Устройство диагностики голографических элементов защиты

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИКИ ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗАЩИТЫ(71) Заявитель Закрытое акционерное общество Голографическая индустрия(72) Авторы Танин Леонид Викторович Моисеенко Петр Васильевич Толстик Алексей Леонидович Мельникова Елена Александровна Василнок Геннадий Дмитриевич Бобореко Александр Георгиевич Лущиков Михаил Николаевич Шевцов Виктор Аркадьевич Гинак Сергей Николаевич Маникало Валентин Валерьевич(73) Патентообладатель Закрытое акционерное общество Голографическая индустрия(57) 1. Устройство диагностики голографических элементов защиты, содержащее аппаратную систему измерения дифракционной эффективности голографических элементов защиты в стационарных условиях, отличающееся тем, что применена также аппаратная система контроля голографических элементов защиты в процессе их тиражирования, при этом обе аппаратные системы соединены с программной системой их управления. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что аппаратная система измерения дифракционной эффективности голографических элементов защиты в стационарных условиях снабжена блоком освещения, угловым селектором и регистратором, при этом между блоком освещения и угловым селектором расположен узел крепления для контролируемых голографических элементов защиты. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что аппаратная система контроля голографических элементов защиты в процессе их тиражирования снабжена источником освещения перемещаемых голографических элементов защиты, и узлом регистрации по линии сканирования их поверхности.(56) 1. Патент 4820006, МПК 03 Н 1/22, 1989. 2. Патент 2103741 С 1, МПК 07 7/00,06 19/16, 1998 (прототип). Полезная модель относится к области голографии и может быть применена для объективной оценки и контроля качества рельефных голограмм, используемых в технологиях защиты ценных бумаг и документов. Известно устройство диагностики голографических элементов защиты 1, содержащее последовательно расположенные на оптической оси вместе с голограммой когерентный источник света (лазер), осветительную оптическую систему, случайную фазовую маску (например, матовое стекло) и экран, на котором формируется восстановленное с голограммы действительное кодовое изображение, рассматриваемое глазом. Недостатком такого устройства является сложность осуществления им диагностики,так как к элементам устройства предъявляются жесткие требования по позиционированию случайной фазовой маски и голограммы относительно друг друга при восстановлении изображения с голограммы (допуск на взаимные смещения обычно составляют единицы микрон). Более проще в осуществлении диагностики голографических элементов устройство 2, содержащий систему измерения дифракционной эффективности голографических элементов в стационарных условиях, состоящую из последовательно расположенных на оптической оси когерентного источника света, коллимирующей оптической системы,рамки для установки голограммы, фазовой маски, Фурье-объектива и диффузного экрана. При этом фазовая маска выполнена в виде растра периодически расположенных микролинз, причем задняя фокальная плоскость микролинз совмещена с передней главной плоскостью Фурье-объектива. Фазовая маска вносит не случайный фазовый сдвиг, как в аналоге 1, а выполнена в виде растра из периодически расположенных (гексагонально,ортогонально или иначе) фазосдвигающих элементов в виде растра микролинз (например,растра положительных плосковыпуклых линз). При этом передняя главная плоскость Фурье-объектива совмещена с задней фокальной плоскостью микролинз для того, чтобы в задней фокальной плоскости микролинз проходили гомоцентрические пучки лучей. Однако недостатком прототипа является то, что диагностику голографических элементов защиты возможно осуществлять только в стационарных условиях при единичном изготовлении таких элементов. Для их массового изготовления такой комплекс не пригоден. Кроме того, диагностика осуществляется не в автоматическом режиме, что не производительно. Задача полезной модели состоит в повышении эффективности применения аппаратного комплекса диагностики голографических элементов защиты. Поставленная задача решается тем, что в устройстве диагностики голографических элементов защиты, содержащем аппаратную систему измерения дифракционной эффективности голографических элементов защиты в стационарных условиях, имеются отличительные признаки устройство содержит также аппаратную систему контроля голографических элементов защиты в процессе их тиражирования, при этом обе аппаратные системы соединены с программной системой их управления. Введение в устройство диагностики аппаратной системы контроля голографических элементов защиты в процессе их тиражирования, позволит значительно повысить эффективность применения такого устройства при массовом изготовлении голографических элементов защиты. Соединение обеих аппаратных систем с программной системой их управления направлено на повышение степени автоматизации процесса диагностики качества оригинал 2 59372010.02.28 макетов голографических элементов защиты и их многочисленных копий при массовом тиражировании. Варианты выполнения полезной модели аппаратная система измерения дифракционной эффективности голографических элементов защиты в стационарных условиях снабжена блоком освещения, угловым селектором и регистратором, при этом между блоком освещения и угловым селектором расположен узел крепления для контролируемых голографических элементов защиты аппаратная система контроля голографических элементов защиты в процессе их тиражирования снабжена источником освещения перемещаемых голографических элементов защиты, и узла регистрации по линии сканирования поверхности этих элементов защиты. Сущность полезной модели поясняется иллюстрациями. На фиг. 1 показана общая функциональная схема устройства диагностики голографических элементов защиты. На фиг. 2 показана структурная схема аппаратной системы измерения (своеобразного голографического дифрактометра) дифракционной эффективности голографических элементов защиты в стационарных условиях. На фиг. 3 показана структурная схема системы контроля дифракционной эффективности голографических элементов защиты в процессе их массового производства. На фиг. 4 - функциональная структура программной системы управления. На фиг. 5 - функциональная схема контроллера программной системы управления. Устройство диагностики голографических элементов защиты содержит (фиг. 1) аппаратную систему 1 для измерения дифракционной эффективности голографических элементов защиты в стационарных условиях и аппаратную систему 2 для контроля голографических элементов защиты в процессе их тиражирования. При этом обе аппаратные системы 1, 2 соединены с программной системой 3 их управления, которая имеет подсистему управления 4 аппаратной системой 1 и подсистему управления 5 аппаратной системой 2. Аппаратная система 1 (фиг. 2) содержит в себе блок освещения 6, угловой селектор 7 и регистратор 8. Между блоком освещения 6 и угловым селектором 7 расположен узел крепления 9 для контролируемых голографических элементов защиты 10. Узел крепления 9 может представлять собой кассету (не показано), между стеклянными пластинками которой крепится голографический элемент защиты 10, выполненный, например, на пленке или фольге и представляющий собой оригинал макет, с которого впоследствии будет производиться массовое тиражирование копий голографического элемента защиты 10. В узле крепления 9 могут находиться также (не показано) держатель призмы поворота светового пучка, калибровочный диффузный отражатель и юстировочный экран. Узел крепления 9 может перемещаться вперед и назад по специальной направляющей и вращаться вокруг горизонтальной оси. Блок освещения 6 состоит из источника (или источников) излучения 11, входной и выходной диафрагм 12, 13, объектива 14 и интерференционного фильтра 15. В качестве источников света 11 могут применяться светодиоды с максимумами спектра излучения на длинах волн 1470 нанометров 2525 нанометров 3620 нанометров, а также светодиод, излучающий в широкой области спектра (белый свет). Объектив 14 служит для формирования параллельного пучка подсветки голографического элемента защиты 10. Интерференционный фильтр 15 предназначен для выделения узкой области спектра излучения подсветки (приблизительно в 10 нанометров). Он выполнен съемным и располагается в держателе (не показан). Угловой селектор 7 предназначен для выделения излучения, отраженного голографическим элементом защиты 10, в узком интервале направлений, и составлен из объективов 16, 17, между которыми расположена диафрагма 18. Объективы 16, 17 закреплены на общем основании (не показано). Расстояние между опорными плоскостями объективов 16,17 приблизительно 73 миллиметра. Основание может свободно перемещаться вперед и 3 59372010.02.28 назад по направляющей (не показана). Между объективами 16, 17 крепится втулка 9 (не показана) для сменных диафрагм 18. Регистратор 8 содержит в себе объектив 19 и камеру 20 (-приемник), сопряженную с объективом 19 с помощью (не показано) подвижного тубуса гармошечного типа. Датчиком 20 а камеры 20 может являться неохлаждаемая ПЗС-матрица 415 фирмы. Формат матрицы 582 строки 782 пиксела размер пиксела - 8,38,3 микрометров размер светочувствительной зоны - 6,157,48 миллиметров динамический диапазон без вычитания темнового тока не более 1000 единиц область спектральной чувствительности 4001100 единиц. Регистратор 8 может свободно перемещаться назад и вперед по специальной направляющей (не показана). Аппаратная система 2 для контроля голографических элементов защиты в процессе их тиражирования (фиг. 3) предназначена для решения задачи оперативного контроля качества движущихся в рулоне голографических элементов защиты, например тисненых голограмм, в процессе их производства на тиснильной машине. Аппаратная система 2 состоит из источника освещения 21 голографических элементов защиты 22, перемещаемых в направлении 23, и узла регистрации 24 по линии сканирования 25 поверхности этих элементов защиты. Источник освещения 21 представляет собой протяженный источник белого света, размещенный над промежуточным валом (не показано) устройства намотки оттесненной ленты с голографическими элементами защиты 22 в тиснильной машине. Такой протяженный источник может быть образован (не показано) набором безкорпусных светодиодов, размещенных за равномерно рассеивающим матовым стеклом. Источник освещения 21 содержит также белый тестовый объект (белая матовая пленка), расположенный над линией сканирования 25 на краю поля зрения узла регистрации 24. Таким образом, каждая строка,считанная узлом регистрации 24, содержит область уровня белого, по которой происходит нормировка сигнала. Это позволяет объективно оценивать яркость дифракционных изображений голографических элементов защиты 22 для данных условий освещения, остающихся стабильными в процессе эксплуатации аппаратной системы 2. Узел регистрации 24 размещается над упомянутым выше промежуточным валом (не показан) и над источником освещения 21. Узел регистрации 24 может состоять, например(не показано), из многоэлементного линейного фотоприемника и проекционного объектива. Программная система 3 (фиг. 1) состоит из подсистемы управления 4 аппаратной системой 1 и подсистемы управления 5 аппаратной системой 2. Подсистема управления 4 (фиг. 4) состоит из компьютера 26, соединенного через контроллер 27 с элементами 11-13, 18, 20, 21 аппаратной системы 1 (по фиг. 2). В памяти компьютера 26 хранится программа, служащая для обработки результатов измерений оптических сигналов. Она предназначена для управления камерой 20, а также для графического отображения на дисплее компьютера 26 изображения голографического элемента защиты 10 и обработки регистрируемых оптических сигналов. Программа предоставляет пользователю следующие возможности устанавливать (вручную или автоматически) требуемое время экспозиции кадра усреднять регистрируемый сигнал по заданному числу кадров суммировать регистрируемый сигнал по заданному числу кадров запоминать и вычитать значение темнового тока сохранять и воспроизводить регистрируемые данные с жесткого диска хранить до семи зарегистрированных кадров в оперативной памяти компьютера 26 одновременно просматривать до четырех массивов данных управлять параметрами графического отображения кадров (уровнем белого-черного) 59372010.02.28 определять среднее, минимальное, максимальное значение сигнала и дисперсию в кадре или в выделенной прямоугольной области производить следующие математические операции с массивами данных сложение,вычитание, умножение, деление, синус, косинус, десятичный логарифм, определение минимального и максимального значения массива управлять через контроллер 27 элементами 11-13, 18, 20, 21 аппаратной системы 1 (по фиг. 2). Подсистема управления 5 (фиг. 5) предназначена для формирования необходимых сигналов для работы многоэлементного линейного узла регистрации 24, а также для считывания сигнала синхронизации начала кадра и строки. В основу принципа работы подсистемы управления положен принцип прямого программного формирования необходимых временных диаграмм сигналов управления узла регистрации 24 через принтерный порт контроллера 27. Для связи схемы с компьютером применяется стандартный принтерный кабель с разъемами. Обязательным для работы прибора является наличие режима - параллельного порта компьютера, а также наличие в принтерном кабеле обратных проводов для сигнальных линий. В состав подсистемы управления 5 входят (не показаны) плата управления, кабель связи с компьютером 26, кабель видеокамеры узла регистрации 24. Компьютер 26 через принтерный порт 28 и принтерный кабель (не обозначен) соединен с двунаправленным шинным формирователем 29. Протокол - обеспечивается формирователем сигналов готовности 30. Сигналы управления фотоприемником шинным формирователем записываются в регистр фотоприемника 31, который соединен с узлом регистрации 24. Имеется также регистр 32 аналого-цифрового преобразователя 33. Регистр 32 предназначен для ввода цифровых сигналов синхронизации начала кадра и строки. Подсистема управления 5 снабжена датчиком синхронизации 34 начала кадра. Такой датчик предназначен для точного определения начала кадра при сканировании изображений голографических элементов защиты в лучах дифракции для их последующего сравнения с опорным исходным кадром. Датчик синхронизации 34 представляет собой оптопару с открытым оптическим каналом и может состоять (не показано) из ИК-светодиода и кремниевого фотодиода с усилителем-формирователем цифрового сигнала. Также имеется непрозрачная шторка оптопары, свето- и фотодиод. Шторка оптопары радиально размещается (не показано) на оси вала тиснительной машины с матрицей, на которой закреплен исходный голографический элемент защиты 10, предварительно прошедший тестирование по схеме, показанной на фиг. 2. В качестве датчика строки (не показан) в этом случае используется имеющийся на машине тиснения датчик угла вала матрицы. Сигнал с него снимается (не показано) с процессорной платы тиснительной машины. Программное обеспечение подсистемы управления 5 предназначено для управления системой контроля качества голографических элементов защиты при их движении на тиснильной машине. Программное обеспечение может быть написано в среде программирования 5 (язык). Оно предназначено для осуществления прямого управления узлом регистрации 24 (фиг. 3 и 5), а также служит для ввода сигналов, связанных с распределением освещенности вдоль светочувствительной линии сканирования 25(фиг. 3) и связанных со считыванием меток синхронизации начала кадра. Программное обеспечение может осуществлять построчный запуск считывания сигналов с видеокамеры узла регистрации 24 после получения синхроимпульса начала кадра. Программное обеспечение подсистемы управления 5 служит также для визуализации полученного в лучах дифракции изображения набора голографических элементов защиты 22. Имеется функция вычитания полученного изображения из опорного с визуализацией разницы. Программное обеспечение подсистемы управления 5 предоставляет пользователю следующие возможности 5 59372010.02.28 визуализировать изображение в лучах дифракции голографических элементов защиты на мониторе компьютера 26 (фиг. 5) выводить численные значения яркости таких элементов в лучах дифракции относительно встроенного рассеивающего эталона в виде таблицы выводить процентные отклонения численных значений их яркости в лучах дифракции от выбранного опорного кадра в виде таблицы и в условной цветовой шкале выводить процентные отклонения численных значений их яркости в лучах дифракции от заданного порога яркости в виде таблицы и в условной цветовой шкале выводить графическое изображение отклонений их яркости от выбранного опорного кадра в условной цветовой шкале управлять параметрами чувствительности цветовой шкалы графического отображения разницы кадров управлять параметрами чувствительности цветовой шкалы табличного отображения разницы кадров сохранять и воспроизводить регистрируемые данные с жесткого диска хранить до пяти опорных кадров в оперативной памяти компьютера 26. Устройство диагностики голографических элементов защиты работает следующим образом. Вначале с помощью аппаратной системы 1 (фиг. 2) измеряют дифракционную эффективность голографических элементов защиты 10 (исходных оригинал-макетов для последующего тиражирования) в стационарных условиях. С помощью программного обеспечения, через контроллер 27 (фиг. 4) производится предварительная настройка аппаратной системы 1. Согласно оптической схеме (фиг. 2) принцип измерения дифракционной эффективности реализуется следующим образом. Параллельный пучок света на заданной длине волны и с узким спектральным интервалом частот, сформированный источником излучения 11,диафрагмой 12, объективом 14 блока освещения 6, направляется под определенным углом на исходный голографический элемент защиты 10. Дифрагировавшее на нем излучение попадает в первый объектив 16 углового селектора 7. В задней фокальной плоскости этого объектива 16 формируются фурье-компоненты (система дифракционных пятен) спектра пространственных частот освещенной области голографического элемента защиты 10. Второй объектив 17 углового селектора 7, расположенный на двойном фокусном расстоянии от первого объектива 16 осуществляет обратное фурье-преобразование сложившегося спектрального поля и строит вместе с объективом 19 регистратора 8 наприемнике 20 восстановленное изображение. Это изображение может наблюдаться на дисплее компьютера 26 (фиг. 4). Выделив реально с помощью диафрагмы 18, расположенной в фурьеплоскости, или виртуально рамкой на дисплее компьютера 26 некоторый фрагмент восстановленного изображения можно измерить среднюю интенсивность излучения по выделенной области изображения голографического элемента защиты 10. Чувствительность системы измерения дифракционных характеристик голографических элементов защиты 10, с помощью встроенного в память компьютера 26 программного обеспечения, определяется величиной шумов самой аппаратной системы 1, шумов источника излучения 11 и шумов, обусловленных рассеянием света. Для определения чувствительности системы проводится сопоставление величины шума, регистрируемого (не показано) от матового экрана (диффузора) узла крепления 9, по отношению к зеркально отраженному световому пучку. При этом такой матовый экран имитирует максимально возможный уровень рассеянного света от голографического элемента защиты 10. После регистрации с помощью программного обеспечения проводится расчет среднего значения сигнала по выделенной области кадра. Аналогично производится измерение периодов дифракционных решеток в голографических элементах защиты 10 и определяется пространственное разрешение аппаратной системы 1. 6 59372010.02.28 Компьютер 26 сигнализирует о несоответствии описанным выше параметрам для бракованных голографических элементов защиты 10. Голографические элементы защиты 10, соответствующие проверяемым параметрам,применяют как оригинал-макеты для последующего тиражирования их копий при массовом изготовлении. В этом случае контроль осуществляют с помощью аппаратной системы 2 (фиг. 3) для непрерывно перемещаемых в ленте тиснильной машины (не показана) голографических элементов защиты 22. Управляющие сигналы от компьютера 26 (фиг. 5) через принтерный порт 28 и поступают на двунаправленный шинный формирователь 29. Протокол - обеспечивается формирователем сигналов готовности 30. Сигналы управления фотоприемником шинным формирователем записываются в регистр фотоприемника 31 и поступают в узел регистрации 24. Через регистр 32 аналого-цифрового преобразователя 33 цифровой сигнал о распределении освещенности вдоль светочувствительной линии сканирования 25(фиг. 3) фотоприемника поступает в компьютер 26 (фиг. 5), где с помощью программного обеспечения мгновенно анализируется. На экране компьютера 26 в поле вывода состояния аппаратной системы 2 возможны сообщения сканирование при полной работе машины тиснения, скорость недостаточна при неработающей либо медленно работающей машине тиснения. При недостаточной скорости сканирования обновления информации на мониторе не происходит, система показывает последний зарегистрированный кадр. При сканировании с недостаточной скоростью запрещается двигать мышь, нажимать какиелибо клавиши на клавиатуре за исключением . Для получения возможности для диалоговой работы с системой после начала сканирования нужно нажать клавишу , дождаться появления сообщения пауза и только после этого производится изменение параметров работы. С помощью программного обеспечения в процессе движения голографических элементов защиты 22 (фиг. 3) проверяется их чувствительность к цвету и дифракционная эффективность по заранее заданным параметрам в компьютере 26 (фиг. 5). При включенном цветовом отображении оттенок красного и зеленого цвета ячеек таблицы программного обеспечения (в соответствии с установленной чувствительностью к цвету) означает уменьшение и увеличение яркости проверяемых голографических элементов защиты 22 относительно установленного порога дифракционной яркости (числа в ячейках означают дифракционную эффективность). При работе устройства оператор самостоятельно принимает решение о продолжении тиражирования голографических элементов защиты 22 на основе визуального контроля характера дефекта и численного анализа падения дифракционной эффективности, определяемой аппаратной системой 2. В процессе работы можно записывать и считывать отсканированные кадры на жесткий диск компьютера 26. Программное обеспечение имеет возможность автоматической компенсации масштаба изображения вдоль направления движения 23 (фиг. 3) при изменении скорости движения голографических элементов защиты 22. Предлагаемое устройство представляет собой аппаратно-программный комплекс цифровой диагностики для объективной оценки показателей голографических элементов защиты 22. Он позволяет оперативно проводить измерения их дифракционных характеристик в стационарных условиях и контролировать качество голографической продукции в процессе производства на тиснильных машинах. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 8