CN105593874B - 用于标记具有导电材料表面的对象的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于标记对象(18)的方法，所述对象(18)具有导电材料的表面。所述方法包括如下步骤：向所述表面施加电火花以使得所述材料是由所述电火花部分熔化和部分烧蚀中的至少一种，由此在所述对象(18)上形成图案。此外，本申请涉及用于使用火花发生器(12)来标记对象(18)的标记系统(10)，所述标记系统(10)具有反电极(14)和用于将所述火花发生器(12)电连接到待标记的对象(18)的表面的连接器(16)。此外，本申请涉及用于认证或识别由用于标记对象(18)的上述方法所标记的对象(18)。

Description

用于标记具有导电材料表面的对象的方法和系统
技术领域
本发明涉及标记具有导电材料表面的对象的领域，即用于标记这种对象的方法和系统。通常，标记适于所标记对象的识别或认证。
背景技术
标记诸如枪支、弹药或贵重物品的某些对象，以便能够识别各个对象或认证对象，是很常见的。通常，意图是可以将标记施加到与指纹相比其标记是独特的对象，可以易于识别，并且因此允许对对象的易于识别或认证。在这方面，重要的目的是，标记尽最大可能不被复制或伪造。
如今，标记解决方案是基于标记的独特材料、图案或物理特性。这些标记通常由印刷技术、激光雕刻或机械雕刻来创建。大多数这些标记从预定代码生成，以符号的形式施加，并且通过读取和识别处理来再次确认。然而，这些标记通常可以被复制或伪造。这是因为用于基于预定代码施加标记的技术通常可同样由用于伪造或复制标记的未经授权的人来使用。预定代码通常不是真正随机的。只有极少数标记处理适于产生自然随机特性的标记。这些处理必须依赖于混沌的动态处理，以便适合产生真正的随机标记。已知的随机特征依赖于通过印刷技术或在制造过程期间自然出现产生的纤维、泡沫、染料(stain)或薄片(flake)的随机排列。然而，大多数这些过程很难施加到具有金属表面的产品，诸如由金属制成的枪支、弹药或容器。
用于标记这些对象的典型标记技术是激光雕刻。激光雕刻技术通常是基于伪随机的特征，其中随机性由数字发生器产生，而不是基于混沌的物理现象。此外，可以同样通过使用激光雕刻技术来复制这些标记。
MD 3389 F2公开了一种方法和设备，来以使用焊接式电弧和振动器来产生随机性的随机方式来标记导电产品。根据该文件，来自电极的材料转移到待标记对象的预加工网格上以获得随机标记。由在对象表面上沉积的金属组成的标记的随机性通过振动电极并且相对于电极转移产品来获得。在此，相对于待标记的对象的电极是在电路中的“阴极”(-)，而待标记的对象是“阳极”(+)。这导致材料从电极朝向对象的表面转移。
然而，该原理同样不会导致真正的随机标记，因为电极的振动受控制并且一般可以被复制。此外，该方法在形成标记时需要电极的额外材料被消耗。由于必要的网格，现有技术的方法是复杂的，并且它需要对对象表面预处理。
因此，需要用于标记具有导电材料表面的对象(诸如金属对象)的标记方法和相应系统，其允许以不能被复制或伪造的方式独特地标记对象。
GB2108906A公开了由金属箔或镀金属膜的纸张或塑料的薄片制成的识别卡，在其上对红外线透明的区域可以通过印刷方法制造，诸如火花腐蚀蚀刻或激光束，以生成用于红外光的条形码。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法和装置，其允许独特地标记具有导电材料表面的对象，以使得如果不是不可能的话，标记只能非常难以再现、复制或伪造，但可以易于识别和注册。本发明的进一步目的是提供一种方法和装置，其允许以非常可靠方式认证或识别具有导电材料表面的对象。
该问题分别通过根据权利要求1或12的方法以及根据权利要求16或24的系统来解决。该方法或系统的进一步优选特征在从属权利要求中记述并且在以下描述中详述。
一种用于标记具有导电材料表面的对象的方法包括步骤：向对象的表面施加电火花(spark)以使得表面材料由电火花来部分熔化、部分烧蚀，或两者，由此在对象上形成图案。该图案可以用作标记。通过上述方法，创建随机成形的熔坑(crater)或随机成形的熔坑的随机分布，并且材料再熔化并再沉积在熔坑附近。
使用例如3D显微镜还可以观察到，机械加工的金属表面的未熔化或部分熔化的岛(island)出现在火花标记中(参见图3a、图3b)。这些特征对于火花现象是独特的，并且无法采用其它标记技术再现。
其它独特特征是通过熔化大量的表面材料产生的超过100μm宽度的大熔坑(参见图3a、图3b)。在火花标记的周边处，人们还可以观察到通常由单个阳极电弧根产生的小于10μm宽度的非常小的熔坑。其它独特特征是小于2μm宽度的熔化金属的细小飞溅物(图3a、图3b)。
熔坑的形状和分布以及再熔化和再沉积的材料基于火花的物理性质和混沌行为提供标记的随机和独特的外观。这表现出复杂的三维微观和宏观结构，如果不是不可能，则该三维微观和宏观结构只能非常难以通过任何已知的技术复制，特别是激光雕刻或类似的方法。
特别地，通过使用3D显微镜，人们可以推断相对于原始未标记表面的典型的熔坑深度和突起高度，如在图4a和图4b中所示。
一种用于标记具有导电材料表面的对象的系统包括：火花发生器；反电极，其电连接到火花发生器，以使得反电极形成阳极；以及连接器，其用于将火花发生器电连接到表面，以使得表面形成相对于反电极的阴极。反电极相对于表面定位，以使得电火花可以在反电极和表面之间生成，以使得表面材料由电火花来部分熔化、部分烧蚀，或两者。由此，以上提及的图案可以在对象上形成。
将火花发生器电连接到表面包括如下情况，在该情况下表面和火花发生器两者均接地，或以其它方式达到相同的电位，以使得在反电极和表面之间的足够电位差在火花发生器激活时产生。
该方法的好处是每一个获得的标记的独特性，以及通过诸如激光烧蚀、印刷或机械雕刻的其它方式来再现其拓扑结构的不可能性。
图5a和5b示出通过各种其它雕刻或标记技术获得的标记，用于与如由图5c示例性示出的根据本发明的标记比较。
当对厚的导电表面发出火花时，可获得在该材料中的标记，具有带有粗糙(raw)结构和精细结构的不稳定二维分布。在该上下文中，“厚”是指比几毫米(但至少比半毫米更厚)更厚，并且可以取决于材料和火花发出条件。通过上述方法获得的标记然后具有固有的三维测微尺度特性，因为它由一个或优选多个熔坑和再沉积的熔化材料的液滴组成(参见图3a、图3b和图4a、图4b)。
当对薄金属表面发出火花时，该材料可以在某些区域中完全烧蚀，并且可以获得具有微观特征的随机掩模。在该上下文中，“薄”是指几微米的厚度(但至少比一微米更厚)。如果施加到第二材料上，则该掩模可以使用例如来自背景材料的荧光表现出安全特征。
标记可取决于待被发出火花的材料性质(化学和拓扑结构状表面粗糙度两者)、在火花导电沟道间隙中的注入电流的时间分布以及在其中火花生成的环境(例如空气或氩气，氮气或其它惰性气体)中的至少一个。改变这些参数允许变化多端的标记外观，其因此允许提取可用于生成非常高量的独特标识符或属性的非常多样的特征。
所获得的标记可以具有通过光或电子显微镜分析呈现拓扑结构和表面形状的可能性，拓扑结构和表面形状无疑显示它们是火花而不是其它手段的结果。因此，由上述方法获得的标记关于复制或伪造是特别安全的。
几十微秒到几百微秒的量级的火花的持续时间允许以相当高的速度操作的印刷线上的标签或生产线上的产品的标记。
因此，本文所述的火花标记方法允许非常有效地标记对象。该方法并不需要很多时间并且不昂贵。该方法不消耗材料，而仅修改对象表面上的材料。可以在对象的相对小区域上施加标记，这反过来也允许将标记施加到非常小的对象，诸如弹药或类似对象的护套。此外，可通过上文所述的火花标记方法来标记薄金属层，诸如印刷在标签上的金属墨层。此外，它不要求待标记的对象表面被专门制备、设置有锚标记或其它预处理。此外，火花标记的固有复杂性允许保证独特和不可重复的标记和用于待编码到待标记的对象的信息的高容量。
导电材料表面优选可以为金属表面。该表面可以是在不同材料的对象上沉积的金属箔或块状金属。另外，还可以将该方法应用到具有设置有导电墨的表面的对象。表面的导电性质有用于电火花的生成，以便修改表面。通常，还可能的是，该对象是由具有接近实际表面的导电材料的多个层制成，以使得经由紧密地在对象实际表面下方的导电材料将火花施加到对象表面是可能的。在导电材料中生成的热量然后仍允许在表面处对象的材料的部分熔化、部分烧蚀或两者，以由此创建标记的图案。
如在本上下文中理解的电火花可以进一步如下描述。当施加足够高的电压时，电击穿在两个电极之间产生。当高电压超过对于给定的电极间隙、气体、压力和温度的击穿电压时，击穿机制发生。
用于绝缘气体的几个击穿标准(criteria)已经由Meek,J.M、Craggs J.D在1978年(1923年首次出版)美国纽约的John Wiley&Sons的“气体的电击穿”(Meek,J.M.CraggsJ.D."Electrical Breakdown of Gases",John Wiley&Sons,New York,U.S.A.,1978-initial publication in 1923)中报告，其内容在此通过引用并入本文。气体中两个普遍接受的击穿标准是：由Townsend,J.S.在1910年英国伦敦的Constable&Co.Ltd.的“气体碰撞电离理论”中描述的“汤森击穿机制”(the"Townsend Breakdown Mechanism"asdescribed by Townsend,J.S.in"The Theory of Ionization of Gases by Collision".Constable&Co.Ltd.,London,U.K.,1910)，其内容在此通过引用并入本文；以及由Loeb,L.B.、Meek,J.M.在1940年的的应用物理杂志第11卷第438页至第447页、第459页至第474页中的“在大气压下空气中火花放电的机制I II”中描述的“流光击穿机制”(the"StreamerBreakdown Mechanism"described by Loeb,L.B.Meek,J.M.in"The Mechanism of SparkDischarge in Air at Atmospheric Pressure.I II"Journal of Applied Physics,Vol.11,pp.438-447 459-474,1940)，其内容在此通过引用并入本文。
汤森击穿机制标准基于雪崩的序列，并且取决于在阴极处“远程”电子生成过程。它通常在低压条件下流行，其中电子碰撞在电极间隙中减少，并且与在大气压下的火花放电不相关，除非电极间隙非常小。
由于“瞬间”局部电子的生成产生引起在间隙中的不稳定性并诱导间隙击穿的临界雪崩，流光击穿机制标准取决于雪崩至流光的过渡。
在两者之间存在其中我们观察到两种机制中一些的过渡区域。击穿是在几十纳秒内发生的非常快速的过程；该持续时间取决于气体的性质、压力和温度，并且还取决于电极间隙的程度。
当在两个电极之间仅施加高电压时，放电称为“静电放电”。在这种情况下，导电沟道将消失并且等离子体将通过重组过程消灭，并且实际上没有阴极材料的实质上的熔化或烧蚀可以发生。因此，在材料上的标记将是精确的和微观的，并且不是根据本说明书的理解的标记。
在间隙击穿之后，由于电导率的增加电压下降到几个十分之一伏特，电流可以从电流源注入到导电沟道中。注入的电流将加强维持放电等离子体所需的电离过程。
因此施加到在火花根所附接的位置处的阴极的能量足以使阴极材料部分熔化和/或烧蚀。该过程允许电子维持从阴极材料提取的火花电流。烧蚀材料的一部分然后可以重新凝聚附近由烧蚀产生的熔坑，并且可以产生用于新的熔化/烧蚀区域的有利条件。这种混沌跳频机制允许在阴极表面上的熔坑和沉积材料的随机图案。
火花发生器和对烧蚀材料的布置是公知的，特别是鉴于分光化学分析。它们可以在火花光学发射光谱仪/摄谱仪中使用，其中火花等离子体是辐射源；或在电感耦合等离子体光谱仪中使用，其中火花作为气溶胶发生器。描述这些布置的文件是可在http://iupac.org/publications/analytical_compendium/Cha10sec313.pdf处得到的纯粹与应用化学国际联合会(IUPAC)的第10章“分析术语汇编”(“Compendium of AnalyticalNomenclature”,chapter 10,of the International Union of Pure and AppliedChemistry(IUPAC))。
通常，火花发生器包括两个电路，第一个用于产生间隙击穿高电压，而第二个用于向导电沟道中注入电流。这些电路可以并联或串联设定。
优选地，对象的导电材料形成“阴极”(-，发射电子或其它带负电的粒子)，而反电极形成“阳极”(+，吸引电子或其它带负电的粒子)，火花发生器通过该反电极可以形成电火花。电路的该配置防止材料从电极转移到待标记的对象表面上，并且便于通过熔化或烧蚀效应来标记表面。
此外优选地，在电火花被施加到表面期间，该表面暴露于气体，特别是空气、氩气或氮气或其它惰性气体。火花以及因此由火花产生的标记的性质可以通过影响接近对象表面的气氛来改变。作为空气的替代，氩气或氮气或另一种惰性气体可用于防止标记或在标记附近的表面的氧化。优选地，可以控制气体的种类和组成，因为该方法在壳体中进行，在该壳体中，气氛(特别是气体的种类、其压力和温度)可以可靠地控制。
优选地，用于标记对象的方法进一步包括拍摄图案的至少一部分的第一图像，从图案的第一图像中提取至少一个第一特性特征，将第一特性特征与对象关联，并且存储第一特征和相关联的对象的信息。
此外优选地，第一特性特征用于生成第一代码，优选加密的第一代码，第一代码优选附贴或印刷到对象。第一代码可以具有条形码、字母数字代码或诸如RFID的数字代码的形式。优选的是，代码是容易机器可读的。
在优选实施例中，图案分配给第二代码，优选是序列号，其独立于图案并且配置成将对象上的图案序列化，其中第二代码优选地附贴或印刷到对象。第二代码可以是用于由图案标记的对象的识别手段。因此当读取第二代码而不需要评估在对象上的图案时，可以容易地读取关于对象的信息。然而，单独的第二代码不像通过之前提到的方法所施加的标记一样安全。因此，第二代码是指对象上的可便于对象处理的附加信息。
特别地，第一特性特征和相关联的对象的信息存储在远程存储装置中。远程存储装置可以是中央存储器，其优选例如经由安全网络或类似的数据连接而远程可用。因此，可以从几乎任何地方访问存储在远程存储装置中的信息。
认证或识别通过使用如上所述的方法标记的对象的方法包括：拍摄图案的至少一部分的第二图像，从图案的第二图像中提取至少一个第二特性特征，以及将第二特性特征的信息与第一特性特征的存储信息比较，以识别匹配的信息。
如果对象(诸如枪支)要被认证或识别，则在它上面的图案可以成像，特性特征可以从图案(至少从它的一部分)提取，并与存储在数据库中的相应特征比较。如果分配给特定对象的特征在数据库中找到，则具有在其上的成像图案的对象被识别或认证。
优选地，第一和第二代码中的至少一个也被读取。在这种情况下，可以额外地确认代码是否正确施加到或印刷在对象上。
在优选实施例中，第二特性的信息与第一和第二代码中的至少一个代码中的至少一个发送到远程存储装置。这允许非常可靠地认证或识别该对象，在于基于从图案的至少一部分的图像中提取的第二特性特征，可比较的第一特征可以通过比较第一和第二特性特征的信息来识别，以使得分配给第一特性特征的对象被明确地识别或认证。
在优选实施例中，第一和第二特性特征包括优选相对于参考标记的图案的各个熔坑或熔化区域的坐标、图案的各个熔坑或熔化区域的平均直径、在图案的至少两个熔坑或熔化区域之间的相对距离，以及图案的轮廓或图案的一部分中的至少一个。
至于潜在图像处理算法或用于提取和/或比较特性特征或图案的图像信息的方法，可参考Dengsheng Zhang等人模式识别第37期(2004年)1-19页的“形状表示和描述技术的评论”(“Review of shape representation and description techniques”,PatternRecognition 37(2004),1-19，其内容在此通过引用并入本文。有许多可能的方法，其中一些是基于轮廓，其它是基于待确定的图案的区域。轮廓和区域两者可以潜在地与本发明结合使用。
存在图案识别算法和描述中的现代潮流。在这些中的一些中，二进制串用作描述符，并且使用汉明距离(hamming distance)执行比较或匹配。描述符的示例是：
·BRIEF：(二进制鲁棒独立基本特征(Binary Robust Independent ElementaryFeatures))
－在图像补丁中的成对强度比较。
－仅有的参数是空间布置和长度。
·BRISK：(二进制鲁棒不变可扩展关键点(Binary Robust Invariant ScalableKeypoints))
－与BRIEF相同但是具有固定的空间布置，并且同样具有取向和尺度估计。
·FREAK：(快速视网膜关键点(Fast Retina Keypoint))
－由人的视觉系统激发的空间布置。
－用于比较的像素对使用训练数据得知。
图像匹配的示例在图6a1、6a2、6b1和6b2中给出。
附图说明
图1示意性示出根据本发明的用于标记对象的系统的设定。
图2a和图2b示出在金属对象上氩气气氛中由单个火花获得的典型标记18。
图3a和图3b示出通常在火花标记上观察到的显著拓扑结构特征。这种特征例如是被替代的非熔化岛23，达到100μm宽度的大而深的熔坑24，小于10μm宽度的小熔坑25，或通常为约2μm宽度的微小熔化金属飞溅物26。
图4a示出在顶视图中的典型火花标记。
图4b示出沿图4a中虚线240的图4a的火花标记的垂直轮廓。垂直轮廓示出了从原本平坦的水平表面29达到10μm的突起27，以及从原本平坦水平表面起达到20μm的深度的熔坑28。非熔化岛从在原来表面上的它们的初始位置突起达到15μm。
图5a至图5c给出表面纹理的示例，其对于与火花标记相比的各种标记和雕刻技术是典型的。图5a示出通过酸蚀刻51、喷砂52、阳极氧化53、等离子体喷涂54和激光烧蚀55标记的表面图像，图5b示出采用激光标记56处理的表面图像，图5c示出根据本发明的火花标记57。
图6a1、6a2、6b1和6b2示出提取图像特征并确定图像是否匹配参考图像(因此允许标记的识别)的方法图示。图6a1和图6a2示出由不同摄像机拍摄的相同标记的两个不同图像60和70的比较。图6b1和6b2示出由不同的摄像机拍摄的两个不同标记的两个不同图像61和71的比较。
图7a示出局部二元模式的典型直方图40。在图7a中，41表示真正(genuine)火花标记纹理的模型。真实的(real)真正火花纹理的直方图由42表示，并且假的火花标记纹理的直方图由43表示，即源于除了火花标记之外的技术的标记。
图7b一方面示出真实的真正火花标记与真正火花标记模型31的直方图的差异33，而另一方面示出真实的假火花标记和真正的火花标记模型30的直方图的差异33。图7b示出火花标记在大多数情况32下可以使用LBP运算子的仅一个配置来区别。
具体实施方式
图1示意性示出根据优选实施例的用于标记对象18的系统10的设定。用于产生火花并且由此生成如上所述的随机标记的系统10包括火花发生器12、反电极14和用于将火花发生器12电连接到待标记的对象18的连接器16。可选地，系统包括用于控制待标记的对象上方的保护气体环境的壳体20。壳体可进一步限制保护气体。火花发生器12电连接到反电极14和对象18。
从在反电极14和对象18的清洁且未氧化的金属表面之间产生的单个火花获得的单个标记22可以分布在几平方毫米内，并且可以呈现三维粗糙结构和精细结构。该标记可以由数百个微观熔坑和样本沉积物组成，其中，材料从该细微熔坑被烧蚀，该样本沉积物由烧蚀材料的一部分的凝结或熔化材料的固化产生。然后，标记呈现以紧凑“岛”的形式的粗糙结构，如在图2a中示例性示出的；以及以阴极熔坑和沉积点的形式的精细结构，如在图2b、3a和3b中示例性示出的。如在图4a和图4b中所示，定位连同熔坑28的深度以及沉积物或突起27的高度是随机的，并且通过使用如今可用的手段或方法不能再现(参见图5a至图5c)。
即使成像能力不足以将微观细节可视化，但是可以使用轮廓和粗糙结构的拓扑结构。这可能是如果例如智能电话或其它手持装置的照片摄像机用于识别标记的情况。提取类似尺寸的特征在图像处理和计算机视觉的领域中是公知的。图示在图6a1和图6a2中给出，在图中特性特征65和66可从采用不同摄像机拍摄的相同标记的两个图像60和70提取。
纹理分析可用于确定标记是否已经通过对金属表面发出火花或通过诸如结合图5a和图5b描述的手段中的另一个手段来产生。这一般可以进行用于认证的目的，而不识别与标记对象独特关联的特定标记，即不识别特定的对象。纹理分析的一个示例是利用局部二元模式(LBP)。这些都是描述围绕像素(纹理基元)的微观结构的简单运算子。它们对于(全局)灰度变化和旋转不变性是鲁棒的。它们由搜索的半径和对于在图像中每一个像素的近邻数量来参数化。对于当前的示例，使用8个相邻像素的最简单LBP运算子被使用。纹理由在每一个像素处并且横跨整个图像计算的均匀LBP码的分布表示。纹理识别通过直方图比较来进行。
纹理识别和匹配的示例在图7a和图7b中呈现。图7a示出了对于模型火花标记41、真正的火花标记42的示例以及通过另一种技术43获得的标记(也命名为假标记)的LBP发生的直方图。图7b示出了真正的和假的标记可以从它们距火花标记模型的相应直方图距离33来区别。假标记距模型的直方图距离30与真标记距模型的直方图距离31的清晰分离可使用对于几个不同样本32的仅一个LBP方案实现。
标记的宏观结构和微观结构的检测可与“斑点检测”的问题相比较。斑点检测是指旨在检测在数字图像中的区域的数学方法，相比于环绕那些区域的区，那些区域在特性上不同，诸如亮度。斑点通过标准图像处理算法来有效地检测，并且它们的特性可以被计算以提取如在图6a1和6a2中所示的特定签名，其中斑点65和66可以在采用不同摄像机拍摄的相同火花标记的两个图像上检测并且匹配。在图6a1中，图像60对应于用于在数据库中登记标记的特定签名的图像，而在图6a2中的图像70对应于待认证和识别的相同火花标记的图像。另一方面，图6b2示出候选图像71，其不来自与一个登记的61并且在图6b1中示出的相同的标记。在这里，没有共同的特征被找到。
轮廓、微观结构的拓扑结构，以及通过改变照明、聚焦平面或视角的明暗方面的变化可用于表征例如如在图3a和3b中示出的小熔坑25或微小熔化金属飞溅物26的精细结构。这通过使用例如光学显微镜是可能的。从精细结构中提取的信息可用于半司法认证，以保证给定的标记已经由火花产生，或用于在微观水平上确定特定签名。对于后者，这将优选的是，采用可再现的标准显微成像处理来登记签名。
通过改变光学显微镜的聚焦平面，在恒定照明下，可以获得三维结构的证据(参见图3b与图4a和图4b)。同样，扫描电子显微镜(SEM)技术可用于识别如本文所述的从火花标记获得的标记的三维结构。诸如在图3b、4a、4b中所示，表示材料烧蚀的小暗熔坑和将凝固金属液滴可视化的较大凸块的三维结构可以被检查并用于识别或认证的目的。该结构对于在表面上的火花阴极根效果是非常特别的，并且不能由如今已知的任何其它标记处理再现。图3a和图3b示出了在火花标记中发现的一些显著结构。
待标记的材料优选是金属的。示例是在税票或块状金属部件、产品、罐子等中的薄金属带。金属表面优选是干净的、无油脂的、非氧化的、并且具有相当于由精细碾磨、研磨或冷轧获得的粗糙度的粗糙度。虽然预处理表面对于方法或系统生效不是必不可少的，但是在将方法分别应用到表面或相应对象之前，表面的标准外观便于使用标记以用于识别或认证。用于这些种类制造方法的典型平均粗糙度Ra是如由美国标准ASME Y14.36M或ISO 1302表示的6微米或250微英寸，或优选更小。然而，粗糙表面通常同样适合于通过上述方法来处理。
在该方法的一个示例性应用中，在税票上集成的金属带可被发出火花以用于对安全标记。火花标记可以在带的特定部分处施加。带可以是Al、Cu、Ti、Ag，或它们的合金中的任何一个，或其它软金属。
在另一个示例性应用中，直接在受保护或未受保护的罐子材料上标记罐装产品。通常，金属罐的外表面通过UV固化底漆环氧树脂和/或丙烯酸的薄层保护。该层可由火花和来烧蚀，并且组合的标记：清漆和金属可以取决于火花能量来获得。诸如香水、首饰或贵重奢侈品盒子或容器的其它类型的金属容器的标记也可以由发出火花的方法执行。金属奢侈产品本身也可以被标记。例如首饰的金属部分可以通过本发明的方法来标记，首饰的金属部分可以是Au、Ag、Pt、Pd和其它贵重金属或它们的合金。
在另一个示例性应用中，枪支和弹药筒通过发出火花的方法来标记。优选地，标记可以在部件的清洁金属区上或在之前已经数字标记(例如浮雕或雕刻)的区上来产生。雕刻的标记可引导火花，以使得标记在任何雕刻符号周围产生。最终图案将因此是诸如序列号的确定性数字标记以及通过火花方法产生的额外随机和独特特征的组合。
在另一个示例性应用中，存在于在电机工业中或在航空工业中使用的一些机械组件或备用零件上的导电材料表面通过根据本发明的火花发出方法来标记。这对识别或认证相对于用户安全是重要的组件特别有用：例如，汽车的制动器衬片或航空器的起落架。事实上，这些(通常是昂贵的)组件越来越频繁地被伪造，其结果是，他们通常不满足所需的质量标准。
作为说明性示例，根据本发明使用火花放电的标记系统包括以下元件：
1.单向火花发生器，其提供6kV至15kV的高电压，以击穿在电极与待被放火花的表面之间的间隙，并且其进一步采用各种时间图案和能量来注入电流。取决于金属类型，注入电流取10至150安培之间的值，而电压在30V左右。从击穿到熄灭的火花持续时间可以在30微秒和200微秒之间。
在标记系统的该示例中，放电过程具有三个主要时段：
首先，小于1微秒的短脉冲，其中高电压被施加并且击穿发生；
其次，第二阶段，其中达到几十分之一安培的电流以2至10微秒的持续时间注入；以及
第三，第三阶段，其中电流减小并保持在小于20安培的水平处。该第三阶段的持续时间可以在50微秒至200微秒之间，例如取决于金属的类型。
在金属和它们合金的分光化学分析的范围中，这种火花发生器是公知的，并且主要用于火花原子发射或光发射光谱仪。描述火花发生器的参考文件是WO 2010/066644 A1，其内容通过引用在此并入本文中。
2.放电间隙，其由反电极和在接地电位处待被放火花的材料形成，反电极通常由但不限于钨制成，其中，一方面，反电极配置成充当阳极，并且另一方面，待被放火花的材料由此配置成充当阴极。该材料可以由接触电极设置到接地电位。
3.可选地，反电极和材料可以由保护气体围绕，诸如氩气或氮气或其它惰性气体，其可以被限制在保护壳体20中，以便防止标记的氧化。
4.可选地，反电极可以是环形的，并配置用于通过电极的尖端注入的保护惰性气体。或电极可以由共轴的环形气体注入喷嘴围绕。
下面描述了用于所标记对象的标记、登记和激活的配置的说明性示例。
第一操作是如枪支的以上概述的火花标记。例如待标记对象(诸如枪支、枪支的部件或弹药护套)以如下方式由在输送机上安装的电接地卡盘保持，即待标记的表面以相同的取向并且在距反电极的相同距离处呈现。标记在对象上产生，并且随后标记由组合的光源和摄像机模块成像。在图像获取之后，标记的各个特征被提取和编码。
代码和可选的图像被安全地发送给数据管理系统并且登记在数据库中。
在例如枪支的对象已交付给它们的用户之后，它们可以通过使用能够宏观成像、提取图像宏观特征并且经由安全链路向数据管理系统发送获得的代码和/或图像的适当手持装置来检查。
在此接收的信息，即代码和/或图像匹配到在数据库中的现有记录，以使得对象可以基于数据库的登记条目来识别。
如果手持装置不能显微镜式检查标记对象，则标记的更高水平认证可在本地显微镜实验室中进行。
标记可以由手持装置或采用实验室设备来认证。
通常，采用手持装置并且使用环境或特定照明，可以观察到大于10微米的尺寸细节，以使得粗糙结构特性可被观察到。在这种情况下，图像处理将尤其基于阴极熔坑和材料沉积物的聚团的拓扑结构和轮廓识别，并且对在图像中元件的亮度不进行解释。拓扑结构和轮廓细节是信息载体，并可被编码。编码过程可在装置上进行，并且其结果可以加密通信的方式发送给数据管理系统，用于询问真实性，类似于上述方法。
用于认证的实验室设备可以包括使用偏振光的光学显微镜。显微镜可以通过将明暗图案成像来检测再熔化材料的峰以及烧蚀材料的谷或熔坑。通过改变聚焦平面，明亮区域可改变为黑暗区域，同时保持其形状。
此外，显微镜可与可识别基本阴极熔坑的图案的自动图像处理软件一起使用。该软件可以采用预定的模型，诸如例如局部二元模式分析来执行纹理分析算法，以确定观察到的标记是否属于火花标记的类，而不是例如在图5a和图5b中所示并且如结合图7a和图7b描述的其它类型的标记技术。
用于认证或识别方法的基础的示例：
1)形状签名
形状签名表示由形状边界点得到的一维函数的形状。存在着许多形状签名。它们包括质心分布、复坐标、形心距离、正切角、累积的(cumulative)角度、弧度、面积以及弦长。
2)尺度空间
形状的尺度空间表示可以通过跟踪由可变宽度的低通高斯滤波器过滤的形状边界中的拐点位置来创建。随着高斯滤波器的宽度增加，无意义的拐折从边界消除，并且形状变得平滑。保持呈现在该表示中的拐点预计是显著的对象特征。该平滑化处理的结果是称为指纹(由拐点组成)的区间树。
虽然本发明已经在上面相对于某些示例和实施例进行了描述，但是保护的范围不受这些示例或实施例限制。

Claims (26)

1.一种用于标记对象(18)的方法，所述对象(18)具有导电材料的表面，所述方法包括
向所述表面施加电火花
以使得所述材料是由所述电火花部分熔化和部分烧蚀中的至少一种，
由此在所述对象上形成图案，
其中在将所述电火花施加到所述表面期间，所述表面暴露于气体，以及
其中所述电火花包括两个相继的阶段，在其中导电沟道形成的第一阶段以及在其中电流注入到所述导电沟道的第二阶段，用于至少熔化所述材料和至少烧蚀所述材料中的至少一种，
其中，所述对象上的图案包括随机成形的熔坑或随机成形的熔坑的随机分布以及再沉积的表面材料液滴。
2.根据权利要求1所述的方法，其中火花发生器(12)电连接到所述导电材料并电连接到反电极(14)，
所述导电材料因此形成阴极，以及
所述反电极(14)因此形成阳极。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述气体是空气、氩气或氮气。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述电火花持续几十微秒至高达几百微秒。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一阶段短于所述第二阶段。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述材料包括从铁、钢、铝、铜、钛中选择的金属或这些金属的合金以及导电复合材料中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述对象(18)是枪支、一件弹药、罐子、贵重货物、包装、标签、一件首饰或它们的一部分。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括
拍摄所述图案的至少一部分的第一图像，
从所述图案的所述第一图像中提取至少一个第一特性特征，
将所述第一特性特征关联到所述对象(18)，以及
存储所述第一特性特征和关联的所述对象(18)的信息。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一特性特征用于生成第一代码。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述图案分配给第二代码，其独立于所述图案并且配置成将在所述对象上的所述图案序列化。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一特性特征和关联的所述对象的所述信息存储在远程存储装置中。
12.一种认证或识别通过使用根据权利要求8至11中任何一项所述的方法标记的对象(18)的方法，用于认证的所述方法包括
拍摄所述图案的至少一部分的第二图像，
从所述图案的所述第二图像提取至少一个第二特性特征，
比较所述第二特性特征的信息与所述第一特性特征的存储的所述信息以识别匹配信息。
13.根据取决于权利要求10的权利要求12的方法，进一步包括
读取所述第一和第二代码中的至少一个代码。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括向远程存储装置发送所述第二特性特征的所述信息与所述第一和第二代码中的所述至少一个代码中的至少一个。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一和第二特性特征包括所述图案的各个熔坑或熔化区域的坐标、所述图案的各个熔坑或熔化区域的平均直径、在所述图案的至少两个熔坑或熔化区域之间的相对距离，以及所述图案或所述图案的一部分的轮廓中的至少一个。
16.一种用于标记对象(18)的标记系统(10)，所述对象(18)具有导电材料的表面，所述系统包括
火花发生器(12)，
反电极(14)，其电连接到所述火花发生器(12)，以使得所述反电极(14)形成阳极，
连接器(16)，用于将所述火花发生器(12)电连接到所述表面，以使得所述表面形成相对于所述反电极(14)的阴极，
其中所述反电极(14)相对于所述表面定位，以使得电火花可在所述反电极(14)和所述表面之间生成，
其中所述电火花包括两个相继的阶段，在其中导电沟道形成的第一阶段以及在其中电流注入到所述导电沟道的第二阶段，用于至少熔化所述材料和至少烧蚀所述材料中的至少一种，
以使得所述材料是由所述电火花至少熔化和至少烧蚀中的至少一种，
由此在所述对象上形成图案，
所述标记系统(10)包括包围在所述反电极(14)和所述表面之间的空间的壳体(20)，其中所述壳体(20)填充有气体，
其中，所述对象上的图案包括随机成形的熔坑或随机成形的熔坑的随机分布以及再沉积的表面材料液滴。
17.根据权利要求16所述的标记系统(10)，其中所述反电极(14)包括钨。
18.根据权利要求16和17中任何一项所述的标记系统(10)，所述气体是空气、氩气或氮气。
19.根据权利要求18所述的标记系统(10)，其中所述反电极(14)被配置用于通过所述反电极(14)的尖端将所述气体注入到所述壳体(20)中，或其中所述反电极(14)由被配置用于将所述气体注入到所述壳体(20)中的共轴气体注入喷嘴围绕。
20.根据权利要求16所述的标记系统(10)，其中所述材料包括从铁、钢、铝、铜、钛中选择的金属或这些金属的合金以及导电复合材料中的至少一种。
21.根据权利要求16所述的标记系统(10)，其中所述对象(18)是枪支、一件弹药、罐子、贵重货物、包装、标签、一件首饰或它们的一部分。
22.根据权利要求16所述的标记系统(10)，进一步包括
第一成像装置，其用于拍摄所述图案的至少一部分的第一图像，
第一提取部件，其用于从所述图案的所述第一图像提取至少一个第一特性特征，
关联部件，用于将所述第一特性特征关联到所述对象(18)，以及
存储部件，用于存储所述第一特性特征和关联的所述对象(18)的信息。
23.根据权利要求22所述的标记系统(10)，进一步包括存储装置，其中所述存储部件适于在所述存储装置中存储所述第一特性特征和关联的所述对象(18)的所述信息。
24.一种用于认证或识别对象(18)的认证系统，所述认证系统包括
根据权利要求22或23所述的标记系统(10)，
第二成像装置，其用于拍摄所述图案的至少一部分的第二图像，
第二提取部件，其被配置用于从所述图案的所述第二图像中提取至少一个第二特性特征，以及
比较部件，其被配置用于比较所述第二特性特征的信息与所述第一特性特征的存储的所述信息，用于识别匹配信息。
25.根据权利要求24所述的认证系统，进一步包括
读取部件，其用于读取代码。
26.根据权利要求25所述的认证系统，进一步包括发送部件，其用于向所述存储部件发送所述第二特性特征的所述信息和所述代码中的至少一个。
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