в работе. При сканировании достигается разрешение в 25 мкм. Возможность неизменной скорости вращения не допускается, поскольку, в типичном случае, посредством управления от основного двигателя печатный станок 250 одновременно выполняет различные операции и, таким образом, движение листа подвергается периодическим изменениям.
Сигнал от датчика диффузного отражения передается к «коробке переключения», которая берет на себя управление лазером. Этот процесс может быть запрограммирован, так что обработка лазером, начальное расстояние, измеренное посредством магнитных лент, и расстояния между последовательными маркировками могут быть введены независимо друг от друга посредством компьютерной программы.
Блокировка последовательных сигналов от датчика диффузного отражения может быть задана либо расстоянием, либо определением положения листа по магнитным лентам. При этом сигнал запуска допускается только после регистрации одного конца магнитной ленты (и, соответственно, конца листа) и после этого любой сигнал запуска блокируется до тех пор, пока снова не будет достигнут конец магнитной ленты.