DE102009025061A1 - Method for generating e.g. barcode of paper to identify object, involves combining signatures with object, storing signatures in specific form in radio-frequency identification-chip and comparing signatures with reference signatures - Google Patents
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Abstract
Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Identifizierung und/oder Authentifizierung von Gegenständen anhand ihrer Oberflächenbeschaffenheit. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Sensor zur Abtastung einer Oberfläche.object The present invention is a method for identification and / or authentication of items based on theirs Surface finish. Subject of the present invention is also a sensor for scanning a surface.
Die Oberflächenbeschaffenheit von Objekten spielt bei vielen technischen Produkten und Verfahren eine wichtige Rolle, beispielsweise im Formenbau und bei technischen Gleit- oder Sichtflächen. Bei Papier ist die Oberflächenstruktur ein wichtiges Qualitätsmerkmal z. B. im Zusammenhang mit der Bedruckbarkeit.The Surface texture of objects plays in many technical products and processes play an important role, for example in mold making and in technical sliding or visible surfaces. For paper, the surface structure is an important quality feature z. B. in connection with the printability.
Dementsprechend
gibt es eine Vielzahl an Messmethoden zur Ermittlung der Oberflächenstruktur
und zur Ermittlung von charakteristischen Kennzahlen für
die Oberflächenbeschaffenheit. Messmethoden, deren Ergebnis
die Topographie der Oberfläche ist, werden auch als direkte
Methoden bezeichnet. Die indirekten Methoden liefern charakteristische Kennzahlen
wie z. B. für die Rauigkeit, ohne die tatsächliche
Gestalt der Oberfläche selbst zu messen. Ein Beispiel einer
indirekten Methode ist die Methode nach Bekk zur Bestimmung der
Rauigkeit einer Papier- oder Kartonprobe durch Vermessen eines Luftstromes,
der zwischen einer Blende und der Probenoberfläche strömt
(vgl.
Bei den direkten Methoden können taktile und optische Verfahren unterschieden werden. Mit taktilen Verfahren werden Oberflächen mit mechanischen Tastern punktweise abgetastet. Die Tasterauslenkung wird elektronisch oder optoelektronisch gemessen. Das Ergebnis ist ein über dem Tastweg aufgezeichnetes Höhensignal, das so genannte Oberflächenprofil. Durch Abtasten eng aneinander liegender Oberflächenprofile erhält man die flächige Abtastung der Topographie. Ähnliche Verfahren, die berührungslos arbeiten, sind Rasterelektronen- oder Rasterkraftmikroskopie (im so genannten non-contact mode).at The direct methods can be tactile and optical methods be differentiated. With tactile processes become surfaces scanned point by point with mechanical buttons. The button deflection is measured electronically or opto-electronically. The result is a height signal recorded over the probe path, the so-called surface profile. By scanning closely together lying surface profiles are obtained the areal Scanning the topography. Similar methods, the contactless are scanning electron or atomic force microscopy (im so-called non-contact mode).
Ein Beispiel eines optischen Verfahrens zur Topographiebestimmung ist die dynamische Laserfokussierung (siehe beispielsweise Wochenblatt für Papierfabrikation, ISSN0043-7131, 117. Jahrgang, April 1989, Nr. 7; Seiten 271 bis 274). Bei der dynamischen Laserfokussierung wird ein Laser mittels einer Linse auf die Oberfläche fokussiert. Die Linse kann mittels einer Stellmotors senkrecht zur Oberfläche (in z-Richtung) bewegt werden. Ein Sensor ermittelt die jeweilige z-Position der Linse in fokussierter Stellung und liefert somit die Topographieinformation während die Probe durch einen xy-Tisch unter der Linse bewegt wird.One Example of an optical method for topography determination is dynamic laser focusing (see, for example, Wochenblatt for Papermaking, ISSN0043-7131, Volume 117, April 1989, No. 7; Pages 271 to 274). For dynamic laser focusing a laser is focused on the surface by means of a lens. The lens can by means of a servomotor perpendicular to the surface (in the z direction) are moved. A sensor determines the respective z position of the lens in a focused position and thus provides the topography information during the sample through a xy table is moved under the lens.
Weiterhin können topographische Informationen einer Oberfläche auch beispielsweise mit einem akustischen oder einem chromatische Nahfeldsensor, mit einem Wirbelstromsensor oder einem Phasen-Weißlichtinterferometer gewonnen werden.Farther can provide topographic information of a surface also for example with an acoustic or a chromatic Near field sensor, with an eddy current sensor or a phase white light interferometer be won.
Aus
den ermittelten Topographien lassen sich wiederum Kennzahlen ermitteln
wie beispielsweise der Mittenrauhwert Ra oder
die Rauhtiefe Rz (siehe
Es ist demnach üblich, die mit direkten Methoden aufgenommenen Datenmengen zur Oberflächentopographie auf wenige Kennzahlen zu verdichten. Die Verdichtung der Datenmengen auf wenige Kennzahlen erlaubt eine Klassifizierung von Objekten. Durch die Verdichtung der Datenmengen auf wenige Kennzahlen geht jedoch die Individualität des einzelnen Objekts verloren, denn aus den Kennzahlen lässt sich nur auf Materialklassen schließen, nicht jedoch auf einzelne Objekte.It is therefore common to those recorded by direct methods Data sets for surface topography on a few key figures to condense. The compression of data volumes to a few key figures allows a classification of objects. By the compression However, the data volumes on a few key figures are individual of the individual object lost because of the key figures leaves only on material classes close, but not on individual objects.
Die Erfassung und Wiedererkennung von Objekten spielt jedoch beispielsweise bei der Produktverfolgung und im Zusammenhang mit Produktfälschungen eine wichtige Rolle.The Detecting and recognizing objects, however, plays for example in product tracking and in connection with counterfeit products an important role.
Die automatisierte Erkennung von Objekten anhand von z. B. Strichcodes ist in diesem Zusammenhang allgemein bekannt. Strichcodes (Barcodes) sind auf Waren und/oder Verpackungen aufgebracht und erlauben eine maschinelle Identifizierung der Waren zur Ermittlung z. B. des Preises. Sie bieten jedoch keinen Fälschungsschutz, da sie sich leicht kopieren und auf andere Objekte übertragen lassen.The automated detection of objects based on z. B. barcodes is well known in this context. Barcodes (barcodes) are applied to goods and / or packaging and allow a machine Identification of the goods for determination z. B. the price. she However, they do not provide protection against counterfeiting, as they are light copy and transfer to other objects.
Ausweise, Banknoten, Produkte etc. werden heute zur Fälschungssicherung mit Elementen versehen, die nur mit Spezialwissen und/oder hohem technischen Aufwand nachgemacht werden können. Solche Elemente werden hier als Sicherheitselemente bezeichnet. Die Echtheit eines Objekts kann anhand des Vorhandenseins eines oder mehrerer Sicherheitselemente überprüft werden.ID cards, Banknotes, products, etc. are now forgery protection provided with elements that only with specialized knowledge and / or high technical Effort can be imitated. Such elements will be referred to here as security elements. The authenticity of an object can be checked for the existence of one or more security elements become.
Optische
Sicherheitselemente wie z. B. Wasserzeichen, Spezialtinten, Guilloche-Muster,
Mikroschriften und Hologramme sind weltweit etabliert. Eine Übersicht über
optische Sicherheitselemente, die insbesondere aber nicht ausschließlich
für den Dokumentenschutz geeignet sind, gibt das folgende Buch:
Ein Großteil der heutzutage kommerziell erhältlichen Sicherheitselemente erlaubt jedoch keine Individualisierung, d. h. viele Objekte tragen dasselbe Sicherheitselement. Die Objekte, die dasselbe Sicherheitselement tragen, lassen sich nicht anhand des Sicherheitselements unterscheiden.One Much of today commercially available However, security elements do not allow individualization, i. H. many objects carry the same security element. The objects, which carry the same security element, can not be based on the Differentiate security elements.
Oftmals
ist es aber gewünscht, ein einzelnes Objekt aus einer Vielzahl
vergleichbarer Objekte eindeutig und sicher identifizieren zu können.
Das in
Nach dem Stand der Technik sind auch Verfahren zur Identifizierung und Authentifizierung bekannt, bei denen keine weiteren Merkmale als diejenigen verwendet werden, die das Objekt selbst bereitstellt.To In the prior art are also methods for identification and Authentication known in which no further characteristics than those used to provide the object itself.
In
In
Ferner
ist das in
Ausgehend vom beschriebenen Stand der Technik stellt sich damit die Aufgabe, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine Vielzahl an unterschiedlichen Gegenständen identifiziert und/oder authentifiziert werden kann. Das gesuchte Verfahren soll die Unterscheidung von gleichartigen Gegenständen ermöglichen Dabei soll das gesuchte Verfahren ohne teure Hilfsmittel, wie beispielsweise individualisierte Hologramme oder dergleichen auskommen, anhand der eine Individualisierung von gleichartigen Gegenständen nach dem Stand der Technik erfolgen kann. Das gesuchte Verfahren sollte kostengünstig sein, intuitiv und einfach auszuführen sein, flexibel einsetzbar und erweiterbar sein, reproduzierbare und übertragbare Ergebnisse liefern sowie serientauglich sein.outgoing The described prior art thus sets itself the task of to provide a method with which a variety of different Identified and / or authenticated objects can. The sought process should distinguish the like Allow objects to do so Procedures without expensive tools, such as individualized holograms or the like, based on the individualization of similar objects according to the prior art done can. The process sought should be inexpensive, be intuitive and easy to execute, flexible to use and be extensible, reproducible and transferable Deliver results and be suitable for mass production.
Überraschend wurde gefunden, dass Gegenstände anhand ihrer Oberflächenbeschaffenheit identifiziert und authentifiziert werden können. Dabei verfügt die Oberfläche von Gegenständen über individuelle Merkmale, die für den jeweiligen Gegenstand charakteristisch sind. Diese Merkmale erlauben die Unterscheidung von gleichartigen Gegenständen.Surprised was found to identify objects based on their surface texture and can be authenticated. It has the surface of objects over individual characteristics relevant to the particular item are characteristic. These features allow the distinction of similar objects.
Unter gleichartigen Gegenständen werden solche Gegenstände verstanden, die augenscheinlich gleich, aber nicht identisch sind, wie z. B. die einzelnen Blätter eines Stapels Papier oder einzelne Bauteile aus einer Serienfertigung.Under similar objects become such objects understood, which are evidently the same, but not identical, such as B. the individual sheets of a pile of paper or individual components from a series production.
Die individuelle Oberflächenbeschaffenheit ist dabei überraschenderweise nicht auf Typen von Gegenständen oder Materialien beschränkt, sondern gilt prinzipiell für alle Gegenstände. So kann man überraschenderweise selbst bei polierten Spiegeln, bei denen man von einer glatten Oberfläche ohne nennenswerte Oberflächenstruktur sprechen würde, im atomaren Bereich eine individuelle Oberflächenbeschaffenheit ausmachen.The individual surface finish is surprisingly not limited to types of objects or materials, but in principle applies to all objects. So you can surprisingly even with polished mirrors, at which one of a smooth surface without significant Surface structure would speak, in the atomic Area make up an individual surface finish.
Überraschend wurde gefunden, dass die Oberflächenbeschaffenheit von vielen Gegenständen so robust ist, dass sie auch nach längerer Zeit noch weitestgehend unverändert ist, sodass sie zur Identifizierung und/oder Authentifizierung des jeweiligen Gegenstandes herangezogen werden kann. Da sich die Oberflächenbeschaffenheit durch eine Vielzahl unterschiedlicher Messmethoden bestimmen lässt, können verschiedene Typen von Gegenständen sicher identifiziert und/oder authentifiziert werden. Sollte ein Gegenstand lichtempfindlich sein, so könnte die Ermittlung der Oberflächenbeschaffenheit mit einem taktilen Verfahren erfolge. Sollte ein Gegenstand druckempfindlich sein, so könnte die Ermittlung der Oberflächenbeschaffenheit berührungslos z. B. mittels eines optischen Verfahren erfolgen.Surprisingly, it has been found that the surface texture of many objects is so robust that it is largely unchanged even after a relatively long time, so that it can be used to identify and / or authenticate the respective article. Since the surface texture can be determined by a variety of different measurement methods, different types of objects can be safely identified and / or authenticated. If an object is sensitive to light, the determination of the surface condition could be with a tactile method. If an object should be sensitive to pressure, so the determination of the surface condition could be contactless z. B. by means of an optical process.
Unter einem Gegenstand wird jeder feste Körper verstanden. Die Oberfläche des Körpers trennet ihn vom umgebenden Medium (meistens Luft).Under An object is understood as any solid body. The Surface of the body separates it from the surrounding Medium (mostly air).
Unter
Oberflächenbeschaffenheit wird die dreidimensionale Struktur
der Oberfläche eines Gegenstands (Topographie) verstanden.
Die Begriffe Oberflächenbeschaffenheit und Topographie
werden hier synonym verwendet. Ein Oberflächenprofil ist das
Profil, das sich durch den (gedachten) Schnitt einer Oberfläche
eines Gegenstands mit einer vorgegebenen Ebene ergibt (siehe z.
B.
Unter Identifizierung wird ein Vorgang verstanden, der zum eindeutigen Erkennen eines Gegenstandes dient.Under Identification is a process that is unique Recognition of an object serves.
Unter Authentifizierung wird der Vorgang der Überprüfung (Verifikation) einer behaupteten Identität verstanden. Die Authentifizierung von Gegenständen ist die Feststellung, dass diese authentisch sind – es sich also um unveränderte, nicht kopierte und/oder nicht gefälschte Originale handelt.Under Authentication becomes the process of verification (Verification) of an alleged identity. The authentication of objects is the finding that these are authentic - so they are unchanged, not copied and / or not forged originals.
Verfahren zur Erzeugung einer Signatur eines GegenstandesMethod for generating a Signature of an object
Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Erzeugung einer Signatur eines Gegenstandes.One The first object of the present invention is a method for Generation of a signature of an object.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung einer Signatur eines Gegenstandes umfasst mindestens die folgenden Schritte.
- A1: Abtastung eines ersten Bereichs einer Oberfläche des Gegenstandes und Aufnahme eines Abtastsignals, das zumindest einen Teil der Oberflächenstruktur innerhalb dieses ersten Bereichs repräsentiert,
- A2: Generierung einer Signatur aus dem in Schritt A1 ermittelten Abtastsignal,
- A3: Verknüpfung der Signatur mit dem Gegenstand,
- A4: Speicherung der Signatur in einer Form, in der sie für spätere Vergleichszwecke verfügbar ist.
- A1: scanning a first area of a surface of the object and picking up a scanning signal representing at least a part of the surface structure within this first area,
- A2: generation of a signature from the scanning signal determined in step A1,
- A3: linking the signature with the object,
- A4: storage of the signature in a form in which it is available for later comparison purposes.
Die Signatur ist eine speicherbare Information über einen Gegenstand. Sie enthält Informationen zu charakteristischen Merkmalen des Gegenstands. Dabei resultieren die charakteristischen Merkmale aus der einzigartigen Oberflächenbeschaffenheit des jeweiligen Gegenstands.The Signature is a storable information about an item. It contains information about characteristic features of the object. This results in the characteristic features the unique surface texture of each Object.
Die Abtastung eines ersten Bereichs einer Oberfläche eines Gegenstands gemäß Schritt A1 kann mit einem beliebigen Verfahren durchgeführt werden, mit dem eine Oberflächenstruktur eines Gegenstands ermittelt werden kann, z. B. mit einem taktilen oder optischen Verfahren. Hier sind bereits kommerzielle Geräte auf dem Markt, die verwendet werden können. Bevorzugt werden Verfahren eingesetzt, die eine Oberflächenstruktur berührungslos erfassen. Besonders bevorzugt werden optische Methoden eingesetzt.The Scanning a first area of a surface of a Item according to step A1 can with any Procedures are carried out with a surface structure an item can be determined, for B. with a tactile or optical methods. Here are already commercial devices in the market that can be used. To be favoured Method used a surface structure contactless to capture. Particular preference is given to using optical methods.
Das Ergebnis der Abtastung ist ein Abtastsignal, das die Oberflächenstruktur innerhalb des ersten Bereichs repräsentiert.The The result of the sampling is a scanning signal representing the surface structure represented within the first area.
Die
Abtastung kann entlang einer Linie erfolgen. In diesem Fall lässt
sich aus dem Abtastsignal ein Oberflächenprofil ableiten.
Ebenso ist es denkbar, eine Abtastung mäanderförmig
oder entlang mehrerer, vorzugsweise parallel zueinander verlaufender
Linien vorzunehmen. Die parallel verlaufenden Linien sind vorzugsweise
so eng aneinanderliegend, das sich aus den Abtastsignalen eine Oberflächentopographie
ableiten lässt. Dies ist beispielhaft in den
Das Abtastsignal, das bei der Abtastung aufgenommen wird, ist von der verwendeten Messmethode abhängig. Dies soll an zwei Beispielen erläutert werden.
- I. Es ist möglich, die Oberflächenstruktur durch punktweises Abtasten der Oberfläche mit einem mechanischen Taster zu ermitteln. Denkbar ist, dass der Taster auf die Oberfläche zubewegt wird, bis er diese berührt. In dem Punkt, wo der Taster die Oberfläche berührt, tritt ein Widerstand auf. Es müsste eine erhöhte Kraft angewendet werden, um den Taster in die vorher eingeschlagene Richtung weiterzubewegen (die Oberfläche steht dem Taster im Weg). Diese Weglänge bis zum Auftreten des Widerstands wird registriert und der Taster wird in seine Ausgangsposition zurückbewegt. Im nächsten Schritt wird der Taster oder der Gegenstand ein Stück zur Seite bewegt (senkrecht zur Richtung, in die der Taster auf den Gegenstand zubewegt wurde) und der Taster wird erneut auf die Oberfläche zubewegt. Auf diese Weise wird Punkt für Punkt die Weglänge ermittelt, bis jeweils ein Widerstand auftritt. Das Abtastsignal umfasst in diesem Fall Werte für die Weglänge als Funktion des Ortes. Hieraus lässt sich in einfacher Weise eine Oberflächenstruktur (Oberflächenprofil oder Topographie) ableiten.
- II. Es ist auch möglich, die Oberfläche mit
Hilfe eines fokussierten Laserstrahls abzutasten. Der Laserstrahl
wird mittels einer Linse auf die Oberfläche fokussiert.
Die Linse kann mittels eines Stellmotors senkrecht zur Oberfläche
(in z-Richtung) bewegt werden. Ein Sensor ermittelt die jeweilige z-Position
der Linse in fokussierter Stellung und liefert somit die Topographieinformation
während die Probe durch einen xy-Tisch unter der Linse bewegt
wird. Üblicherweise ist der Sensor getaktet, d. h. er nimmt
mit einer konstanten Frequenz Messsignale auf. Das Abtastsignal
umfasst in diesem Fall die z-Position der Linse als Funktion der Zeit
(Messfrequenz). Führt der xy-Tisch eine gleichförmige
Bewegung mit einer konstanten Geschwindigkeit aus, so legt er in
der Zeit zwischen der Aufnahme von zwei Messwerten des Sensors immer
denselben Weg zurück. Es liegt also eine bekannte Korrelation
zwischen der Zeit und dem Ort vor, so dass sich auch hier aus dem
Abtastsignal in einer einfacher Weise die Topographie der Oberfläche
ermitteln lässt.
Erfolgt die Aufnahme von Messwerten
taktweise mit einer gleichbleibenden Frequenz und wird eine Bewegung
zwischen Abtastvorrichtung und Gegenstand vorgenommen, die nicht
gleichförmig ist, so kann auch ein mechanischer Kodierer
(Encoder) verwendet werden, mit dem die Zeitinformation in eine
Ortsinformation transformiert werden kann. Solche Encoder sind insbesondere
bei optischen Messmethoden hinreichend bekannt. Auch das in
WO2005/088533(A1)
- I. It is possible to determine the surface structure by scanning the surface point by point with a mechanical probe. It is conceivable that the button is moved to the surface until it touches them. At the point where the button touches the surface, a resistance occurs. An increased force would have to be applied to move the button in the previously chosen direction (the surface is in the way of the button). This path length until the resistance occurs is registered and the button is moved back to its original position. In the next step, the button or the Ge The piece is moved sideways (perpendicular to the direction in which the button was moved to the object) and the button is moved to the surface again. In this way, the path length is determined point by point until a resistance occurs in each case. The sample signal in this case includes values for the path length as a function of the location. From this, a surface structure (surface profile or topography) can be derived in a simple manner.
- II. It is also possible to scan the surface by means of a focused laser beam. The laser beam is focused on the surface by means of a lens. The lens can be moved by means of a servomotor perpendicular to the surface (in the z-direction). A sensor detects the respective z-position of the lens in a focused position and thus provides the topography information while the sample is moved through an xy-table under the lens. The sensor is usually clocked, ie it picks up measurement signals at a constant frequency. The scanning signal in this case comprises the z position of the lens as a function of time (measuring frequency). If the xy stage performs a uniform motion at a constant speed, it will always travel the same distance between taking two readings from the sensor. Thus, there is a known correlation between the time and the location, so that the topography of the surface can also be determined here from the scanning signal in a simple manner. If the recording of measured values takes place cyclically with a constant frequency and if a movement between scanning device and object is carried out which is not uniform, then a mechanical encoder (encoder) can also be used, with which the time information can be transformed into a location information. Such encoders are well known, in particular in optical measurement methods. Also in
WO2005 / 088533 (A1)
In Schritt A2 des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus dem Abtastsignal eine Signatur erstellt. Die Signatur wird erfindungsgemäß dazu verwendet, den Gegenstand zu einem späteren Zeitpunkt zu identifizieren und/oder zu authentifizieren. Von jedem Gegenstand, der zu einem späteren Zeitpunkt identifiziert und/oder authentifiziert werden soll, muss also zunächst eine Signatur erstellt werden. Dieser Prozess, bei dem die Signatur eines Gegenstands zum ersten Mal ermittelt wird, wird hier auch als Ersterfassung bezeichnet. Liegt die Signatur von einem Gegenstand vor, kann diese gespeichert werden. Zu einem späteren Zeitpunkt, an dem der Gegenstand erneut erfasst wird, d. h. seine Signatur erneut ermittelt wird, kann die gespeicherte Signatur als Referenz zu Vergleichszwecken eingesetzt werden.In Step A2 of the method according to the invention created a signature from the scanning signal. The signature is according to the invention used the item at a later date too identify and / or authenticate. Of every object, which is identified at a later date and / or must first be a signature to be created. This process in which the signature of an object is determined for the first time, is also here as first registration designated. If the signature of an object is present, this can get saved. At a later date on which the item is recaptured, d. H. his signature again is determined, the stored signature as a reference for comparison purposes be used.
Die Signatur ist also eine speicherbare und maschinell verarbeitbare Information, die aus dem Abtastsignal gewonnen und zum Zweck der Identifizierung und/oder Authentifizierung eingesetzt werden kann. Unter speicherbar wird verstanden, dass die Signatur zu einem späteren Zeitpunkt zum Beispiel für Vergleichszwecke wieder aufgegriffen werden kann. Unter maschineller Verarbeitung wird verstanden, dass die Signatur maschinell gelesen und mit einer Maschine verschiedenen Rechen- und/oder Speicheroperationen unterzogen werden kann.The Signature is thus a storable and machine processable Information obtained from the scanning signal and for the purpose of Identification and / or authentication can be used. Under storable is understood that the signature to a later Time taken up for example for comparison purposes again can be. By machine processing is meant that the signature read by machine and with a machine different Arithmetic and / or memory operations can be subjected.
Die
Signatur enthält Informationen zu Merkmalen, die einen
Gegenstand eindeutig kennzeichnen. Die Signatur kann das Abtastsignal
selbst sein. Die Signatur kann auch eine Oberflächentopographie sein,
die aus dem Abtastsignal abgeleitet worden ist, d. h. eine Ansammlung
von Höheninformationen eines Oberflächenbereichs
als Funktion der jeweiligen Oberflächenorte. Ebenso ist
es denkbar, dass eine Signatur ein Oberflächenprofil gemäß der
Definition aus
In
der Regel wird die Signatur aus dem Abtastsignal durch verschiedene
mathematische Methoden wie Filterung und/oder Untergrundabzug erzeugt.
Durch diese mathematischen Methoden werden zufällige oder
systematische Schwankungen, die aus Einzelmessungen resultieren,
weitestgehend eliminiert. Bei papierartigen Objekten kann z. B.
eine Welligkeit in einem Oberflächenprofil auftreten, die aufgrund
von Benutzung des Objekts entstanden ist. Diese kann bei einer Identifizierung
und/oder Authentifizierung störend sein, da sie erst im
Verlauf der Zeit entstanden und somit nicht in der ursprünglichen
Signatur enthalten ist. Eine solche Welligkeit kann durch geeignete
Filter aus dem Abtastsignal herausgerechnet (eliminiert) werden
(siehe z. B. aus
Ebenso ist es denkbar, das Abtastsignal oder ein gefiltertes Abtastsignal einer mathematischen Transformation zu unterziehen, um einen Datensatz zu generieren, der sich besser zum Zweck der Identifizierung und/oder Authentifizierung eignet, als das Abtastsignal oder ein gefiltertes Abtastsignal selbst. Als Beispiel einer solchen Transformation sei eine Fourier-Transformation genannt, die eine ortsunabhängige Darstellung des Abtastsignals erzeugt.As well it is conceivable, the sampling signal or a filtered sampling signal undergo a mathematical transformation to get a record generate better for the purpose of identification and / or Authentication, as the sample signal or a filtered one Sampling signal itself. As an example of such a transformation is called a Fourier transform, which is a location independent Representation of the sampling signal generated.
Weiterhin ist es denkbar, charakteristische Muster aus dem Abtastsignal zu extrahieren und diese extrahierten Daten als Signatur einzusetzen (Datenreduktion).Farther it is conceivable to use characteristic patterns from the scanning signal extract and use this extracted data as a signature (Data reduction).
In Schritt A3 des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung einer Signatur wird die Signatur mit dem Gegenstand verknüpft. Diese Verknüpfung kann physikalisch oder virtuell erfolgen. Bei einer physikalischen Verknüpfung kann die Signatur beispielsweise in Form eines optischen Codes (Barcode, Matrixcode, OCR-Text oder derglichen) auf den Gegenstand aufgedruckt oder in den Gegenstand eingeritzt werden. Ebenso ist es denkbar, den Gegenstand mit einem Aufkleber, der die Signatur gespeichert enthält zu verknüpfen. Auch die Anbringung eines elektronischen Datenträgers wie beispielsweise eines RFID-Chips, auf dem die Signatur gespeichert ist, an den Gegenstand ist denkbar.In step A3 of the inventive method for generating a signature, the Signa linked to the object. This linkage can be physical or virtual. In the case of a physical link, the signature can be printed on the object or scratched into the object, for example in the form of an optical code (barcode, matrix code, OCR text or the like). It is also conceivable to associate the article with a sticker that contains the signature stored. The attachment of an electronic data carrier such as an RFID chip, on which the signature is stored, to the object is conceivable.
Bei einer virtuellen Verknüpfung wird beispielsweise eine eindeutige Nummer, die dem jeweiligen Gegenstand zugeordnet ist (ID-Nummer, Chargen-Nummer oder dergleichen) in einer Datenbank mit der Signatur verknüpft. Die Signatur kann beispielsweise diese Nummer in einem so genannten Header (Metadaten am Anfang einer Datei) enthalten. Die Verknüpfung sorgt dafür, dass eine klare und eindeutige Zuordnung zwischen Signatur und Gegenstand besteht. Anhand der Signatur lässt sich eindeutig auf den zugehörigen Gegenstand schließen.at For example, a virtual shortcut becomes a unique one Number assigned to the respective item (ID number, Batch number or the like) in a database with the signature connected. The signature can be, for example, this number contained in a so-called header (metadata at the beginning of a file). The link ensures that a clear and unambiguous Assignment between signature and object exists. Based on the signature can be clearly attributed to the associated object shut down.
In Schritt A4 des erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Speicherung der Signatur in einer Form, in der sie für spätere Vergleichszwecke verfügbar ist.In Step A4 of the method according to the invention takes place storing the signature in a form in which it is used for later comparison purposes is available.
Die Speicherung kann beispielsweise auf einem elektronischen Speichermedium (Halbleiterspeicher), einem optischen Speichermedium (z. B. Compact Disk), einem magnetischen Speichermedium (z. B. Festplatte) oder einem anderen Medium zur Speicherung von Informationen erfolgen. Denkbar ist auch die Ablage der Signatur als optischer Code (Barcode, Matrixcode) auf einem Papier oder dem Gegenstand selbst oder als Hologramm.The Storage can, for example, on an electronic storage medium (Semiconductor memory), an optical storage medium (eg Disk), a magnetic storage medium (eg hard disk) or another medium for storing information. It is also conceivable to store the signature as an optical code (barcode, Matrix code) on a paper or the article itself or as Hologram.
Nachdem die Signatur erstmalig generiert und gespeichert ist, ist der jeweilige Gegenstand erfasst und kann zu einem späteren Zeitpunkt anhand seiner Signatur identifiziert und/oder authentifiziert werden. Die gespeicherte Signatur wird hier auch als Referenzsignatur bezeichnet.After this the signature is generated and stored for the first time, is the respective one Subject is recorded and may be at a later date identified and / or authenticated by its signature. The stored signature is also referred to here as a reference signature.
Verfahren zur Identifizierung und/oder Authentifizierung eines Gegenstands Ein zweiter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Identifizierung und/oder Authentifizierung eines Gegenstands mindestens umfassend die folgenden Schritte:
- B1: Abtastung eines zweiten Bereichs einer Oberfläche des Gegenstandes und Aufnahme eines Abtastsignals, das zumindest einen Teil der Oberflächenstruktur innerhalb dieses zweiten Bereichs repräsentiert,
- B2: Generierung einer Signatur aus dem in Schritt B1 ermittelten Abtastsignal,
- B3: Vergleich der im Schritt B2 ermittelten Signatur mit mindestens einer Referenzsignatur,
- B4: Generierung einer Mitteilung über die Identität und/oder Authentizität des Gegenstands in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs in Schritt B3.
- B1: scanning a second area of a surface of the object and picking up a scanning signal representing at least a part of the surface structure within this second area,
- B2: generation of a signature from the sampling signal determined in step B1,
- B3: comparison of the signature determined in step B2 with at least one reference signature,
- B4: generation of a notification of the identity and / or authenticity of the object depending on the result of the comparison in step B3.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Identifizierung und/oder Authentifizierung eines Gegenstands ist zeitlich dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung einer Signatur nachgelagert.The Inventive method for identification and / or authentication of an item is timed to the invention Downstream of a method for generating a signature.
Für die Schritte B1 und B2 gilt das bei den Schritten A1 und A2 jeweils beschriebene, d. h. diese Schritte erfolgen weitestgehend in derselben Weise.For Steps B1 and B2 apply to steps A1 and A2, respectively described, d. H. These steps are largely done in the same Wise.
In Schritt A1 ist allerdings ein erster Bereich einer Oberfläche genannt während in Schritt B1 cm zweiter Bereich einer Oberfläche genannt ist.In However, step A1 is a first area of a surface called during step B1 cm second area of a Called surface.
Damit eine spätere Identifizierung und/oder Authentifizierung überhaupt möglich ist, muss der Bereich, der bei der Identifizierung und/oder Authentifizierung abgetastet wird (der zweite Bereich) zumindest teilweise mit dem Bereich überlappen, der bei der Ersterfassung abgetastet worden ist (der erste Bereich). Je größer die Überlappung ist, desto höher ist die Sicherheit, mit der ein Gegenstand identifiziert und/oder authentifiziert werden kann.In order to a later identification and / or authentication at all possible, the area must be in the identification and / or authentication is scanned (the second area) at least partially overlap with the area at the first reading has been sampled (the first area). ever the larger the overlap, the higher is the security with which an item is identified and / or can be authenticated.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren sind der erste Bereich (aus Schritt A1) und der zweite Bereich (aus Schritt B1) identisch oder zumindest weitgehend identisch. Unter „weitgehend identisch” wird verstanden, dass bei einer späteren Abtastung der Oberfläche versucht wird, denselben Bereich abzutasten, der auch bei der Ersterfassung abgetastet worden ist. Im Idealfall sind der erste und der zweite Bereich also identisch – aber in der Praxis kann es Schwierigkeiten bereiten, den Bereich der Ersterfassung bei einer späteren Erfassung exakt wiederzufinden oder exakt zu „treffen”. Dies ist eine Frage der Positioniergenauigkeit: wie genau gelingt es, einen Gegenstand gegenüber einer Vorrichtung zur Abtastung der Oberfläche des Gegenstands zu positionieren, so dass ein definierter Bereich der Oberfläche abgetastet werden kann?In a preferred embodiment of the invention Methods are the first area (from step A1) and the second one Area (from step B1) identical or at least substantially identical. Under "largely identical "is understood that at a later Sampling the surface is trying the same area to be sampled, which was also sampled at the initial reading. Ideally, the first and the second area are identical - but In practice, it can be difficult to change the field of Initial detection to be found exactly in a later acquisition or exactly to "meet". This is a matter of Positioning accuracy: how exactly succeeds an object opposite a device for scanning the surface of the object to position, leaving a defined area of the surface can be sampled?
Eine Möglichkeit, die Anforderungen an die Positioniergenauigkeit zu vermindern, besteht darin, den Bereich zur Abtastung möglichst groß zu wählen. Beträgt die absolute Genauigkeit der Positionierung beispielsweise ±1 mm in einer Richtung und hat der Bereich in dieser Richtung eine Ausdehnung von 1 mm, so ist die Genauigkeit, mit der positioniert werden kann, unzureichend; es besteht die Gefahr, das der erste Bereich und der zweite Bereich überhaupt nicht übereinstimmen. Beträgt die Ausdehnung des Bereichs in der genannten Richtung jedoch 10 mm, so ist eine hinreichend genaue Positionierung sehr wahrscheinlich gegeben; erster Bereich und zweiter Bereich weichen in der genannten Richtung um maximal 10% voneinander ab.One way to reduce the positioning accuracy requirements is to maximize the range for scanning. For example, if the absolute accuracy of the positioning is ± 1 mm in one direction and the area in that direction is 1 mm, the accuracy with which it can be positioned is insufficient; there is a risk that the first area and the second area will not match at all. However, if the extent of the area in that direction is 10 mm, so a sufficiently accurate positioning is very likely given; the first area and the second area deviate from one another by a maximum of 10% in the named direction.
Eine Vergrößerung des Bereichs ist jedoch üblicherweise auch mit einem erhöhten Zeitaufwand für die Abtastung und mit einer größeren Datenmenge für das Abtastsignal und die Signatur verbunden, so dass der Bereich nicht beliebig groß gewählt werden kann.A However, enlargement of the range is common also with an increased time spent on the scan and with a larger amount of data for the scanning signal and the signature are connected so that the area can not be chosen arbitrarily large.
Eine weitere Möglichkeit, die Anforderungen an die Positioniergenauigkeit zu vermindern, liegt in der Verwendung eines so genannten Positionsgebers. Unter einem Positionsgeber werden Mittel verstanden, die einen Bereich einer Oberfläche abschließend kennzeichnen. Unter einer abschließenden Kennzeichnung eines Oberflächenbereichs wird verstanden, dass ein Bereich der Oberfläche eines Gegenstand so hervorgehoben und gegenüber anderen Oberflächenbereichen so abgegrenzt wird, dass dieser Oberflächenbereich eindeutig von allen anderen Oberflächenbereichen unterscheidbar ist und dass es keinen Oberflächenbereich gibt, für den eine Unklarheit darüber besteht, ob er dem gekennzeichneten Oberflächenbereich angehört oder nicht. Ein Positionsgeber kann beispielsweise ein Etikett mit einer Aussparung sein, das mit dem Gegenstand verbunden wird. Innerhalb der Aussparung liegt der Bereich, der abgetastet werden soll. Wird der Bereich optisch abgetastet, so ist die Oberfläche des Positionsgebers, die um die Aussparung angeordnet ist, vorzugsweise so gestaltet, dass sie bei Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung ein anderes Verhalten zeigt, als der gekennzeichnete Oberflächenbereich des Gegenstands. Ist der Gegenstand beispielsweise ein papierartiges Objekt mit einem hohen Streuvermögen, wird die Oberfläche des Positionsgebers beispielsweise spiegelnd gestaltet. Bei einer taktilen Abtastung des Oberflächenbereichs des Gegenstandes hat ein Etikett mit einer Aussparung als Positionsgeber den Vorteil, dass Kanten rund um den Oberflächenbereich des Gegenstandes vorliegen, die bei einer taktilen Abtastung ein definiertes und gut erkennbares Abtastsignal liefern, das anzeigt, wo der Oberflächenbereich des Gegenstandes beginnt und wo er endet. Ein Positionsgeber verhilft also, den Bereich, der bei der Ersterfassung abgetastet worden ist, bei jeder späteren Abtastung zum Zweck der Identifizierung und/oder Authentifizierung „wiederzufinden”.A Another possibility, the requirements for positioning accuracy To reduce, lies in the use of a so-called position sensor. A position transmitter is understood to mean a range Finally mark a surface. Under a final marking of a surface area It is understood that an area of the surface of an object so highlighted and over other surface areas is delimited so that this surface area is unique is distinguishable from all other surface areas and that there is no surface area for which one Uncertainty exists as to whether he marked Surface area belongs or not. A position transmitter For example, may be a label with a recess that with the object is connected. Within the recess is the area to be scanned. If the area is optically scanned, so is the surface of the locator, which is around the recess is arranged, preferably designed so that when irradiated with electromagnetic radiation shows a different behavior than the characterized surface area of the article. is the article, for example, a paper-like object with a high scattering power, the surface of the position sensor For example, designed mirroring. With a tactile scan the surface area of the article has a label with a recess as a position transmitter the advantage of having edges are present around the surface area of the article, the in a tactile scan a defined and well recognizable Provide a sampling signal indicating where the surface area is of the object begins and where it ends. A position sensor helps that is, the area that was scanned at first reading, at each later scan for the purpose of identification and / or authentication "to find again".
Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass es vorteilhaft sein kann, den Bereich zur Abtastung möglichst klein zu gestalten. Je kleiner der Bereich ist, desto schneller kann eine Abtastung erfolgen, desto geringer sind die Datenmengen, die als Abtastsignal oder Signatur anfallen und desto geringer ist die Rechenzeit für den Vergleich einer aktuellen Signatur mit einer oder mehreren Referenzsignaturen. Es hätte damit Vorteile, wenn die Oberfläche des Gegenstands nur entlang einer einzigen Linie abgetastet werden müsste, um eine Signatur zu erzeugen. Es wurde jedoch auch bereits erläutert, dass eine Verkleinerung des Bereichs mit einer Erhöhung der Anforderungen an die Positioniergenauigkeit einhergeht. Ist die Signatur ein Oberflächenprofil, d. h. die Höheninformation einer Oberfläche entlang einer Linie auf der Oberfläche, so kann es schwierig sein, diese Linie bei einer späteren Erfassung wiederzufinden.It has already been pointed out that it can be beneficial make the area for scanning as small as possible. The smaller the area, the faster a scan can be take place, the lower the amount of data, as a sampling signal or signature incurred and the lower the computing time for the comparison of a current signature with one or more reference signatures. It would have advantages if the surface of the Object would only have to be scanned along a single line, to create a signature. However, it has already been explained that a reduction of the area with an increase the requirements for the positioning accuracy goes hand in hand. is the signature is a surface profile, i. H. the height information a surface along a line on the surface, so it may be difficult to follow this line at a later time Find again.
Überraschend wurde gefunden, dass dieses Problem der steigenden Anforderungen an die Positioniergenauigkeit bei Verkleinerung des Bereichs zur Abtastung dadurch gelöst werden kann, dass der zweite Bereich kleiner als der erste Bereich ist und der zweite Bereich innerhalb des ersten Bereichs liegt.Surprised It has been found that this problem of increasing demands to the positioning accuracy as the area for scanning is reduced It can be solved by making the second area smaller as the first area and the second area within the first area Area lies.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Identifizierung und/oder Authentifizierung ist demnach dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich kleiner als der erste Bereich ist und innerhalb dieses ersten Bereichs liegt.A preferred embodiment of the invention Method for identification and / or authentication is accordingly characterized in that the second region is smaller than the first one Area is and lies within this first area.
Zur Erfüllung einer ausreichenden Positioniergenauigkeit in Schritt B1 muss der Gegenstand in Bezug zur Abtastvorrichtung so positioniert werden, dass der Abtastbereich (zweiter Bereich) innerhalb eines definierten größeren Bereichs (erster Bereich) liegt. Die Anforderungen an die Positioniergenauigkeit nimmt entsprechend mit zunehmender Größe des ersten Bereichs und mit abnehmender Größe des zweiten Bereichs ab. Mit abnehmender Größe des zweiten Bereichs nimmt natürlich auch die Datenmenge ab, die für einen Vergleich zur Verfügung steht. Generell gilt, dass eine Aussage über die Identität und/oder Authentizität eines Gegenstand mit höherer Sicherheit getroffen werden kann, je größer die Datenmenge ist, welche die Identität des jeweiligen Gegenstands beschreibt. Hier muss also eine sinnvolle Abwägung zwischen vereinfachter Positionierung und Sicherheit bei der Identifizierung und/oder Authentifizierung getroffen werden.to Fulfilling a sufficient positioning accuracy in Step B1, the object must be in relation to the scanning device so be positioned so that the scanning area (second area) within a defined larger area (first area). The requirements for the positioning accuracy increases accordingly with increasing size of the first area and decreases with decreasing size of the second area. As the second area decreases in size of course, the amount of data, which for a Comparison is available. Generally, that is one Statement about the identity and / or authenticity an object with higher security can, the larger the amount of data that the Identity of each item describes. Here must So a meaningful balance between simplified positioning and security in identification and / or authentication to be hit.
Die Signatur, die sich aus der Abtastung des ersten, größeren Bereichs ergibt und als Referenzsignatur gespeichert wird, ist entsprechend größer als jede Signatur, die bei einer späteren Erfassung zum Zwecke der Identifizierung und/oder Authentifizierung bei Abtastung des zweiten, kleineren Bereichs generiert wird. In dem Schritt B3 des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Identifizierung und/oder Authentifizierung wird dementsprechend geprüft, ob die aktuelle Signatur innerhalb der Referenzsignatur vorhanden ist. Konkret könnte das so aussehen, dass bei der Ersterfassung ein erster Bereich der Oberfläche entlang einer Vielzahl an eng aneinander liegenden Linien abgetastet und so die Topographie dieses ersten Bereichs ermittelt und als Referenzsignatur gespeichert wird. Bei der Identifizierung und/oder Authentifizierung wird dann zu einem späteren Zeitpunkt beispielsweise nur das Höhenprofil entlang einer einzigen Linie (Oberflächenprofil), die sich innerhalb des ersten Bereichs befindet, aufgenommen. In Schritt B3 wird geprüft, ob die Oberflächentopographie des ersten Bereichs an irgendeiner Stelle ein entsprechendes Oberflächenprofil aufweist. Dabei ist es nicht erforderlich, dass die Linie, entlang der bei der Identifizierung und/oder Authentifizierung eine Abtastung erfolgt ist, auch genau eine der Linien ist, die bei der Ermittlung der Topographie im Rahmen der Ersterfassung zur Abtastung herangezogen worden ist. Wie oben bereits festgestellt, liegen die einzelnen Linien bei der Ermittlung der Topographie vorzugsweise so eng beieinander, dass zwischen ihnen ein kontinuierlicher Übergang erkennbar ist. Es reicht demnach aus, dass die einzelne Linie innerhalb des Bereichs der Vielzahl an Linien liegt. Aus entsprechenden Gründen ist es auch nicht erforderlich, dass die einzelne Linie exakt parallel zu der Vielzahl an Linien verläuft. Durch den kontinuierlichen Übergang der einzelnen Oberflächenprofile, die die Topographie bilden, lässt sich mit bekannten mathematischen Verfahren die gesamte Topographie approximieren und somit jedes beliebige Oberflächenprofil innerhalb der Topographie berechnen.The signature resulting from the scanning of the first, larger area and stored as a reference signature is correspondingly larger than any signature that is generated in a later detection for the purpose of identification and / or authentication when scanning the second, smaller area. In step B3 of the inventive method for identification and / or authentication, it is accordingly checked whether the current signature is present within the reference signature. In concrete terms, this could be the case that, during initial recording, a first area of the upper is scanned along a plurality of closely spaced lines and so the topography of this first area is determined and stored as a reference signature. For example, in the identification and / or authentication, only the height profile along a single line (surface profile) located within the first region will be recorded at a later time. In step B3 it is checked whether the surface topography of the first region has a corresponding surface profile at any point. It is not necessary that the line along which a scan was made in the identification and / or authentication is also exactly one of the lines that was used in the determination of the topography in the context of the initial sampling. As already stated above, the individual lines are preferably so close together in determining the topography that a continuous transition is recognizable between them. It is therefore sufficient that the single line lies within the range of the plurality of lines. For corresponding reasons, it is also not necessary for the individual line to run exactly parallel to the multiplicity of lines. Through the continuous transition of the individual surface profiles, which form the topography, the entire topography can be approximated with known mathematical methods and thus any surface profile within the topography can be calculated.
Die bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Identifizierung und/oder Authentifizierung eines Gegenstands, bei dem der zweite Bereich kleiner ist als der erste Bereich, lässt sich dort vorteilhaft einsetzen, wo genügend Zeit zur Ersterfassung besteht, während die Zeit zur Identifizierung und/oder Authentifizierung im Vergleich hierzu beschränkt ist.The preferred embodiment of the invention Method for identifying and / or authenticating a An article wherein the second area is smaller than the first one Range, can be used advantageously where sufficient Time to initial capture exists while the time for identification and / or authentication in comparison thereto is.
Als Beispiele seien Kunstgegenstände oder Schmuck genannt. Diese werden oftmals in Handfertigung erstellt. Die Handfertigung benötigt im Vergleich zu maschinellen Herstellungsverfahren mehr Zeit. Daher fällt es nicht ins Gewicht, wenn zur Erstellung der Referenzsignatur ein entsprechender Zeitaufwand betrieben wird, indem ein großer (erster) Bereich abgetastet wird. Die spätere Identifizierung und/oder Authentifizierung z. B. zur Routineüberprüfung anhand eines kleineren Bereichs kann entsprechend schneller erfolgen.When Examples are art objects or jewelry called. These are often created by hand. The manual production needed compared to mechanical manufacturing process more time. Therefore, it does not matter when creating the reference signature is operated a corresponding amount of time, by scanning a large (first) area. The later identification and / or authentication z. B. for routine inspection on the basis of a smaller one Area can be done faster.
Überraschend wurde gefunden, dass der erste und zweite Bereich auch so gestaltet werden können, dass der zweite Bereich größer als der erste Bereich ist und diesen ersten Bereich vollständig umfasst.Surprised it was found that the first and second area also designed this way that can make the second area bigger than the first area is and this first area is complete includes.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Identifizierung und/oder Authentifizierung eines Gegenstands ist daher dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich größer ist als der erste Bereich und diesen ersten Bereich vollständig umfasst.A further preferred embodiment of the invention Method for identifying and / or authenticating a Subject is therefore characterized in that the second area is larger than the first area and this first Area completely covered.
Bei der Ersterfassung wird also eine Referenzsignatur erzeugt, die aus einem vergleichsweise kleinen Abtastbereich resultiert. Bei einer späteren Erzeugung einer Signatur zum Zweck der Identifizierung und/oder Authentifizierung wird ein entsprechend größerer Bereich abgetastet, eine Signatur erzeugt und in Schritt B3 untersucht, inwieweit eine Referenzsignatur in der aktuellen Signatur vorhanden ist.at the initial detection is thus generated a reference signature, the results in a comparatively small scanning range. At a later generation of a signature for the purpose of identification and / or authentication becomes a correspondingly larger Scanned area, generates a signature and examined in step B3, to what extent a reference signature is present in the current signature.
Durch diese bevorzugte Ausführungsform ergeben sich dieselben Vorteile hinsichtlich Positioniergenauigkeit und verringerten Datenmengen wie in dem Fall, bei dem der zweite Bereich innerhalb des ersten Bereichs liegt (siehe oben). Eine solche Ausführungsform ist dann vorteilhaft, wenn die Ersterfassung im Vergleich zur späteren Identifizierung und/oder Authentifizierung zeitkritisch ist. Dies kann zum Beispiel bei einer maschinellen Fertigung der Fall sein, wo die gefertigten Gegenstände in großer Zahl anfallen und mit großer Geschwindigkeit auf einem Fließband transportiert werden. Hier ist es vorteilhaft, nur einen kleinen Bereich des jeweiligen Gegenstands in kürzester Zeit abzutasten (Schritt A1), um den jeweiligen Gegenstand erstmalig zu erfassen und eine entsprechende Referenzsignatur zu erzeugen. Bei der späteren Identifizierung und/oder Authentifizierung fallen die Gegenstände gegebenenfalls in geringer Zahl an und es besteht mehr Zeit, einen größeren Bereich in Schritt B1 abzutasten, um sicherzustellen, dass der erste Bereich (aus Schritt A1) umfasst wird.By this preferred embodiment, the same result Advantages in terms of positioning accuracy and reduced data volumes as in the case where the second area is within the first Area is located (see above). Such an embodiment is advantageous if the initial assessment compared to the later Identification and / or authentication is time critical. This may be the case in a machine manufacturing, for example where the manufactured items in large numbers accumulate and on a conveyor belt at great speed be transported. Here it is advantageous, only a small one Scanning area of each item in a very short time (Step A1) to capture the respective object for the first time and to generate a corresponding reference signature. At the later Identification and / or authentication fall the objects possibly in small numbers and there is more time, one scan larger area in step B1 to ensure that the first area comprises (from step A1) becomes.
In Schritt B3 des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Identifizierung und/oder Authentifizierung eines Gegenstands erfolgt, wie bereits angesprochen, der Vergleich der aktuell erzeugten Signatur mit einer oder mehreren Referenzsignaturen. Hierbei kann zwischen einem so genannten 1:1-Abgleich und einem so genannten 1:n-Abgleich unterschieden werden. Bei einem 1:1-Abgleich erfolgt lediglich der Vergleich von zwei Signaturen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn bereits Informationen zur vermeintlichen Identität des Gegenstands vorliegen, die noch überprüft werden sollen (Authentifizierung). Es ist beispielsweise denkbar, dass der Gegenstand einen Barcode trägt, der auf die Identität des Gegenstands hinweist. Anhand der vermeintlichen Identität kann die Referenzsignatur ermittelt werden, die dem jeweiligen Gegenstand zugeordnet ist. Diese wird dann mit der aktuell generierten Signatur verglichen.In Step B3 of the method according to the invention for Identification and / or authentication of an object takes place, As already mentioned, the comparison of the currently generated signature with one or more reference signatures. Here can between a so-called 1: 1 comparison and a so-called 1: n comparison. In a 1: 1 comparison, only the comparison of two takes place Signatures. This is the case, for example, if there is already information to the alleged identity of the object, which are still to be checked (authentication). For example, it is conceivable that the item is a barcode which points to the identity of the object. On the basis of the supposed identity, the reference signature determined, which is assigned to the respective object. This is then compared with the currently generated signature.
Ist die Identität nicht bekannt und soll diese anhand der aktuell generierten Signatur ermittelt werden, so wird die aktuell generierte Signatur mit einer Anzahl n an in Frage kommenden Referenzsignaturen verglichen (1:n-Abgleich), um diejenige Referenzsignatur zu finden, die mit der aktuell generierten Signatur übereinstimmt (Identifizierung).If the identity is unknown and should be determined based on the currently generated signature, the currently generated signature will be marked with a Number n of candidate reference signatures compared (1: n comparison) to find the reference signature that matches the currently generated signature (identification).
Der
Vergleich selbst kann mit mathematischen Methoden, die dem Fachmann
hinlänglich bekannt sind, erfolgen. Es können
z. B. bekannte Verfahren des Pattern Matching eingesetzt werden,
bei denen nach Ähnlichkeiten zwischen Datensätzen
gesucht wird (siehe z. B. Image Analysis and Processing: 8th International
Conference, ICIAP '95, San Remo, Italy, September 13–15,
1995. Proceedings (Lecture Notes in Computer Science),
Das Ergebnis des Vergleichs, z. B. der Grad der Übereinstimmung zwischen den verglichenen Signaturen, wird dann in Schritt B4 an einen Benutzer einer entsprechenden Vorrichtung in Form einer sicht- oder hörbaren Mitteilung ausgegeben (Monitor, Drucker, Lautsprecher, o. ä.).The Result of the comparison, z. For example, the degree of agreement between the compared signatures, then becomes in step B4 a user of a corresponding device in the form of a visual or audible message (monitor, printer, Speakers, etc.).
Nachdem die erfindungsgemäßen Verfahren vorgestellt worden sind, soll nun näher auf konkrete Ausführungsformen eingegangen werden, ohne die Erfindung jedoch hierauf zu beschränken.After this the method according to the invention has been presented are now closer to specific embodiments be received, but without limiting the invention thereto.
Es zeigen:It demonstrate:
Die Abtastung eines Oberflächenbereichs erfolgt bevorzugt optisch, das heißt unter Verwendung einer Quelle für elektromagnetische Strahlung und mindestens einem Detektor für elektromagnetische Strahlung (auch als Fotodetektor bezeichnet). Vorzugsweise wird als Strahlenquelle ein Laser eingesetzt, der elektromagnetische Strahlung mit einer hohen Intensität erzeugen kann. Laserstrahlung lässt sich auch gut bündeln, so dass die Ausmaße des fokussierten Laserstrahls in der Fokusebene entsprechend gering gehalten werden können. Je geringer die Ausmaße des Abtaststrahls in der Fokusebene sind, desto höher ist die Genauigkeit, mit der die Oberfläche abgetastet werden kann.The Scanning of a surface area is preferably carried out optically, that is, using a source of electromagnetic Radiation and at least one detector for electromagnetic Radiation (also called photodetector). Preferably As a radiation source a laser is used, the electromagnetic Can generate radiation with a high intensity. laser radiation can also be bundled well, so the dimensions of the focused laser beam in the focal plane correspondingly low can be kept. The smaller the dimensions of the scanning beam in the focal plane, the higher the accuracy with which the surface is scanned can.
Das Querschnittsprofil des Abtaststrahls in der Fokusebene sollte bei den Abtastungen gemäß der Schritte A1 und B1 weitestgehend gleich sein, damit bei dem späteren Vergleich von Signaturen gemäß Schritt B3 keine zu großen Unterschiede zwischen den Signaturen infolge von unterschiedlichen Auflösungen bei der Abtastung vorliegen. Unter dem Querschnittsprofil wird die zweidimensionale Intensitätsverteilung der Strahlung in der Fokusebene verstanden.The Cross-sectional profile of the scanning beam in the focal plane should be at the scans according to steps A1 and B1 as far as possible be the same, so in the later comparison of signatures not too big differences according to step B3 between the signatures due to different resolutions present during the scan. Under the cross-sectional profile is the two-dimensional intensity distribution of the radiation in the focal plane understood.
In
Die
Figur zeigt die Oberfläche
Von
der Strahlenquelle kann ein Abtaststrahl
An Stelle der Vielzahl an einzelnen Detektoren ist es auch denkbar, einen entsprechend großen Detektor (CCD-, CMOS-Kamera) einzusetzen. Im Gegensatz zur dynamischen Laserfokussierung (siehe oben) ist es nicht notwendig, eine mechanisch verstellbare Linse einzusetzen. Überraschend wurde gefunden, dass es ausreicht, wenn der Abtaststrahl auf einen Punkt auf der Oberfläche fokussiert wird. Die Bewegung zwischen Gegenstand und Anordnung aus Strahlenquelle und Detektoren erfolgt dann mit konstantem Abstand zwischen Gegenstand und Anordnung. Aufgrund der Höhenunterschiede auf der Oberfläche liegen nicht alle Punkte, in denen der Abtaststrahl auf die Oberfläche trifft, in der Fokusebene. Überraschenderweise kann trotzdem aus dem Abtastsignal eine Topographie abgeleitet werden.At It is also conceivable to use the large number of individual detectors a correspondingly large detector (CCD, CMOS camera) use. In contrast to dynamic laser focusing (see above) it is not necessary to have a mechanically adjustable lens use. Surprisingly, it was found that it was enough when the scanning beam is at a point on the surface is focused. The movement between object and arrangement from radiation source and detectors then takes place at a constant distance between object and arrangement. Due to the height differences on the surface are not all the points in which the Scanning beam hits the surface, in the focal plane. Surprisingly Nevertheless, a topography can be derived from the scanning signal.
Die Bestrahlung (Abtastung) der Oberfläche kann in einem beliebigen Winkel von nahezu 0° (sofern noch Reflexion auftritt) bis 90° bezogen auf die mittlere Oberflächenebene erfolgen. Die Detektion der reflektierten Strahlung kann ebenso in einem beliebigen Winkel von nahezu 0° bis 90° bezogen auf die mittlere Oberflächenebene erfolgen.Irradiation (scanning) of the surface can take place at any angle from almost 0 ° (if reflection still occurs) to 90 ° relative to the mean surface level. The detection of the reflected radiation can also be carried out at an arbitrary angle of almost 0 ° to 90 ° relative to the mean surface level.
Die
Verwendung einer Vorrichtung gemäß
Weiterhin
wurde überraschend gefunden, dass zur Ermittlung einer
Signatur nicht die vollständige Oberflächenstruktur
bei der Abtastung erfasst werden muss. Die Oberflächenbeschaffenheit
von vielen Gegenständen ist so reich an charakteristischen
Merkmalen, dass zu einer Identifizierung und/oder Authentifizierung
ein Bruchteil davon ausreicht. Das bedeutet, dass in der Anordnung
in
Die auf die Oberfläche gesandte Strahlung ist vorzugsweise nicht kohärent, um störende Interferenzerscheinungen auszuschließen. Vorzugsweise wird als Strahlenquelle ein Laser verwendet. Wie dem Fachmann bekannt ist, ist die Kohärenzlänge von kommerziell verfügbaren Lasern unterschiedlich. Vorzugsweise wird ein Laser verwendet, dessen Kohärenzlänge aus technischen Gründen bereits so gering ist, dass bei der Abtastung keine kohärente Strahlung mehr auf die Oberfläche gelangt. Es ist auch denkbar, die Weglänge des Laserstrahls bis zum Erreichen der Oberfläche durch geeignete Maßnahmen entsprechend lang zu gestalten, so dass keine kohärente Strahlung mehr auf die Oberfläche gelangt. Auch geeignete Mittel zur Verringerung der Kohärenzlänge sind denkbar.The Radiation sent to the surface is preferred not coherent to disturbing interference phenomena excluded. Preferably, as a radiation source a Laser used. As known to those skilled in the art, the coherence length of different commercially available lasers. Preferably a laser is used whose coherence length for technical reasons already so low that at the scanning no longer coherent radiation on the surface arrives. It is also conceivable the path length of the laser beam until reaching the surface by suitable measures correspondingly long so that no coherent Radiation reaches the surface more. Also suitable Means for reducing the coherence length conceivable.
In
einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt A1 und/oder
in Schritt B1 die Abtastung nur entlang einer Linie vorgenommen.
Besonders bevorzugt wird sowohl in Schritt A1 als auch in Schritt
B1 die Abtastung nur entlang einer Linie vorgenommen. Dies bedeutet,
dass im Fall der Verwendung eines Abtaststrahls gemäß
Wie
bereits oben erläutert ist es jedoch mit abnehmender Größe
des Abtastbereichs zunehmend schwieriger bei einer späteren
Abtastung den Bereich wiederzufinden, der bei der ersten Abtastung erfasst
worden ist. Erfindungsgemäß wird dieses Problem
dadurch gelöst, dass zur Abtastung ein linienförmiges
Strahlprofil verwendet wird. Überraschend wurde nämlich
gefunden, dass sich auch dann ein Abtastsignal und eine Signatur
zum Zweck der Identifizierung und/oder Authentifizierung eines Gegenstands
ermitteln lässt, wenn das Strahlprofil quer zur Bewegungsrichtung
ausgeweitet ist. Dies ist schematisch in
Durch die Ausweitung des Strahlprofils in die Richtung quer zur Bewegungsrichtung wird das Problem der Positionierung gelöst. Anstelle einer dünnen Linie (mit einer Breite, die der Ausdehnung des punktförmigen Strahlprofils entspricht) wird ein breiter Bereich (mit einer Breite, die der längeren Ausdehnung des linienförmigen Strahlprofils entspricht) abgetastet. Dieser breite Bereich kann bei einer späteren Abtastung entsprechend einfacher wiedergefunden werden.By the extension of the beam profile in the direction transverse to the direction of movement the problem of positioning is solved. Instead of a thin line (with a width that is the extension of the punctiform Beam profile corresponds) is a wide range (with a width, that of the longer extension of the linear Beam profile corresponds) scanned. This wide range can recovered in a later scan corresponding easier become.
Die
Abtastung mit einem linienförmigen Strahlprofil gemäß
Ein
Abtastsignal, das aus der Abtastung mit einem linienförmigen
Strahlprofil resultiert, ist beispielhaft in
Das
Abtastsignal in
Ein linienförmiges Strahlprofil wird hier wie folgt definiert: Üblicherweise ist die Intensität im Querschnittszentrum der Strahlung am höchsten und nimmt nach außen hin ab. Die Intensität kann in allen Richtungen gleichmäßig abnehmen – in diesem Fall liegt ein rundes Querschnittsprofil vor. In allen anderen Fällen gibt es mindestens eine Richtung, in der der Intensitätsgradient am größten ist und mindestens eine Richtung, in der der Intensitätsgradient am kleinsten ist. Im Folgenden wird unter der Strahlbreite derjenige Abstand vom Zentrum des Querschnittsprofils in Richtung des kleinsten Intensitätsgradienten verstanden, bei dem die Intensität auf die Hälfte seines Wertes im Zentrum gesunken ist. Weiterhin wird unter der Strahldicke derjenige Abstand vom Zentrum des Querschnittsprofils in Richtung des höchsten Intensitätsgradienten verstanden, bei dem die Intensität auf die Hälfte seines Wertes im Zentrum gesunken ist. Unter einem linienförmigen Strahlprofil wird ein Strahlprofil bezeichnet, bei dem die Strahlbreite um einen Faktor von mehr als 10 größer ist als die Strahldicke. Bevorzugt ist die Strahlbreite um einen Faktor von mehr als 50 größer als die Strahldicke, besonders bevorzugt um einen Faktor von mehr als 100 und ganz besonders bevorzugt um einen Faktor von mehr als 150.One Line beam profile is defined here as follows: Usually is the intensity in the cross-sectional center of the radiation highest and decreases from the outside. The intensity can decrease evenly in all directions - in In this case, there is a round cross-sectional profile. In all others Cases, there is at least one direction in which the intensity gradient is greatest and at least one direction, in the intensity gradient is the smallest. Hereinafter is under the beam width that distance from the center of the cross-sectional profile understood in the direction of the smallest intensity gradient, where the intensity is at half its value has sunk in the center. Furthermore, under the beam thickness of the one Distance from the center of the cross section profile in the direction of the highest Intensity gradient understood in which the intensity has fallen to half of its value in the center. Under a linear beam profile becomes a beam profile in which the beam width is increased by a factor of more than 10 is greater than the beam thickness. Is preferred the beam width by a factor of more than 50 larger as the beam thickness, more preferably by a factor of more than 100 and most preferably by a factor of more than 150.
Vorzugsweise
liegt die Strahldicke im Bereich der mittleren Rillenbreite der
vorliegenden Oberfläche (zur Definition der mittleren Rillenbreite siehe
Dem Fachmann der Optik ist bekannt, wie ein entsprechendes Strahlprofil mittels optischer Elemente erzeugt werden kann. Optische Elemente dienen der Strahlformung und Fokussierung. Als optische Elemente werden insbesondere Linsen, Blenden, diffraktive optische Elemente und dergleichen bezeichnet.the A specialist in optics is known, such as a corresponding beam profile can be generated by means of optical elements. Optical elements serve for beam shaping and focusing. As optical elements In particular, lenses, diaphragms, diffractive optical elements and the like.
Bei einer Abtastung werden die Abtastvorrichtung und der Gegenstand, dessen Oberfläche abgetastet werden soll, in konstantem Abstand relativ zueinander bewegt. Bei der Verwendung eines linienförmigen Strahlprofils zur Abtastung eines Oberflächenbereichs liegt die Strahlbreite quer zur Bewegungsrichtung. Der Winkel zwischen Bewegungsrichtung und Richtung der Strahlbreite beträgt vorzugsweise zwischen 10° und 90°, besonders bevorzugt zwischen 45° und 90°, ganz besonders bevorzugt zwischen 70° und 90°.at a scan, the scanner and the object whose surface is to be scanned, in constant Distance moved relative to each other. When using a linear Beam profile for scanning a surface area is located the beam width transverse to the direction of movement. The angle between Movement direction and direction of the beam width is preferably between 10 ° and 90 °, more preferably between 45 ° and 90 °, most preferably between 70 ° and 90 °.
Es ist sowohl eine Bewegung der Abtastvorrichtung gegenüber dem Gegenstand als auch eine Bewegung des Gegenstands gegenüber der Abtastvorrichtung denkbar.It is opposite to both a movement of the scanning device the object as well as a movement of the object the scanning conceivable.
Die Bewegung kann kontinuierlich mit gleichbleibender Geschwindigkeit, beschleunigend oder abbremsend, oder diskontinuierlich, d. h. z. B. schrittweise erfolgen. Bevorzugt erfolgt die Bewegung mit gleichbleibender Geschwindigkeit.The Movement can be continuous with constant speed, accelerating or decelerating, or discontinuous, d. H. z. B. gradually. Preferably, the movement is carried out with the same Speed.
Bei
Verwendung eines Abtaststrahls zur Abtastung einer Oberfläche
gemäß
Die bevorzugte Abtastung der Oberfläche mit einem linienförmigen Strahlprofil für zu einem dritten Gegenstand der vorliegende Erfindung, einem Sensor, der vorteilhaft zur Abtastung eingesetzt werden kann:The preferred scanning of the surface with a linear Beam profile for a third subject of the present invention Invention, a sensor that is advantageously used for scanning can be:
Sensor zur Abtastung einer OberflächeSensor for sampling a surface
Ein dritter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Sensor zur Abtastung einer Oberfläche eines Gegenstandes. One third object of the present invention is a sensor for Scanning a surface of an object.
Der erfindungsgemäße Sensor umfasst mindestens
- – eine Quelle für elektromagnetische Strahlung, die so angeordnet ist, dass elektromagnetische Strahlung in einem Winkel α in Bezug zur Oberflächennormalen des Gegenstands auf den Gegenstand gesandt werden kann,
- – mindestens einen Fotodetektor zur Aufnahme reflektierter Strahlung, der so angeordnet ist, dass die von dem Gegenstand unter einem Winkel β in Bezug zur Oberflächennormalen des Gegenstands reflektierte Strahlung erfasst wird.
- A source of electromagnetic radiation arranged so that electromagnetic radiation can be transmitted to the object at an angle α with respect to the surface normal of the object,
- At least one photodetector for receiving reflected radiation arranged to detect the radiation reflected from the object at an angle β with respect to the surface normal of the object.
Es ist denkbar, dass die Winkel α und β gleich groß sind. Ebenso ist es denkbar, dass die Winkel α und β verschieden groß sind. Bevorzugt sind die Beträge der Winkel α und β gleich (|α| = |β|).It It is conceivable that the angles α and β are equal. It is also conceivable that the angles α and β are different are big. Preferably, the amounts of the angles α and β are equal (| α | = | β |).
Die Beträge der Winkel α und β liegen im Bereich von 5° bis 90°, bevorzugt im Bereich 20° bis 80°, besonders bevorzugt im Bereich 30° bis 70°, ganz besonders bevorzugt im Bereich 40° bis 60°.The Amounts of the angles α and β are in the Range from 5 ° to 90 °, preferably in the range 20 ° to 80 °, particularly preferably in the range 30 ° to 70 °, completely particularly preferably in the range 40 ° to 60 °.
Als
Laser können in dem erfindungsgemäßen
Sensor prinzipiell alle Quellen für elektromagnetische
Strahlung verwendet werden, die Strahlung emittieren, die von der
Oberfläche des abzutastenden Gegenstandes zumindest teilweise
reflektiert wird. Im Hinblick auf eine kompakte und kostengünstige
Bauform des erfindungsgemäßen Sensors werden Laserdioden
bevorzugt. Laserdioden sind allgemein bekannt; es sind Halbleiter-Bauteile
bei denen ein p-n-Übergang mit starker Dotierung bei hohen Stromdichten
betrieben wird. Die Wahl des Halbleitermaterials bestimmt die emittierte
Wellenlänge. Vorzugsweise werden Laserdioden eingesetzt,
die sichtbare Strahlung emittieren. Besonders bevorzugt werden Laser
der Klasse 1 oder 2 eingesetzt. Unter Klassen werden die Laserschutzklassen
gemäß der
Bevorzugt werden in dem erfindungsgemäßen Sensor 1 bis 6 Fotodetektoren, besonders bevorzugt 1 bis 3 Fotodetektoren eingesetzt.Prefers be in the inventive sensor 1 to 6 Photo detectors, particularly preferably 1 to 3 photodetectors used.
Als Fotodetektoren können in dem erfindungsgemäßen Sensor prinzipiell alle elektronischen Bauteile verwendet werden, die elektromagnetische Strahlung in ein elektrisches Signal umwandeln. Im Hinblick auf eine kompakte und kostengünstige Bauform des erfindungsgemäßen Sensors werden Fotodioden oder Fototransistoren bevorzugt. Fotodioden sind Halbleiter-Dioden, die elektromagnetische Strahlung an einem p-n-Übergang oder pin-Übergang durch den inneren Fotoeffekt in einen elektrischen Strom umwandeln. Ein Fototransistor ist ein Bipolartransistor mit pnp- oder npn-Schichtenfolge, dessen pn-Übergang der Basis-Kollektor-Sperrschicht für elektromagnetische Strahlung zugänglich ist. Er ähnelt einer Fotodiode mit angeschlossenem Verstärkertransistor.When Photodetectors can in the invention Sensor basically all electronic components are used convert the electromagnetic radiation into an electrical signal. With regard to a compact and cost-effective design The sensor according to the invention become photodiodes or phototransistors preferred. Photodiodes are semiconductor diodes, the electromagnetic radiation at a p-n junction or pin transition through the inner photo effect into one convert electricity. A phototransistor is a bipolar transistor with pnp or npn layer sequence whose pn junction of the Base-collector barrier for electromagnetic radiation is accessible. It resembles a photodiode with connected amplifier transistor.
Der erfindungsgemäße Sensor verfügt über optische Elemente, welche ein linienförmiges Strahlprofil erzeugen.Of the Sensor according to the invention has optical Elements which produce a linear beam profile.
Das linienförmige Strahlprofil des erfindungsgemäßen Sensors ist dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlbreite um ein Vielfaches größer ist als die Strahldicke. Bevorzugt beträgt die Strahlbreite mindestens das 50fache der Strahldicke, besonders bevorzugt beträgt sie mindestens das 100fache und ganz besonders bevorzugt mindestens das 150fache.The line-shaped beam profile of the invention Sensor is characterized in that the beam width to a Many times larger than the beam thickness. Prefers the beam width is at least 50 times the beam thickness, more preferably, it is at least 100 times and most preferably at least 150 times.
Die Strahlbreite liegt im Bereich von 2 mm bis 7 mm, bevorzugt im Bereich von 3 mm bis 6,5 mm, besonders bevorzugt im Bereich 4 mm bis 6 mm und ganz besonders bevorzugt im Bereich 4,5 mm bis 5,5 mm.The Beam width is in the range of 2 mm to 7 mm, preferably in the range from 3 mm to 6.5 mm, more preferably in the range 4 mm to 6 mm and most preferably in the range 4.5 mm to 5.5 mm.
Die Strahldicke liegt im Bereich von 5 μm bis 35 μm, bevorzugt im Bereich von 10 μm bis 30 μm, besonders bevorzugt im Bereich von 15 μm bis 30 μm, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 20 μm bis 27 μm.The Beam thickness is in the range of 5 microns to 35 microns, preferably in the range of 10 microns to 30 microns, especially preferably in the range of 15 microns to 30 microns, completely more preferably in the range of 20 microns to 27 microns.
Der erfindungsgemäße Sensor ist dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlbreite quer zu der Richtung liegt, in der der erfindungsgemäße Sensor zur Abtastung über die Oberfläche eines Gegenstandes geführt wird.Of the Sensor according to the invention is characterized that the beam width is transverse to the direction in which the inventive Sensor for scanning over the surface of a Subject is led.
Mit abnehmender Größe des Laserstrahlquerschnittsprofils im Fokuspunkt nimmt das Signal-Rausch-Verhältnis zu, da die Intensität auf eine kleinere Fläche verteilt wird. Empirisch wurde gefunden, dass es mit abnehmender Größe des Laserstrahlquerschnittsprofils im Fokuspunkt zunehmend schwieriger wird, reproduzierbare Signale zu erzielen. Anscheinend liegt dies daran, dass die Oberfläche des zu authentifizierenden Gegenstands nicht mehr hinreichend genau gegenüber dem kleiner werdenden Laserstrahlquerschnittsprofil positioniert werden kann. Anscheinend wird es zunehmend schwieriger, den Bereich bei einer erneuten Authentifizierung hinreichend genau zu treffen.With decreasing size of the laser beam cross section profile in the focal point, the signal-to-noise ratio increases since the intensity is distributed over a smaller area becomes. Empirically, it was found to be decreasing in size the laser beam cross-sectional profile in the focal point increasingly difficult is to achieve reproducible signals. Apparently this is Remember that the surface of the object to be authenticated no longer sufficiently accurate with respect to the diminishing Laser beam cross section profile can be positioned. Apparently It becomes increasingly difficult to re-authenticate the area to meet with sufficient accuracy.
Überraschend wurde gefunden, dass die oben genannten Bereiche für die Strahldicke und die Strahlbreite sehr gut geeignet sind, um auf der einen Seite die für die Reproduzierbarkeit ausreichend genaue Positionierung zu erzielen, und um auf der anderen Seite ein für eine hinreichend genaue Authentifizierung ausreichendes Signal-Rausch-Verhältnis zu erzielen.Surprisingly, it has been found that the abovementioned ranges for the beam thickness and the beam width are very well suited for achieving the reproducibility on the one hand accurate positioning and, on the other hand, sufficient signal-to-noise ratio for a sufficiently accurate authentication.
Der erfindungsgemäße Sensor verfügt optional über Mittel zur Verbindung mehrerer Sensoren oder zur Verbindung eines Sensors mit einer Halterung. Diese Mittel können an dem Block oder an einem Gehäuse, in das der Block eingebracht werden kann, angebracht sein.Of the The sensor according to the invention optionally has Means for connecting multiple sensors or for connecting a Sensor with a holder. These funds can be at the Block or on a housing into which the block introduced be appropriate.
Diese Mittel gestatten es, zwei oder mehrere Sensoren in vorgegebener Weise miteinander zu verbinden. Bevorzugt verfügt der Block oder das Gehäuse auf einer Seite über positive Verbindungsmittel und auf der gegenüberliegenden Seite über negative Verbindungsmittel, so dass ein Sensor auf beiden Seiten des Blocks/Gehäuses mit einer Halterung und/oder einem weiteren Sensor in definierter Weise verbunden werden kann, wobei die weiteren Sensoren wiederum auf den noch freien Seiten mit wiederum weiteren Sensoren verbunden werden können. Dieses modulare Prinzip erlaubt die Verknüpfung einer Vielzahl von Sensoren in vorgegebener Weise. Als positive Verbindungsmittel kommen beispielsweise Vorsprünge in Betracht, die in Aussparungen als negative Verbindungsmittel eingesteckt werden können. Weitere dem Fachmann bekannte Verbindungsmittel wie Einführschienen oder dergleichen sind denkbar. Mehrere Sensoren werden so miteinander verbunden, dass die Strahlbreiten aller Sensoren entlang einer Linie angeordnet sind.These Means allow two or more sensors in predetermined Way to connect with each other. Preferably, the block has or the case on one side over positive Connecting means and on the opposite side over negative connecting means, leaving a sensor on both sides of the block / housing with a holder and / or a another sensor can be connected in a defined manner, wherein the other sensors in turn on the still free sides with turn other sensors can be connected. This modular Principle allows the connection of a variety of sensors in a predefined way. As a positive connection means come for example Protrusions into recesses as negative Connecting means can be inserted. More One skilled in the art connection means such as Einführschienen or the like are conceivable. Several sensors are connected to each other, that the beam widths of all sensors are arranged along a line are.
Die Verbindung von zwei oder mehreren Sensoren erfolgt reversibel, d. h. sie ist lösbar. Die Verbindungsmittel können auch dazu verwendet werden, den erfindungsgemäßen Sensor an einer Halterung anzubringen.The Connection of two or more sensors is reversible, d. H. it is solvable. The connecting means can also be used to the inventive Attach sensor to a bracket.
Der
Block
Die
erste Durchführung
Eine
zweite Durchführung
Die Beträge der Winkel γ und δ sind vorzugsweise gleich.The Amounts of the angles γ and δ are preferable equal.
Die Beträge der Winkel γ und δ liegen im Bereich von 5° bis 90°, bevorzugt im Bereich 20° bis 80°, besonders bevorzugt im Bereich 30° bis 70°, ganz besonders bevorzugt im Bereich 40° bis 60°.The Amounts of the angles γ and δ are in Range from 5 ° to 90 °, preferably in the range 20 ° to 80 °, particularly preferably in the range 30 ° to 70 °, completely particularly preferably in the range 40 ° to 60 °.
In
einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Sensors sind ein oder zwei weitere Durchführungen
Vorzugsweise liegen alle Durchführungen in einer Ebene, um eine kompakte Bauform des Sensors zu ermöglichen.Preferably All feedthroughs lie in one plane to form a compact one To allow design of the sensor.
Die Verwendung eines Blocks mit zwei bis vier Durchführungen zur Aufnahme eines Laser und von einem oder von mehreren Fotodetektoren bietet den Vorteil, dass die optischen Komponenten einfach aber dennoch in einer definierten Weise zueinander angeordnet werden können. Bevorzugt befindet sich in der Durchführung für den Laser ein Anschlag. Gegen diesen Anschlag wird der Laser des Sensors in die Durchführung geschoben, so dass er eine vorgegebene feste Position in Bezug zum Block und den Fotodetektoren einnimmt. Verfügt der Laser über bereits mit diesem verbundene optische Elemente zur Strahlformung und Fokussierung, was beispielsweise bei den heute kommerziell erhältlichen Laserstrahlquellen üblich ist, so liegt durch die Fixierung des Lasers zugleich der Fokuspunkt des Lasers eindeutig fest. Die weiteren Durchführungen zur Aufnahme von Fotodetektoren können ebenfalls mit einem Anschlag versehen werden, wobei die Position der Fotodetektoren weniger genau sein muss als die Position des Lasers.The Use of a block with two to four feedthroughs for receiving a laser and one or more photodetectors offers the advantage that the optical components are simple though nevertheless be arranged in a defined manner to each other can. Preferably is in the implementation a stop for the laser. Against this attack will the laser of the sensor is pushed into the bushing, so that it has a predetermined fixed position with respect to the block and the photodetectors occupies. Does the laser already have this connected optical elements for beam shaping and focusing, which, for example, in the commercially available today Laser beam sources is common, so is due to the fixation of Lasers at the same time clearly the focus point of the laser. The others Feedthroughs for receiving photodetectors can also be provided with a stop, the position the photodetectors must be less accurate than the position of the Laser.
Der Block kann in einfacher Weise z. B. mittels Spritzgussverfahren aus Kunststoff ein- oder zweistückig gefertigt werden. Mittels Spritzgussverfahren lassen sich Bauteile mit hoher Genauigkeit in großer Stückzahl und in kurzer Zeit herstellen. Dies ermöglicht eine kostengünstige Serienfertigung von hinreichend präzisen Bauteilen. Die Durchführungen können in dem Spritzgusswerkzeug bereits vorgesehen sein oder in den Block nachträglich mittels z. B. Bohrungen eingebracht werden. Bevorzugt werden alle Bestandteile des Blocks bereits im Spritzgussverfahren in einem Schritt gefertigt. Ebenso ist es denkbar, den Block beispielsweise aus Aluminium oder Kunststoff zu fräsen und die Durchführungen z. B. mittels Bohrungen zu realisieren. Weitere dem Fachmann bekannte Methoden zur Fertigung eines Blocks mit definierten Durchführungen sind denkbar.The block can be easily z. B. by injection molding of plastic one or two pieces are made. By means of injection molding, components can be produced with high accuracy in large quantities and in a short time. This allows cost-effective mass production of sufficiently precise components. The passages may already be provided in the injection molding tool or in the block subsequently by means of z. B. holes are introduced. Preferably, all components of the block are already manufactured by injection molding in one step. It is also conceivable, for example, the block of aluminum or to mill plastic and the bushings z. B. to realize by means of holes. Further methods known to the person skilled in the art for producing a block with defined passages are conceivable.
Der Sensor kann über ein Gehäuse verfügen, in das der Block eingebracht ist. In das Gehäuse des Sensors werden vorzugsweise weitere Komponenten eingebracht, z. B. die Steuerungselektronik für den Laser, Signalvorverarbeitungselektronik, komplette Auswerteelektronik und Ähnliches. Das Gehäuse dient bevorzugt auch der Verankerung eines Verbindungskabels, mit dem der erfindungsgemäße Sensor mit einer Steuereinheit und/oder eine Datenerfassungseinheit zur Steuerung des Sensors und/oder zum Erfassen und Weiterverarbeiten der charakteristischen Reflexionsmuster verbunden werden kann.Of the Sensor can have a housing, in which the block is inserted. In the housing of the sensor are preferably introduced further components, for. B. the control electronics for the laser, signal preprocessing electronics, complete evaluation electronics and similar. The housing is preferably also the anchoring of a connecting cable with which the inventive Sensor with a control unit and / or a data acquisition unit for controlling the sensor and / or for detecting and processing the characteristic reflection pattern can be connected.
Der Sensor kann optional über ein Fenster verfügen, das vor, hinter oder in der Außenfläche angebracht ist und die optischen Komponenten vor Beschädigung und Verschmutzung schützt. Bevorzugt bildet das Fenster die Außenfläche des Sensors. Das Fenster ist zumindest für die Wellenlänge des verwendeten Lasers zumindest teilweise transparent.Of the Sensor can optionally have a window, placed in front, behind or in the outer surface is and the optical components from damage and Pollution protects. Preferably, the window forms the Outer surface of the sensor. The window is at least for the wavelength of the laser used at least partially transparent.
Der
erfindungsgemäße Sensor in
Zur Abtastung der Oberfläche eines Gegenstandes wird der erfindungsgemäße Sensor entsprechend in einem Abstand über diesen Gegenstand geführt, so dass der Fokuspunkt und Schnittpunkt der Mittelachsen auf der Oberfläche des Gegenstandes liegt.to Scanning the surface of an article is the inventive Sensor accordingly at a distance above this object guided so that the focal point and intersection of the central axes lying on the surface of the object.
Bei dem genanntem Abstandsbereich von 2 bis 10 mm ist die Positionierung der abzutastenden Oberfläche eines Gegenstands gegenüber dem Laser und den Fotodetektoren einfach und hinreichend genau möglich. Bei einem zunehmenden Abstand zwischen Sensor und Gegenstand muss der Winkel des Sensors gegenüber der Oberfläche des Gegenstandes zunehmend genau eingehalten werden, um einen vorgegebenen Bereich der Oberfläche erfassen zu können, so dass die Anforderungen an die Positionierung steigen.at the mentioned distance range of 2 to 10 mm is the positioning the surface of an object to be scanned the laser and the photodetectors simple and sufficiently accurate. With an increasing distance between sensor and object must the angle of the sensor to the surface of the object are increasingly accurately adhered to a predetermined Area of the surface to capture, so that the positioning requirements increase.
Weiterhin nimmt die Strahlungsintensität mit zunehmendem Abstand von der Strahlungsquelle ab, so dass bei einem zunehmenden Abstand zwischen Sensor und Gegenstand die entsprechend verringerte am Gegenstand ankommende Strahlungsintensität durch eine höhere Leistung der Strahlungsquelle kompensiert werden müsste. Der erfindungsgemäße Sensor ist jedoch bevorzugt mit einem Laser der Klasse 1 oder 2 ausgestattet, um den Sensor ohne umfangreiche Schutzmaßnahmen betreiben zu können. Dies gilt insbesondere, da der Sensor „offen” ist (d. h. der Laserstrahl tritt aus dem Sensor ungehindert hinaus). Das bedeutet, dass die Leistung der Strahlungsquelle nicht beliebig gesteigert werden kann. Insofern ist ein erfindungsgemäß kurzer Abstand vorteilhaft.Farther takes the radiation intensity with increasing distance from the radiation source, so that at an increasing distance between the sensor and the object which accordingly reduced the object incoming radiation intensity due to a higher Power of the radiation source would have to be compensated. However, the sensor according to the invention is preferred equipped with a class 1 or 2 laser to the sensor to be able to operate without extensive protective measures. This is especially true since the sensor is "open" (i.e. H. the laser beam leaves the sensor unhindered). The means that the power of the radiation source is not arbitrary can be increased. In this respect, a short invention is according to the invention Distance advantageous.
Der erfindungsgemäße Sensor lässt sich in einer Serienfertigung im industriellen Maßstab kostengünstig fertigen, verfügt über eine kompakte Bauform, ist intuitiv und einfach zu handhaben, ist flexibel einsetzbar und erweiterbar und liefert reproduzierbare und übertragbare Ergebnisse.Of the Sensor according to the invention can be in a Cost-effective mass production on an industrial scale finished, has a compact design, is intuitive and easy to handle, is flexible and can be used expandable and delivers reproducible and transferable Results.
- 11
- Oberflächesurface
- 22
- Quelle für elektromagnetische Strahlungsource for electromagnetic radiation
- 33
- Abtaststrahlscanning beam
- 44
- reflektierter Strahlreflected beam
- 55
- Fotodetektorphotodetector
- 66
- linienförmiges Strahlprofilline-shaped beam profile
- 77
- abgetasteter Bereichsampled Area
- 1010
- Blockblock
- 1111
- erste Durchführung zur Aufnahme einer Strahlenquellefirst Implementation for receiving a radiation source
- 1212
- zweite Durchführung zur Aufnahme eines Fotodetektorssecond Implementation for receiving a photodetector
- 1313
- weitere Durchführung zur Aufnahme eines FotodetektorsFurther Implementation for receiving a photodetector
- 1414
- weitere Durchführung zur Aufnahme eines FotodetektorsFurther Implementation for receiving a photodetector
- 1515
- Außenflächeouter surface
- 1616
- AußenflächennormaleOuter surface normal
- 1818
- Fokuspunktfocus point
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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