DE102010020810A1

DE102010020810A1 - Identifizierung von Gegenständen

Info

Publication number: DE102010020810A1
Application number: DE102010020810A
Authority: DE
Inventors: Dr. Gerigk Markus; Andreas Bäcker; Dr. Birsztejn Thomas; Ralf Imhäuser; Christian Roth; Dr. Speth Walter; Simon Vougioukas
Original assignee: Bayer Technology Services GmbH
Current assignee: Bayer Intellectual Property GmbH
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2011-11-24
Also published as: EP2572318A1; WO2011144533A1

Abstract

Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der sicheren Identifizierung und Authentifizierung von Gegenständen anhand von charakteristischen Merkmalen der Oberfläche des Gegenstands. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung sowie Verfahren zur Erzeugung eines Identifizierungsmerkmals zu einem Gegenstand.

Description

Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der sicheren Identifizierung und Authentifizierung von Gegenständen anhand von charakteristischen Merkmalen der Oberfläche des Gegenstands. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Erzeugung eines Identifizierungsmerkmals zu einem Gegenstand.
Es ist bekannt, dass man Gegenstände anhand der einzigartigen intrinsischen Struktur ihrer Oberfläche identifizieren und authentifizieren kann. Beispielhaft sei hier das in WO 05/088533 A1 beschriebene Verfahren aufgeführt, bei dem ein Oberflächenbereich eines Gegenstands mit kohärenter Strahlung abgetastet wird und mittels Fotodetektoren die an unterschiedlichen Stellen der Oberfläche unter verschiedenen Winkeln unterschiedlich stark gestreuten Strahlen detektiert werden. Die erfasste Streustrahlung ist charakteristisch für eine Vielzahl von unterschiedlichen Materialien und lässt sich nur sehr schwer nachahmen, da sie auf Zufälligkeiten bei der Herstellung zurückzuführen ist. Zum Beispiel weisen papierartige Objekte eine herstellungsbedingte Faserstruktur auf, die für jedes hergestellte Objekt einzigartig ist. Die Streudaten zu den einzelnen Gegenständen können als charakteristischer Fingerabdruck des Gegenstands in einer Datenbank gespeichert werden, um den Gegenstand zu einem späteren Zeitpunkt identifizieren und/oder authentifizieren zu können. Hierzu wird der Gegenstand erneut vermessen und die Streudaten mit den gespeicherten Fingerabdruck verglichen.
In WO 05/088533 A1 erfolgt die optische Abtastung einer Oberfläche, indem ein fokussierter Laserstrahl über die Oberfläche bewegt wird (oder die Oberfläche in Bezug zum fokussierten Laserstrahl bewegt wird) und während der Bewegung mit einer konstanten Messfrequenz Intensitätswerte der detektierten Streustrahlung an einem oder mehreren Fotodetektoren als Funktion der Zeit erfasst werden. Ein so gewonnenes Intensität-Zeit-Signal ist als Identifizierungsmerkmal unpraktisch, da sich bei der Abtastung mit einer anderen Geschwindigkeit ein anderes Signal ergeben würde. Ein direkter Vergleich der bei verschiedenen Geschwindigkeiten aufgenommenen Signale ist daher nicht möglich. Ein Signal, das die Abtastinformation als Funktion des Ortes der Abtastung darstellt, hätte dagegen den Vorteil, unabhängig von der Abtastgeschwindigkeit und ggf. während der Abtastung auftretenden Geschwindigkeitsschwankungen zu sein.
Üblicherweise wird das Abtastsignal jedoch nicht direkt als Funktion des Ortes erfasst. Vielmehr wird separat zum Abtastsignal als Funktion der Zeit (Messfrequenz) ein zusätzliches Signal ermittelt, dass die Zeit (Messfrequenz) mit dem Ort verknüpft. Dies geschieht üblicherweise mittels so genannter mechanischer, optischer oder magnetischer Kodierer.
Mittels eines solchen Kodierers erfolgt die Umwandlung des Intensität-Zeit-Signals in ein Intensität-Ort-Signal.
Im Fall der WO 05/088533 A1 werden beispielsweise Markierungen mit einem gleichbleibenden Abstand von 300 Mikrometern zur Transformation des Intensität-Zeit-Signals in ein Intensität-Ort-Signal verwendet (siehe WO 05/088533 A1 Seite 23). Diese Markierungen werden mit einem separaten Fotodetektor optisch erfasst. Da die konstante Messfrequenz (Abtastrate) und der Abstand der Markierungen bekannt sind, kann zu jedem Zeitpunkt der Ort bestimmt werden, an dem sich der fokussierte Abtaststrahl befunden hat. Damit ist es möglich, das zeitabhängige Abtastsignal mit Hilfe des Kodierers in ein zeitunabhängiges Intensität-Ort-Signal zu transformieren.
Das Intensität-Ort-Signal kann schließlich (ggf. nach weiteren Umwandlungen, Filterungen und/oder Datenreduktionen) als charakteristischer Fingerabdruck der Oberfläche für eine spätere Identifizierung und/oder Authentifizierung herangezogen werden kann.
Die in WO 05/088533 A1 beschriebene Umwandlung des Intensität-Zeit-Signals in ein Intensität-Ort-Signal unter Verwendung eines optischen Kodierers hat den Nachteil, dass Markierungen auf die Oberfläche aufgebracht werden müssen. Ferner wird in WO 05/088533 A1 ein zusätzlicher Fotodetektor eingesetzt, um die Markierungen erfassen und eine Umwandlung vornehmen zu können.
Es wäre wünschenswert, eine Umwandlung eines Intensität-Zeit-Signals in ein Intensität-Ort-Signal vornehmen zu können, ohne dass hierfür zusätzliche Markierungen und/oder optische Komponenten erforderlich sind, die einzig und allein der Umwandlung dienen.
Ausgehend vom bekannten Stand der Technik stellt sich demnach die technische Aufgabe, ein Verfahren zur optischen Abtastung und Aufnahme eines optischen Abtastsignals bereitzustellen, das ohne magnetische, mechanische oder herkömmliche, mittels Markierungen arbeitende optische Kodierer auskommt.
Überraschend wurde gefunden, dass die intrinsischen Strukturen vieler Oberflächen nicht nur ein charakteristisches Signal zur Identifizierung und Authentifizierung ergeben sondern selbst auch zur Umwandlung eines Intensität-Zeit-Signals in ein Intensität-Ort-Signal fungieren können.
Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Erzeugung eines Identifizierungsmerkmals eines Gegenstands, mindestens umfassend die folgenden Schritte:

(a) Richten eines ersten elektromagnetischen Strahls auf den Gegenstand,
(b) Richten eines zweiten elektromagnetischen Strahls auf den Gegenstand in einem Abstand A vom ersten elektromagnetischen Strahl,
(c) Relatives Bewegen des ersten und des zweiten elektromagnetischen Strahls gegenüber dem Gegenstand, so dass die elektromagnetischen Strahlen in dem Abstand A jeweils einen Weg auf der Oberfläche des Gegenstands zurücklegen und den Gegenstand abtasten, wobei die von dem ersten und zweiten elektromagnetischen Strahl abgetasteten Bereiche des Gegenstand zumindest teilweise überlappen,
(d) Aufnahme eines Teils des während der relativen Bewegung vom Gegenstand zurückgeworfenen ersten elektromagnetischen Strahls als Funktion der Zeit unter Erhalt eines ersten Abtastsignals, sowie Aufnahme eines Teils des während der relativen Bewegung vom Gegenstand zurückgeworfenen zweiten elektromagnetischen Strahls als Funktion der Zeit unter Erhalt eines zweiten Abtastsignals,
(e) Umwandeln des ersten Abtastsignals von einem Intensität-Zeit-Signal in ein Intensität-Ort-Signal mit Hilfe des zweiten Abtastsignals,
(f) Ermitteln eines Identifizierungsmerkmals aus dem zeitunabhängigen Intensität-Ort-Signal aus Schritt (e),
(g) optional Verknüpfen des Identifizierungsmerkmals mit dem Gegenstand.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Identifizierungsmerkmals zu einem Gegenstand.
Unter einem Gegenstand wird jeder feste Körper verstanden. Die Oberfläche des Körpers trennt diesen vom umgebenden Medium (meistens Luft).
Unter einem Identifizierungsmerkmal eines Gegenstands wird eine für den Gegenstand charakteristische Information verstanden, die für eine Identifizierung und/oder Authentifizierung des Gegenstands verwendet werden kann. Vorzugsweise ist das Identifizierungsmerkmal eine Information, die mittels optischer Methoden aus der charakteristischen Oberflächenstruktur des Gegenstands abgeleitet wird. Das Identifizierungsmerkmal ist quasi ein Fingerabdruck des Gegenstands.
Das Identifizierungsmerkmal ist vorzugsweise speicherbar und maschinell verarbeitbar. Unter speicherbar wird verstanden, dass das Identifizierungsmerkmal zu einem späteren Zeitpunkt zum Beispiel für Vergleichszwecke wieder aufgegriffen werden kann. Unter maschineller Verarbeitung wird verstanden, dass das Identifizierungsmerkmal maschinell gelesen und mit einer Maschine verschiedenen Rechen- und/oder Speicheroperationen unterzogen werden kann.
Unter Identifizierung wird ein Vorgang verstanden, der zum eindeutigen Erkennen eines Gegenstandes dient.
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.
In den Schritten (a) bis (c) erfolgt eine Abtastung des Gegenstands, für den ein Identifizierungsmerkmal erzeugt werden soll.
Die Abtastung eines Oberflächenbereichs erfolgt optisch. Die Abtastung erfolgt mittels zweier elektromagnetischer Strahlen, die in einem Abstand A zueinander über den Gegenstand geführt werden. Zur Erzeugung der zwei Strahlen können zwei Quellen für elektromagnetische Strahlung verwendet werden. Es ist aber auch denkbar, zur Erzeugung der zwei Strahlen eine einzige Strahlenquelle zu verwenden. Die Erzeugung von zwei Strahlen aus einer einzigen Quelle erfolgt beispielsweise unter Verwendung eines Strahlteilers.
Die Strahlen können kohärent oder nicht-kohärent sein. Die Strahlen sind vorzugsweise nicht-kohärent, wenn störende Interferenzerscheinungen wie beispielsweise Speckle-Muster vermieden werden sollen.
Die zwei elektromagnetischen Strahlen werden in einem Abstand A zueinander relativ gegenüber dem Gegenstand bewegt. Der Abstand A der elektromagnetischen Strahlen zueinander bleibt während der Bewegung vorzugsweise konstant. Bei der Bewegung legen die Strahlen auf dem Gegenstand jeweils einen Weg zurück. Dabei werden die Strahlen so geführt, dass die bei der Bewegung von dem ersten und dem zweiten Strahl abgetasteten Bereiche zumindest teilweise überlappen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der erste Strahl entlang eines Weges über den Gegenstand geführt während der zweite Strahl dem ersten Strahl in einem Abstand A folgt und ebenfalls zumindest einen Teil des Weges des ersten Strahls zurücklegt.
Der Grad der Überlappung des vom ersten Strahl abgetasteten Bereichs und des vom zweiten Strahl abgetasteten Bereichs beträgt in der Regel mindestens 20%, bevorzugt mindestens 50% besonders bevorzugt mindesten 70%, ganz besonders bevorzugt mindestens 80% und am meisten bevorzugt 100% oder nahezu 100%, wobei unter „nahezu 100%” verstanden werden soll, dass die technische Lösung eine 100%ige Überlappung anstrebt, die jedoch aus technischen Gründen 100% nicht erreicht.
Der Abstand A der beiden Strahlen auf dem Gegenstand beträgt üblicherweise weniger al 1 mm, bevorzugt weniger als 500 μm, besonders bevorzugt weniger als 300 μm und ganz besonders bevorzugt weniger als 150 μm.
Um ein „Übersprechen”, d. h. eine Beeinflussung der Signale des ersten und zweiten Abtaststrahls zu vermeiden, sollten sich der erste und der zweite Strahl nach Möglichkeit nicht oder nur wenig überlappen. In der Regel wird man daher einen Mindestabstand zwischen erstem und zweitem Strahl vorsehen, der beispielsweise mindestens der halben Strahldicke des ersten oder des zweites Strahls auf dem Gegenstand entspricht, wobei hier vorzugsweise die Strahldicke des „dickeren” Strahls verwendet wird (zur Definition der Strahldicke siehe unten).
Prinzipiell ist es auch möglich, dass der erste und der zweite Strahl auf denselben Bereich des Gegenstands gerichtet sind, der Abstand A also Null beträgt und die Strahlen im Gegentakt an- und ausgeschaltet werden. In diesem Fall ist es möglich, anstelle von zwei Detektoren (siehe unten) nur einen Detektor zu verwenden, der abwechselnd taktweise das Signal des ersten und des zweiten Strahls erfasst,
Der erste und der zweite Strahl werden von dem Gegenstand zumindest teilweise zurückgeworfen. Die zurückgeworfene Strahlung enthält Informationen über die Beschaffenheit des Gegenstands. Üblicherweise verfügt der Gegenstand über eine einzigartige Oberflächenstruktur, die Strahlung in charakteristischer Weise streut. Ein Teil der zurückgeworfenen Strahlen wird mit Hilfe geeigneter Detektoren erfasst (Schritt (d) des erfindungsgemäßen Verfahrens).
Mit Hilfe eines oder mehrerer geeigneter Detektoren werden ein erstes und ein zweites Abtastsignal erfasst. Das erste Abtastsignal resultiert aus dem zumindest teilweise vom Gegenstand zurückgeworfenen ersten Strahl; das zweite Abtastsignal resultiert aus dem zumindest teilweise vom Gegenstand zurückgeworfenen zweiten Strahl.
Für die folgenden Überlegungen wird angenommen, dass die Abtastung des Gegenstands mit den zwei Strahlen mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt. Wie weiter unten dargelegt wird, ist die Abtastung mit einer konstanten Geschwindigkeit jedoch nicht erforderlich, um ein Identifizierungsmerkmal für einen Gegenstand zu erzeugen.
Da der erste und der zweite Strahl zumindest teilweise denselben Bereich des Gegenstands abtasten, sind zumindest ein Teil des ersten Abtastsignals und ein Teil des zweiten Abtastsignals identisch oder weitgehend identisch. Ferner ist der von beiden Strahlen abgetastete Bereich des Gegenstands in einem zeitlichen Abstand von den beiden Strahlen erfasst worden. Zur Veranschaulichung wird angenommen, dass der erste Strahl den von beiden Strahlen abgetasteten Bereich zuerst erfasst hat. Damit erfolgt die Abtastung des von beiden Strahlen erfassten Bereichs mit dem zweiten Strahl in einem zeitlichen Abstand zum ersten Strahl Dieser zeitliche Abstand t ergibt sich bei der Abtastung mit einer konstanten Geschwindigkeit v aus der Beziehung t = A/v.
Der Abstand A der Strahlen zueinander wird durch die Vorrichtung zur Abtastung des Gegenstands festgelegt und ist damit bekannt. Da die Abtastsignale Intensität-Zeit-Funktionen sind, wird die Zeit während der Abtastung aufgezeichnet. Bei konstanter Geschwindigkeit stimmen das erste und das zweite Abtastsignal zumindest teilweise überein. Aus dem Vergleich der Abtastsignale, ab wann diese übereinstimmen, kann somit die Geschwindigkeit der Abtastung ermittelt werden. Wenn Zeit und Geschwindigkeit des Signals bekannt sind, lässt sich der Ort eindeutig bestimmen. Der Referenzpunkt ist im vorliegenden Fall der Ort, ab dem das erste und zweite Abtastsignal übereinstimmen.
Gemäß Schritt (e) des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich somit das erste Abtastsignals mit Hilfe des zweiten Abtastsignals von einem Intensität-Zeit-Signal in ein Intensität-Ort-Signal umwandeln.
Erfolgt die Abtastung nicht mit konstanter Geschwindigkeit, so stimmen das erste und zweite Abtastsignal in der Regel nicht mehr überein. Sie weisen jedoch eine Ähnlichkeit in der Weise auf, dass sie bereichsweise gegeneinander gestreckt und/oder gestaucht sind.
Sind die Abtastsignale also in keinem Bereich identisch, wird eines der Abtastsignale abschnittsweise gestaucht und/oder gestreckt und so in Übereinstimmung mit dem anderen Abtastsignal gebracht, und zwar in dem Bereich, in dem die Abtastsignale bei einer konstanten Geschwindigkeit identisch sein müssten. Die Streckungs- und Stauchungsoperationen geben die Änderungen der Geschwindigkeiten zu verschiedenen Zeitpunkten wieder, so dass sich aus diesen Änderungen und den in Übereinstimmung gebrachten Signalen ein zeitunabhängige Intensitäts-Ort-Signal berechnen lässt.
Damit ist es auch im Fall einer Abtastung mit variierender Geschwindigkeit möglich, das erste Abtastsignals mit Hilfe des zweiten Abtastsignals von einem Intensität-Zeit-Signal in ein Intensität-Ort-Signal umwandeln.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Abtastung des Gegenstands mit elektromagnetischer Strahlung entlang einer geraden Linie vorgenommen.
Die Abtastung erfolgt vorzugsweise mit einem punkt- oder linienförmigen Strahlprofil. Ein punktförmiges Strahlprofil erzeugt ein Abtastsignal mit einem besseren Signal-Rausch-Verhältnis als ein linienförmiges Strahlprofil. Bei einem linienförmigen Strahlprofil, dessen längere Achse quer zur Bewegungsrichtung liegt, erfolgt quasi eine Mittelung über eine Vielzahl der Signale von nebeneinander geführten punktförmigen Strahlprofilen.
Mit abnehmender Größe des Abtastbereichs wird es zunehmend schwieriger, bei einer späteren Abtastung zum Zweck der Identifizierung und/oder Authentifizierung den entsprechenden Bereich wiederzufinden, der bei der ersten Abtastung erfasst worden ist. Daher wird eine Abtastung mit einem linienförmigen Profil gegenüber einem punktförmigen Profil bevorzugt, auch wenn sie ein schlechteres Signal-Rausch-Verhältnis liefert als eine Abtastung mit einem punktförmigen Profil.
Überraschend wurde nämlich gefunden, dass sich auch dann ein Abtastsignal und ein charakteristischer Fingerabdruck zum Zweck der Identifizierung und/oder Authentifizierung eines Gegenstands ermitteln lässt, wenn das Strahlprofil quer zur Bewegungsrichtung aufgeweitet ist. Dies ist schematisch in 3 dargestellt.
Durch die Aufweitung 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.
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.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Strahldicke im Bereich der mittleren Rillenbreite eines Profilelements der vorliegenden Oberfläche des Gegenstands (zur Definition der mittleren Rillenbreite siehe DIN EN ISO 4287: 1998).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt die Strahldicke 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.
Dem Fachmann der Optik ist bekannt, wie ein entsprechendes Strahlprofil beispielsweise 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.
Die Strahlprofile des ersten und des zweiten Abtaststrahls sind vorzugsweise identisch.
Bei einer Abtastung werden die Abtastvorrichtung und der Gegenstand, dessen Oberfläche abgetastet werden soll, in konstantem Abstand relativ zueinander bewegt. Die Abtastvorrichtung umfasst ein oder mehrere Strahlenquellen zur Erzeugung des ersten und zweiten Strahls sowie Detektoren zur Erfassung der ersten und zweiten Abtastsignals.
Bei der bevorzugten 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°.
Es ist sowohl eine Bewegung der Abtastvorrichtung gegenüber dem Gegenstand als auch eine Bewegung des Gegenstands gegenüber der Abtastvorrichtung denkbar.
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, bzw. im Rahmen des technischen Machbaren mit nahezu gleichbleibender Geschwindigkeit.
Die auf den Detektoren auftreffende Strahlungsintensität wird als Funktion der Zeit erfasst. Üblicherweise werden mit einer konstanten Messfrequenz Messsignale erfasst und fortgeschrieben.
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. Je nach Oberflächenbeschaffenheit kann es sinnvoll sein, direkt reflektierte Strahlung (spekulare Reflexion) oder gestreute Strahlung (diffuse Streuung) zu detektieren. Dies kann durch einfache Routineexperimente ermittelt werden. Maßgebend ist das erzielte Signal-Rausch-Verhältnis, die Reproduzierbarkeit und die erforderliche Positioniergenauigkeit.
Wichtig ist, dass bei jeder Abtastung weitestgehend derselbe Bereich erfasst wird. In den Anmeldungen WO 09/097975 A1 , WO 09/097980 und DE 10200923536.1 sind Möglichkeiten beschrieben, wie der Bereich, der bei der sogenannten Registrierung abgetastet worden ist, bei späteren Abtastungen zu Vergleichszwecken wiedergefunden werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Markierung auf dem Gegenstand als Trigger für den Beginn der Abtastung verwendet. Dazu werden die Abtaststrahlen über die Oberfläche des Gegenstands geführt und ein Teil der von der Oberfläche reflektierten Strahlung mit Hilfe eines Detektors erfasst. Die Markierung auf der Oberfläche des Gegenstands bewirkt eine Änderung in dem mittels Detektor aufgenommenen Signal. Diese Signaländerung setzt die Aufnahme der Abtastsignale in Gang, d. h. ab Auftreten der Signaländerung werden die zeitabhängigen Abtastsignale aufgenommen.
Ebenso ist es denkbar, eine entsprechende Markierung auch für das Ende der Aufnahme der Abtastsignale zu verwenden, indem die Abtastsignale solange aufgezeichnet werden, bis eine charakteristische Signaländerung den Aufzeichnungsprozess stoppt.
Die Markierung kann beispielsweise eine scharfe Kontraständerung sein, die sich beispielsweise durch einen Übergang einer schwarzen Bedruckung hin zu einer weißen Bedruckung ergibt. Aufgrund der hohen Absorption der schwarzen Bedruckung ist die Intensität der am Detektor ankommenden reflektierten Strahlung gering. Beim Übergang von der schwarzen Bedruckung zu einer weißen Bedruckung steigt die Intensität der reflektierten Strahlung sprunghaft an, was als Trigger zum Auslösen der Aufnahme der Abtastsignale verwendet werden kann.
Vorzugsweise werden bereits auf dem Gegenstand vorhandene Markierungen verwendet. Es eignen sich hierzu beispielsweise optische Codes (Barcode, Matrixcode), Logos, Schriften aber auch Kanten.
Das vorzugsweise normierte, zeitunabhängige Abtastsignal kann direkt als Identifizierungsmerkmal verwendet werden. In diesem Fall wird das Identifizierungsmerkmal dem vorzugsweise normierten, zeitunabhängigen Abtastsignal in Schritt (f) gleichgesetzt.
In der Regel wird das Identifizierungsmerkmal in Schritt (f) aus dem zeitunabhängigen Abtastsignal durch verschiedene mathematische Methoden wie Filterung und/oder Untergrundabzug erzeugt. Durch diese mathematischen Methoden werden zufällige oder systematische Schwankungen, die bei Einzelmessungen auftreten können, weitestgehend eliminiert. Weiterhin ist es denkbar, aus dem Signal charakteristische Merkmale zu extrahieren, um die Datenmenge des Identifizierungsmerkmals zu reduzieren.
In Schritt (g) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Identifizierungsmerkmal mit dem Gegenstand verknüpft werden. Eine solche Verknüpfung wird in der Regel bei der erstmaligen Abtastung eines Gegenstands vorgenommen. Die erstmalige Abtastung zur Erzeugung eines ersten Identifizierungsmerkmal wird hier auch als Registrierung bezeichnet. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein charakteristischer Fingerabdruck erzeugt, der in Form von vorzugsweise speicherbaren und maschinell verarbeitbaren Daten als eindeutige Kennung für den Gegenstand verwendet werden kann.
Die Verknüpfung in Schritt (g) kann physikalisch oder virtuell erfolgen. Bei einer physikalischen Verknüpfung kann das Identifizierungsmerkmal beispielsweise in Form eines optischen Codes (Barcode, Matrixcode, OCR-Text oder dergleichen) auf den Gegenstand aufgedruckt oder in den Gegenstand eingebracht werden. Ebenso ist es denkbar, den Gegenstand mit einem Aufkleber, der das Identifizierungsmerkmal gespeichert enthält, zu verknüpfen. Auch die Anbringung eines elektronischen Datenträgers an den Gegenstand, wie beispielsweise eines RFID-Chips, auf dem das Identifizierungsmerkmal gespeichert ist, ist denkbar.
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 dem Identifizierungsmerkmal verknüpft. Das Identifizierungsmerkmal 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 Identifizierungsmerkmal und Gegenstand besteht. Anhand des Identifizierungsmerkmals lässt sich eindeutig auf den zugehörigen Gegenstand schließen.
Zu einem späteren Zeitpunkt kann erneut ein Identifizierungsmerkmal von dem Gegenstand erzeugt werden. Dieses zweite Identifizierungsmerkmal kann zur Identifizierung und zur Authentifizierung des Gegenstands herangezogen werden. Details hierzu können den folgenden Anmeldungen entnommen werden: WO 09/097975 A1 , WO 09/097974 A1 , WO 09/097979 A1 und WO 09/097980 A1 .
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Identifizierungsmerkmals zu einem Gegenstand.
Die Vorrichtung umfasst Mittel zur Erzeugung von zwei Abtaststrahlen, die auf einen Gegenstand gerichtet werden können. Dabei weisen die Abtaststrahlen auf dem Gegenstand einen Abstand A voneinander auf.
Die Vorrichtung umfasst weiterhin einen oder mehrere Detektoren zur Erfassung zumindest eines Teils der vom Gegenstand bei Bestrahlung zurückgeworfenen Strahlen als Funktion der Zeit. Mit Hilfe des mindestens einen Detektors werden zwei Abtastsignal erfasst, die aus der Reflektion des ersten und des zweiten Abtaststrahls vom Gegenstand resultieren.
Die Vorrichtung umfasst weiterhin Mittel zur Umwandlung des ersten Abtastsignals von einem Intensität-Zeit-Signal in ein Intensität-Ort-Signal mit Hilfe des zweiten Abtastsignals. Diese Mittel werden üblicherweise durch einen Computer bereitgestell.
Die Vorrichtung kann weiterhin Mittel zur relativen Bewegung der Abtaststrahlen in einem Abstand A voneinander über den Gegenstand umfassen. Es ist aber auch denkbar, die Vorrichtung als Handgerät auszuführen, das manuell über die Oberfläche des Gegenstands geführt wird.
Die beim erfindungsgemäßen Verfahren diskutierten Merkmale treffen in entsprechender Weise auch auf die erfindungsgemäße Vorrichtung zu, so dass hier in Bezug auf weitere Details zur Vorrichtung auf das oben beschriebene Verfahren verwiesen wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert, ohne sie jedoch hierauf zu beschränken.
Es zeigen:
1: Schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Abtastung eines Gegenstands mit zwei Abtaststrahlen in einem Abstand A zur Erzeugung eines Identifizierungsmerkmals eines Gegenstands
2: Abtastsignale als Intensität-Zeit-Funktion
3: Schematische Darstellung zur Erläuterung eines linienförmigen Strahlprofils
In 1 ist schematisch dargestellt, wie die Abtastung eines Gegenstands mit Hilfe von zwei Abtaststrahlen vollzogen werden kann.
Die Figur zeigt einen Gegenstand 1, der von zwei Abtaststrahlen 3, 3' abgetastet wird. Der Gegenstand wird relativ zu den Abtaststrahlen bewegt (angedeutet durch den dicken schwarzen Pfeil). Ein Teil der Strahlung wird von dem Gegenstand 1 reflektiert. Die reflektierten Strahlen 4, 4' werden mittels zweier Detektoren 5, 5' aufgefangen. Zum Zeitpunkt t = 0 werden die Strahlen 3, 3' auf den Gegenstand 1 gerichtet und der Gegenstand 1 bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit v in Richtung des Pfeils. Die Abtaststrahlen 3, 3' weisen einen Abstand A voneinander auf. Nach einer Zeit t = A/v beginnt der Abtaststrahl 3' den Bereich des Gegenstands 1 abzutasten, den der Abtaststrahl 3 zum Zeitpunkt 10 abzutasten begonnen hat.
2. zeigt beispielhaft zwei Abtastsignale 21, 22 als Intensität-Zeit-Funktionen, wie sie mit Hilfe einer Vorrichtung wie in 1 gezeigt, erfasst werden können.
Im oberen Teil der Figur sind die beiden Abtastsignale dargestellt, wie sie mittels der Detektoren 5, 5' zeitlich erfasst werden. Verschiebt man – wie im unteren Teil der Figur gezeigt – das Abtastsignal 22 auf der Zeitachse um t₁ = A/v, so erkennt man, dass die Abtastsignale 21 und 22 in dem Bereich t₁ bis t₂ identisch sind.
3 zeigt schematisch ein bevorzugtes Verfahren zur Abtastung einer Oberfläche. Es ist der Übersichtlichkeit halber nur ein Abtaststrahl und ein Detektor gezeigt; der andere Abtaststrahl hätte vorzugsweise ein identisches Strahlprofil. Ein Bereich 7 einer Oberfläche 1 eines Gegenstandes wird mittels einer Quelle für elektromagnetische Strahlung 2 bestrahlt. Ein Teil der reflektierten Strahlung 4 wird mit Hilfe eines Detektors aufgefangen, um ein Abtastsignal aufzunehmen. Der Gegenstand wird in Bezug zur Anordnung aus Strahlenquelle und Detektor bewegt (dargestellt durch den dicken schwarzen Pfeil). In der Oberflächenebene liegt ein linienförmiges Strahlprofil vor, dessen längere Ausdehnung quer zur Bewegungsrichtung liegt.
Bezugszeichenliste

1: Oberfläche
2: Quelle für elektromagnetische Strahlung
3: Abtaststrahl
3': Abtaststrahl
4: reflektierter Strahl
4': reflektierter Strahl
5: Detektor
5': Detektor
6: linienförmiges Strahlprofil
7: abgetasteter Bereich
21: Abtastsignal
22: Abtastsignal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 05/088533 A1 [0002, 0003, 0006, 0008]
WO 09/097975 A1 [0053, 0063]
WO 09/097980 [0053]
DE 10200923536 [0053]
WO 09/097974 A1 [0063]
WO 09/097979 A1 [0063]
WO 09/097980 A1 [0063]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 4287: 1998 [0042]

Claims

Verfahren zur Erzeugung eines Identifizierungsmerkmals eines Gegenstands, mindestens umfassend die folgenden Schritte: (a) Richten eines ersten elektromagnetischen Strahls auf den Gegenstand, (b) Richten eines zweiten elektromagnetischen Strahls auf den Gegenstand in einem Abstand A vom ersten elektromagnetischen Strahl, (c) Relatives Bewegen des ersten und des zweiten elektromagnetischen Strahls gegenüber dem Gegenstand, so dass die elektromagnetischen Strahlen in dem Abstand A jeweils einen Weg auf der Oberfläche des Gegenstands zurücklegen und den Gegenstand abtasten, wobei die von dem ersten und zweiten elektromagnetischen Strahl abgetasteten Bereiche des Gegenstand zumindest teilweise überlappen, (d) Aufnahme eines Teils des während der relativen Bewegung vom Gegenstand zurückgeworfenen ersten elektromagnetischen Strahls als Funktion der Zeit unter Erhalt eines ersten Abtastsignals, sowie Aufnahme eines Teils des während der relativen Bewegung vom Gegenstand zurückgeworfenen zweiten elektromagnetischen Strahls als Funktion der Zeit unter Erhalt eines zweiten Abtastsignals, (e) Umwandeln des ersten Abtastsignals von einem Intensität-Zeit-Signal in ein Intensität-Ort-Signal mit Hilfe des zweiten Abtastsignals, (f) Ermitteln eines Identifizierungsmerkmals aus dem zeitunabhängigen Intensität-Ort-Signal aus Schritt (e), (g) optional Verknüpfen des Identifizierungsmerkmals mit dem Gegenstand.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand A weniger als 500 μm, bevorzugt weniger als 300 μm und besonders bevorzugt weniger als 150 μm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastung in Schritt (c) entlang einer geraden Linie erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Strahl auf dem Gegenstand ein linienförmiges Strahlprofil aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Markierungen auf dem Gegenstand als Trigger für den Start und/oder das Ende der Aufnahme der Abtastsignale verwenden werden.
Vorrichtung zur Erzeugung eines Identifizierungsmerkmals zu einem Gegenstand, umfassend Mittel zur Erzeugung von zwei Abtaststrahlen, die in einem Abstand A voneinander auf einen Gegenstand gerichtet werden können, Mittel zur Erfassung zumindest eines Teils der vom Gegenstand bei Bestrahlung zurückgeworfenen Strahlen als Funktion der Zeit, wobei ein erstes Abtastsignal und ein zweites Abtastsignal erfasst werden können, sowie Mittel zur Umwandlung des ersten Abtastsignals von einem Intensität-Zeit-Signal in ein Intensität-Ort-Signal mit Hilfe des zweiten Abtastsignals.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Handgerät zur manuellen Führung über die Oberfläche eines Gegenstands ausgeführt ist.