CN101184632B - 数据载体、生产数据载体的印刷机及数据载体的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含有基质(20)和基质上涂料(12)的数据载体，尤其是有价文件或者安全纸。通过激光辐射作用，在涂料(12)中引入图案、字母、数字或者图像形式的标识(14)。根据本发明，涂料(12)包括一层激光辐射吸收层(22)和一层印刷层(24)，印刷层位于吸收层上并且对激光辐射部分透射性。在部分透射性层(24)的印刻过程之中或者之后，模压(26)印刷基质。

Description

数据载体、生产数据载体的印刷机及数据载体的生产方法

技术领域

本发明涉及一种含有基质和基质上涂料的数据载体，特别是一种有价文件或者安全纸。通过激光辐射作用，在涂料中引入图案、字母、数字或者图像形式的标识。本发明还涉及一种生产方法以及生产这种数据载体的设备。

背景技术

有价文件，例如钞票、股票、债券、凭证、支票、入场票等，通常都有像序列号这样的独特标识。为了增强安全性，通常都会在有价文件上应用很多次标识。例如，会编码两次钞票，这样钞票每面上都有独特的可确认特征。此时，钞票两面的数字一般是一样的。

长期以来，就用激光雕刻方法在身份证上引入独特标识。在进行激光雕刻时，证件材料的光学性质会发生不可逆的改变，并产生想得到的标识。例如，在公开号为DE 30 48 733 A1的文献中披露了一种含有信息的身份证，其中一面堆叠有一些不同的彩色层区域，并且至少部分被视觉可见的个性化数据所中断。

中央银行和钞票设计者正提倡为了钞票的安全性而需要钞票上更多空间。这里，编码方式就像通过激光铭刻引入的独特标识，为了钞票上的可用空间与其他安全特征竞争。现有钞票系列的设计是为了保持实质上不改变，但问题随着发行频率的增加出现了。

传统编码方式要求背景为白色或者至少淡色，另外还要求不能进行凹版印刷，否则残余油墨会进入编码单位而影响其功能。由于印刷过程中通常会出现一些变化，因而需要留出相对较大的空间进行编码。

当用激光器编码时，如果其他印刷部件或者安全元件是不中断的，则必须在设计时特意留出一个空间进行编码。因为在激光标识的堆叠层顺序中，叠加的非吸收性套印通常也和吸墨层一样被移除。

发明内容

本发明的目的是提出一种数据载体，它能轻易地具有上述那种高防伪安全性的独特标识。尤其是，所述标识只在数据载体上占据很小的空间，并能轻松对现有设计或者印刷图像进行整合。

通过具有独立权利要求特征的数据载体及其生产方法，可以实现本发明的目的。在从属权利要求中，对本发明的具体实施例进行说明。

根据本发明，所述数据载体含有图案、字母、数字或者图像形式的视觉可见标识。生产这种数据载体的步骤：

a)选择预定的激光辐射光谱；

b)将激光辐射吸收层应用在数据载体的基质上；

c)将对激光辐射部分透射性的一层盖印在吸收层上；

d)在部分透射性层的应用过程中或之后模压基质；

e)将选定的激光辐射光谱产生的激光辐射对涂料进行撞击，至少在吸收层上产生视觉可见标识。

除了一定要有一个明确解释外，根据目前的理解可以这样认为：模压基质时的高压，使部分透射性的印刷油墨与基质之间形成了特别好的结合。这样在随后的标刻步骤e)中，可以不破坏部分透射的印刷层而移除吸收层。

因为独特标识很普遍而且有用，所以只有在生产数据载体的各种印刷过程的最后阶段才能引入。同时，由于部分透射层仍然位于标识上面，所以从外表上看起来好像在生产线开始阶段的加工步骤中，就已经引入标识了。这不仅使设计很容易给人一种在整体上有视觉吸引力的印象，还形成了高防伪安全性，因为这种独特标识不能在随后加工的印刷层再进行生产。

在一个优选的方法具体实施例中，在步骤c)中通过凹版印刷形成所述部分透射性层，并且在印刷过程中模压基质。根据另一个同样的优选具体实施例中，处理完吸收层和部分透射性层后，基质已被隐秘地浮饰。另一个优选的模压已印刷基质的方法，是处理完吸收层和部分透射性层后的砑光步骤。

在所有方法的具体实施例中，都是在步骤c)中以精细图案方式形成所述部分透射性层，尤其是连接环、缩微文本和图形元件等。

在步骤b)中优选地印刷吸收层，最优选是进行丝网印刷，例如用具有金属效果的油墨，如银色或者金色油墨。另外，在步骤b)中还可以把有涂层或者无涂层的金属薄片用作吸收层。例如，可以用即使在选定激光波长下也无吸收性而且还含有一层薄金属层如气相沉积铝层的彩色金属薄片作为有涂层的金属薄片。在所有具体实施例中，在步骤b)将吸收层形成一个连续区域特别有用。

根据本发明的一个优选具体实施例，也能通过各种不同的印刷方法或者印刷参数将步骤b)中的吸收层应用在子区域内。这样在步骤e)中，子区域在激光辐射发出激光撞击的作用下会受到不同的影响。例如可以对吸收层上第一个子区域进行凹版印刷，而对第二个子区域采用尼龙印刷方法。在步骤e)的标刻过程中，第二个子区域与其下面的吸收层一起被移除，此时第一个子区域由于正进行模压而保持不动。

如上所述，步骤e)中的激光器参数是选定的，这样部分透射性层在激光撞击作用下完全保持不动。然而，也可以改变步骤e)激光撞击过程中的激光器参数，从而部分维持和部分移除部分透射层。

此外，可以在步骤e)激光撞击时选择合适的激光器参数使压纹保持不动，尤其当没有控制油墨时。这样，就可以更进一步增强集合元件的安全性。另外，也可以在步骤e)激光撞击过程中改变激光器参数，使涂料上的压纹部分保持不动，而部分被移除。

步骤e)中激光辐射引起的激光撞击优选地从基质正面开始作用，也可以从有吸收层和部分透射层的基质侧边开始。然而，还可以从基质后面开始激光撞击。这种情况下，优选的是基质对激光波长的吸收性尽可能低。

吸收层和至少部分透射性层可以彼此完全或者部分重叠。此外，可以在激光辐射引起的激光撞击前和/或后应用保护层。

步骤a)中选择激光辐射光谱，通常是选择一个合适的激光波长。作为步骤e)中的激光标刻源，优选地使用波长范围为0.8μm至3μm之间的红外线激光器，尤其是Nd:YAG激光器。一般为了形成激光撞击，激光束以1m/s以上的速度穿过基质，这样可以满足防伪印刷的高处理速度。激光束的优选速度为4m/s以上，最优选速度为10m/s以上。

本发明还包括上面提到的那种数据载体，其涂料包括一层激光辐射吸收层和一层印刷层，这种印刷层位于吸收层上并且对激光辐射部分透射性。在部分透射性层的撞击过程中或者撞击之后，模压印刷基质。

在一个优选的具体实施例中，部分透射性层是由一层凹版印刷层形成的。在另一个同样的优选具体实施例中，部分透射性层包括一种油墨混合物，这种油墨混合物含有一种激光辐射吸收性混合组分和一种激光辐射透射性混合组分。

下面详述了在激光辐射作用下，吸收性混合组分的反射特性会改变，例如减弱或者消失，或者通过化学反应转变成具有其他光学特性的材料。在激光辐射作用下，这种吸收性混合组分也可能不会发生仅肉眼能察觉的变化。优选的油墨混合物应该含有光干涉变色颜料，尤其是能作为激光辐射透射性混合组分的光干涉变色液晶颜料或者透射凹版墨，以及能作为吸收性混合组分的光变干涉层颜料。光学特性能发生不可逆改变的其他油墨组分，如凹版墨、有金属效果的油墨或者金属颜料、发光油墨或者夜光颜料、有光泽颜料或者热敏油墨，可以作为吸收性混合组分。

在步骤e)中标刻时，吸收性混合组分的光学特性也可能不发生改变。但油墨混合物含有一种与吸收性混合组分共同合作的油墨组分，这种油墨混合物的光学特性会间接地发生不可逆改变，即通过吸收性混合组分吸收激光辐射，尤其是由此而导致的涂料局部温度升高。

特别是本身无吸收性的油墨组分，如某些凹版墨、发光油墨或者夜光颜料、有光泽颜料或者热敏油墨，可以作为这种共同合作的油墨组分。作为吸收性混合组分，油墨混合物包含如煤烟、石墨、二氧化钛或者红外吸收体。

部分透射性层优选地以精细图案方式形成，尤其是连接环、缩微文本和图形元件等。

相反，吸收层优选地形成一个连续区域，尤其是可以通过印刷层形成，例如丝网印刷层、有涂层或者无涂层的金属薄片。在本发明另一个具体实施例中，吸收层包括一种油墨混合物，这种油墨混合物含有上述那样的激光辐射吸收性混合组分和激光辐射透射性混合组分。

根据一个优选的具体实施例，涂料有光变特性，还包括一层或者多层在激光撞击前或者后应用的保护层。在所有具体实施例中，吸收层和部分透射性层彼此是完全或者部分重叠。

在吸收层下，涂料还可以包括另一个层，这层对激光辐射为部分透射性并且在步骤e)标刻时是暴露的。在含有标识的区域内，这层可以包括例如一些视觉可见特征，而且这种特征只有在某些观察条件下才看得出，如紫外照射和/或有机读特征。

纸基质例如绵纸，或者塑料基质例如PET或者PP箔，可以用作数据载体的基质。优选的是，数据载体由安全元件、钞票、有价文件、护照、身份证、证书或者另一种有保护手段的产品构成。

本发明还涉及一种印刷机，它有一套能执行上述方法的激光系统。这里，激光系统位于印刷机的压印滚筒装置之上，通过激光辐射对压印滚筒上的数据载体进行撞击从而标刻。优选的是，激光系统的设计考虑到了印刷机在印刷过程中的振动。例如，在含支架的激光系统设计中，激光系统被设计成能在印刷机振动时完成任务，这种振动是印刷机在工作时而不是被摇动引起的。

激光系统优选地包括至少一个标刻激光器，所述标刻激光器含有一个水平放置的激光谐振腔，它通过束管与扫描器相连从而使激光束发生偏转。在优选的具体实施例中，激光系统包括一个以上的激光打标机，例如2、4或者6个。

优选的是，激光系统在一个或者多个工作位置和服务位置之间是垂直移动的。在工作位置所述激光系统对数据载体进行激光撞击，而在服务位置印刷机的压印滚筒和下游输墨装置是能通到的。

另外，激光系统优选地含有一个屏蔽激光辐射的防护室，位于压印滚筒装置的正上方，被设计成用来排出标刻时产生的气体和灰尘。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式和有益效果作进一步详细的说明。为了清楚起见，在附图中省略了对刻度和比例的描述。其中，

图1是根据本发明示例性实施方案的含有标识的钞票的示意图；

图2是图1中的钞票沿着标识区域中II-II线的横截面图；

图3是根据本发明另一个具体实施例的钞票上标识的主视图；

图4是根据本发明另一个具体实施例的钞票上标识的主视图；

图5是图4中的钞票沿着标识区域中V-V线的横截面图；

图6和7是根据本发明另一个具体实施例的有价文件的主视图和横截面图；

图8至10是根据本发明其他具体实施例的钞票的横截面图；

图11是标刻数据载体的矢量激光编码机的示意图；

图12是铭刻安全薄片的矢量激光编码机的示意图；

图13是配有根据本发明用于标刻钞票等的激光系统的印刷机的示意图；

图14是图13中激光系统的横截面图。

具体实施方式

首先，结合图1和2以钞票为例阐述本发明的基本原则。图1是钞票10的示意图，其正面有涂料12。在红外线激光束作用下引入标识14，在本具体实施例中为字符串″1234″。图2是钞票10沿着图1中标识14所处区域的II-II线的横截面图。

同时观察图1和2可以发现，钞票10的纸基质20上的涂料12有两个亚层：第一个亚层22可以吸收用于标刻的红外线激光器发出的激光辐射，而第二个亚层24对这种激光辐射是可透射的。

激光撞击时，基质正面的激光辐射会穿透可透射的第二个亚层24，并在有吸收性的第一个亚层22形成标识14。这里，根据所用材料的不同，吸收性层22会在反射或者吸收特性方面发生改变，例如在局部上有所减弱或者消失，或者通过化学反应转变成具有其他光学特性的材料。

这里，可透射的第二个亚层24也在标识14区域中保持不动。根据本发明，在将层24印刷在吸收层22上的印刷过程中或者印刷之后模压基质20。

根据目前的理解，由于模压基质时的压力，印刷层24与基质20之间的结合特别稳定。这样，可以不破坏透射层24而在吸收层22中引入标识。

在图1和2的具体实施例中，可以在高压下例如50,000kPa用凹版印刷术印刷透射层24以实现基质的模压。与其他普通印刷技术相比，这种凹版印刷术允许有相对较厚的油墨涂料。较厚的油墨层24是和纸表面的部分变形26一起，在将纸压入印刷基版的凹陷处产生的，这种操作对于外行也很容易而且切实可行。因而，将触感作为鉴定特征很容易察觉出真伪。

图3描述了一个更复杂的具体实施例，是根据本发明的钞票30的主视图。下面对用例如波长为1.064μm的Nd:YAG激光标刻钞票30进行了详细描述。

生产钞票30时，首先用丝网印刷法将有银色效果的油墨层32以硬币的形式，连续地印在钞票基质上。这里，所述银色效果油墨层32构成了选定红外线激光辐射的吸收层。随后，在凹版印刷基版的银色效果油墨层上隐秘地浮饰人像34，并且用凹版印刷术印上连接环状的边缘图案36，人像34只在图3中进行了示意性描述。

从钞票30的印刷边开始对标识区域进行激光标刻，在标刻时可以在银色效果层32上产生想得到的标识38，例如序列号或者另一个独特标识。在本具体实施例中，将标识38描述为字符串“12345”。由于有银色效果的油墨32具有高吸收性，所以它在激光标识区域38中被完全移除。这样，标识在反射光尤其是透射光产生的高对比度下显得很突出。

另外，位于银色效果层32上并且对激光辐射透射的边缘图案36的凹版印刷油墨在激光撞击下不会受到破坏，是因为在高压下这种印刷油墨与纸之间结合得很好。这在区域38仍然是可察觉到的。印刷图像中的独特标识38是这样产生的，尽管它在各种钞票印刷步骤的最后阶段才被引入，但看起来好像在早期的加工步骤就已经被引入了。这样，防伪安全性大大增加，因为需要付出很大努力才能复制。不仅如此，由于部分被印刷层36遮盖，所以不能用白色或者淡色油墨印刷标识38。

图4和图5描述了本发明另一个具体实施例。图4是根据本发明的钞票其中一部分的主视图，图5是沿着图4标识区域中V-V线的横截面图。

在这个具体实施例中，首先将彩色线形印记42应用在钞票的纸基质40上，印记对用于标刻的激光辐射是可透射的。可以用例如尼龙印刷方法形成这个印记。在能吸收选定激光波长的有效果的油墨层44上对印记42进行套印。然后，用对激光辐射透射的凹版印刷油墨46在已印好的基质上印刷，同时模压基质。

在随后的标刻步骤中，用以前选定的波长例如1.064μm导致的激光辐射从印刷边开始作用，按层顺序进行撞击从而引入想得到的标识48，所述标识在本具体实施例中为字符串“1234”。在激光辐射作用下，有吸收效果的油墨层44被部分移除。这样，由于它的可透射性，下面的印记42没有受到激光辐射的影响而变得可见。同样，凹版印刷油墨46对激光辐射也是透射的，而且在压力作用下与纸之间粘附得很好，所以在激光标刻区域48也保持不动。结果，形成了如图4所示的图像。

在其他具体实施例中，也可以用例如彩虹印刷方法得到印记42。这样，在标识区域可以看到色彩过渡。印记也包括肉眼可见的特征，以及只在特定照明条件例如紫外线照射才受激发或者可见的特征。印记还可以具有其他特征，尤其是机读特征。

在图2和5中描述的具体实施例的吸收层22和44上，也可以用类似方法进行彩虹印刷，使用对选定激光波长有不同吸收行为的两种油墨。在标刻步骤中，两种油墨的表现不同。这两种油墨在可见光范围内颜色一样，仅在对激光波长的红外线吸收方面有所差异。

根据本发明另一个具体实施例，钢版雕刻时人眼看不见的彩边，可以引起对红外线激光波长不同的吸收行为。这种彩边可以用于部分透射性层24或者46。这样在对红外线具有高吸收性的子区域中，部分透射性层会被移除，而在低吸收性的子区域内则保持不动。

图6和7描述了本发明另一个具体实施例，其中，透射层被一层仅部分有透射性并且部分吸收激光辐射的层所代替。这里，图6是主视图，图7是根据本发明的有价文件的横截面图。为了简便起见，在以后的图中不再描述图2和5所示的凹版印刷形成的压纹，即便使用了凹版印刷术。

首先，将激光辐射吸收层52例如连续的银色丝网印刷层，应用在基质50上例如钞票或者有价文件。吸收层52含有精细线条图案，其上印有对激光辐射部分透射的标识层54。取决于层52和精细线条图案54的色彩设计，或多或少能仅凭肉眼能在重叠区清楚地辨认出后者。标识层54是由含有两种混合组分56和58的油墨混合物形成，其中对红外线激光透射的混合组分56用于标刻，而另一个混合组分58吸收激光辐射。其中，油墨混合物由对激光辐射透射的浅底色56和吸收性煤灰颗粒物58组成。

在区域60中，选择合适的激光器参数，用标刻激光照射标识层54，使吸收性混合组分58在激光辐射作用下被移除、改变或者失活。这里，根据所用材料的不同，吸收性混合组分的反射特性会例如减弱、消失或者改变，或者通过化学反应转变成具有其他光学特性的材料。在照射下，油墨混合物的光学特性在区域60中会发生不可逆的改变。这里，可能使用的效果包括颜色的改变、变更、减淡、油墨混合物斜面颜色的改变，或者标识层54的偏振和发光特性局部上的改变。在本具体实施例中，煤灰颗粒58受到激光辐射的撞击而从油墨混合物中被移除。这样，在被照射区域60中只剩下淡色油墨56，如图6中主视图所示。

除了标识层54自身的变化，激光辐射会穿透区域60中的部分透射层54，吸收层52中同样会产生如上所述的视觉可见变化。标识60在本具体实施例中为字符串“12”，被标刻在两个层52和54上。通过标识层54形成的线形图案是在单个工作步骤中印刷完成的，所以标识60内外的淡色和深色图案部分彼此间印刷得很好。这样，通过传统方法就不能重复了。

图8所示的是根据本发明另一个具体实施例的横截面图。基质70上印有吸收性标识层72，这种吸收性标识层是由上述那种由两种混合组分74和76组成的油墨混合物形成的。所述标识层上印有激光辐射透射层78，可以用上述凹版印刷术进行印刷。模压已印好的基质，也可以在处理完无浮饰印刷层78后的砑光步骤中进行。

随后，在区域80印刷基质上的激光撞击作用下，吸收性混合组分76从标识层72中被移除，改变或者失活，从而将标识引入涂料。这里，由于油墨和纸之间粘结得很好，所以透射层78保持不动，在受到激光作用区域80内也是如此。

图9是根据本发明另一个具体实施例的钞票90。在这个具体实施例中，吸收层92由彩色金属薄片94形成，金属薄片上气相沉积有一层薄的铝层96。激光辐射透射层98印在有涂层的金属薄片上，在印刷过程中或者之后模压基质。用红外线激光辐射在预设区域100内标记钞票，铝层96局部被蒸发或者转变成透射性。这里，透射层98也保持不动。

在图10所示的具体实施例中，吸收层110和部分透射层120都是通过如上述那种由两种混合组分组成的油墨混合物形成的，这两种混合组分分别包括激光辐射透射性混合组分112或者122和吸收性混合组分114或者124。处理完两个层110和120后，对基质进行砑光和模压处理。

经过激光辐射后，标识区域116中两个层的吸收性混合组分114和124被移除、改变或者失活。受到激光辐射发出的撞击后，标识区域会显示出一种混合颜色，这种混合颜色在高对比度下与周围颜色相比显得很突出。

图11是矢量激光编码机的扫描器200对基质202进行标刻的示意图。其中，基质上含有序列号204或者另一个独特标识。基质202可以是已经被完全切割的有价文件、一张含有很多纸币的有价文件或者连续格式的安全纸。

红外线激光束220是由后视镜和输出镜之间的激光谐振腔222产生的，而且可以通过波型隔膜224调整成所谓的模式，即将激光束限定到某个直径和在某些空间分布范围内的振动状态。输出光束226穿过光束扩展望远镜228，作为扩展光束206经过扫描器200的入口孔径212，经由两个活动反射镜208后发生偏离。其中一个活动反射镜产生x方向的偏离，而另一个产生y方向的偏离。平扫描场透镜210将激光束206集中在基质202上，在受激光撞击的涂料上用上述方法形成标识。

光束扩展望远镜228是用来保证光束良好的可聚焦性。扩展越大，光路末段的平扫描场透镜210的光束可聚焦性越好。然而，还必须使用更大的扫描器反射镜208，它惯性更大而且使光束偏转得更慢。优选的光束扩展是使线偏振光束平行的束腰位于平扫描场透镜210的平面上，从而使光束具有良好的可聚焦性。

另一个选择是使束腰位于扫描器200的入口孔径212，以避免波束图型边缘的损失，从而使基质202上的光束强度更高。

所用平扫描场透镜的焦距一般在100和420mm之间，优选焦距是大约160mm。标刻过程中，基质202以速度v移动。传感器探测到这个速度并传输给电脑后控制反射镜208的运动，以抵消标刻时基质的速度v。因而，这种标刻方法尤其适用于对有价文件进行高速无接触标刻，就像平常在印刷店一样。

基质202的标识区一般如一张钞票一样大小。例如，当平扫描场透镜210的焦距为163mm时，可以用轴长分别为大约190mm和大约140mm的椭圆形构成标识区。

根据所用基质的不同，二氧化碳激光器、Nd:YAG激光器或者波长范围在紫外线和远红外线之间的其他类型激光器，都可以作为辐射源。激光器也可以优选地经常在二倍频或者三倍频下工作。然而，可以优选地使用近红外线尤其是基本波长为1064nm的Nd:YAG激光器作为激光源，因为其波长范围与所用基质和印刷油墨的吸收特性匹配得很好。根据不同的应用情况，例如平扫描场透镜210和基质202之间距离的变化，激光辐射的光斑大小可以在几微米到几毫米之间变化。光斑大小通常都是100μm。

通过改变平扫描场透镜210和基质202之间的距离，或者调整扫描器200前的光束扩展228，可以系统地改变光斑大小，从而在高能量密度下形成精细标识，在低能量密度下形成宽大标识，尤其对于精细标识来说，可以调整光束扩展228使束腰位于平扫描场透镜210的平面上。这样如果合适的话，可以用波型隔膜224减小光束直径以防止波束图型的边缘遮住入口孔径的边缘。如果这样，光束的总能量会减少。能量密度和总能量可以各自依次影响标识的类型和外观。

扫描器200可以直接粘附到激光器上，也可以通过光波导或者光束偏转将激光引导到扫描器上。目前优选的是光束偏转，因为这样损失的能量和光束质量很小。

所用激光打标机的连续输出功率一般在几瓦和几百瓦之间。Nd:YAG激光器能用激光二极管实现较小结构尺寸和高质量光束条件下较低的总输出功率，也能用泵灯实现高输出功率。为了不降低有价文件工业生产线的速度，可以优选地用移动迅速的检流计完成标识。这种检流计可以引导光束以1m/s以上的速度，优选是4m/s以上的速度穿过基质。10m/s以上为最优选速度，尤其适合不需要很大总能量的效果。在这种速度下，在基质或者涂层的每部分上只需消耗很少能量，这样可以优选地使用输出功率约100瓦的泵灯式Nd:YAG激光器。

通常标刻的参数和设置如下：波型隔膜的口子为1至5mm，优选为2mm；光束扩展倍数为3x和9x之间，优选为4.5x；调整光束扩展望远镜的焦距，在扫描器的入口孔径处实现最大功率吞吐量；扫描器的光束孔径被设计为7和15mm之间，优选为约10mm；平扫描场透镜的焦距在100和420mm之间，优选为约163mm；在透镜和基质之间选择一个焦点距离，使与焦距相符的光束距离更短从而产生去聚焦；脉冲频率在20kHz和连续波运行之间。

通过改变标刻参数，例如激光器输出功率、曝光时间、光斑大小、标刻速度和激光器工作模式等，标刻结果会在很大范围内改变。例如，可以用激光器产生那个线形标识，如铭文或者同一区域中含有线形图案的标识。

为了产生线形标识，例如铭文，应将激光器输出功率值设定在50和100w之间，优选为约80w，将激光束的穿透速度控制在2至10m/s之间，优选为约7m/s。

为了产生同一区域中的标识，应将激光器功率设在50至100w之间，优选为约95w，将激光束的穿透速度控制在5至30m/s之间，优选为约20m/s。表面图案中各线条的直线距离应在50至380μm之间，优选为180至250μm之间。

这样，就可以用激光器形成线形标识，如铭文或者同一区域中含有线条图案的标识。后者的线距离在50至380μm之间，优选为180至250μm之间。除了在正面，还可以在印刷面上用从基质后面发射的激光显示基质202中的激光撞击。这样，基质202优选地对激光波长的吸收越低越好。

在产生不同效果的激光标刻过程中，也可以改变激光器参数。例如，可以改变脉冲激光标刻时的脉冲序列频率，使某些区域中的部分透射层被移除。

钞票或者其他价值载体通常都印在薄板上，但也可以印在卷筒纸上。一般而言，在薄板上印刷可以实现更小的印刷变化，即+/-1.5mm。每个单独纸币，下面也被称作ups，相邻成行放置而且每列上下排列。优选的激光标刻装置是彼此连接，这样与每卷纸币对应，如图12所示。

图12中的激光打标机230含有很多激光器，薄板232同时具有激光标刻区和激光修正区。在所示具体实施例中，薄板232含有6列和6行，钞票上36个单独纸币234或者其他数据载体都位于这张薄板上，薄板朝箭头方向移。对于每列来说，激光管236都位于印刷薄板232上方，它们和相连的扫描器238一起对那列上的单独纸币234进行激光标刻或者修正。这种排列方式可以在很大程度上提高生产能力，因为单一激光束不需要在整个印刷薄板上移动，而仅仅只需在印刷薄板的列分界线上移动一下。通过扫描器238中的反射镜发生偏转的激光辐射，如图11所示，对单个ups进行撞击。

通常，单张纸印刷机的速度是每小时10,000张。根据具体实施例的不同，相应卷筒纸速度为2m/s至33m/s。在印刷其他卷筒状材料时，也可以达到卷筒纸的这些速度。由于激光标刻过程要适应印铁线的典型条件，所以必须能在以选用速度移动的基质上打上标识。如果可以的话，印刷图像的检测也必须以这种速度完成。

图13是印刷机250的示意图，它含有用于标刻钞票等的激光系统270。激光系统270本身在图14中有更详细的描述，为横截面图。

印刷机250配备有流水式给纸装置252、印刷塔254、压印滚筒258、输墨装置260和进纸匣262，其中印刷塔配备有用于垫纸的停转鼓256。压印滚筒258其中一部分可垫两张纸(图13中黑色部分)，另一部分中断垫纸(图13中白色部分)。

在流水式给纸装置252中，可以放有已印好的纸张、刚刚才被激光标刻过的纸张和现在通过印刷机250而只引入标识的纸张。然而，由于激光系统270的创造性设计，现在也可以在印刷机250中对纸张进行印刷和激光标刻了。和激光标刻一起进行的印刷过程，尤其可以对已印好的钞票纸张进行编码，或者是普通的印刷步骤，例如凹版印刷印记。

发明人现在发现，最适合激光标刻的位置是压印滚筒258。在流水式给纸装置252中，纸张是堆叠的。这样，每张纸都可以被相邻的下一张纸引导。在进纸匣262中，纸张是“自由摆动”，即只在它们叠成一堆时才在固定的叼口被引导。

此外，滚筒形组件压印滚筒258的优势是，其跨度在尺寸上适用于两张纸而且曲率最小。曲率越小，需要进行抵消的变形就越小，由于平扫描场透镜210(图11)与印刷纸张之间距离的改变而引起光束直径的变化也就越小。

激光系统270的构造中最大的优势在于，给纸装置252和带有纸张引导的压印滚筒258、以及下游的输墨装置260保持着接触。这样，用印刷机250也可以进行传统编码，尤其是还可以同时进行激光标刻。基于这个原因，将激光系统270放在给纸装置252上方的安排就显得不如之前那么好。根据本发明，每个激光器的谐振腔222和扫描器200在空间上都是分开的，因为对于冷却水的控制流，激光谐振腔222不能倾斜而必须水平放置。

原则上，可以用反射镜或者光波导将激光束从谐振腔222引导到扫描器200。然而，光波导的缺点是会使光束质量恶化而且造成功率损失。此外，参数范围是有限的，因为脉冲太强会破坏光波导，如光量开关脉冲激光器发出的脉冲。因而，图14最清楚地显示在根据本发明的激光系统270中，使用了位于束管274拐角处的反射镜272。图14的横截面只描述了一个激光器，但可以理解，多个激光器，例如6个，是连续放置在一起的，如图12所示。

激光系统270的架子由增固架276组成，增固架的设计与产生振动的有限元分析一致。这里，目标是激光系统被设计成能在印刷机250振动时完成任务，这种振动不是被摇动引起的，而且在同时进行的印刷过程中是不可避免的。增固架276位于输墨装置260的外罩上，而且旋臂方向激光点的冷却水管道被粘附在吊架的螺纹上用来运输印刷机250，这样可以提供很大的承载能力。

增固架276有两部分，内骨架悬挂在外框架里。借助附在外面的气压弹簧(没有显示出来)，外框架可以在多个固定位置和顶部位置之间快速地来回移动。为了实现这个，可以使用例如一个遮盖曲柄和一个索缆绞车。固定位置与平扫描场透镜210各种可能的焦距和焦点距离相对应。

内骨架在高度和角度方面可以进行细微调整，例如借助于曲柄，从而精确地校准平扫描场透镜210的高度和辐射206的方向。高度位置可以用刻度指出，因而可以精确地重现。由于有固定位置，所以如果激光器被上下移动，例如在输墨装置260上工作，也不会丢失校准的位置。

位于板278上的谐振腔222可以和束管274一起移动，将铭刻单元与ups的列排列对齐。防护室280位于压印滚筒258上方，可以屏蔽激光辐射并通过管道排出产生的气体和灰尘，所述管道在图中没有描述。这里，防护室280是嵌入的，所以对于标准的焦点距离而言，即使在不同的固定位置，它的位置也不会改变；只有在输墨装置260的工作位置才向上移动。分别在朝着压印滚筒258和扫描器200的方向，用对激光不透射的刷子以及波纹管282关闭防护室280。

通过可以探测基板或者印刷过程的传感器以及速度测量结果，可以控制激光标刻。基板边缘的传感器是一个高度精确、快速的漫反射传感器。

压印滚筒的速度被一个探磁针经周期磁带降下来，所述磁带位于压印滚筒258内层。在压印滚筒的部分跨度上，没有基板停止转动。扫描分辨率为25μm。关于恒定速度的假设是不可能的，因为印刷机250各种同时进行的过程通常都是通过中央发动机驱动，因而基板运动是呈周期性变化的。

漫反射传感器的信号被传送到一个“触发器盒”中，它控制着激光器。由磁带测量的激光标刻起动距离和随后产生标识的距离，每个都可以通过编程相互独立地输入电脑程序中。

可以定义一个阻断距离或者通过磁带确定一个基板位置，来阻断漫反射传感器的其他信号。这里，起动信号仅允许在磁带的一个末端(即基板末端)之后，而且只有再到达磁带的末端才能阻断一个启动信号。

Claims (40)

1.一种数据载体的生产方法，这种数据载体含有图案、字母、数字或图像形式的视觉可见标识，生产这种数据载体的步骤包括：

a)选择预定的激光辐射光谱；

b)将激光辐射吸收层应用在数据载体的基质上；

c)将对激光辐射部分透射性的一层印刷在吸收层上；

d)在将部分透射性层印刷在吸收层上的印刷过程中或印刷之后模压基质；

e)将选定的激光辐射光谱产生的激光辐射对涂料进行撞击，其中，涂料包括吸收层和部分透射性层，撞击后至少在吸收层上产生视觉可见标识；

所述模压基质采用凹版印刷的压力，在模压基质时，部分透射性层与基质结合；

其中，通过“步骤c)中通过凹版印刷形成所述部分透射性层，并且在印刷过程中模压所述基质”或“处理完所述吸收层和部分透射性层后，所述基质被隐秘地浮饰”而在涂料上产生压纹。

2.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在步骤c)中以精细图案方式形成所述部分透射性层。

3.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在步骤b)中通过印刷形成所述吸收层。

4.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在步骤b)中把有涂层或无涂层的金属薄片用作吸收层。

5.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在步骤b)所述吸收层形成了一个连续区域。

6.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，通过各种不同的印刷方法或印刷参数将步骤b)中的所述吸收层应用在子区域内，使子区域在步骤e)中激光撞击作用下受到不同的影响。

7.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤e)中的激光器参数是选定的，这样部分透射性层在激光撞击作用下完全保持不动。

8.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在步骤e)所述激光撞击过程中激光器参数是变化的，从而使所述部分透射层部分保持不动而部分被移除。

9.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤e)所述激光撞击时的激光器参数是选定的，从而使涂料上的压纹保持不动。

10.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在步骤e)所述激光撞击过程中激光器参数是变化的，从而使涂料上的压纹部分保持不动而部分被移除。

11.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述基质具有基质正面和基质反面，其中，所述基质正面应用有印刷层，步骤e)中所述激光辐射引起的激光撞击从所述基质正面开始。

12.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述基质具有基质正面和基质反面，其中，所述基质正面应用有印刷层，步骤e)中所述激光辐射引起的激光撞击从所述基质反面开始。

13.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述吸收层和至少部分透射性层彼此完全或者部分重叠。

14.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，在所述激光辐射引起的激光撞击前和/或后应用保护层。

15.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，波长范围为0.8μm至3μm之间的红外线激光器是步骤e)中用于对涂料进行撞击从而标刻的激光源。

16.如权利要求1所述的生产方法，其特征在于，激光束以1m/s以上的速度穿过基质以形成步骤e)中的激光撞击。

17.一种利用权利要求1所述的生产方法生产的数据载体，这种数据载体含有基质和基质上的涂料，并通过激光辐射在涂料中引入图案、字母、数字或者图像形式的标识，其特征在于，所述涂料包括一层激光辐射吸收层和一层印刷层，所述印刷层位于所述吸收层上并且对激光辐射部分透射性。

18.如权利要求17所述的数据载体，其特征在于，所述部分透射性层是由凹版印刷层形成。

19.如权利要求17所述的数据载体，其特征在于，所述部分透射性层包含一种油墨混合物，所述油墨混合物含有一种激光辐射吸收性混合组分和一种激光辐射透射性混合组分。

20.如权利要求17所述的数据载体，其特征在于，所述数据载体在标识区上有隐秘的浮饰。

21.如权利要求17所述的数据载体，其特征在于，所述部分透射性层在所述标识区没有受到破坏。

22.如权利要求17所述的数据载体，其特征在于，所述部分透射性层以精细图案方式形成。

23.如权利要求17所述的数据载体，其特征在于，所述吸收层是由印刷层形成的。

24.如权利要求17所述的数据载体，其特征在于，所述吸收层是由有涂层或无涂层的金属薄片形成的。

25.如权利要求24所述的数据载体，其特征在于，所述吸收层是由有金属箔涂料的彩色金属薄片形成的。

26.如权利要求17所述的数据载体，其特征在于，所述吸收层形成了一个连续区域。

27.如权利要求17所述的数据载体，其特征在于，所述吸收层包含一种油墨混合物，所述油墨混合物含有一种激光辐射吸收性混合组分和一种激光辐射透射性混合组分。

28.如权利要求17所述的数据载体，其特征在于，所述涂料具有光变特性。

29.如权利要求17所述的数据载体，其特征在于，所述涂料包括一层或多层保护层。

30.如权利要求17所述的数据载体，其特征在于，所述吸收层和部分透射性层彼此完全或部分重叠。

31.如权利要求17所述的数据载体，其特征在于，所述涂料还包括位于吸收层下方的、对激光辐射部分透射性的另一部分透射性层。

32.如权利要求31所述的数据载体，其特征在于，所述另一部分透射性层在标识区上包括在紫外照射条件下才能看出的视觉可见特征，和/或机读特征。

33.如权利要求17所述的数据载体，其特征在于，所述数据载体的基质是绵纸或者塑料薄片。

34.如权利要求17所述的数据载体，其特征在于，所述数据载体是安全元件、钞票、有价文件、护照、身份证、证书或者另一种有保护手段的产品。

35.如权利要求17至34中任意一项所述的数据载体是用于保护任何一种防伪产品。

36.一种生产数据载体的印刷机，这种数据载体含有图案、字母、数字或图像形式的视觉可见标识，

-所述印刷机具有一个激光系统用于执行如权利要求1至16中任意一项所述的生产方法，

-所述激光系统位于所述印刷机的压印滚筒装置之上，通过激光辐射对压印滚筒上的数据载体进行撞击从而标刻，

-所述印刷机还包括：

--用于在数据载体的基质上应用激光辐射吸收层的装置；以及

--用于在所述吸收层上印刷对所述激光辐射部分透射性的一层的装置；以及

--用于在对部分透射性层印刷过程中或之后模压所述基质的装置。

37.如权利要求36所述的印刷机，其特征在于，所述激光系统的设计考虑到了所述印刷机在印刷过程中的振动。

38.如权利要求36或37所述的印刷机，其特征在于，所述激光系统包括至少一个标刻激光器，所述标刻激光器含有一个水平放置的激光谐振腔，所述激光谐振腔通过束管与扫描器相连从而使激光束发生偏转。

39.如权利要求36所述的印刷机，其特征在于，所述激光系统在一个或者多个工作位置和服务位置之间是垂直移动的，在工作位置所述激光系统对数据载体进行激光撞击，而在服务位置印刷机的压印滚筒和下游输墨装置是能通到的。

40.如权利要求36所述的印刷机，其特征在于，所述激光系统含有一个屏蔽激光辐射的防护室，位于所述压印滚筒装置的正上方，被设计成用来排出标刻时产生的气体和灰尘。

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