RU205653U1

RU205653U1 - Security tag for identifying metal objects

Info

Publication number: RU205653U1
Application number: RU2020141311U
Authority: RU
Inventors: Вадим Павлович Вейко; Михаил Константинович Москвин; Галина Викторовна Одинцова; Ярослава Михайловна Андреева; Сергей Георгиевич Горный
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Лазерный Центр"
Priority date: 2020-12-15
Filing date: 2020-12-15
Publication date: 2021-07-26

Abstract

Полезная модель относится к области маркировки и идентификации продукции и может быть использована для идентификации и декорирования изделий из нержавеющей стали. Метка представляет собой изображение с изменяющимся цветом при изменении угла наблюдения, нанесенное на подложку из нержавеющей стали в виде разноориентированных рельефных периодических структур с периодом 0,9-1,1 мкм и глубиной 20-50 нм, обладающее динамическими оптическими эффектами, проявляющимися при рассмотрении метки под разными углами. Эти свойства обеспечивают увеличение количества признаков идентификации защитной метки.The utility model relates to the field of marking and product identification and can be used to identify and decorate stainless steel products. The mark is an image with a color changing with a change in the viewing angle, deposited on a stainless steel substrate in the form of variously oriented relief periodic structures with a period of 0.9-1.1 microns and a depth of 20-50 nm, which has dynamic optical effects that appear when the mark is viewed at different angles. These properties provide an increase in the number of security label identification features.

Description

Полезная модель относится к области маркировки и идентификации продукции и может быть использована для идентификации, декорирования и в некоторых случаях удостоверения подлинности изделий из нержавеющей стали.The utility model relates to the field of marking and identification of products and can be used for identification, decoration and, in some cases, authentication of stainless steel products.

Из области техники известны технические решения схожего характера.Technical solutions of a similar nature are known in the art.

Известна защитная метка (патент РФ №2544144, МПК G02B 5/20, дата публикации 10.03.2015), которая состоит из многослойной пленки со скрытым поляризационными изображениями и отражающим слоем, при этом в слое со скрытым поляризационным изображением выполнены изотропные и анизотропные области, где слой со скрытым поляризационным изображением обладает способностью к фазовой поляризации и представляет собой четвертьволновую пластину. При рассмотрении метки под определенными углами через линейный поляризационный фильтр в зависимости от угла между плоскостью поляризации фильтра и плоскостью поляризации оптически анизотропных областей слоя записанные изображения будут белые (с максимальной яркостью), темные (с минимальной яркостью) или цветные (соответствующие цвету примененного красителя).Known security label (RF patent No. 2544144, IPC G02B 5/20, publication date 03/10/2015), which consists of a multilayer film with latent polarization images and a reflective layer, while in the layer with the latent polarization image made isotropic and anisotropic regions, where the latent polarizing image layer is phase polarized and is a quarter-wave plate. When viewing the mark at certain angles through a linear polarizing filter, depending on the angle between the filter polarization plane and the polarization plane of the optically anisotropic areas of the layer, the recorded images will be white (with maximum brightness), dark (with minimum brightness) or colored (corresponding to the color of the applied dye).

Недостатками такой метки является то, что в зависимости от вариантов исполнения возможно ее удаление и/или переклейка с одного изделия (документа) на другой, кроме того, такие пленочные метки сложны в изготовлении из-за наличия большого количества разнородных слоев.The disadvantages of such a label are that, depending on the versions, it can be removed and / or glued from one product (document) to another; in addition, such film labels are difficult to manufacture due to the presence of a large number of dissimilar layers.

Наиболее близкий аналог полезной модели представлен в заявке (патент РФ №103645, МПК G07D 7/00, дата публикации 20.04.2011). Защитная метка для идентификации подлинности объекта, которая представляет собой периодическую рельефную структуру с прямоугольным профилем и глубиной структурных элементов в диапазоне от 103 до 104 нм, с нанесенным металлическим отражающим покрытием. Для идентификации защитной метки предлагается устройство, которое содержит лазер, диафрагму и фотодетектор, расположенные в нулевом порядке дифракционной картины, полученной при отражении лазерного пучка от поверхности метки, и угломерное устройство для измерения углов падения лазерного пучка. Идентификация метки осуществляется путем анализа зависимости мощности отраженного от метки излучения в нулевом дифракционном порядке от угла падения.The closest analogue of the utility model is presented in the application (RF patent No. 103645, IPC G07D 7/00, publication date 04/20/2011). A security label for identifying the authenticity of an object, which is a periodic relief structure with a rectangular profile and a depth of structural elements in the range from 103 to 104 nm, with a metal reflective coating applied. For identification of a security mark, a device is proposed that contains a laser, a diaphragm and a photodetector located in the zero order of the diffraction pattern obtained by reflection of the laser beam from the surface of the mark, and a goniometer device for measuring the angles of incidence of the laser beam. The identification of the mark is carried out by analyzing the dependence of the power of the radiation reflected from the mark in the zero diffraction order on the angle of incidence.

Недостатками такой метки является то, что направление периодической структуры неизменно, что не позволяет обеспечить дополнительный признак защиты. К тому же в предложенном диапазоне периодов рельефа структур интенсивность дифракционной картины для видимого диапазона длин волн невысокая, а техническое решение в целом содержит дорогостоящие и сложные в настройке и применении элементы.The disadvantages of such a label are that the direction of the periodic structure is unchanged, which does not allow providing an additional security feature. In addition, in the proposed range of periods of the relief of structures, the intensity of the diffraction pattern for the visible range of wavelengths is low, and the technical solution as a whole contains elements that are expensive and difficult to adjust and use.

Задачей, положенной в основу настоящей полезной модели, является разработка идентификационной метки, устойчивой к внешним воздействиям, обладающей возможностью изменения цвета отдельных участков (сегментов) метки при изменении угла наблюдения, таким образом, обладающей эстетическими и декоративными эффектами.The task underlying the present utility model is the development of an identification tag, resistant to external influences, capable of changing the color of individual sections (segments) of the tag when changing the viewing angle, thus having aesthetic and decorative effects.

Поставленная задача решается достижением технического результата, заключающегося в увеличении количества признаков идентификации метки. Данный технический результат достигается тем, что защитная метка для идентификации металлических объектов, состоящая из периодической рельефной структуры на поверхности металла, отличается тем, что периодическая рельефная структура разделена на два или более разноориентированных сегмента и выполнена с периодом 0,9-1,1 мкм и глубиной 20-50 нм непосредственно на поверхности идентифицируемого металла.The task is solved by achieving a technical result, which consists in increasing the number of tags identification signs. This technical result is achieved in that a security mark for identifying metal objects, consisting of a periodic relief structure on the metal surface, differs in that the periodic relief structure is divided into two or more differently oriented segments and is made with a period of 0.9-1.1 μm and depth of 20-50 nm directly on the surface of the identified metal.

Структура устройства представляет собой метку, полученную в результате облучения лазером изделия из металла с применением технологии формирования и нанесения трехмерных кодов на поверхность конструкционных и функциональных материалов.The structure of the device is a mark obtained as a result of laser irradiation of a metal product using the technology of forming and applying three-dimensional codes on the surface of structural and functional materials.

Метка представляет собой изображение с изменяющимся цветом при изменении угла наблюдения, нанесенное на поверхность нержавеющей стали, состоящее из рельефных периодических структур различной ориентации, обладающая динамическими оптическими эффектами на отражение, проявляющимися при рассмотрении метки под разными углами. Динамические эффекты визуально проявляются при движении или переключении сегментов изображения с наиболее интенсивным отражением при изменении угла наблюдения и/или освещения.The mark is an image that changes color with a change in the viewing angle, applied to the surface of stainless steel, consisting of relief periodic structures of different orientations, which has dynamic optical effects on reflection, which appear when the mark is viewed from different angles. Dynamic effects are visually manifested when moving or switching image segments with the most intense reflection when changing the viewing angle and / or lighting.

Структура устройства представляет собой металлическую поверхность с нанесенными по заданному шаблону периодическими рельефными структурами с периодом 0,9-1,1 мкм и глубиной 20-50 нм, при чем каждый сегмент метки выполнен с различной ориентацией таких рельефных структур. Сущность предложенной полезной модели проиллюстрирована на фиг. 1, где представлено схематичное изображение простейшей динамической метки, состоящей из трех сегментов рельефной периодической структурой разной ориентации.The structure of the device is a metal surface with periodic relief structures applied in a predetermined pattern with a period of 0.9-1.1 μm and a depth of 20-50 nm, with each tag segment being made with a different orientation of such relief structures. The essence of the proposed utility model is illustrated in Fig. 1, which shows a schematic representation of the simplest dynamic mark, consisting of three segments with a relief periodic structure of different orientations.

Метка с динамическими эффектами работает следующим образом. При наблюдении и/или освещении записанных структур под разными углами естественным (неполяризованным) светом падающий свет раскладывается в спектр за счет эффекта дифракции на записанных структурах. Таким образом, при освещении в широком спектральном диапазоне (белым светом) определенным значениям угла наблюдения и/или освещения будет соответствовать определенный наблюдаемый цвет поверхности. Цвет определяется согласно уравнению дифракционной решетки:The dynamic effects label works as follows. When observing and / or illuminating the recorded structures at different angles with natural (unpolarized) light, the incident light is decomposed into a spectrum due to the diffraction effect on the recorded structures. Thus, under illumination in a wide spectral range (white light), certain values of the viewing angle and / or illumination will correspond to a certain observed surface color. The color is determined according to the grating equation:

mλ=Λ(sin α ⋅ sin Θ ± sin β),mλ = Λ (sin α ⋅ sin Θ ± sin β),

где m - порядок дифракции. Основной вклад вносить первый порядок дифракции m=1 а прочими порядками можно пренебречь.where m is the diffraction order. The main contribution is made by the first diffraction order m = 1, while other orders can be neglected.

λ - длина волны падающего света в видимом диапазоне 380-750 нм,λ is the wavelength of the incident light in the visible range of 380-750 nm,

Λ - период периодических структур,Λ is the period of periodic structures,

α - угол падения,α - angle of incidence,

Θ - ориентация периодических структур в плоскости ортогональной углу падения света,Θ - orientation of periodic structures in the plane orthogonal to the angle of incidence of light,

β - угол отражения (наблюдения)β - angle of reflection (observation)

Из уравнения можно сделать вывод, что при направлении структур перпендикулярно углу наблюдения происходит максимальное разложение белого света в спектр, соответствующее максимуму интенсивности отраженного света. Для периодических структур с периодом 1 мкм разложение света на спектр для первого порядка дифракции при угле падения 45° происходит под углами 0-20° для длин волн 380 и 750 нм соответственно, при этом наблюдатель, в зависимости от угла, видит все цвета, соответствующие видимому диапазону. При положении структур сонаправлено с осью наблюдения разложения света в спектр не происходит, таким образом наблюдается минимум интенсивности отраженного цвета (темные полосы). Фотография метки с динамическими эффектами представлена на фиг. 2, где изображена метка, освещаемая под разными углами.From the equation, it can be concluded that when the structures are directed perpendicular to the observation angle, the maximum decomposition of white light into a spectrum occurs, corresponding to the maximum intensity of the reflected light. For periodic structures with a period of 1 μm, the decomposition of light into a spectrum for the first order of diffraction at an angle of incidence of 45 ° occurs at angles of 0-20 ° for wavelengths of 380 and 750 nm, respectively, while the observer, depending on the angle, sees all colors corresponding to visible range. When the structures are positioned in the same direction with the observation axis, the decomposition of light into a spectrum does not occur, thus a minimum of the intensity of the reflected color is observed (dark stripes). A photograph of a tag with dynamic effects is shown in FIG. 2, which shows the mark illuminated from different angles.

Высокая устойчивость метки к внешним воздействиям определяется условиями ее нанесения. Метка наносится при помощи излучения волоконного иттербиевого лазера наносекундной длительности импульса с длиной волны 1,06 мкм при построчном сканировании лазерным пучком по поверхности стального изделия. При этом происходит нагревание поверхности до температуры выше температуры плавления. В результате падения лазерного излучения на границе между металлом и воздухом возникает поверхностный плазмон-поляритон, который начинает распространяться вдоль границы раздела в виде электромагнитной волны с высокой локализацией поля вблизи поверхности. Такое поле быстро затухает при удалении от поверхности как в направлении воздуха, так и вглубь металла, и в этом случае оптическое излучение оказывается зажато в достаточно тонком слое (порядка сотен нм для воздуха и порядка десятков м в случае металла). За счет эффекта интерференции падающего излучения с поверхностным плазмоном-поляритоном, возникающим на границе металл-воздух, происходит перераспределение расплавленного металла с последующим остыванием и затвердеванием поверхности. Таким образом, на поверхности формируются периодические структуры с периодом порядка длины волны излучения лазера. Ориентация этих структур связана с поляризацией падающего излучения, которая определяет направление распространения поверхностной электромагнитной волны. Для того чтобы записать структуры с заданной ориентацией в оптическую схему добавляют линейный поляризатор, угол поворота которого задает ориентацию поверхностно-периодических структур. Ориентация и период поверхностных периодических структур могут быть определены при помощи оптической микроскопии с пятидесятикратным увеличением в режиме на отражение, а также (более точно) средствами растровой электронной микроскопии. Фотографии периодических структур различной ориентации представлены на фиг. 3. Так как метка наносится непосредственно на поверхность изделия и с момента нанесения является неотъемлемой его частью, она обладает высокой устойчивостью к внешним механическим воздействиям.The high resistance of the tag to external influences is determined by the conditions of its application. The mark is applied using the radiation of a ytterbium fiber laser with a nanosecond pulse duration with a wavelength of 1.06 µm with line-by-line scanning with a laser beam over the surface of the steel product. In this case, the surface is heated to a temperature above the melting point. As a result of the incidence of laser radiation at the interface between the metal and air, a surface plasmon-polariton appears, which begins to propagate along the interface in the form of an electromagnetic wave with a high localization of the field near the surface. Such a field rapidly decays with distance from the surface both in the direction of air and deep into the metal, and in this case the optical radiation is trapped in a sufficiently thin layer (on the order of hundreds of nm for air and on the order of tens of meters in the case of metal). Due to the effect of interference of the incident radiation with the surface plasmon-polariton arising at the metal-air interface, a redistribution of the molten metal occurs, followed by cooling and solidification of the surface. Thus, periodic structures with a period of the order of the laser radiation wavelength are formed on the surface. The orientation of these structures is associated with the polarization of the incident radiation, which determines the direction of propagation of the surface electromagnetic wave. In order to record structures with a given orientation, a linear polarizer is added to the optical scheme, the rotation angle of which sets the orientation of the surface-periodic structures. The orientation and period of surface periodic structures can be determined by optical microscopy at 50x magnification in reflection mode, as well as (more accurately) by scanning electron microscopy. Photographs of periodic structures of different orientations are shown in FIG. 3. Since the mark is applied directly to the surface of the product and from the moment of application is an integral part of it, it is highly resistant to external mechanical influences.

Для получения оптического эффекта движения необходимо обеспечить плавное изменение ориентации поверхностных периодических структур относительно касательной к поверхности изделия, что достигается за счет поворота угла поляризации на угол не более одного градуса между соседними строками сканирования лазерного излучения (лазерными треками).To obtain the optical effect of movement, it is necessary to ensure a smooth change in the orientation of the surface periodic structures relative to the tangent to the surface of the product, which is achieved by rotating the polarization angle by an angle of no more than one degree between adjacent lines of scanning of laser radiation (laser tracks).

Описанные выше динамические эффекты позволяют повысить индивидуальность и узнаваемость идентификационной метки и обладают высокой привлекательностью для конечного потребителя продукции. Кроме того, полезная модель в некоторых случаях может использоваться для удостоверения подлинности изделия за счет регистрации ориентации поверхностных периодических структур относительно касательной к поверхности изделия в процессе нанесения, и их дальнейшей сверкой в процессе эксплуатации.The dynamic effects described above make it possible to increase the individuality and recognition of the identification mark and are highly attractive to the final consumer of the product. In addition, the utility model in some cases can be used to certify the authenticity of the product by registering the orientation of surface periodic structures relative to the tangent to the surface of the product during application, and their further verification during operation.

Таким образом, метка является неотъемлемой частью идентифицируемого изделия, обладает высокой механической устойчивостью к внешним воздействиям и может использоваться в качестве средства идентификации, декорирования, а в некоторых случаях и удостоверения подлинности продукции из нержавеющей стали.Thus, the tag is an integral part of the identifiable product, has a high mechanical resistance to external influences and can be used as a means of identification, decoration, and in some cases, authentication of stainless steel products.

Claims

A security label for the identification of metal objects, consisting of a periodic relief structure on the metal surface, characterized in that the periodic relief structure is divided into 2 or more differently oriented segments and is made with a period of 0.9-1.1 microns and a depth of 20-50 nm directly on the surface of the metal to be identified.