Способ защиты, в том числе возобновляемой, маркировок прямого нанесения от внешних воздействий и несанкционированного считывания
METHOD OF PROTECTION, INCLUDING RENEWABLE ONE, MARKING OF DIRECT APPLICATION FROM EXTERNAL EXPOSURE AND UNAUTHORIZED READING

Настоящее изобретение относится к защитным устройствам и устройствам для наблюдения за оборудованием, к составам для нанесения покрытий, отличающимся действием получаемого покрытия, в частности - светящимся краскам. Изобретение также относится к области разработки оптических и оптико-электронных средств маркировки, аналогово-цифрового кодирования и декодирования различных объектов и изделий. Более конкретно оно относится к методам и системам нанесения маркировок непосредственно на маркируемый предмет - маркировок прямого нанесения (МПН - «Direct Part Marking» - DPM).
Технический уровень изобретения
Требования к современному уровню техники определяются тем, что компаниям и предприятиям, деятельность которых связана с высокими и/или дорогостоящими рисками, требуется обеспечить юридическую доказательность причинно-следственной связи убытков (а часто и человеческих жертв) и отказа изделия (детали, узла), которая позволяет предать ответственность за последствия отказа изделия его изготовителю (дилеру, поставщику). Для этого применяют маркировки прямого нанесения.
В отличие от маркировок, наносимых краской или наклеиваемых на контролируемый объект, маркировки прямого нанесения (МПН) состоят из информационных элементов (ИЭ), сформированных путем изменения поверхности маркируемой детали тем или иным способом. МПН могут быть удалены только вместе с материалом поверхности маркируемой детали, являясь, таким образом, надежным способом контроля всего жизненного цикла объекта вплоть до его утилизации.
В настоящее время существует несколько методов нанесения МПН, оборудование для которых предлагается на рынке - это иглоударное нанесение, нанесение с помощью лазера (несколько видов), электроискровое нанесение и нанесение методами химического и электрохимического травления.
При нанесении МПН используется, как правило, двумерное (2D) кодирование, обладающее высокой информационной емкостью и помехозащищенностью (2D МПН). По объему хранимой информации емкость 2D кода может в сотни раз превышать емкость одномерного (например, он способен хранить несколько страниц текста). Кроме того, практически все современные технологии 2D кодов в отличие от одномерных, содержат средства коррекции ошибок и, следовательно, гарантируют большую надежность сохранности данных.
2D коды имеют преимущественно матричную форму и не используют для кодирования информации традиционные штрихи/пробелы. Вместо стандартной технологии определения ширины штриха матричные коды используют для кодирования информации конструкции типа «да-нет» или «единица-ноль» (т.е. «on/off» - дизайн). Существует множество разновидностей 2D кодов (например, PDF 417, MaxiCode, DataMatrix).
Считыватели 2D кодов, в отличие от сканеров штрих-кодов, сначала улавливают изображение, затем анализируют полученный образ и лишь потом извлекают из него и декодируют информацию. В связи с этим, считывание и декодирование 2D МПН связано с технологическими трудностями в части аппаратных решений и разработки необходимого программного обеспечения (ПО). При считывании 2D МПН основная проблема состоит в получении изображения метки с качеством, достаточным для надежного декодирования содержащейся в ней информации, независимо от внешнего освещения и состояния поверхности, на которую метка нанесена. В части ПО проблема состоит в повышении декодирующей способности при анализе гетерогенных («размытых») изображений. При этом существенное влияние на процесс декодирования оказывает сильная зависимость получаемого электронного изображения от состояния поверхности и внешнего освещения.
Развитие способов повышения устойчивости декодирования и защиты от внешних воздействий МПН являлось предметом ряда публикаций и, в том числе, патентов.
Так, в частности, известно техническое решение, предложенное в US 2003/9106994, где для идентификации объекта предложена защитная маркировка, включающая флуоресцирующий или фосфоресцирующий материал с ориентационно-упорядоченной молекулярной структурой. При облучении маркировки УФ-излучением она переизлучает поляризованный флуоресцентный или фосфоресцентный свет, поляризационные и частотные параметры которого являются защитными признаками для выявления подлинности объекта.
Использование флуоресценции, ее спектральных и поляризационных параметров в качестве идентификационных и защитных признаков характерны и для заявляемого изобретения, однако предложенная в источнике маркировка не является  МПН и легко удаляется с поверхности детали. Кроме того, предложенное техническое решение не решает проблему повышения контрастности и зависимости изображения маркировки от оптических свойств поверхности, особенно в случае наличия оптических неоднородностей, близких по размерам к ИЭ маркировки.
В презентации General Electric Inc. [ʺAIM DPM Verification of Dot Peen Data Matrix Symbols on small curved surfacesʺ, by Ron Page] предлагается для улучшения качества изображения заполнять лунки иглоударной маркировки черной или белой краской.
Заполнение ИЭ МПН полимерной композицией с особыми свойствами для увеличения контраста, облегчения считывания и улучшения защитных свойств МПН характерно и для заявляемого изобретения, однако предложенное усовершенствование не уменьшает влияния внешней засветки и незначительно увеличивает контраст. Кроме того, здесь не предлагаются методы заполнения углублений и способы реализации защиты от несанкционированного считывания МПН.
Наиболее близкое решение предложено в патенте РФ с приоритетом от 23.10.2009 г. №2490709, где предложен эффективный способ решения проблемы считывания 2D МПН. Для этого предлагается формировать метку прямого нанесения из информационных элементов, представляющих собой конические углубления, образованные при иглоударной маркировке, или участки поверхности с микротрещинами и шероховатостями, образованные при лазерной гравировке, которые заполнены флуоресцентной краской, поглощающей излучение на длинах волн ближнего УФ, видимого и ближнего ИК-диапазонов. Конкретно предлагается использовать при изготовлении маркировок флуоресцентные краски, поглощающие излучение на длинах волн ближнего УФ, видимого и ближнего ИК-диапазонов и излучающие в полосе пропускания приемного канала устройства считывания, преимущественно 600-700 нм.
Это приводит к существенному улучшению качества изображения маркировки при ее считывании, в частности его контрастности, и уменьшает зависимость надежности декодирования маркировки от характера поверхности, на которой нанесена 2D МПН. Данное решение позволяет считывать маркировки как обычным считывающим устройством (ридером), так и специальным, регистрирующим флуоресцентное изображение.
Использование этого решения существенно облегчает считывание ФМПН, уменьшает цену ридера, позволяет проводить считывание на большем расстоянии и снижает требования к качеству и глубине углублений, а следовательно и к маркирующему устройству.
При этом предлагается способ изготовления метки, состоящий в заполнении ее краской и отличающийся тем, что он обеспечивает локализацию области заполнения только информационными элементами. Формировать информационные элементы предложено, в частности, путем наклеивания на маркируемую деталь пленки, в которой в процессе иглоударной маркировки или лазерной гравировки образуют отверстия, через которые заполняют информационные элементы флуоресцентной краской с помощью валика, тампона, кисти, ракеля или распыления. В развитие способа предлагается оставшуюся между информационными элементами краску удалять либо смыванием, либо стиранием, либо путем приклеивания к полимерной пленке с клеящим слоем, имеющим хорошую адгезию к материалу флуоресцентной краски. Полученную маркировку предлагается защищать путем «нанесения сверху защитного лака, прозрачного в видимом и поглощающего в УФ коротковолновом диапазоне длин волн». Причем из патентной формулы не ясно, на каком этапе изготовления маркировки наносится лак, кроме того, процедура нанесения лака отнесена только к маркировкам, полученным методом лазерной гравировки.
Методы изготовления флуоресцентной МПН, изложенные в данном патенте, применимы и при реализации заявляемого изобретения. Однако рассматриваемое решение не предполагает восстановления возможности устойчивого декодирования МПН после механических повреждений, химических или/и радиационных, или/и термических воздействий, вследствие инсоляции или УФ-облучения, в результате технологических операций - например - нанесения покрытий или окраски, а также в результате намеренного внесения тех или иных помех. Соответственно, не предлагаются как способы защиты маркировок от несанкционированного доступа к содержащейся в защищенных МПН информации, так и способы обеспечения санкционированного доступа к ней.
Таким образом, совокупность известных решений не исчерпывает совокупности признаков заявляемого изобретения.
Дальнейшее расширение сферы практического применения МПН требует совершенствования способов защиты, в том числе - возобновляемой,
маркировок прямого нанесения от внешних воздействий и несанкционированного считывания.
Решение этой задачи обеспечивается заявляемым способом.
Сущность изобретения
Сущность изобретения заключается в том, что предлагается способ защиты маркировок прямого нанесения (МПН) от внешних воздействий при эксплуатации включающий нанесение на МПН (или на ее информационные элементы) защитных слоев и/или покрытий. При этом задачей выбора состава защитных покрытий, методов их нанесения и приемов их обработки является обеспечение возможности восстановления, в том числе - многократного, декодирования МПН. Считывание МПН, декодирование которой подлежит восстановлению, прекращается в процессе эксплуатации маркированного изделия или блокируется намеренно для ограничения доступа к закодированной в маркировке информации. К внешним воздействиям, от которых защищают МПН, относится, в частности, попытка несанкционированного доступа к информации, которая закодирована в маркировке.
Для реализации сущности изобретения предложен метод защиты МПН - нанесение на нее одно- или многослойных покрытий, отверждаемых высушиванием и/или фото- и/или термополимеризацией, со слоями одинакового или различного состава.
Для этого на МПН перед началом ее эксплуатации наносят полимерные композиции, содержащие:
- смесь органических растворителей в количестве 50-55% общей массы защитной композиции, состоящая из 72% высококипящего растворителя в виде метил- или этил- целлозольва, 17% растворителя со средней температурой кипения в виде толуола или бутилацетата и 11% легкокипящего растворителя в виде ацетона или диэтилового эфира;
- смесь акриловых полимеров в количестве 40-45% общей массы защитной композиции;
- коалесцент в количестве до 2,5% общей массы композиции в виде бутилгликольацетата;
- менее 0,3% общей массы композиции целлюлозного загустителя, пеногасителя, биоцида;
- не более 20% общей массы защитной композиции добавки, обладающей защитными свойствами, в виде красителя, флуоресцентного пигмента или наполнителя, рассеивающего свет в виде мелкодисперсных фракций мела, окиси титана или сульфата бария.
Защитные полимерные композиции наносят на МПН перед началом ее эксплуатации по меньшей мере в один слой с помощью валика, тампона, кисти, ракеля или распыления пневматическим или аэрозольным способом.
Непрозрачные или потерявшие прозрачность вследствие загрязнения или механических повреждений слои защитной полимерной композиции зачищают или отклеивают перед декодированием МПН, после чего, если необходимость в защите МПН сохраняется, наносят вновь. При этом будут удаляться и покрытия, краска, другие загрязнения, а также следы механических воздействий на маркированную деталь. Требуется лишь, чтобы такие воздействия не нарушали целостности защитного покрытия.
Прозрачные или полупрозрачные слои защитного покрытия сами по себе не препятствуют декодированию МПН. Они также могут быть обновлены при необходимости.
Выбор конкретного состава и способа нанесения слоев защитного покрытия позволяет регулировать их свойства, в частности - вязкость, гидрофильность, механическую стойкость, устойчивость к действию растворителей, адгезионные свойства, прозрачность в той или иной области спектра. Свойства наносимых слоев могут модифицироваться и в процессе их отверждения тем или иным способом, например - сушкой, термо- или фотополимеризацией, а конечная консистенция слоев может быть желеобразной, смолообразной или твердой. Для повышения стойкости МПН к загрязнениям, воздействию агрессивных агентов и механическим повреждениям защитное покрытие может наноситься послойно, вплоть до создания на МПН твердой и плоской поверхности.
Нанесение на МПН защитного слоя (слоев) может быть использовано для предотвращения несанкционированного считывания всей или части содержащейся в ней информации. Для предотвращения несанкционированного считывания МПН на нее могут наноситься защитные слои и/или покрытия, содержащие перечисленные выше добавки, обладающие защитными свойствами.
В случае отсутствия декодирования МПН вследствие недостаточной прозрачности защитного покрытия, для восстановления декодирования МПН покрытие может быть зачищено механически или удалено путем растворения или разложения. Одним из вариантов механического воздействия на защитные слои может служить чередование наклейки на МПН и отрыва полимерной пленки с адгезивом.
Если механической зачистки защитного покрытия оказалось недостаточно для восстановления его прозрачности, прозрачность покрытия может быть восстановлена нанесением нового слоя покрытия упомянутого выше состава или прозрачной смазки типа касторового масла, вазелина на углеводородной или силиконовой основе, прозрачного полимерного лака.
Заметим, что геометрическая конфигурация защитного слоя может служить идентификационным признаком подлинности соответствующей МПН. При этом защитные покрытия различной геометрии могут наноситься локально на некоторую часть МПН или на некоторые информационные элементы МПН. Это может обеспечивать ранжирование доступа к информации маркировки, в частности, для этого различные группы защищаемых элементов МПН могут иметь защитные покрытия различного состава.
Задачей изобретения является обеспечение возможности восстановления декодирования МПН, считывание которых прекратилось в процессе эксплуатации или было прекращено намеренно. Для этого предложено применять одно- или многослойные защитные покрытия, состав которых и приемы обработки приведены в формуле изобретения и являются важной его частью.
Технический результат изобретения - восстановление декодирования МПН, считывание которых прекратилось в процессе эксплуатации или было прекращено намеренно.
Технический результат заключается в том, что в результате предварительного нанесения защитной полимерной композиции на МПН становится возможным восстановить декодирование МПН, считывание которой прекратилось в процессе эксплуатации или было прекращено намеренно.
Технический результат изобретения может быть реализован рядом способов, некоторые из которых определены в тексте предложенной патентной формулы.
Для достижения технического результата на МПН наносят одно- или многослойные покрытия, отверждаемые высушиванием и/или фото- и/или термополимеризацией, со слоями одинакового или различного состава.
Для этого на МПН перед началом ее эксплуатации наносят полимерные композиции, содержащие:
- смесь органических растворителей в количестве 50-55% общей массы защитной композиции, состоящая из 72% высококипящего растворителя в виде метил- или этил- целлозольва, 17% растворителя со средней температурой кипения в виде толуола или бутилацетата и 11% легкокипящего растворителя в виде ацетона или диэтилового эфира;
- смесь акриловых полимеров в количестве 40-45% общей массы защитной композиции;
- коалесцент в количестве до 2,5% общей массы композиции в виде бутилгликольацетата;
- менее 0,3% общей массы композиции целлюлозного загустителя, пеногасителя, биоцида;
- не более 20% общей массы защитной композиции добавки, обладающей защитными свойствами, в виде красителя, флуоресцентного пигмента или наполнителя, рассеивающего свет в виде мелкодисперсных фракций мела, окиси титана или сульфата бария.
Защитные полимерные композиции наносят на МПН перед началом ее эксплуатации по меньшей мере в один слой с помощью валика, тампона, кисти, ракеля или распыления пневматическим или аэрозольным способом.
Технический результат достигается тем, что для защиты МПН на МПН перед началом ее эксплуатации наносят одно- или многослойные покрытия, отверждаемые высушиванием и/или фото- и/или термополимеризацией, со слоями одинакового или различного состава.
Однослойные покрытия могут быть как непрозрачными, так и прозрачными или полупрозрачными в видимом диапазоне длин волн. Непрозрачные слои удаляют при декодировании МПН, после чего, если необходимость в защите МПН сохраняется, наносят вновь. Прозрачные или полупрозрачные слои защитного покрытия удаляют в случае их загрязнения или повреждения. При необходимости сохранения защиты МПН они могут быть обновлены.
При использовании многослойного прозрачного полимерного защитного покрытия считывание МПН может быть неоднократно восстановлено путем последовательного удаления слоев. При этом будут удаляться и покрытия, краска, другие загрязнения, а также следы механических воздействий на маркированную деталь. Требуется лишь, чтобы такие воздействия не нарушали целостности защитного покрытия.
Для достижения технического результата в каждом конкретном случае осуществляют выбор состава и способа нанесения слоев защитного покрытия. Это позволяет регулировать их свойства, в частности - вязкость, гидрофильность, механическую стойкость, устойчивость к действию растворителей, адгезионные свойства, прозрачность в той или иной области спектра. Свойства наносимых слоев могут модифицироваться и в процессе их отверждения тем или иным способом, например - сушкой, термо- или фотополимеризацией, а конечная консистенция слоев может быть желеобразной, смолообразной или твердой. Для повышения стойкости МПН к загрязнениям, воздействию агрессивных агентов и механическим повреждениям защитное покрытие может наноситься послойно, вплоть до создания на МПН твердой и плоской поверхности.
В случае отсутствия декодирования МПН вследствие недостаточной прозрачности защитного покрытия, для восстановления декодирования МПН слои покрытия могут быть зачищены механически или удалены путем растворения или разложения. Одним из вариантов механического воздействия на слои защитного покрытия может служить чередование наклейки на МПН и отрыва полимерной пленки с адгезивом.
Если механической зачистки защитного покрытия оказалось недостаточно для восстановления его прозрачности, прозрачность покрытия может быть восстановлена нанесением нового слоя покрытия упомянутого выше состава или прозрачной смазки типа касторового масла, вазелина на углеводородной или силиконовой основе, а также - прозрачного полимерного лака.
Заметим, что геометрическая конфигурация одного или нескольких слоев защитного покрытия может служить идентификационным признаком подлинности соответствующей МПН. При этом слои защитных покрытий различной геометрии могут наноситься локально на некоторую часть МПН или на некоторые информационные элементы МПН. Это может обеспечивать ранжирование доступа к информации маркировки.
Изобретение иллюстрируют чертежи.
На фиг. 1-4 использованы следующие обозначения:
1 - флуоресцентная полимерная композиция;
2 - дополнительная композиция;
3 - маркируемая деталь;
4 - защитное покрытие.
На фиг. 1 представлено устройство З-МПН, состоящей из упорядоченных углублений, и/или микротрещин, или/и шероховатостей поверхности маркируемой детали (3). Перед формированием информационных элементов маркировки на маркируемую поверхность нанесена дополнительная композиция (2), нивелирующая шероховатости поверхности маркируемой детали (3) и/или повышающая оптический контраст формируемых впоследствии информационных элементов маркировки.
На З-МПН нанесено защитное покрытие (4), представляющее собой полимерную композицию (в частности, многослойную). Если считывание З-МПН было блокировано намеренно или стало затруднительным по иным причинам, защитное покрытие с заданными свойствами обеспечит возможность восстановления декодирования З-МПН, в том числе – многократного.
На фиг. 2 представлено устройство З-МПН, состоящей из упорядоченных углублений, и/или микротрещин, или/и шероховатостей поверхности маркируемой детали (3). Перед формированием информационных элементов маркировки на маркируемую поверхность нанесена дополнительная композиция (2), нивелирующая шероховатости поверхности маркируемой детали (3) и/или повышающая оптический контраст формируемых впоследствии информационных элементов маркировки.
На информационные элементы З-МПН локально нанесено защитное покрытие (4), представляющее собой полимерную композицию с заданными свойствами. Если считывание З-МПН было блокировано намеренно или стало затруднительным по иным причинам, защитное покрытие обеспечит возможность восстановления декодирования З-МПН, в том числе - многократного.
На фиг. 3 представлено устройство З-ФМПН, состоящей из информационных элементов, сформированных путем заполнения углублений и/или микротрещин или/и шероховатостей поверхности маркируемой детали (3) флуоресцентной композицией (1), поглощающей световое излучение на длинах волн УФ, видимого и/или ближнего ИК-диапазонов и излучающей в диапазоне длин волн полосы пропускания входного фильтра устройства считывания. Перед формированием информационных элементов маркировки на маркируемую поверхность нанесена дополнительная композиция (2), нивелирующая шероховатости поверхности маркируемой детали (3) и/или повышающая оптический контраст формируемых впоследствии информационных элементов маркировки.
На З-ФМПН нанесено защитное покрытие с заданными свойствами (4), представляющее собой полимерную пленку (в частности, многослойную) и/или полимерную композицию.
На фиг. 4 представлено устройство З-ФМПН, состоящей из информационных элементов, сформированных путем заполнения углублений, и/или микротрещин, или/и шероховатостей поверхности маркируемой детали (3) флуоресцентной композицией (1). Перед формированием информационных элементов маркировки на маркируемую поверхность нанесена дополнительная композиция (2), нивелирующая шероховатости поверхности маркируемой детали (3) и/или повышающая оптический контраст формируемых впоследствии информационных элементов маркировки. На З-ФМПН нанесено защитное покрытие (4), представляющее собой полимерную композицию и/или полимерную пленку (в частности, многослойную).
Защитное покрытие экспонируется под УФ- или ИК-излучением. Такое экспонирование может быть применено для достижения одной из двух целей.
Во-первых, целью экспонирования может быть придание защитному покрытию необходимой твердости или консистенции путем его сушки или/и индуцирования его полимеризации.
Во-вторых, излучение может быть применено для восстановления декодирования З-ФМПН путем фотоиндуцированного разложения самого защитного покрытия или изменения свойств содержащихся в нем веществ, блокирующих декодирование З-ФМПН (в этом случае изменение свойств веществ может быть обратимым).