Система для лазерной маркировки и способ установления подлинности маркировки. Патент RU 2 205 733 C2
Научная библиотека 12.10.2020 Комментарии к записи Система для лазерной маркировки и способ установления подлинности маркировки. Патент RU 2 205 733 C2 отключеныВладелец патента: ЛАЗАР КАПЛАН ИНТЕРНЭШНЛ, ИНК. (US) / Автор: КАПЛАН Джордж Р. (US) / Начало действия: 1996.11.14
Реферат
Изобретения относятся к области получения надписей на драгоценных камнях. Лазерная система для выполнения микронадписей включает в себя лазер на основе кристалла Nd:YLF с модуляцией добротности и преобразователем гармоники, генерирующий выходное излучение с длиной волны приблизительно 530 нм, оптическую систему, включающую в себя фокусирующую линзу, держатель для крепления драгоценного камня, перемещаемый вдоль трех осей для перемещения заготовки относительно оптической системы для наведения лазерной энергии на необходимые участки, систему формирования изображения для наблюдения драгоценного камня из множества точек наблюдения. Система включает в себя верхнюю ПЗС-камеру и боковую ПЗС-камеру, процессор, управляющий положением держателя на основе команд маркировки и заданной программы, и систему для хранения информации, относящейся к изображениям множества заготовок. Жесткий каркас поддерживает лазер, оптическую систему и держатель для повышения устойчивости к рассогласованиям, обусловленным вибрацией. Подлинность маркировки устанавливают, маркируя заготовку с помощью абляционной картины, запоминают изображение и затем воспроизводят на сертификате защищенности. Преимущества изобретений в том, что изображение маркировки сохраняется в базе данных и доступно для сравнения и последующего установления подлинности заготовки, кроме того, предотвращаются неумышленные или нежелательные дублирующие маркировки. Система универсальна. 4 с. и 92 з.п. ф-лы, 1 табл., 21 ил.
Формула изобретения
1. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии, содержащая источник лазерной энергии, систему крепления заготовки, обеспечивающую доступ оптического излучения к закрепленной заготовке, оптическую систему для фокусировки лазерной энергии, падающей из источника лазерной энергии на заготовку, средство для направления упомянутой сфокусированной лазерной энергии на требуемый участок заготовки, имеющее вход управления, вход для получения команд маркировки, систему формирования изображения для визуального отображения заготовки и процессор для управления упомянутым средством для направления на основе упомянутых команд маркировки для выборочного формирования маркировки на основе упомянутых команд и предварительно определенной программы, отличающаяся тем, что система формирования изображения обеспечивает наблюдение за заготовкой из множества точек, удобных для наблюдения, а процессор дополнительно обеспечивает управление упомянутым средством для направления на основе упомянутой системы формирования изображения.
2. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутый источник лазерной энергии содержит неодимовый лазер с полупроводниковой накачкой.
3. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 2, отличающаяся тем, что упомянутый лазер представляет собой лазер на кристалле Nd:YLF с внутрирезонаторным преобразователем гармоники.
4. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит источник питания для упомянутого источника лазерной энергии.
5. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит шасси для жесткого крепления упомянутого источника лазерной энергии, упомянутой системы крепления заготовки, упомянутой оптической системы и упомянутого средства для направления.
6. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит источник питания для упомянутого источника лазерной энергии и шасси для жесткого крепления упомянутого источника лазерной энергии, упомянутой системы крепления заготовки, упомянутой оптической системы, упомянутого средства для направления и упомянутого источника питания.
7. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит шасси для жесткого крепления упомянутого источника лазерной энергии, упомянутой системы крепления заготовки, упомянутой оптической системы и упомянутого средства для направления, причем упомянутое средство для направления обеспечивает повторное позиционирование заготовки относительно упомянутого шасси.
8. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутая система крепления заготовки содержит неподвижный элемент, съемный элемент и зажим крепления для обеспечения фиксации заготовки в упомянутом съемном элементе.
9. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 1, отличающаяся тем, что заготовка представляет собой драгоценный камень.
10. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п.1, отличающаяся тем, что заготовка представляет собой граненый алмаз.
11. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутая оптическая система содержит расширитель луча, дихроичное зеркало и фокусирующую линзу.
12. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п.1, отличающаяся тем, что упомянутое средство для направления содержит перемещаемую платформу, имеющую по меньшей мере три оси перемещения.
13. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутое средство для направления выполнено управляемым для формирования набора частично перекрывающихся зон, облучаемых излучением источника лазерной энергии.
14. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутое средство для направления выполнено управляемым для формирования набора непрерывных контуров, образованных частично перекрывающимися зонами, облучаемыми излучением источника лазерной энергии.
15. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутое средство для направления выполнено управляемым для перевода его в состояние покоя во время действия лазерного импульса от упомянутого источника лазерной энергии.
16. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутая система формирования изображения содержит оптический канал, включающий в себя по меньшей мере участок заготовки и являющийся соосным по меньшей мере с частью оси упомянутого источника лазерной энергии, излучение которого падает на заготовку.
17. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутая система формирования изображения содержит оптический канал, включающий в себя по меньшей мере участок заготовки и являющийся перпендикулярным по меньшей мере части оси упомянутого источника лазерной энергии, излучение которого падает на заготовку.
18. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутая система формирования изображения содержит первый оптический канал, включающий в себя по меньшей мере участок заготовки, являющийся соосным по меньшей мере с частью оси упомянутого источника лазерной энергии, излучение которого падает на заготовку, и второй оптический канал, включающий в себя упомянутый участок заготовки, являющийся перпендикулярным упомянутой оси упомянутого лазерного излучения.
19. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутая система формирования изображения содержит электронное устройство формирования изображения для передачи информации об изображении в упомянутый процессор, причем упомянутый процессор обеспечивает управление упомянутым средством для направления также на основе информации изображения.
20. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутая система формирования изображения отображает участок заготовки, на который через дихроичное зеркало падает выходное излучение источника лазерной энергии.
21. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутое средство ввода для приема команд маркировки содержит устройство считывания штрихкода.
22. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутое средство ввода для приема команд маркировки содержит оптический преобразователь изображения.
23. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутое средство ввода для получения команд маркировки содержит вход для получения информации, относящейся к качеству заготовки.
24. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутое средство ввода для приема команд маркировки содержит датчик для автоматического определения характеристики заготовки.
25. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит телекоммуникационный канал и систему хранения информации, которая содержит удаленную электронную базу данных.
26. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 1, отличающаяся тем, что содержит систему хранения информации, которая получает информацию изображения для хранения из упомянутой системы формирования изображения.
27. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 1, отличающаяся тем, что содержит систему хранения информации, которая обеспечивает хранение информации, относящейся к изображениям заготовки совместно с информацией, относящейся к упомянутым командам маркировки.
28. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит вход для приема информации, относящейся к изображению заготовки, и средство сравнения для определения соотношения между упомянутой информацией, относящейся к заготовке, и сохраненной информацией, поступающей из упомянутой системы формирования изображения.
29. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 28, отличающаяся тем, что дополнительно содержит выход для указания соотношения между заготовкой и сохраненной информацией, поступающей из упомянутой системы формирования изображения.
30. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п.28, отличающаяся тем, что упомянутый вход предназначен для приема информации из упомянутой системы формирования изображения.
31. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит вход для приема информации из системы формирования изображения, относящейся к изображению заготовки, и средство для сравнения упомянутой принятой информации и упомянутых команд маркировки с сохраненной информацией, полученной из упомянутой системы формирования изображения во время маркировки, для определения соответствия заготовки, маркированной в соответствии с упомянутыми командами маркировки, какой-либо сохраненной информации.
32. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средство для сравнения упомянутых команд маркировки с сохраненной информацией, поступающей из упомянутой системы формирования изображения, для определения соответствия полученной в результате заготовки, маркированной в соответствии с упомянутыми командами маркировки, какой-либо сохраненной информации.
33. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 1, отличающаяся тем, что упомянутый процессор анализирует упомянутые команды маркировки и сохраненную информацию, поступающую из упомянутой системы формирования изображения, и на основе анализа выборочно управляет упомянутым средством для направления.
34. Способ выполнения микронадписи на заготовке с помощью лазерной энергии, излучаемой из источника лазерной энергии, фокусируемой с помощью оптической системы на заготовку, заключающийся в том, что закрепляют заготовку в системе крепления, направляют сфокусированную лазерную энергию на требуемый участок заготовки, формируют изображение заготовки, принимают команды маркировки по меньшей мере по одному входу и управляют направлением сфокусированной лазерной энергии на основе команд маркировки для выборочного выполнения маркировки на основе упомянутых команд, отличающийся тем, что осуществляют наблюдение за заготовкой из множества удобных точек с помощью системы формирования изображения и дополнительно управляют с помощью процессора упомянутым направлением на основе упомянутого изображения, сохраняя информацию, относящуюся к изображениям множества заготовок.
35. Способ по п.34, отличающийся тем, что источник лазерной энергии содержит неодимовый лазер с полупроводниковой накачкой.
36. Способ по п.35, отличающийся тем, что лазер представляет собой лазер на основе кристалла Nd: YLF, имеющий внутрирезонаторный преобразователь гармоники.
37. Способ по п.34, отличающийся тем, что система дополнительно содержит шасси для жесткого закрепления источника лазерной энергии, систему крепления, оптическую систему и систему для направления сфокусированной лазерной энергии, при этом дополнительно осуществляют операцию повторного позиционирования заготовки относительно шасси.
38. Способ по п. 34, отличающийся тем, что система крепления содержит неподвижный элемент, съемный элемент и зажим крепления для обеспечения фиксации заготовки в съемном элементе, при этом дополнительно осуществляют операцию жесткого связывания съемного элемента с неподвижным элементом.
39. Способ по п.34, отличающийся тем, что заготовка представляет собой драгоценный камень.
40. Способ по п.34, отличающийся тем, что заготовка представляет собой граненый алмаз.
41. Способ по п.34, отличающийся тем, что оптическая система содержит расширитель луча, дихроичное зеркало и фокусирующую линзу, при этом дополнительно осуществляют операции расширения выходного излучения источника лазерной энергии с помощью расширителя луча, выборочного отражения по меньшей мере части расширенного луча с помощью дихроичного зеркала и фокусировки отраженного расширенного луча на заготовку с помощью фокусирующей линзы.
42. Способ по п.34, отличающийся тем, что оптическая система содержит расширитель луча, дихроичное зеркало и фокусирующую линзу, при этом дополнительно осуществляют операции расширения выходного излучения источника лазерной энергии с помощью расширителя луча, выборочного отражения по меньшей мере части расширенного луча с помощью дихроичного зеркала, фокусировки отраженного расширенного луча на заготовку с помощью фокусирующей линзы и получения электронного изображения заготовки через дихроичное зеркало.
43. Способ по п.34, отличающийся тем, что дополнительно получают электронное изображение части заготовки, на которую через дихроичное зеркало падает выходное излучение источника лазерной энергии.
44. Способ по п.34, отличающийся тем, что при управлении направлением лазерной энергии управляют перемещением перемещаемой платформы по меньшей мере вдоль трех осей.
45. Способ по п.34, отличающийся тем, что при управлении направлением лазерной энергии формируют набор частично перекрывающихся зон, облучаемых излучением источника лазерной энергии.
46. Способ по п.34, отличающийся тем, что дополнительно фиксируют положение заготовки относительно фокальной точки источника лазерной энергии во время лазерного импульса.
47. Способ по п.34, отличающийся тем, что при формировании изображения получают изображение посредством оптического канала, включающего в себя по меньшей мере участок заготовки и являющегося соосным по меньшей мере с частью оси источника лазерной энергии, излучение которого падает на заготовку.
48. Способ по п.34, отличающийся тем, что при формировании изображения получают изображение посредством оптического канала, включающего в себя по меньшей мере участок заготовки и являющегося перпендикулярным по меньшей мере части оси источника лазерной энергии, излучение которого падает на заготовку.
49. Способ по п.34, отличающийся тем, что при формировании изображения получают изображение посредством первого оптического канала, включающего в себя по меньшей мере участок заготовки и являющегося соосным по меньшей мере с частью оси источника лазерной энергии, излучение которого падает на упомянутую заготовку, и второго оптического канала, включающего в себя упомянутый участок заготовки и являющегося перпендикулярным упомянутой оси упомянутого лазерного излучения.
50. Способ по п. 34, отличающийся тем, что дополнительно передают информацию об электронном изображении в упомянутый процессор и дополнительно управляют направлением лазерной энергии на основе информации об изображении.
51. Способ по п.34, отличающийся тем, что дополнительно принимают команды маркировки из устройства считывания штрихкода.
52. Способ по п.34, отличающийся тем, что дополнительно принимают команды маркировки из преобразователя оптического изображения.
53. Способ по п.34, отличающийся тем, что дополнительно маркируют заготовку с помощью информации, относящейся к качеству заготовки.
54. Способ по п.34, отличающийся тем, что дополнительно автоматически определяют характеристику заготовки и используют полученную характеристику для команд маркировки.
55. Способ по п. 33, отличающийся тем, что дополнительно передают информацию, относящуюся к изображениям, через телекоммуникационный канал и сохраняют информацию в удаленной базе данных с электронным хранением информации.
56. Способ по п.34, отличающийся тем, что дополнительно получают запоминаемую информацию из изображения.
57. Способ по п.34, отличающийся тем, что дополнительно сохраняют информацию, относящуюся к изображениям заготовок, совместно с информацией, относящейся к командам маркировки.
58. Способ по п.34, отличающийся тем, что дополнительно принимают информацию, относящуюся к изображению, и определяют соотношение между заготовкой и сохраненной информацией из изображения.
59. Способ по п.34, отличающийся тем, что дополнительно принимают информацию, относящуюся к изображению заготовки, и формируют выходной сигнал, показывающий соотношение между заготовкой и сохраненной информацией из изображения.
60. Способ по п.34, отличающийся тем, что дополнительно сравнивают изображения, получаемые при формировании изображения, с ранее запомненной информацией об изображении.
61. Способ по п.34, отличающийся тем, что дополнительно принимают информацию, относящуюся к изображению заготовки, сравнивают принятую информацию и команды маркировки с ранее запомненной информацией об изображении для определения соответствия заготовки, маркированной в соответствии с командами маркировки, какой-либо сохраненной информации.
62. Способ по п.34, отличающийся тем, что дополнительно сравнивают команды маркировки с ранее запомненной информацией об изображении для определения соответствия получающейся в результате заготовки, маркированной а соответствии с командами маркировки, какой-либо сохраненной информации.
63. Способ по п.34, отличающийся тем, что дополнительно анализируют команды маркировки и ранее запомненную информацию из изображения и выборочно управляют маркировкой на основе упомянутого анализа.
64. Способ по п.34, отличающийся тем, что упомянутая маркировка содержит набор линий или пятен.
65. Способ по п. 34, отличающийся тем, что по меньшей мере один вход предназначен для приема зашифрованной информации.
66. Способ по п.34, отличающийся тем, что дополнительно выделяют информацию из изображения заготовки, шифруют выделенную информацию и подают зашифрованную информацию на вход для приема.
67. Способ по п.34, отличающийся тем, что дополнительно определяют характеристику заготовки, шифруют выражение полученной характеристики заготовки с использованием алгоритма шифрования с помощью открытого ключа и индивидуального ключа и подают зашифрованное выражение на вход для приема.
68. Способ по п.67, отличающийся тем, что дополнительно дешифруют маркировку с использованием открытого ключа и сравнивают дешифрованное выражение с характеристикой заготовки для установления подлинности маркировки.
69. Способ по п.34, отличающийся тем, что дополнительно определяют характеристику заготовки, зашифровывают выражение определенной характеристики заготовки, подают зашифрованное выражение на вход для приема, запоминают информацию, относящуюся к характеристике, и устанавливают подлинность заготовки на основе описания маркировки на заготовке и определенной характеристики заготовки.
70. Способ по п.34, отличающийся тем, что дополнительно идентифицируют маркировочный знак заготовки из изображений, полученных при формировании изображения, выполняют микронадписи в виде маркировки в положении, определяемом на основании положения идентифицированного маркировочного знака, и запоминают положение.
71. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии, содержащая источник лазерной энергии, систему крепления, обеспечивающую оптический доступ к закрепленному драгоценному камню, оптическую систему для фокусировки лазерной энергии от источника лазерной энергии на драгоценный камень, перемещаемую платформу для перемещения упомянутой системы крепления драгоценного камня относительно упомянутой оптической системы для обеспечения подачи упомянутой сфокусированной лазерной энергии в требуемые положения на упомянутом драгоценном камне для выполнения микронадписи, характеризуемой минимальной точностью, имеющую вход управления, причем система для выполнения микронадписей работает в условиях вибраций, потенциальные амплитуды которых превышают упомянутую минимальную точность, систему формирования изображения для наблюдения драгоценного камня, отличающаяся тем, что упомянутый лазер, упомянутая оптическая система и упомянутая платформа поддерживаются с помощью жесткого каркаса в фиксированном соотношении для противодействия дифференциальным перемещениям упомянутого лазера, упомянутой оптической системы и упомянутой платформы и повышения устойчивости к рассогласованиям, обусловленным вибрацией, для поддержания указанной минимальной точности.
72. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 71, отличающаяся тем, что упомянутый источник лазерной энергии содержит лазер на кристалле Nd:YLF с полупроводниковой накачкой и внутрирезонаторным преобразователем гармоники, выходное излучение которого имеет длину волны приблизительно 530 нм.
73. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п.71, отличающаяся тем, что дополнительно содержит вход для получения команд маркировки, процессор для управления перемещаемой платформой на основе упомянутых команд маркировки и упомянутой системы формирования изображения для выборочного выполнения маркировки на основе упомянутых команд и предварительно определенной программы и систему хранения информации для электронного хранения информации, относящейся к изображениям множества заготовок.
74. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 71, отличающаяся тем, что дополнительно содержит источник питания для упомянутого источника лазерной энергии.
75. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 71, отличающаяся тем, что дополнительно содержит шасси для жесткого крепления упомянутого источника лазерной энергии, упомянутой системы крепления, упомянутой оптической системы и упомянутой перемещаемой платформы.
76. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 71, отличающаяся тем, что дополнительно содержит источник питания для источника лазерной энергии и шасси для жесткого крепления упомянутого источника лазерной энергии, упомянутой системы крепления, упомянутой оптической системы, упомянутой перемещаемой платформы и упомянутого источника питания.
77. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 71, отличающаяся тем, что дополнительно содержит шасси для жесткого крепления упомянутого источника лазерной энергии, упомянутой системы крепления, упомянутой оптической системы и упомянутой перемещаемой платформы, причем упомянутая перемещаемая платформа обеспечивает повторное позиционирование заготовки относительно шасси.
78. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 71, отличающаяся тем, что упомянутая система крепления содержит неподвижный элемент, съемный элемент и зажим крепления для прикрепления заготовки к съемному элементу.
79. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п.71, отличающаяся тем, что заготовка представляет собой драгоценный камень.
80. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п.71, отличающаяся тем, что заготовка представляет собой граненый алмаз.
81. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п.71, отличающаяся тем, что упомянутая оптическая система включает расширитель луча, дихроичное зеркало и фокусирующую линзу.
82. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 71, отличающаяся тем, что упомянутая перемещаемая платформа имеет по меньшей мере три оси перемещения.
83. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 71, отличающаяся тем, что упомянутая перемещаемая платформа выполнена управляемой для формирования набора частично перекрывающихся зон, облучаемых источником лазерной энергии.
84. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п.71, отличающаяся тем, что перемещаемая платформа выполнена управляемой для перевода ее в состояние покоя во время действия лазерного импульса источника лазерной энергии.
85. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 71, отличающаяся тем, что упомянутая система формирования изображения содержит оптический канал, включающий по меньшей мере участок заготовки и являющийся соосным по меньшей мере с частью оси источника лазерной энергии, излучение которого падает на заготовку.
86. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 71, отличающаяся тем, что упомянутая система формирования изображения содержит оптический канал, включающий по меньшей мере участок заготовки и являющийся перпендикулярным по меньшей мере части оси источника лазерной энергии, излучение которого падает на заготовку.
87. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 71, отличающаяся тем, что упомянутая система формирования изображения содержит первый оптический канал, включающий по меньшей мере участок заготовки и являющийся соосным по меньшей мере с частью оси источника лазерной энергии, излучение которого падает на заготовку, и второй оптический канал, включающий упомянутый участок, заготовки и являющийся перпендикулярным упомянутой оси упомянутого лазера.
88. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 71, отличающаяся тем, что упомянутая система формирования изображения отображает участок заготовки, на который через дихроичное зеркало падает выходное излучение источника лазерной энергии.
89. Система для выполнения микронадписей с помощью лазерной энергии по п. 71, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средство для автоматического определения характеристики заготовки.
90. Способ установления подлинности маркировки на заготовке, заключающийся в том, что маркируют заготовку с помощью абляционной картины, получаемой с высокой точностью с помощью сфокусированной лазерной энергии, отличающийся тем, что запоминают изображение заготовки, включающее детальные элементы по меньшей мере части абляционной картины, и воспроизводят запомненное изображение на сертификате защищенности для идентификации заготовки на основе соответствия воспроизведенного изображения и заготовки.
91. Способ по п.90, отличающийся тем, что сертификат защищенности включает в себя зашифрованную информацию, которая сама подтверждает свою подлинность.
92. Способ по п.90, отличающийся тем, что маркированную заготовку упаковывают вместе с сертификатом защищенности.
93. Способ по п.90, отличающийся тем, что дополнительно наносят код защищенности на сертификат защищенности.
94. Способ по п.90, отличающийся тем, что изображение получают фотографическим способом.
95. Способ по п.90, отличающийся тем, что изображение получают электронным способом.
96. Способ по п.90, отличающийся тем, что упомянутое изображение включает в себя часть абляционной картины и контур экваториальной плоскости заготовки.
Приоритет по пунктам: 05.01.1996 по пп.1-14, 16-24, 26, 28, 31-45, 47-54, 56, 58, 60-64, 71, 72, 74-83, 85-89; 30.07.1996 по пп. 15, 25, 27, 29, 30, 46, 55, 57, 59, 65-70, 73, 84, 90-96.
Описание
Настоящее изобретение относится к области получения надписей в виде знаков на поверхности драгоценных камней, а более конкретно — к системе, в которой используется импульсный лазер с модуляцией добротности для формирования маркировок на участке драгоценного камня.
Известная система, описанная в патенте США 4392476, предназначенная для получения надписей на алмазах, содержит лазер на кристалле алюмоиттриевого граната (АИГ) с неодимом (1,06 мкм, с удвоением частоты) с модуляцией добротности, с помощью которого можно маркировать алмазы посредством графитизации поверхности в фокальной точке лазера. Положением луча управляют с помощью компьютера для создания зон, обрабатываемых при условии перекрытия. Точность обработки в известных вариантах осуществления этой системы ограничена вибрацией и точностью системы управления лазерным излучением.
В патенте США 4467172 описана система для выполнения надписей на алмазах с помощью лазерного луча, в которой используется лазер на кристалле АИГ (1,06 мкм, с удвоением частоты) с модуляцией добротности и накачкой лампой-вспышкой, причем алмаз устанавливается на координатном столе компьютерным управлением для нанесения надписей, состоящих из буквенно-цифровых знаков. (См. также патенты США 2351932, 3407364, 3527198, 3622739, 3775586 и 4048515 и патенты Японии 00-48489 и 00-77989).
В патентах США 5410125 и 5149938 описаны системы для осуществления маркировки драгоценных камней с применением эксимерного лазера (193 нм) с маскированием изображения маркировки. В этом случае не требуется повторное позиционирование для получения завершенных знаков или графического изображения. Алмаз избирательно поглощает излучение эксимерного лазера и подвергается частичному аллотропическому преобразованию без нарушения структуры своей кристаллической решетки. (См. также патенты США 3527198 и 4401876). Патент США 5410125 основан на заявке, поданной в частичное продолжение заявки 595861, по которой выдан патент 5149938.
Вопросы нанесения надписей в виде серийных номеров или маркировки рассмотрены также в Gemstone News, 11/2/95, «Serial Numbers are Laser Inscribed» и Jeweler’s Keystone-Circular, June 1996, pp. 76.
Патент США 3537198 относится к способу обработки алмазов с использованием энергии лазерного излучения. Патент США 5190024 относится к способу распиловки алмазов. Лазер можно использовать как для маркировки, так и для распиловки в одной операции. (См. также патенты США 671830, 671831, 694215, 732118, 732119, 3527198 и 4392476, а также патент Великобритании 122470).
Патент США 4401876 относится к системе для надреза драгоценного камня, такого как алмаз, с использованием высокой энергии, высокой частоты повторения импульсов, моды низшего порядка, лазерного луча. (См. также патенты США 3440388, 3527198 и 3700850, а также патенты BE 877326, DE 130138, DE 133023, GB 1057127, GB 1059249, GB 1094367, GB 1254120, GB 1265241, GB 1292981, GB 1324903, GB 1326775, GB 137 7131, GB 1405487, GB 1446806, GB 2052369, и следующие источники: Laser Institute of America, «Guide for Material Processing by Lasers» 1978; «Industrial Diamond Review», Mar. 1980, pp. 90-91; «Laser Application Notes», 1(1) Feb. 1979; «New Hyperyag» и «Diamonds», N.A.G. Press LTD, Chapter 11, pp. 235, 239-242.
Патент США 4799786 относится к способу идентификации алмаза и предусматривает способ идентификации алмазов, в котором образец, предназначенный для идентификации, размещается в луче монохроматического лазерного излучения с заданной длиной волны. Рассеянное рамановское излучение, выходящее из образца, проходит через фильтр, выполненный с возможностью пропускания только рассеянного рамановского излучения с частотной характеристикой алмаза. Излучение, прошедшее через фильтр, затем обнаруживается человеческим глазом или устройством типа фотоприемника. (См. также патенты США 4397556 и 4693377, патенты Великобритании 2140555, а также Melles Griot, Optics Guid 3, 1985, pp. 1, 333, 350, 351; и Solin et al., Physical Review B, 1(4): 1687-1698, Feb. 15, 1970).
Патент США 4875771 относится к способу оценки качества алмаза, основанному на оценке алмазов с помощью спектрометра Рамана. Система первоначально калибруется с использованием алмазов с известными и ранее оцененными качественными характеристиками, например, с использованием известной субъективной процедуры. Алмазы с неизвестными качественными характеристиками размещают затем в спектрометре и облучают лазерным излучением. Интенсивность рассеянного рамановского сигнала, который выходит из алмаза, контролируется для одной или нескольких ориентации алмаза, при этом полученный в результате сигнал представляет собой характеристику алмаза и свидетельствует о качественном уровне алмаза. (См. также патенты США 3414354, 3989379, 4259011, 4394580, 4397556 и 4620284, патенты FR 643142, FR 2496888, JP 01-58544, GB 1384813, GB 1416568, GB 2010474, GB 0041348 и GB 2140555 и A.S.Solin and K. A. Ramdas, Raman Spectrum of Diamond, Physical Review, vol. 1(4), pp.1687-1698.
Вышеупомянутые документы подробно описывают компоненты, способы и системы, которые можно использовать в конструкции и при описании работы настоящего изобретения.
Настоящее изобретение относится к системе, имеющей импульсный лазер, такой как лазер на кристалле Nd:YLF с модуляцией добротности и накачкой с помощью лазерных диодов, который позволяет получить ряд абляционных или графитированных пятен на поверхности заготовки, такой как драгоценный камень типа алмаза. Для выполнения фокусировки и позиционирования луча заготовку устанавливают на перемещаемой платформе.
Чтобы получить сложную картину маркировки, перемещаемой платформой управляют с помощью компьютера. Этот компьютер можно также использовать для управления процессом обработки и получения изображения, а также для других функций.
В процессе обработки, согласно настоящему изобретению, обычно достигается точность позиционирования приблизительно ±1 микрон. Лазер и перемещаемая платформа, на которой устанавливают заготовку, компактны и предпочтительно жестко крепятся на общей платформе, которая обеспечивает достаточную защиту от вибрации общих типов колебаний, так что можно использовать стандартное демпфирование вибрации вместо нештатного демпфирования. Поэтому преимущественно используют простые малогабаритные держатели с пассивной виброизоляцией для платформы или шасси, вместо систем, которые требуют применения систем активного подавления вибрации, как в известных системах.
Оптическую обратную связь в процессе обработки можно выполнить с использованием одной или нескольких видеокамер, например двух формирователей изображения на ПЗС, размещенных под прямыми углами, причем их поле зрения включает фокальную точку лазера. Таким образом, корректное позиционирование драгоценного камня может гарантироваться путем корректной юстировки формирователей изображения относительно заготовки. Один формирователь изображения направляется на рабочую поверхность вдоль оси лазера и имеет фокальную плоскость, которая включает в себя фокальную точку лазера. Оптическую обратную связь через формирователи изображения можно также использовать для контроля процесса маркировки, и поэтому ее можно использовать для настройки позиционирования заготовки, скорости нанесения надписи, а также числа, интенсивности и/или частоты повторения импульсов в заданном местоположении, а также для проверки процесса маркировки. Один формирователь изображения ориентируется для обзора верхней части заготовки, например, перпендикулярно к поверхности грани алмаза, обеспечивая идентификацию профиля экваториальной плоскости, в то время как второй формирователь изображения ориентирован для наблюдения боковой части заготовки, например профиля, при этом обеспечивая прямое наблюдение экваториальной плоскости драгоценного камня. Таким образом, второй формирователь изображения можно использовать для наблюдения процесса маркировки в реальном масштабе времени.
Система оптической обратной связи также позволяет оператору проектировать надпись, размещать надпись на заготовке, проверять процесс маркировки и архивировать или сохранять изображение заготовки и выполненных маркировок.
Сами маркировки могут иметь инвариантную надпись, надпись, выполняемую полностью автоматически, например серийный номер, надпись, выполняемую полуавтоматически, например имеющую неизменную и изменяемую часть или полностью заказную надпись, включающую графику.
Согласно одному из вариантов осуществления, надпись для драгоценного камня определяется во взаимосвязи со штрихкодом, который сопровождает упаковку драгоценного камня или предварительно отпечатанный листок. Для оператора предусмотрено устройство для считывания штрихкода, которое дает возможность вводить штрихкоды в компьютер без необходимости перепечатки данных и с более низкой вероятностью ошибки. Таким образом, надпись может включать в себя неизменную часть, например эмблему или торговую марку, частично изменяемую часть, например рейтинг или градацию драгоценного камня, и сильно изменяемую часть, например серийный номер. В этом случае, например, эмблема или торговая марка программируется предварительно и соответствующая надпись наносится на каждую заготовку в серии. Рейтинг или градация драгоценного камня могут быть просканированы как штрихкод, напечатанный на листке, который относится к соответствующему драгоценному камню, например, на этикетке или ярлыке. Серийный номер может определяться автоматически и, например, распечатываться на этикетке или ярлыке; он может использоваться в качестве уникального идентификатора камня. Наносимые знаки не должны обязательно ограничиваться буквенно-цифровыми символами и реально могут представлять собой шрифты любого языка, построчные знаки, заказные знаки или графические изображения.
Заготовка может быть связана с данными, которые хранятся на носителе, физически связанном с заготовкой или на удаленном носителе, доступном посредством использования идентификации заготовки. Например, соответствующая связанная память может представлять собой энергонезависимую память, такую как память с произвольной выборкой и аварийным батарейным питанием, электрически стираемую постоянную память, ферроэлектрическую память или другую запоминающую среду, такую как магнитные полоски, вращающийся магнитный носитель, оптические запоминающие устройства и печатный материал.
Именную надпись можно выполнить на заготовке в виде заказной надписи или полузаказной надписи, причем она может быть выполнена в виде компьютерного текста, графики или компьютерного отсканированного изображения. Система маркировки может быть использована для маркировки частей драгоценного камня, иных чем экваториальная плоскость, например, граней. Поэтому в случае таких именных надписей, может преследоваться цель выполнения визуально наблюдаемой надписи, повышение выразительности объекта, представленного заготовкой, а не обеспечение незаметной микроскопической маркировки, связанной с идентификацией или установлением подлинности.
Во многих случаях необходимо обеспечить индивидуальную идентифицируемость каждой заготовки с надписью. Это может быть сделано посредством уникальной маркировки на камне или уникальной комбинации маркировки и легко идентифицируемых характеристик заготовки, таких как вес, форма, тип и т.д. В одном из вариантов осуществления сами маркировки образуют код, такой как буквенно-цифровой или штрихкод, который может считываться электронным или автоматическим способом или быть установлен в результате обследования заготовки.
Изображение заготовки с маркировкой можно сформировать или напечатать на сертификате, сопровождающем заготовку и обеспечивающем возможность подтверждения соответствия заготовки сертификату в результате анализа изображения при сравнении с реальной заготовкой. Изображение преимущественно включает в себя всю или часть маркировки, а также идентифицируемые признаки заготовки, такие как контур экваториальной плоскости, маркировочные знаки, углы, грани и т.д. Таким образом, изображение, включающее в себя, например, маркировку и окружающую экваториальную плоскость, можно использовать в качестве идентификации рабочей заготовки по «отпечатку пальца». Изображение на сертификате может быть сформировано фотографическим или электронным способом.
Таким образом, изображение в том виде, как оно запоминается, не требуется формировать с помощью формирователей изображения на ПЗС или системы маркировки, и оно может быть сформировано на отдельном этапе.
Преимущественно, изображение завершенной маркировки или битовый массив программы надписи сохраняется в базе данных и поэтому доступен для сравнения и последующего установления подлинности заготовки, а также для предотвращения неумышленных или нежелательных дублирующих маркировок. Запоминание может быть выполнено электронным или фотографическим способом, и таким образом базу данных можно разместить на магнитном или магнитооптическом носителе, микропленке, бумаге или пленке, голографических кристаллах, магнитной или оптической ленте или на других известных носителях.
В соответствии с одним из аспектов изобретения, функция предотвращения дублирования реализована интегрированно с устройством маркировки, что не может игнорироваться пользователем, например, чтобы предотвратить неумышленное или преднамеренное использование системы не по назначению. В этом случае лазерная система может включать в себя схему блокировки, которая предотвращает возбуждение систем позиционирования и лазерного управления в условиях несанкционированного доступа. Такую блокировку можно выполнить в источнике питания или в другой принципиально важной подсистеме устройства.
На основе использования системы маркировки может вырабатываться сообщение с помощью системы компьютер/контроллер. Так как надпись представляет собой растровое абляционное изображение, то такое сообщение может преимущественно включать в себя программируемую надпись, такую как графическую распечатку, или изображение, принимаемое из системы формирования изображения с оптической обратной связью, например, видеокамеры. Как упомянуто выше, сообщение может также включать в себя или быть связано с сертификатом подлинности, например, включая факсимильное изображение заготовки с маркировкой. Известная схема установления подлинности изображения описана в патенте США 5499294.
Заготовку целиком устанавливают обычно на перемещаемой платформе, которая обеспечивает точное позиционирование. Таким образом, для компактных конструкций в держателе могут размещаться заготовки с размером менее, чем приблизительно 30 мм для самых больших размеров, хотя перемещаемая платформа имеет точность позиционирования и на больших расстояниях. Платформа обычно перемещается вдоль трех координатных осей X, Y и Z декартовой системы координат, но могут также предусматриваться другие оси, например оси вращения. Например, бриллиантовая огранка алмаза является радиально симметричной. Поэтому там, где требуется надпись или маркировка вокруг экваториальной плоскости алмаза, алмаз можно удерживать в фокусе с помощью регулировки перемещения по оси Z, а положение надписи устанавливать с помощью перемещения вдоль осей Х и Z во время импульсной генерации лазера. С другой стороны, для получения надписи алмаз можно первоначально позиционировать соответственно вдоль осей X, У и Z, и поворачивать вокруг оси и перемещать последовательно вдоль оси Y. В этом случае ось Z и, возможно, ось X можно также использовать для поддержания условий фокусировки. Если оси X, Y и Z используются для автоматического управления, ручное управление поворотом предпочтительно выполнить с фиксацией через равные интервалы.
Система позиционирования, предназначенная для перемещения заготовки относительно фокальной точки лазерного излучения, может также включать в себя системы управления лучом, такие как зеркала, электрооптические элементы, пространственные модуляторы света, типа устройства с цифровым управлением положения зеркала («DMD», также известный 7 как процессор цифровой обработки световых сигналов, «DLP») фирмы Texas Instruments, голографические или дифракционные элементы или другие оптические системы. Однако перемещаемая платформа является предпочтительным средством для направления сфокусированной энергии лазерного излучения на требуемую часть заготовки.
Заготовку обычно закрепляют в держателе, который устанавливают на перемещаемой платформе с возможностью снятия. Таким образом, заготовку можно подходящим способом установить в держателе вне устройства, в то время как на другой заготовке выполняется надпись. Такие держатели позволяют также повысить универсальность устройства за счет обеспечения адаптации для заготовок различных размеров и форм. Каждую форму огранки алмазов, например круг, овал, сердце, маркиз и другие, можно выполнить с помощью отдельных оптимизированных держателей; кроме того, алмазы с различными диапазонами при необходимости можно разместить с помощью различных держателей.
Согласно другому варианту осуществления, на установленной заготовке, например на алмазе в установочном приспособлении, можно выполнить надпись на свободных частях. Например, в установочном приспособлении, которое имеет выступы, может облучаться часть экваториальной плоскости, и, таким образом, может обеспечиваться ее доступность для маркировки. В этом случае многошарнирный держатель или набор держателей могут быть предусмотрены для правильного размещения заготовки в камере устройства для выполнения надписи. Держатели могут быть предусмотрены для размещения драгоценных камней, установленных в кольцах, сережках, цепочках и всевозможных браслетах, брошах и в других украшениях общепринятой формы.
Система компьютерного управления предусматривает интерфейс пользователя, предоставляющий различные функциональные возможности, доступные пользователям, и кроме того, может ограничить применение и работу только надежными и/или необходимыми действиями. Поэтому система компьютерного управления может быть запрограммирована так, чтобы ограничить действия, которые могли бы повредить заготовку, нарушить процедуры защиты или процедуры установления подлинности или иные нежелательные действия. Поэтому система компьютерного управления может потребовать установления подлинности пользователя, использования распознавания видеоизображения заготовки, особенно маркировки на заготовке, а также осуществления операций, связанных с управлением лазерной системой, чтобы избежать повреждения компонентов системы или конкретной заготовки. Система может также получать изображение, отпечатки пальцев, изображение сетчатки или осуществлять другое гарантированное опознавание оператора.
Система может также включать в себя систему анализа алмаза или драгоценного камня для выполнения надписи, характеризующей качество и/или характеристики заготовки. Этот анализ может использоваться системой для оптимизации процесса маркировки, выработки данных для маркировки на заготовке и/или для запоминания данных, идентифицирующих заготовку во взаимосвязи с маркировкой. Эта система может работать в автоматическом или полуавтоматическом режиме.
Следует отметить, что при применении автоматизированной системы классификации драгоценных камней будет использоваться схема надежной классификации, которая предусматривает ручную классификацию или сначала предварительную классификацию. Таким образом, риск ошибочной маркировки или ошибочной классификации будет уменьшен за счет избыточности. Характеристики заготовки можно использовать для управления параметрами процесса маркировки.
Там, где необходимо маркировать алмаз, имеющий полированную экваториальную плоскость, обычно достаточно надписи, выполняемой за один проход, и автоматическая система оптической обратной связи может надежно управлять работой. Однако поглощение света гладкой поверхности экваториальной плоскости алмаза является низким, поэтому на его поверхности необходимо иметь красящее или чернильное покрытие для того, чтобы обеспечить поглощение энергии лазерного излучения. Там, где поверхность экваториальной плоскости является шероховатой, могут потребоваться многочисленные проходы устройства выполнения надписи для того, чтобы получить необходимую маркировку. Поглощение света шероховатой экваториальной плоскости является обычно достаточно высоким и не требует дополнительного нанесения поглощающих свет красителей или чернил. Хотя выполнение повторных операций можно автоматизировать, может оказаться желательным контроль со стороны пользователя, реализуемый за счет использования видеокамер, которые направляют на заготовку и которые позволяют получать изображение в реальном масштабе времени на мониторе компьютера.
Можно также использовать системы формирования изображений в составе устройства и запомненное изображение заготовки для точного выравнивания заготовки в соответствии с требуемой системой координат после ее удаления из системы, например, после первоначальной процедуры выполнения надписи. Таким образом, присущие заготовке маркировочные знаки или маркировки, выполненные в виде надписи на заготовке, обеспечивают опорные точки, необходимые для выравнивания или повторного выравнивания. Поэтому система позволяет повторно устанавливать заготовку в случаях, когда надпись необходимо изменить или выполнить ее неизменяемой. Кроме того, так как может потребоваться повторно позиционировать заготовку в соответствии с ее первоначальной ориентацией в процессе выполнения надписи и изображения, можно использовать то же самое или аналогичное устройство для того, чтобы проверить, что маркировки и/или надпись являются подлинными, например, при сравнении с изображением подлинной заготовки.
Хотя в предпочтительном варианте осуществления эта процедура выравнивания осуществляется с ручным управлением и могут, например, потребоваться ручные регулировки положения заготовки, добавление дополнительно управляемых осей в системе позиционирования заготовки с компьютерным управлением позволяет автоматически выполнить позиционирование заготовки на основе оптического распознавания картины естественных или нанесенных маркировочных знаков по сравнению с сохраненными данными, которые описывают эти естественные и нанесенные маркировочные знаки. Недостаток, связанный с достижением такого повторного выравнивания, заключается в возникновении рассогласования относительно исходного изображения. Для облегчения выравнивания можно использовать видеоизображения, поступающие от двух формирователей изображения, например видеокамеры на ПЗС, и для этой цели в действительности можно предусмотреть наблюдение по трем осям.
Хотя точное выравнивание заготовки не является строго необходимым в процессе установления подлинности благодаря возможности математической компенсации данных изображения, связанных с рассогласованием, обеспечение такого точного выравнивания обычно считается необходимым при восстановлении или изменении ранее выполненной надписи и создаст более простую основу для установления подлинности, то есть исключается необходимость существенной обработки изображения перед сравнением или определением корреляции.
Красители или чернила, поглощающие свет, можно нанести на заготовку вручную, например, с помощью маркировочной ручки, или автоматически, используя краситель, который наносится на поверхность заготовки, предназначенной в дальнейшем для маркировки, например, с помощью пористого маркирующего наконечника. Преимущественно, эти чернила или красители, поглощающие свет, остаются на поверхности заготовки и предположительно не будут проникать внутрь. В принципе выбирается краситель, который можно легко удалить после операции маркировки с использованием растворителя, такого как спирт. Краситель можно удалить вручную или посредством автоматизированной процедуры, например, протиранием пропитанной растворителем мягкой подушечкой.
В другом варианте осуществления обеспечивается выполнение рельефных надписей посредством модуляции лазерных импульсов или выборочной многократной абляции или графитизации заготовки в требуемых местах. Такая рельефная маркировка обычно не требуется для простой буквенно-цифровой надписи или надписи с цифровым кодом, но может оказаться пригодной для эмблем, графических работ, антиналожения растровых изображений, двоичной оптики или оптики типа френелевской, дифракционно-оптических эффектов, мероприятий, направленных на защиту от пиратства или несанкционированного копирования или для других средств.
В системах с двумя видеокамерами возможно выполнить видеопрофилирование заготовки, которая может использоваться для определения оптимального положения заготовки для маркировки, не требуя проверки фокусного расстояния в каждом конкретном местоположении. Сдвоенные камеры также позволяют вести позиционирование и наблюдение на том же самом видеоэкране, причем каждое изображение камер представляется в виде окон с отдельными изображениями. Камеры полезны для определения соответствующего местоположения маркировки, обеспечения фокусировки лазерного луча, юстировки камня и контроля процедуры маркировки.
Система компьютерного управления обеспечивает универсальность конструкции, выбор и выполнение шрифтовой и графической надписи. В предпочтительном варианте осуществления используются шрифты Борланд (Borland). Однако можно также использовать и другие шрифты или комбинации шрифтов, например Borland, postscript, True Type, plotter или другие типовые шрифты или гарнитуры. Кроме того, систему маркировки можно установить в такой режим, чтобы она работала в соответствии с Adobe Postscript, Microsoft Windows GDI, Macintosh QuickDraw, HP-GL или другими графическими стандартами.
Предпочтительная лазерная система представляет собой лазер на кристалле Nd: YLF с модуляцией добротности, накачкой, выполненной на основе лазерных диодов с самоостановом, и внутрирезонаторным удвоением частоты.
Такая система позволяет избежать недостатки, связанные с относительно большими размерами лазера на АИГ и источника питания, сложным управлением параметрами окружающей среды, внешним удвоителем частоты, системой водяного охлаждения, большими размерами и весом, внутренне присущей нестабильностью и большой длиной оптического пути.
На выходе лазера предусмотрен зеленый фильтр для избирательной фильтрации излучения лазерного диода, который позволяет пропускать только лазерное излучение в зеленой области спектра (530-540 нм). Освещение, идущее от лазерного диода, нежелательно, потому что оно приводит к насыщению изображения на экране вертикальной (Z-ось) камеры в области лазерного пятна и препятствует наблюдению экваториальной плоскости и надписи.
Предпочтительное выполнение перемещаемой платформы позволяет преодолеть типичный недостаток — ограниченность диапазона оптического перемещения систем управления лазером, что требует осуществления операций нанесения надписи посредством множества сегментов, и обеспечивает хорошую повторяемость абсолютного позиционирования. Однако, согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, можно использовать другие типы устройства позиционирования луча, например систему управления лучом.
Маркировку можно выполнить на камне с учетом ряда условий. Во-первых, желательно идентифицировать сам камень, так как он может потеряться или смешаться с другими камнями. Маркировку можно также использовать на случай идентификации источника или места происхождения. В этом случае можно выбрать маркировку по значимости грани.
Однако в некоторых случаях риск подделки или имитации требует дополнительных мер защищенности. Поэтому необходимо иметь гарантию того, что маркировка камня соответствует своей сущности или что камень соответствует нанесенной на нем маркировке. Это приводит по меньшей мере к одной из двух возможных схем. Во-первых, эта характеристика камня должна быть уникальной и очень трудной для воспроизведения. Например, определенные размеры или соотношения для драгоценного камня подвергаются в некоторой степени случайным изменениям и поэтому имеют в соответствующей степени неуправляемый диапазон значений.
Природные дефекты и другие характеристики являются в общем также случайным в природе и таким образом также трудны для воспроизведения. Поэтому маловероятно, чтобы один камень соответствовал другому камню, и маловероятно, чтобы другой камень можно было сделать с идентичным соответствием определенным размерам и соотношениям в результате манипуляций.
Поэтому, согласно одному аспекту изобретения, эти трудные для воспроизведения характеристики используются в качестве проверки целостности для закодированного сообщения. Эти характеристики можно измерить или записать, а также сохранить. Преимущественно, эти измерения и характеристики можно получить из изображения камня, запечатленного совместно с процессом маркировки. Действительно, сохраняя такие изображения и обеспечивая указатели для изображения, например, серийный номер, измерения или характеристики, предназначенные для сравнения, не обязательно определять заранее. Поэтому, согласно такой схеме, камень должен только содержать указатель для записи в базе данных, которая содержит данные, для камня, подлинность которого устанавливается. Это позволяет сохранить информацию, относящуюся к характеристикам камня, достаточно трудную для повторного определения или в некоторой степени субъективную, совместно с камнем или с идентификацией камня. Как установлено выше, изображение камня на сертификате подлинности можно использовать для подтверждения того, что камень является подлинным, при обеспечении реальной записи идентификации камня.
Другая схема основывается на трудности идентичного копирования надписи, которая включает в себя тонкие факторы и элементы взаимодействия лазерного маркировочного луча с самим камнем. Таким образом, сама маркировка свидетельствует о своей подлинности. Попытка копирования маркировки будет, вероятно, неудачной из-за технологических ограничений, свойственных методам лазерной маркировки и/или недостаточной информации, необходимой для определения всей закодированной информации.
Таким образом, чтобы установить подлинность камня, анализируют либо только маркировки или маркировки совместно с характеристиками или физическими свойствами камня. В одной схеме маркировки, выполненные в виде надписи на камне, включают в себя информацию, связанную с характеристиками камня, которые трудно дублировать и которые редко повторяются, позволяя автоматически устанавливать подлинность. В других схемах маркировка, выполненная в виде надписи на камне, идентифицирует запись в базе данных, которая хранится в информационном банке, что требует обмена данными с информационным банком для получения подлинной информации. Процесс ручной огранки драгоценных камней делает затруднительным или невозможным идентичное дублирование всех характеристик камня, которые могут быть измерены, особенно вместе с другими физическими характеристиками, такими как природные дефекты. Такие физические свойства могут включать в себя, например, ширину экваториальной плоскости в предварительно определенных местоположениях. Такое местоположение можно идентифицировать, например, с помощью полученной в виде надписи маркировки или посредством смещения относительно маркировки, которое не является очевидным из анализа одного только камня. Для любого данного драгоценного камня можно запомнить одно или несколько таких местоположений, еще больше затрудняя воспроизведение измерения. Кроме того, такие измерения обычно легко получить или определить из системы формирования изображения или системы выполнения надписи.
Известны более сложные методы, например, анализ на основе рамановского рассеяния, которые позволяют получить уникальную информацию о конкретной структуре природного алмаза. Хотя в предпочтительном варианте системы не используется анализ на основе рамановского рассеяния, такой анализ можно использовать совместно с другими вариантами осуществления настоящего изобретения.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, определяют подлинность камня, которую можно определить с помощью ювелирной лупы, сравнивая при этом действительный камень с изображением камня, которое можно получить на сертификате подлинности или совместно с ним. Так как каждый камень имеет различные характеристики, которые включают в себя маркировку, детальные особенности огранки, соотношение маркировки и контура экваториальной плоскости в изображении и/или маркировочных знаках камня, изображение служит как отпечатки пальцев, делая каждый камень по существу уникальным.
Сертификат, дополнительно к изображению камня, может также включать в себя другую информацию, такую как зашифрованный код, как описано ниже. Таким образом, как камень, так и сопроводительный сертификат может включать в себя идентифицирующую информацию.
Таким образом, настоящее изобретение также относится к сертификатам защищенности, то есть документам, которые защищены от подделки и копирования и имеют изображение маркированного камня, секретные характеристики и характеристики подлинности. Известные защищенные документы и способы изготовления защищенных документов и/или маркировки описаны в патентах США 5393099, 5380047, 5370763, 5367319, 5243641, 5193853, 5018767, 4514085, 4507349, 4247318, 4199615, 4059471, 4178404 и 4121003. В патенте США 4414967 описан способ печати скрытого изображения, который может использоваться для получения изображения заготовки. Патенты США 5464690 и 4913858 относятся к сертификату, который имеет голографические средства защищенности.
В другой схеме можно установить подлинность камня без сертификата подлинности, например, с помощью обычного ювелира, использующего простые инструменты, такие как ювелирную лупу и телефон. Поэтому, согласно одному варианту осуществления изобретения, ювелир использует лупу для считывания буквенно-цифровой надписи, неразличимой невооруженному глазу, на драгоценном камне. Буквенно-цифровая надпись или часть ее включает в себя идентифицирующую информацию о драгоценном камне, например серийный номер, который вводится в систему установления подлинности, например, с помощью клавишной панели телефона. Характеристики камня, определенные во время маркировки или приблизительно в это время, затем восстанавливают из базы данных. Обычно эти хранимые характеристики могут включать в себя градацию, размер, идентификацию и возможное место дефектов и изображение камня, которое включает в себя уникальные или почти уникальные особенности. Таким образом, например, можно сохранить изображение маркировки и камня или части камня, например, расположенные по окружности маркировочные знаки камня, например контур экваториальной плоскости. Некоторые или все эти характеристики можно затем предоставить ювелиру, например, с помощью речевого синтеза, телефаксимильной передачи изображения и т.п. Если используется сертификат подлинности, сертификат можно восстановить и передать по факсимильной связи ювелиру, обеспечивая возможность подтверждения подлинности всей информации, которая содержится в нем. Ювелир затем сравнивает восстановленную метрику и знаки, имеющиеся на камне. Если камень соответствует сохраненной информации, то камень, вероятно, является подлинным. Если, с другой стороны, камень не соответствует сохраненной информации, то возможно, что камень поддельный.
База данных, хранящая идентифицирующую информацию для заготовки, может включать в себя, например, информацию маркировки или надписи, информацию изображения, касающуюся заготовки, которая включает в себя, например, изображение маркировки, а также контур окружающей экваториальной плоскости, информацию, содержащую физические характеристики, субъективную градацию, права собственности и представление для анализа. Такую информацию можно использовать для обеспечения гарантии полноты анализа.
В другом варианте осуществления система установления подлинности запрашивает ряд измерений, выполненных ювелиром, которые можно получить с помощью микрометра или сетки, предусмотренной на лупе, без предоставления номинальных значений ювелиру для того, чтобы объяснение не выполнялось в случае неудачи установления подлинности, делая подделку более трудной. Конечно, в системе может также использоваться более сложное оборудование для измерения характеристик камня и для обмена данными, включая использование полностью автоматизированного анализа и коммуникационной системы.
В другом варианте осуществления сам драгоценный камень служит подтверждением своей подлинности. Таким образом, вместо сравнения с данными метрики, которые хранятся в системе базы данных, маркировка, выполненная в виде надписи на камне, сама включает в себя зашифрованное сообщение, которое содержит данные, относящиеся к характеристикам камня. Можно использовать ряд различных типов сообщений. Например, так называемый протокол шифрования с использованием открытого ключа/индивидуального ключа, например, предоставляемый RSA, Redwood CA, можно использовать для маркировки заготовки с помощью «цифровой подписи» (См.»A Method for Obtaining Digital Signatures and Public Key Cryptosystems», R.L.Rivest, A.Shamir and L.Adelmann, Communications of ACM 21(2): 120-126 (Febpuary 1978). В этом случае кодирующая сторона кодирует данные с использованием соответствующего алгоритма с помощью так называемого индивидуального кода. Для декодирования сообщения необходимо иметь второй код, который называется открытым ключом, предоставляемым в общее пользование и связанным с кодирующей стороной. После использования этого открытого ключа зашифрованное сообщение дешифруют и подтверждают идентичность кодирующей стороны. Данные в дешифрованном сообщении включают в себя набор уникальных или почти уникальных характеристик драгоценного камня. Поэтому необходимо только сравнить информацию, полученную из декодированного сообщения, с информацией, имеющейся на камне, чтобы подтвердить место происхождения драгоценного камня и его подлинность. В этой схеме кодирующая сторона не обязательно должна информироваться о процедуре проверки.
Известные изменения этой схемы позволяют частным каналам связи между сторонами или присвоенным ключам гарантировать защищенность данных, кроме исключительных процедур установления подлинности.
Известная система, описанная в патенте США 4392476, предназначенная для получения надписей на алмазах, содержит лазер на кристалле алюмоиттриевого граната (АИГ) с неодимом (1,06 мкм, с удвоением частоты) с модуляцией добротности, с помощью которого можно маркировать алмазы посредством графитизации поверхности в фокальной точке лазера. Положением луча управляют с помощью компьютера для создания зон, обрабатываемых при условии перекрытия. Точность обработки в известных вариантах осуществления этой системы ограничена вибрацией и точностью системы управления лазерным излучением.
В патенте США 4467172 описана система для выполнения надписей на алмазах с помощью лазерного луча, в которой используется лазер на кристалле АИГ (1,06 мкм, с удвоением частоты) с модуляцией добротности и накачкой лампой-вспышкой, причем алмаз устанавливается на координатном столе компьютерным управлением для нанесения надписей, состоящих из буквенно-цифровых знаков. (См. также патенты США 2351932, 3407364, 3527198, 3622739, 3775586 и 4048515 и патенты Японии 00-48489 и 00-77989).
В патентах США 5410125 и 5149938 описаны системы для осуществления маркировки драгоценных камней с применением эксимерного лазера (193 нм) с маскированием изображения маркировки. В этом случае не требуется повторное позиционирование для получения завершенных знаков или графического изображения. Алмаз избирательно поглощает излучение эксимерного лазера и подвергается частичному аллотропическому преобразованию без нарушения структуры своей кристаллической решетки. (См. также патенты США 3527198 и 4401876). Патент США 5410125 основан на заявке, поданной в частичное продолжение заявки 595861, по которой выдан патент 5149938.
Вопросы нанесения надписей в виде серийных номеров или маркировки рассмотрены также в Gemstone News, 11/2/95, «Serial Numbers are Laser Inscribed» и Jeweler’s Keystone-Circular, June 1996, pp. 76.
Патент США 3537198 относится к способу обработки алмазов с использованием энергии лазерного излучения. Патент США 5190024 относится к способу распиловки алмазов. Лазер можно использовать как для маркировки, так и для распиловки в одной операции. (См. также патенты США 671830, 671831, 694215, 732118, 732119, 3527198 и 4392476, а также патент Великобритании 122470).
Патент США 4401876 относится к системе для надреза драгоценного камня, такого как алмаз, с использованием высокой энергии, высокой частоты повторения импульсов, моды низшего порядка, лазерного луча. (См. также патенты США 3440388, 3527198 и 3700850, а также патенты BE 877326, DE 130138, DE 133023, GB 1057127, GB 1059249, GB 1094367, GB 1254120, GB 1265241, GB 1292981, GB 1324903, GB 1326775, GB 137 7131, GB 1405487, GB 1446806, GB 2052369, и следующие источники: Laser Institute of America, «Guide for Material Processing by Lasers» 1978; «Industrial Diamond Review», Mar. 1980, pp. 90-91; «Laser Application Notes», 1(1) Feb. 1979; «New Hyperyag» и «Diamonds», N.A.G. Press LTD, Chapter 11, pp. 235, 239-242.
Патент США 4799786 относится к способу идентификации алмаза и предусматривает способ идентификации алмазов, в котором образец, предназначенный для идентификации, размещается в луче монохроматического лазерного излучения с заданной длиной волны. Рассеянное рамановское излучение, выходящее из образца, проходит через фильтр, выполненный с возможностью пропускания только рассеянного рамановского излучения с частотной характеристикой алмаза. Излучение, прошедшее через фильтр, затем обнаруживается человеческим глазом или устройством типа фотоприемника. (См. также патенты США 4397556 и 4693377, патенты Великобритании 2140555, а также Melles Griot, Optics Guid 3, 1985, pp. 1, 333, 350, 351; и Solin et al., Physical Review B, 1(4): 1687-1698, Feb. 15, 1970).
Патент США 4875771 относится к способу оценки качества алмаза, основанному на оценке алмазов с помощью спектрометра Рамана. Система первоначально калибруется с использованием алмазов с известными и ранее оцененными качественными характеристиками, например, с использованием известной субъективной процедуры. Алмазы с неизвестными качественными характеристиками размещают затем в спектрометре и облучают лазерным излучением. Интенсивность рассеянного рамановского сигнала, который выходит из алмаза, контролируется для одной или нескольких ориентации алмаза, при этом полученный в результате сигнал представляет собой характеристику алмаза и свидетельствует о качественном уровне алмаза. (См. также патенты США 3414354, 3989379, 4259011, 4394580, 4397556 и 4620284, патенты FR 643142, FR 2496888, JP 01-58544, GB 1384813, GB 1416568, GB 2010474, GB 0041348 и GB 2140555 и A.S.Solin and K. A. Ramdas, Raman Spectrum of Diamond, Physical Review, vol. 1(4), pp.1687-1698.
Вышеупомянутые документы подробно описывают компоненты, способы и системы, которые можно использовать в конструкции и при описании работы настоящего изобретения.
Настоящее изобретение относится к системе, имеющей импульсный лазер, такой как лазер на кристалле Nd:YLF с модуляцией добротности и накачкой с помощью лазерных диодов, который позволяет получить ряд абляционных или графитированных пятен на поверхности заготовки, такой как драгоценный камень типа алмаза. Для выполнения фокусировки и позиционирования луча заготовку устанавливают на перемещаемой платформе.
Чтобы получить сложную картину маркировки, перемещаемой платформой управляют с помощью компьютера. Этот компьютер можно также использовать для управления процессом обработки и получения изображения, а также для других функций.
В процессе обработки, согласно настоящему изобретению, обычно достигается точность позиционирования приблизительно ±1 микрон. Лазер и перемещаемая платформа, на которой устанавливают заготовку, компактны и предпочтительно жестко крепятся на общей платформе, которая обеспечивает достаточную защиту от вибрации общих типов колебаний, так что можно использовать стандартное демпфирование вибрации вместо нештатного демпфирования. Поэтому преимущественно используют простые малогабаритные держатели с пассивной виброизоляцией для платформы или шасси, вместо систем, которые требуют применения систем активного подавления вибрации, как в известных системах.
Оптическую обратную связь в процессе обработки можно выполнить с использованием одной или нескольких видеокамер, например двух формирователей изображения на ПЗС, размещенных под прямыми углами, причем их поле зрения включает фокальную точку лазера. Таким образом, корректное позиционирование драгоценного камня может гарантироваться путем корректной юстировки формирователей изображения относительно заготовки. Один формирователь изображения направляется на рабочую поверхность вдоль оси лазера и имеет фокальную плоскость, которая включает в себя фокальную точку лазера. Оптическую обратную связь через формирователи изображения можно также использовать для контроля процесса маркировки, и поэтому ее можно использовать для настройки позиционирования заготовки, скорости нанесения надписи, а также числа, интенсивности и/или частоты повторения импульсов в заданном местоположении, а также для проверки процесса маркировки. Один формирователь изображения ориентируется для обзора верхней части заготовки, например, перпендикулярно к поверхности грани алмаза, обеспечивая идентификацию профиля экваториальной плоскости, в то время как второй формирователь изображения ориентирован для наблюдения боковой части заготовки, например профиля, при этом обеспечивая прямое наблюдение экваториальной плоскости драгоценного камня. Таким образом, второй формирователь изображения можно использовать для наблюдения процесса маркировки в реальном масштабе времени.
Система оптической обратной связи также позволяет оператору проектировать надпись, размещать надпись на заготовке, проверять процесс маркировки и архивировать или сохранять изображение заготовки и выполненных маркировок.
Сами маркировки могут иметь инвариантную надпись, надпись, выполняемую полностью автоматически, например серийный номер, надпись, выполняемую полуавтоматически, например имеющую неизменную и изменяемую часть или полностью заказную надпись, включающую графику.
Согласно одному из вариантов осуществления, надпись для драгоценного камня определяется во взаимосвязи со штрихкодом, который сопровождает упаковку драгоценного камня или предварительно отпечатанный листок. Для оператора предусмотрено устройство для считывания штрихкода, которое дает возможность вводить штрихкоды в компьютер без необходимости перепечатки данных и с более низкой вероятностью ошибки. Таким образом, надпись может включать в себя неизменную часть, например эмблему или торговую марку, частично изменяемую часть, например рейтинг или градацию драгоценного камня, и сильно изменяемую часть, например серийный номер. В этом случае, например, эмблема или торговая марка программируется предварительно и соответствующая надпись наносится на каждую заготовку в серии. Рейтинг или градация драгоценного камня могут быть просканированы как штрихкод, напечатанный на листке, который относится к соответствующему драгоценному камню, например, на этикетке или ярлыке. Серийный номер может определяться автоматически и, например, распечатываться на этикетке или ярлыке; он может использоваться в качестве уникального идентификатора камня. Наносимые знаки не должны обязательно ограничиваться буквенно-цифровыми символами и реально могут представлять собой шрифты любого языка, построчные знаки, заказные знаки или графические изображения.
Заготовка может быть связана с данными, которые хранятся на носителе, физически связанном с заготовкой или на удаленном носителе, доступном посредством использования идентификации заготовки. Например, соответствующая связанная память может представлять собой энергонезависимую память, такую как память с произвольной выборкой и аварийным батарейным питанием, электрически стираемую постоянную память, ферроэлектрическую память или другую запоминающую среду, такую как магнитные полоски, вращающийся магнитный носитель, оптические запоминающие устройства и печатный материал.
Именную надпись можно выполнить на заготовке в виде заказной надписи или полузаказной надписи, причем она может быть выполнена в виде компьютерного текста, графики или компьютерного отсканированного изображения. Система маркировки может быть использована для маркировки частей драгоценного камня, иных чем экваториальная плоскость, например, граней. Поэтому в случае таких именных надписей, может преследоваться цель выполнения визуально наблюдаемой надписи, повышение выразительности объекта, представленного заготовкой, а не обеспечение незаметной микроскопической маркировки, связанной с идентификацией или установлением подлинности.
Во многих случаях необходимо обеспечить индивидуальную идентифицируемость каждой заготовки с надписью. Это может быть сделано посредством уникальной маркировки на камне или уникальной комбинации маркировки и легко идентифицируемых характеристик заготовки, таких как вес, форма, тип и т.д. В одном из вариантов осуществления сами маркировки образуют код, такой как буквенно-цифровой или штрихкод, который может считываться электронным или автоматическим способом или быть установлен в результате обследования заготовки.
Изображение заготовки с маркировкой можно сформировать или напечатать на сертификате, сопровождающем заготовку и обеспечивающем возможность подтверждения соответствия заготовки сертификату в результате анализа изображения при сравнении с реальной заготовкой. Изображение преимущественно включает в себя всю или часть маркировки, а также идентифицируемые признаки заготовки, такие как контур экваториальной плоскости, маркировочные знаки, углы, грани и т.д. Таким образом, изображение, включающее в себя, например, маркировку и окружающую экваториальную плоскость, можно использовать в качестве идентификации рабочей заготовки по «отпечатку пальца». Изображение на сертификате может быть сформировано фотографическим или электронным способом.
Таким образом, изображение в том виде, как оно запоминается, не требуется формировать с помощью формирователей изображения на ПЗС или системы маркировки, и оно может быть сформировано на отдельном этапе.
Преимущественно, изображение завершенной маркировки или битовый массив программы надписи сохраняется в базе данных и поэтому доступен для сравнения и последующего установления подлинности заготовки, а также для предотвращения неумышленных или нежелательных дублирующих маркировок. Запоминание может быть выполнено электронным или фотографическим способом, и таким образом базу данных можно разместить на магнитном или магнитооптическом носителе, микропленке, бумаге или пленке, голографических кристаллах, магнитной или оптической ленте или на других известных носителях.
В соответствии с одним из аспектов изобретения, функция предотвращения дублирования реализована интегрированно с устройством маркировки, что не может игнорироваться пользователем, например, чтобы предотвратить неумышленное или преднамеренное использование системы не по назначению. В этом случае лазерная система может включать в себя схему блокировки, которая предотвращает возбуждение систем позиционирования и лазерного управления в условиях несанкционированного доступа. Такую блокировку можно выполнить в источнике питания или в другой принципиально важной подсистеме устройства.
На основе использования системы маркировки может вырабатываться сообщение с помощью системы компьютер/контроллер. Так как надпись представляет собой растровое абляционное изображение, то такое сообщение может преимущественно включать в себя программируемую надпись, такую как графическую распечатку, или изображение, принимаемое из системы формирования изображения с оптической обратной связью, например, видеокамеры. Как упомянуто выше, сообщение может также включать в себя или быть связано с сертификатом подлинности, например, включая факсимильное изображение заготовки с маркировкой. Известная схема установления подлинности изображения описана в патенте США 5499294.
Заготовку целиком устанавливают обычно на перемещаемой платформе, которая обеспечивает точное позиционирование. Таким образом, для компактных конструкций в держателе могут размещаться заготовки с размером менее, чем приблизительно 30 мм для самых больших размеров, хотя перемещаемая платформа имеет точность позиционирования и на больших расстояниях. Платформа обычно перемещается вдоль трех координатных осей X, Y и Z декартовой системы координат, но могут также предусматриваться другие оси, например оси вращения. Например, бриллиантовая огранка алмаза является радиально симметричной. Поэтому там, где требуется надпись или маркировка вокруг экваториальной плоскости алмаза, алмаз можно удерживать в фокусе с помощью регулировки перемещения по оси Z, а положение надписи устанавливать с помощью перемещения вдоль осей Х и Z во время импульсной генерации лазера. С другой стороны, для получения надписи алмаз можно первоначально позиционировать соответственно вдоль осей X, У и Z, и поворачивать вокруг оси и перемещать последовательно вдоль оси Y. В этом случае ось Z и, возможно, ось X можно также использовать для поддержания условий фокусировки. Если оси X, Y и Z используются для автоматического управления, ручное управление поворотом предпочтительно выполнить с фиксацией через равные интервалы.
Система позиционирования, предназначенная для перемещения заготовки относительно фокальной точки лазерного излучения, может также включать в себя системы управления лучом, такие как зеркала, электрооптические элементы, пространственные модуляторы света, типа устройства с цифровым управлением положения зеркала («DMD», также известный 7 как процессор цифровой обработки световых сигналов, «DLP») фирмы Texas Instruments, голографические или дифракционные элементы или другие оптические системы. Однако перемещаемая платформа является предпочтительным средством для направления сфокусированной энергии лазерного излучения на требуемую часть заготовки.
Заготовку обычно закрепляют в держателе, который устанавливают на перемещаемой платформе с возможностью снятия. Таким образом, заготовку можно подходящим способом установить в держателе вне устройства, в то время как на другой заготовке выполняется надпись. Такие держатели позволяют также повысить универсальность устройства за счет обеспечения адаптации для заготовок различных размеров и форм. Каждую форму огранки алмазов, например круг, овал, сердце, маркиз и другие, можно выполнить с помощью отдельных оптимизированных держателей; кроме того, алмазы с различными диапазонами при необходимости можно разместить с помощью различных держателей.
Согласно другому варианту осуществления, на установленной заготовке, например на алмазе в установочном приспособлении, можно выполнить надпись на свободных частях. Например, в установочном приспособлении, которое имеет выступы, может облучаться часть экваториальной плоскости, и, таким образом, может обеспечиваться ее доступность для маркировки. В этом случае многошарнирный держатель или набор держателей могут быть предусмотрены для правильного размещения заготовки в камере устройства для выполнения надписи. Держатели могут быть предусмотрены для размещения драгоценных камней, установленных в кольцах, сережках, цепочках и всевозможных браслетах, брошах и в других украшениях общепринятой формы.
Система компьютерного управления предусматривает интерфейс пользователя, предоставляющий различные функциональные возможности, доступные пользователям, и кроме того, может ограничить применение и работу только надежными и/или необходимыми действиями. Поэтому система компьютерного управления может быть запрограммирована так, чтобы ограничить действия, которые могли бы повредить заготовку, нарушить процедуры защиты или процедуры установления подлинности или иные нежелательные действия. Поэтому система компьютерного управления может потребовать установления подлинности пользователя, использования распознавания видеоизображения заготовки, особенно маркировки на заготовке, а также осуществления операций, связанных с управлением лазерной системой, чтобы избежать повреждения компонентов системы или конкретной заготовки. Система может также получать изображение, отпечатки пальцев, изображение сетчатки или осуществлять другое гарантированное опознавание оператора.
Система может также включать в себя систему анализа алмаза или драгоценного камня для выполнения надписи, характеризующей качество и/или характеристики заготовки. Этот анализ может использоваться системой для оптимизации процесса маркировки, выработки данных для маркировки на заготовке и/или для запоминания данных, идентифицирующих заготовку во взаимосвязи с маркировкой. Эта система может работать в автоматическом или полуавтоматическом режиме.
Следует отметить, что при применении автоматизированной системы классификации драгоценных камней будет использоваться схема надежной классификации, которая предусматривает ручную классификацию или сначала предварительную классификацию. Таким образом, риск ошибочной маркировки или ошибочной классификации будет уменьшен за счет избыточности. Характеристики заготовки можно использовать для управления параметрами процесса маркировки.
Там, где необходимо маркировать алмаз, имеющий полированную экваториальную плоскость, обычно достаточно надписи, выполняемой за один проход, и автоматическая система оптической обратной связи может надежно управлять работой. Однако поглощение света гладкой поверхности экваториальной плоскости алмаза является низким, поэтому на его поверхности необходимо иметь красящее или чернильное покрытие для того, чтобы обеспечить поглощение энергии лазерного излучения. Там, где поверхность экваториальной плоскости является шероховатой, могут потребоваться многочисленные проходы устройства выполнения надписи для того, чтобы получить необходимую маркировку. Поглощение света шероховатой экваториальной плоскости является обычно достаточно высоким и не требует дополнительного нанесения поглощающих свет красителей или чернил. Хотя выполнение повторных операций можно автоматизировать, может оказаться желательным контроль со стороны пользователя, реализуемый за счет использования видеокамер, которые направляют на заготовку и которые позволяют получать изображение в реальном масштабе времени на мониторе компьютера.
Можно также использовать системы формирования изображений в составе устройства и запомненное изображение заготовки для точного выравнивания заготовки в соответствии с требуемой системой координат после ее удаления из системы, например, после первоначальной процедуры выполнения надписи. Таким образом, присущие заготовке маркировочные знаки или маркировки, выполненные в виде надписи на заготовке, обеспечивают опорные точки, необходимые для выравнивания или повторного выравнивания. Поэтому система позволяет повторно устанавливать заготовку в случаях, когда надпись необходимо изменить или выполнить ее неизменяемой. Кроме того, так как может потребоваться повторно позиционировать заготовку в соответствии с ее первоначальной ориентацией в процессе выполнения надписи и изображения, можно использовать то же самое или аналогичное устройство для того, чтобы проверить, что маркировки и/или надпись являются подлинными, например, при сравнении с изображением подлинной заготовки.
Хотя в предпочтительном варианте осуществления эта процедура выравнивания осуществляется с ручным управлением и могут, например, потребоваться ручные регулировки положения заготовки, добавление дополнительно управляемых осей в системе позиционирования заготовки с компьютерным управлением позволяет автоматически выполнить позиционирование заготовки на основе оптического распознавания картины естественных или нанесенных маркировочных знаков по сравнению с сохраненными данными, которые описывают эти естественные и нанесенные маркировочные знаки. Недостаток, связанный с достижением такого повторного выравнивания, заключается в возникновении рассогласования относительно исходного изображения. Для облегчения выравнивания можно использовать видеоизображения, поступающие от двух формирователей изображения, например видеокамеры на ПЗС, и для этой цели в действительности можно предусмотреть наблюдение по трем осям.
Хотя точное выравнивание заготовки не является строго необходимым в процессе установления подлинности благодаря возможности математической компенсации данных изображения, связанных с рассогласованием, обеспечение такого точного выравнивания обычно считается необходимым при восстановлении или изменении ранее выполненной надписи и создаст более простую основу для установления подлинности, то есть исключается необходимость существенной обработки изображения перед сравнением или определением корреляции.
Красители или чернила, поглощающие свет, можно нанести на заготовку вручную, например, с помощью маркировочной ручки, или автоматически, используя краситель, который наносится на поверхность заготовки, предназначенной в дальнейшем для маркировки, например, с помощью пористого маркирующего наконечника. Преимущественно, эти чернила или красители, поглощающие свет, остаются на поверхности заготовки и предположительно не будут проникать внутрь. В принципе выбирается краситель, который можно легко удалить после операции маркировки с использованием растворителя, такого как спирт. Краситель можно удалить вручную или посредством автоматизированной процедуры, например, протиранием пропитанной растворителем мягкой подушечкой.
В другом варианте осуществления обеспечивается выполнение рельефных надписей посредством модуляции лазерных импульсов или выборочной многократной абляции или графитизации заготовки в требуемых местах. Такая рельефная маркировка обычно не требуется для простой буквенно-цифровой надписи или надписи с цифровым кодом, но может оказаться пригодной для эмблем, графических работ, антиналожения растровых изображений, двоичной оптики или оптики типа френелевской, дифракционно-оптических эффектов, мероприятий, направленных на защиту от пиратства или несанкционированного копирования или для других средств.
В системах с двумя видеокамерами возможно выполнить видеопрофилирование заготовки, которая может использоваться для определения оптимального положения заготовки для маркировки, не требуя проверки фокусного расстояния в каждом конкретном местоположении. Сдвоенные камеры также позволяют вести позиционирование и наблюдение на том же самом видеоэкране, причем каждое изображение камер представляется в виде окон с отдельными изображениями. Камеры полезны для определения соответствующего местоположения маркировки, обеспечения фокусировки лазерного луча, юстировки камня и контроля процедуры маркировки.
Система компьютерного управления обеспечивает универсальность конструкции, выбор и выполнение шрифтовой и графической надписи. В предпочтительном варианте осуществления используются шрифты Борланд (Borland). Однако можно также использовать и другие шрифты или комбинации шрифтов, например Borland, postscript, True Type, plotter или другие типовые шрифты или гарнитуры. Кроме того, систему маркировки можно установить в такой режим, чтобы она работала в соответствии с Adobe Postscript, Microsoft Windows GDI, Macintosh QuickDraw, HP-GL или другими графическими стандартами.
Предпочтительная лазерная система представляет собой лазер на кристалле Nd: YLF с модуляцией добротности, накачкой, выполненной на основе лазерных диодов с самоостановом, и внутрирезонаторным удвоением частоты.
Такая система позволяет избежать недостатки, связанные с относительно большими размерами лазера на АИГ и источника питания, сложным управлением параметрами окружающей среды, внешним удвоителем частоты, системой водяного охлаждения, большими размерами и весом, внутренне присущей нестабильностью и большой длиной оптического пути.
На выходе лазера предусмотрен зеленый фильтр для избирательной фильтрации излучения лазерного диода, который позволяет пропускать только лазерное излучение в зеленой области спектра (530-540 нм). Освещение, идущее от лазерного диода, нежелательно, потому что оно приводит к насыщению изображения на экране вертикальной (Z-ось) камеры в области лазерного пятна и препятствует наблюдению экваториальной плоскости и надписи.
Предпочтительное выполнение перемещаемой платформы позволяет преодолеть типичный недостаток — ограниченность диапазона оптического перемещения систем управления лазером, что требует осуществления операций нанесения надписи посредством множества сегментов, и обеспечивает хорошую повторяемость абсолютного позиционирования. Однако, согласно некоторым вариантам осуществления изобретения, можно использовать другие типы устройства позиционирования луча, например систему управления лучом.
Маркировку можно выполнить на камне с учетом ряда условий. Во-первых, желательно идентифицировать сам камень, так как он может потеряться или смешаться с другими камнями. Маркировку можно также использовать на случай идентификации источника или места происхождения. В этом случае можно выбрать маркировку по значимости грани.
Однако в некоторых случаях риск подделки или имитации требует дополнительных мер защищенности. Поэтому необходимо иметь гарантию того, что маркировка камня соответствует своей сущности или что камень соответствует нанесенной на нем маркировке. Это приводит по меньшей мере к одной из двух возможных схем. Во-первых, эта характеристика камня должна быть уникальной и очень трудной для воспроизведения. Например, определенные размеры или соотношения для драгоценного камня подвергаются в некоторой степени случайным изменениям и поэтому имеют в соответствующей степени неуправляемый диапазон значений.
Природные дефекты и другие характеристики являются в общем также случайным в природе и таким образом также трудны для воспроизведения. Поэтому маловероятно, чтобы один камень соответствовал другому камню, и маловероятно, чтобы другой камень можно было сделать с идентичным соответствием определенным размерам и соотношениям в результате манипуляций.
Поэтому, согласно одному аспекту изобретения, эти трудные для воспроизведения характеристики используются в качестве проверки целостности для закодированного сообщения. Эти характеристики можно измерить или записать, а также сохранить. Преимущественно, эти измерения и характеристики можно получить из изображения камня, запечатленного совместно с процессом маркировки. Действительно, сохраняя такие изображения и обеспечивая указатели для изображения, например, серийный номер, измерения или характеристики, предназначенные для сравнения, не обязательно определять заранее. Поэтому, согласно такой схеме, камень должен только содержать указатель для записи в базе данных, которая содержит данные, для камня, подлинность которого устанавливается. Это позволяет сохранить информацию, относящуюся к характеристикам камня, достаточно трудную для повторного определения или в некоторой степени субъективную, совместно с камнем или с идентификацией камня. Как установлено выше, изображение камня на сертификате подлинности можно использовать для подтверждения того, что камень является подлинным, при обеспечении реальной записи идентификации камня.
Другая схема основывается на трудности идентичного копирования надписи, которая включает в себя тонкие факторы и элементы взаимодействия лазерного маркировочного луча с самим камнем. Таким образом, сама маркировка свидетельствует о своей подлинности. Попытка копирования маркировки будет, вероятно, неудачной из-за технологических ограничений, свойственных методам лазерной маркировки и/или недостаточной информации, необходимой для определения всей закодированной информации.
Таким образом, чтобы установить подлинность камня, анализируют либо только маркировки или маркировки совместно с характеристиками или физическими свойствами камня. В одной схеме маркировки, выполненные в виде надписи на камне, включают в себя информацию, связанную с характеристиками камня, которые трудно дублировать и которые редко повторяются, позволяя автоматически устанавливать подлинность. В других схемах маркировка, выполненная в виде надписи на камне, идентифицирует запись в базе данных, которая хранится в информационном банке, что требует обмена данными с информационным банком для получения подлинной информации. Процесс ручной огранки драгоценных камней делает затруднительным или невозможным идентичное дублирование всех характеристик камня, которые могут быть измерены, особенно вместе с другими физическими характеристиками, такими как природные дефекты. Такие физические свойства могут включать в себя, например, ширину экваториальной плоскости в предварительно определенных местоположениях. Такое местоположение можно идентифицировать, например, с помощью полученной в виде надписи маркировки или посредством смещения относительно маркировки, которое не является очевидным из анализа одного только камня. Для любого данного драгоценного камня можно запомнить одно или несколько таких местоположений, еще больше затрудняя воспроизведение измерения. Кроме того, такие измерения обычно легко получить или определить из системы формирования изображения или системы выполнения надписи.
Известны более сложные методы, например, анализ на основе рамановского рассеяния, которые позволяют получить уникальную информацию о конкретной структуре природного алмаза. Хотя в предпочтительном варианте системы не используется анализ на основе рамановского рассеяния, такой анализ можно использовать совместно с другими вариантами осуществления настоящего изобретения.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, определяют подлинность камня, которую можно определить с помощью ювелирной лупы, сравнивая при этом действительный камень с изображением камня, которое можно получить на сертификате подлинности или совместно с ним. Так как каждый камень имеет различные характеристики, которые включают в себя маркировку, детальные особенности огранки, соотношение маркировки и контура экваториальной плоскости в изображении и/или маркировочных знаках камня, изображение служит как отпечатки пальцев, делая каждый камень по существу уникальным.
Сертификат, дополнительно к изображению камня, может также включать в себя другую информацию, такую как зашифрованный код, как описано ниже. Таким образом, как камень, так и сопроводительный сертификат может включать в себя идентифицирующую информацию.
Таким образом, настоящее изобретение также относится к сертификатам защищенности, то есть документам, которые защищены от подделки и копирования и имеют изображение маркированного камня, секретные характеристики и характеристики подлинности. Известные защищенные документы и способы изготовления защищенных документов и/или маркировки описаны в патентах США 5393099, 5380047, 5370763, 5367319, 5243641, 5193853, 5018767, 4514085, 4507349, 4247318, 4199615, 4059471, 4178404 и 4121003. В патенте США 4414967 описан способ печати скрытого изображения, который может использоваться для получения изображения заготовки. Патенты США 5464690 и 4913858 относятся к сертификату, который имеет голографические средства защищенности.
В другой схеме можно установить подлинность камня без сертификата подлинности, например, с помощью обычного ювелира, использующего простые инструменты, такие как ювелирную лупу и телефон. Поэтому, согласно одному варианту осуществления изобретения, ювелир использует лупу для считывания буквенно-цифровой надписи, неразличимой невооруженному глазу, на драгоценном камне. Буквенно-цифровая надпись или часть ее включает в себя идентифицирующую информацию о драгоценном камне, например серийный номер, который вводится в систему установления подлинности, например, с помощью клавишной панели телефона. Характеристики камня, определенные во время маркировки или приблизительно в это время, затем восстанавливают из базы данных. Обычно эти хранимые характеристики могут включать в себя градацию, размер, идентификацию и возможное место дефектов и изображение камня, которое включает в себя уникальные или почти уникальные особенности. Таким образом, например, можно сохранить изображение маркировки и камня или части камня, например, расположенные по окружности маркировочные знаки камня, например контур экваториальной плоскости. Некоторые или все эти характеристики можно затем предоставить ювелиру, например, с помощью речевого синтеза, телефаксимильной передачи изображения и т.п. Если используется сертификат подлинности, сертификат можно восстановить и передать по факсимильной связи ювелиру, обеспечивая возможность подтверждения подлинности всей информации, которая содержится в нем. Ювелир затем сравнивает восстановленную метрику и знаки, имеющиеся на камне. Если камень соответствует сохраненной информации, то камень, вероятно, является подлинным. Если, с другой стороны, камень не соответствует сохраненной информации, то возможно, что камень поддельный.
База данных, хранящая идентифицирующую информацию для заготовки, может включать в себя, например, информацию маркировки или надписи, информацию изображения, касающуюся заготовки, которая включает в себя, например, изображение маркировки, а также контур окружающей экваториальной плоскости, информацию, содержащую физические характеристики, субъективную градацию, права собственности и представление для анализа. Такую информацию можно использовать для обеспечения гарантии полноты анализа.
В другом варианте осуществления система установления подлинности запрашивает ряд измерений, выполненных ювелиром, которые можно получить с помощью микрометра или сетки, предусмотренной на лупе, без предоставления номинальных значений ювелиру для того, чтобы объяснение не выполнялось в случае неудачи установления подлинности, делая подделку более трудной. Конечно, в системе может также использоваться более сложное оборудование для измерения характеристик камня и для обмена данными, включая использование полностью автоматизированного анализа и коммуникационной системы.
В другом варианте осуществления сам драгоценный камень служит подтверждением своей подлинности. Таким образом, вместо сравнения с данными метрики, которые хранятся в системе базы данных, маркировка, выполненная в виде надписи на камне, сама включает в себя зашифрованное сообщение, которое содержит данные, относящиеся к характеристикам камня. Можно использовать ряд различных типов сообщений. Например, так называемый протокол шифрования с использованием открытого ключа/индивидуального ключа, например, предоставляемый RSA, Redwood CA, можно использовать для маркировки заготовки с помощью «цифровой подписи» (См.»A Method for Obtaining Digital Signatures and Public Key Cryptosystems», R.L.Rivest, A.Shamir and L.Adelmann, Communications of ACM 21(2): 120-126 (Febpuary 1978). В этом случае кодирующая сторона кодирует данные с использованием соответствующего алгоритма с помощью так называемого индивидуального кода. Для декодирования сообщения необходимо иметь второй код, который называется открытым ключом, предоставляемым в общее пользование и связанным с кодирующей стороной. После использования этого открытого ключа зашифрованное сообщение дешифруют и подтверждают идентичность кодирующей стороны. Данные в дешифрованном сообщении включают в себя набор уникальных или почти уникальных характеристик драгоценного камня. Поэтому необходимо только сравнить информацию, полученную из декодированного сообщения, с информацией, имеющейся на камне, чтобы подтвердить место происхождения драгоценного камня и его подлинность. В этой схеме кодирующая сторона не обязательно должна информироваться о процедуре проверки.
Известные изменения этой схемы позволяют частным каналам связи между сторонами или присвоенным ключам гарантировать защищенность данных, кроме исключительных процедур установления подлинности.
Полное содержание https://patents.s3.yandex.net/RU2205733C2_20030610.pdf
