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CN109478244B - 用于产生和检测防伪标识的装置和方法 - Google Patents

用于产生和检测防伪标识的装置和方法 Download PDF

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CN109478244B CN201780044444.7A CN201780044444A CN109478244B CN 109478244 B CN109478244 B CN 109478244B CN 201780044444 A CN201780044444 A CN 201780044444A CN 109478244 B CN109478244 B CN 109478244B
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Abstract

本发明涉及用于在部件(10)或产品的表面(11)中的所限定表面区(12)中形成二维或三维微结构化标识结构(200)的方法和装置(100)。

Description

用于产生和检测防伪标识的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种在部件或产品的部分表面上形成识别特征和/或防伪标识的方法，并且还涉及具有此类识别特征的一种产品或部件。本发明此外涉及一种用于检测和/或读取此类标识的装置。
背景技术
工业产品的许多复制品和伪造品看起来很专业，并且即便人们将原产品与其拿到一起来进行比较也很难或根本不能识别出差异。仿冒品乍看起来越来越像原产品，并且产品的原始生产者在作出保证的情形下对外面的复制品负有责任。受影响的生产者因此在基于产品特征来证明其为复制品方面有困难。
因此在市场上已开发出各种解决方案以便明确地识别产品，例如，以商标和产品伪造为主题的消费者保护门户。另外，作为消费者，您可以让自己了解原产品与伪造品或复制品的差异。
在从现有技术得知的关于待受保护的物体的防伪造的措施中，所述物体通常具有多个特征(例如，水印、全息图、化学或物理变化等)，所述特征只有在具有很多技术知识和/或很高水平的费用的情况下才能复制出。
物体的此类防伪装置在文件US 5,267,756中提出，其中具有一次性代码数字的全息图附着在所述物体上。所述物体的购买者或拥有者可以在任何时候经由热线查询来验证其真实性。所述验证是经由列表(明确地说是数据库)来进行，所述列表含有所指派的代码数字。
此类防伪方法的缺点是，除了所述物体之外，防伪装置(即，在这种情况中为具有一次性代码数字的全息图)无法排除也被复制。
从DE 102012018388 B4得知一种用于识别物品或其包装上的代码的设备，其中所述代码的数据是使用至少一个光学读取装置通过机器来输入并且在电子数据处理单元中进一步进行处理、解码和存储，所述设备的特征在于，所述光学读取装置具有被定向到位于下伏表面上的物品或其包装上的至少一个摄像机，至少三个照明体与所述摄像机相关联，其中所述照明体以如下方式在空间中相对于彼此并且相对于所述物品或所述包装来布置：在将识别凸起代码的情况中，在所述凸起代码的区中产生不同阴影，并且由于所述阴影，在连接至所述摄像机的数据处理单元中识别出所述凸起代码。
此类解决方案的缺点在于一个事实，即，出于技术阻碍原因，其无法附接至许多产品的表面。明确地说，在具有将具有某些特定性质的技术表面(例如，为另一个部件上的密封表面或接触表面)的产品的情况中，此类部件可能无法附接。
从现有技术中还得知用于使用激光束在部件的表面上进行结构化的激光结构化方法。在这种情况中例如借助于激光干涉结构化来进行结构元件的形成。在已知方法中，例如，将激光束定向到光学衍射元件上，使用所述光学衍射元件，可以使激光束分裂成多个部分光束。接着使用两个光学聚焦透镜将所述部分光束定向到待结构化的表面上，所述光学聚焦透镜彼此隔开一段距离来布置。在这种情况中，所述部分光束另外使用所述两个透镜中的一者来以使得其入射于部件的同一表面区上的方式使其光束方向改变。由于光学透镜具有恒定的焦距，因此如果干涉周期改变，那么用具有与之不同的焦距的至少一个其它透镜进行替换则是必需的。
在另一种已知可能性中，借助于至少一个分束器装置使激光束分裂成多个部分光束，并且因此获得的部分光束借助于反射元件从不同的空间方向定向到将被结构化以产生特定结构的表面上。在这种情况中，所述部分光束各自将经过相同的路径长度，直到其入射于所述表面上为止。为了实现此目的，大的空间要求是必需的。此外，为了调整干涉周期，对反射光学元件的复杂的精确调整是必需的。
从DE 102 59 443 A1得知一种用于样本的光学检查和加工的加工方法。
从DE 10 2006 000 720 A1得知一种用于形成凹槽的激光加工机械，所述激光加工机械也不适合于识别部件的技术上起作用的表面。因此，举例来说，凹槽引入到活塞杆的密封表面中将会破坏所述表面的密封性质。
从现有技术得知的解决方案(为在表面上使用常规激光方法产生的结构)的其它缺点：
-缺少防伪，因为激光标识也可以复制，使得用户无法容易地将原产品与复制品区分开；
-表面性质的破坏或损坏；
-对使用激光产生的结构的分析和评估的高成本。
发明内容
因此，本发明的目标是克服上述缺点并提出一种用于防伪产品标识的方法，所述方法也可以以维持受影响表面的所要表面性质的方式来应用于技术上起作用的表面。
本发明的基本概念是将可在视觉上被人用肉眼识别出以便被识别为原部件的标识结构引入到表面中，而不会损坏所述表面的功能，但同时将所述标识结构嵌入于观察者不可感知到和解码的编码结构中，即，所述标识结构中的编码。
为此，根据本发明有人提出，提供激光方法，优选是激光干涉方法，以便将特定的二维或三维图案仅以某一深度印记引入到待识别的部件的表面中，使得特定图案由于入射光并还取决于入射光和通过所述深度结构产生的光衍射和光反射而在视觉上可识别。因此，举例来说，将采取特定表示或字体的公司名称、文字和/或标记作为最小深度的图案(可能在所述图案的不同区中具有不同的深度结构)引入到部件的表面中。然而，由于此外根据本发明，所述图案与编码叠置，所述编码无法被观察者识别出。假如所述产品的复制者现在也试图使用激光方法将可识别的图案引入到表面中，然而，人们因此可以借助于合适的解码装置来识别出在所述图案中没有实施编码。
因此，根据本发明规定，在将图案引入到表面中期间，根据特定算法来执行编码，所述编码尤其可能不是静态的而是动态地可变，使得例如所述算法中的时间戳也合并到所述编码中，使得每个部件被单独地编码。解码装置因此必须相应地进行设计，以识别与解码使用所采用的算法产生的编码。
根据本发明，为此，提供一种用于在部件或产品的表面中的所限定表面区中形成二维或三维微结构化标识结构的装置，所述装置包括：激光装置，所述激光装置用于产生至少一个特定激光束，优选是脉控激光束；控制装置，所述控制装置用于所述一个或多个激光束的可变控制和设置；硬件和软件，所述硬件和软件用于至少根据某一二维或三维图案的输入和/或所存储的图案数据来产生用于所述控制装置的控制命令；以及编码装置，所述编码装置用于以使得二维或三维微结构化标识结构可以相应地形成于所述所限定表面区中的方式来控制所述激光束，所述微结构化标识结构表示所述二维或三维图案与所述编码数据的重叠。
根据本发明可以规定，所述图案的微结构化标识结构由具有所限定的像素大小的结构化像素组成，除了所述像素的分辨率之外，由于相应像素的所产生的激光深度，所述结构化像素还获得单独的激光深度，所述激光深度表示深度编码。除了单独的像素相关编码之外，此外，例如，还可以执行另一个区段相关深度编码，其中在所述微结构化标识结构的所限定的部分区段中产生不同的微结构，即，按预期彼此偏离的微结构。
在本发明中，激光束优选地经由光学装置分裂成两个或更多个激光束并且随后再次重叠在工件表面上。激光强度的周期性调制因此发生，这样实现了部件表面的结构化。此外，借助于激光强度的特定的位置相关和时间相关调制或改变(根据特定算法)，所述结构可以具有对应编码。
可以使用针对加工速度而最优化的设计来实施对金属基板的0.36m2/分钟的表面扫描。具有在5μm与22μm之间的周期的线和点结构是可能的。
根据本发明，可以提供不同的激光源，并且还可以使用不同的CNC轴向系统。因此，甚至<300nm的极高分辨率的结构也是可实现的。
此外，根据本发明规定，用于对将在部件的表面上产生的图案进行编码的编码数据作为算法存储在所述装置的软件中。原则上，可以规定，提供任意的合适控制手段来影响在表面上的入射点处的激光强度。为此，还可以使用光学的、互连的可变滤波器，所述滤波器以时间受控或强度受控的方式影响激光强度。可选地，脉冲方法也是可设想到的，所述脉冲方法是通过控制技术对激光实施，其中在最简单的情况中脉冲持续时间与将产生的编码相关。
此外，可以提供输入装置，以输入将具有所述标识结构的部件的部件特定数据(诸如性质、材料、表面条件等)。可以以此方式相应地调整或修改用于实现所述微结构化标识结构的所存储的控制代码。
本发明的另一个方面涉及一种解码装置，所述解码装置包括光学检测单元，所述光学检测单元用于从在部件的表面中的所限定表面区中使用所述装置产生的至少一个二维或三维微结构化标识结构读取编码。优选地提供使用一种图案，其中所述微结构化标识结构中的所述图案以在不使用技术设备的情况下人用肉眼在视觉上可读取和/或在光学上可感知的形式引入到所述表面中，而所述微结构化标识结构中所含的所述编码仅可以通过合适地配置的解码装置来显出，因为所述编码表示观察者不可识别的加密信息项。为此，所述解码装置必须含有分析单元以便对根据所限定算法产生的编码进行解码，根据本发明，只有在所述解码装置适于读取所采用的一个或多个算法时才能进行所述解码。
本发明的另一个方面涉及一种在部件或产品的表面上使用上述装置形成防伪标识的方法，所述方法具有以下步骤：
a)使用所述激光装置的至少一个激光束、优选是多个激光束照射在所限定表面区中的部件或产品的表面；
b)取决于所述一个或多个激光束在所述表面区段上的入射区(Δx,Δy)借助于控制单元根据所限定的控制算法来调整所述激光束，尤其是激光强度和激光功率，以在所述表面区的所述所限定的入射区(Δx,Δy)中产生相应的特定激光束和/或所限定的激光强度；以及
c)在所述所限定表面区中产生优选为三维微结构化标识结构来以使得微结构化表面表示非编码结构与编码的重叠的方式形成(防伪)标识。
根据本发明，此外在所述方法中规定，至少根据将产生的图案的图案数据和所要编码的编码数据来产生用于控制、调整和/或修改所述激光束的所述控制算法。举例来说，可被观察者读取的文字或标记可以用作所述图案。
此外规定，根据本发明的所述方法中的结构化深度是在300nm至10μm的范围中。为了实施此类最小深度的结构，举例来说，使用多光束激光干涉技术，其中在重复率为15kHz时波长为355nm、脉冲能量为15mJ并且脉冲长度为38ns的倍频Nd:YAG激光器被用作光束源，其中借助于半波片来使准直激光束的偏振旋转，使得激光束垂直于入射平面来偏振。此外，提供用于将所述激光束分裂成两个或更多个激光束的分束器。
借助于轴向操纵器和三轴移位组件、旋转台和相对于彼此正交地布置的两个额外的测角仪，一方面，可以使所述部件与所述激光束完全对准，并且因此还可以在至少两个轴上移位以产生平面结构。
在本发明的一个有利实施方案中，规定，此外，将与所述表面的特定功能相关的数据合并到用于控制和调整所述激光束的所述控制算法中，所述数据可以优选地经由输入单元输入。
此外，优选地规定，相对于环绕所述表面区的所述表面的区测量的、在所述所限定表面区中的在所述方法中产生的所述二维或三维微结构化标识结构的最大深度是在300nm至300μm、优选是750nm至10μm的范围中。此外，假如所述标识结构内的高度差是在500nm至10μm的范围中，优选是在750nm至2.5μm的范围中，则是有利的，所述高度差是由所述编码相对于未编码图案产生。
本发明的另一个方面涉及一种具有功能表面(优选是密封表面)的部件，所述部件在这个表面的表面区中具有二维或三维微结构化标识结构。
此外，假如所述所述微结构化标识结构具有二维或三维图案与编码的重叠，则是有利的，所述编码仅可以借助于合适的解码装置来显出。
因此，根据本发明，提出一种部件，优选是用于气压弹簧的活塞杆以及具有活塞杆的气压弹簧，其中将微结构化标识结构施加于所述活塞杆的圆柱形密封表面。
激光干涉图案优选地可在所述结构内通过着色阴影来识别，所述阴影是在所述方法期间引入。
附图说明
本发明的其它有利改进在附属项中表征和/或在下文结合本发明的优选实施方案的描述基于图式来更详细地描述。
在图式中：
图1示出图案的两个不同的经编码微结构化标识结构的俯视图；
图2示出微结构化标识结构的剖视图；
图3示出用于形成二维或三维微结构化标识结构的示例性实施方案；以及
图4示出气压弹簧的活塞杆。
将在下文基于示例性实施方案来更详细地阐释本发明，其中相同的元件符号指示相同的功能和/或结构特征。
具体实施方式
在图1中，以俯视图示出图案M的两个不同的经编码微结构化标识结构200，并且在这下面，在图2中，在具有表面11的部件10中在表面区12中以剖视图示出示例性微结构化标识结构200。
虚线L表示处于在使用激光束20’照射之前的状态的表面。借助于深度编码K覆盖图1中所示的图案M，借此特定的经编码深度轮廓产生。在这个示例性实施方案中，将图案M分解成沿着x轴和y轴的栅格中的多个区段，并且根据预定编码算法对每个区段指派编码深度T。在表面11的投影平面中的相应入射区Δx、Δy与在表面区12中的将识别的部件的表面上的对应区段相关联。在此入射区Δx、Δy中根据通过软件供应的编码信息来调整激光强度，使得在此入射区Δx、Δy中实现所要的结构深度T。结构深度T被测量为虚线L与微结构化标识结构200的受影响区段中的所述结构的高程之间的高程差。
在图3中示出用于形成二维或三维微结构化标识结构200的装置100的示例性实施方案，以便在部件10或产品的表面11中产生如图1和图2中所示的所限定表面区12。装置100包括：激光装置110，所述激光装置用于产生至少一个激光束20；控制装置120，所述控制装置用于所述一个或多个激光束20的可变控制和设置；以及硬件130和软件140，所述硬件和软件用于至少根据某一二维或三维图案M的图案数据并且还根据编码数据来产生用于控制装置120的控制命令以便控制激光束20，所述图案数据被输入和/或存储在存储器150中。
用于产生激光束20的激光装置110被配置为多光束激光干涉技术，其中，举例来说，在重复率为15kHz时波长为355nm、脉冲能量为13mJ并且脉冲长度为38ns的倍频Nd:YAG激光器被示出为光束源。
在所示的示例性实施方案中，准直激光束的偏振借助于半波片来发生，其中激光束旋转了90°，使得激光束垂直于入射平面来偏振。可以借助于常规手段(例如，半波片)来执行对异常激光束的偏振方向的监测和改变。
此外，在示例性实施方案中，提供光学单元160，所述光学单元包括作为分束器的衍射光学元件，即，用于将激光束20分裂成两个分开的激光束20’。产生两个以上激光束的分束器也是可设想到的。
借助于操纵器170和多轴移位组件180，一方面，可以使部件10与激光束20完全对准，并且因此还可以在至少两个轴x、y上移位以产生平面结构200。
在激光束偏转了90°之后，使光传导通过空间滤波器并且任选地通过透镜(未更详细地示出)。
可以通过移动透镜或设置光学单元160将激光束20调整为所要光束直径。举例来说，通量(每单位面积能量密度)可以通过光束直径的变化而按期望改变。
光学单元60的两光束分束器可以例如由介电涂层玻璃基板组成，所述基板将激光束分裂成相等强度的两个相干部分光束。相对于激光束20的光轴具有激光角度的部分光束20’因此入射于光学单元160的至少一个光学元件161上，所述光学元件对激光辐射具有很强的透光性。此光学元件以使得激光束20’被所述光学元件光学地折射并且使其辐射方向改变的方式来设置。
此外，辐射成束单元190被连接在下游，在所述辐射成束单元中，先前分裂的激光束20’被再次结合到一起。可以通过有意地改变光学和几何变量(例如，角度条件)来设置不同的干涉周期。因此，举例来说，所述干涉周期可能会受衍射光学元件(分束器)与其它光学元件(光束结合器)的可变距离影响。
控制装置120因此用于一个或多个激光束20的至少干涉周期的既定控制和设置并且优选地还用于辐射强度的控制和设置。为了印上编码，使用一种算法，使用所述算法，例如，直接地或间接地进行干涉周期的时间相关设置和控制并且优选地还进行辐射强度的控制和设置。
借助于操纵器170和多轴移位组件180来进行相对于激光入射区的部件移动。当在部件表面的入射区域上经由激光束的控制装置120同时地形成对应于激光强度和/或干涉周期的结构时，可以通过移动使用算法控制的激光束来在部件表面中以最小的结构深度产生二维或三维图案M，其中通过所述算法印上的编码叠置在所述图案中。
假如激光束20是通过以脉控方式操作的激光束源110发出，则是特别有利的。此外，可以规定，通过所述或其它控制装置120以某方式来控制脉冲频率，如此使得每时间间隔入射于表面元件(入射区(Δx,Δy))上的激光能量是可设置的并且可以在微型区中实现不同的结构深度，所述微型区是观察者的肉眼无法看到的。如果在所述装置中实施软件140，则是特别有利的，所述软件在激光加工期间根据可检索的图案数据和编码数据来自动地执行控制。
此外，在图3中示出不与装置100相关联的解码装置200，所述解码装置具有硬件和软件并且还具有用于读取所述图案和编码的光学检测单元。
在图4中，气压弹簧的活塞杆10被示出为部件10。活塞杆10具有圆柱形的活塞密封表面10a。活塞密封表面10a与密封元件10b一起起作用。三维微结构化标识结构200作为二维图案M(如图1中所示)与编码K的重叠被引入到表面区12中的活塞密封表面10a中。
由于使用根据本发明的方法产生的微结构深度在上文阐释的深度范围中，因此活塞杆一方面具有无法被观察者明确地感知到的标识并且另一方面具有集成到所述标识中的无法被人用肉眼识别出的编码，并且另一方面即便在引入了标识结构200的表面区12中仍具有其相对于密封元件的密封功能。
本发明的实施方案不受限于上文详述的优选的示例性实施方案。而是，多种变体是可设想到的，所述变体利用所描述的解决方案，即便是在完全不同地设计的实施方案中。

Claims (16)

1.一种用于在部件(10)或产品的表面(11)中的所限定表面区(12)中形成三维微结构化的标识结构(200)的装置(100)，所述装置包括：
a)激光装置(110)，所述激光装置用于产生至少一个激光束(20)；
b)控制装置(120)，所述控制装置用于所述一个或多个激光束(20)的可变控制和设置；
c)硬件(130)和软件(140)，所述硬件和软件用于至少根据某一三维图案(M)的图案数据和编码数据来产生用于所述控制装置的控制命令(30)以控制所述激光束(20)从而形成三维的图案(M)中的多个不同编码深度的深度编码(K)，其中通过将表面区(12)分解成沿着x轴和y轴的栅格中的多个区段并且根据预定编码算法对每个区段指派编码深度(T)来产生特定的经编码深度轮廓，使得三维微结构化的标识结构(200)能够相应地形成于所述所限定表面区(12)中，所述微结构化的标识结构表示用肉眼可在视觉上读取的所述三维图案(M)与肉眼无法看到的所述编码数据的重叠。
2.如权利要求1所述的装置(100)，其特征在于，用于对将在部件的所述表面上产生的图案(M)进行编码的所述编码数据作为算法存储在所述装置的软件中。
3.如权利要求1或2所述的装置(100)，其特征在于，此外提供输入装置，以输入将具有所述标识结构(200)的所述部件的部件特定数据。
4.一种解码装置，所述解码装置包括光学检测单元，所述光学检测单元用于从在部件(10)的表面(11)中的所限定表面区(12)中使用如权利要求1至3中任一项所述的装置(100)产生的三维微结构化的标识结构(200)读取编码。
5.一种在部件(10)或产品的表面(11)上使用如权利要求1至3中任一项所述的装置形成防伪标识的方法，所述方法具有以下步骤：
a.使用所述激光装置(110)的至少一个激光束(20)照射在所限定表面区(12)中的部件(10)或产品的表面(11)；
b.将表面区(12)分解成沿着x轴和y轴的栅格中的多个入射区(Δx,Δy)并且根据预定编码算法对每个入射区(Δx,Δy)指派编码深度(T),
c.取决于所述至少一个激光束(20)的入射区(Δx,Δy)借助于所述控制装置(120)根据所述预定编码算法来调整所述激光束(20)以在所述表面区(12)的限定的所述入射区(Δx,Δy)中产生相应的特定激光束用于形成具有不同编码深度的深度编码(K)并且由此
d.在所述所限定表面区(12)中产生三维微结构化的标识结构来以使得微结构化的标识结构表示根据所述预定编码算法的非编码结构与深度编码的重叠。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，至少根据将产生的图案(M)的图案数据和所要编码的编码数据来产生用于控制和调整所述激光束的所述预定编码算法。
7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，此外，将与所述表面的特定功能相关的数据合并到用于控制和调整所述激光束的所述预定编码算法中。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述数据能够经由输入单元输入。
9.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，相对于所述表面的环绕所述表面区(12)的区(13)测量的、在所述所限定表面区(12)中的所述三维微结构化的标识结构(200)的所产生的最大深度是在300nm至300μm的范围中。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所产生的最大深度是在750nm至10μm的范围中。
11.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述标识结构(200)内的高度差是在500nm至10μm的范围中，所述高度差是由所述编码相对于未编码的图案(M)产生。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述标识结构(200)内的高度差是在750nm至2.5μm的范围中。
13.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述微结构化的标识结构(200)中的所述图案(M)是以人在不使用技术装置的情况下用肉眼可在视觉上读取和/或光学可感知的形式引入到所述表面中，而所述微结构化的标识结构(200)中所含的所述编码仅能够通过经过合适配置的解码装置来显出。
14.一种具有使用如权利要求1至3中任一项所述的装置(100)产生的三维微结构化的标识结构(200)的部件(10)，所述标识结构(200)设置在所述部件的表面(11)的表面区(12)中，所述微结构的化标识结构具有三维图案(M)与编码的重叠，所述编码仅能够借助于合适的解码装置来显出。
15.如权利要求14所述的部件(10)，其中使用如权利要求5至13中任一项所述的方法来产生所述微结构化的标识结构(200)。
16.如权利要求15所述的部件(10)，其中在所述方法期间引入的激光干涉图案在所述标识结构内是可识别的。
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