Машиночитаемая идентификационная метка на основе аморфного микропровода для бумажного листового материала на целлюлозной основе Российский патент 2020 года по МПК G06K7/00 G06K7/10 G07D7/20 D21H21/40 G08B13/184 

Изобретение относится к идентификационным меткам, которые могут быть использованы в качестве устройств, обеспечивающих идентификацию товара или изделий, в частности может быть использована при изготовлении листового материала, такого как банкноты, ценные бумаги, документы с целью установления их подлинности.

Из уровня техники известно использование меток на основе микропроводов из аморфных сплавов в сплошной стеклянной оболочке, получаемых по методу Улитовского - Тейлора [1]. Стеклянная оболочка создает в аморфном проводе напряжения, имеющие неравновесный характер. Это обусловлено неравномерностью толщины стеклянной оболочки.

Как следствие - амплитуда собственного электромагнитного сигнала (ЭМС) аморфного провода, возникающего при перемагничивании во внешнем приложенном переменном поле, неконтролируемо изменяется в широком диапазоне значений, невозможно получить отклик с повторяемостью и воспроизводимостью в заданных рамках значений. Неравномерность распределения геометрических параметров стеклянной оболочки может приводить изгибам (кривизне) по длине провода и последующим нарушениям условий прямолинейности при подготовке метки. Максимальный сигнал отклика, отвечающий минимальному значению намагничивающего поля, наблюдается при цилиндрической форме метки и при ее продольном намагничивании. Наличие кривизны меток будет приводить к снижению ЭМС сигнала листового материала.

Известно использование меток из аморфных FeCo сплавов с положительной магнитострикцией. Метки с положительной магнитострикцией меняют свои размеры (увеличиваются) при наведении на них магнитного импульса, по этой причине снижается прочность механического сцепления жилы метки со стеклянной оболочкой, что приводит к локальным отслоениям. При этом амплитуда ЭМС FeCo меток с положительной магнитострикцией существенно снижается, что в свою очередь затрудняет идентификацию листового материала при заданном приложенном электромагнитном поле.

При эксплуатации листового материала, содержащего аморфные FeCo метки с положительной магнитострикцией: перегибание, сминание и т.д., также, происходят локальные отслоения стеклянной оболочки, что приводит к дополнительному снижению амплитуды ЭМС меток.

Также, существенным недостатком аморфных FeCo меток с положительной магнитострикцией является развитие коррозии участков поверхности жилы на открытых концах метки, в местах растрескиваний и отслоений стеклянной оболочки в водосодержащих средах при производстве листового целлюлозного материала, а также, при эксплуатации листового материала в условиях повышенной влажности.

Настоящее изобретение направлено за создание меток, лишенных указанных недостатков. Технический результат заключается в улучшении магнитных и механических свойств меток при размещении в бумажном листовом материале на целлюлозной основе, в частности исключить коррозию меток и добиться высокого и стабильного сигнала отклика.

Исключение коррозии меток и высокий и стабильный сигнал отклика метки достигается благодаря совокупности существенных признаков, характеризующих метку, а именно использование сплава на основе кобальта с околонулевой магнитострикцией при соотношении Co к Fe, как 0,95:0,05, диаметра 15 +/-5 мкм, длины 6 +/-3 мм и частичного удаления стеклянной оболочки с металлической жилы метки.

Суть заявленного изобретения поясняется иллюстрирующими материалами, где

на фиг. 1 - общий вид бумажного листового материала на целлюлозной основе с прямолинейной машиночитаемой идентификационной меткой;

на фиг. 2 - показана амплитуда сигнала аморфного CoFe микропровода с околонулевой магнитострикцией в сплошной стеклянной оболочке;

на фиг. 3 - амплитуда сигнала аморфного CoFe микропровода с околонулевой магнитострикцией с частично удаленной стеклянной оболочкой;

на фиг. 4 - характерный вид CoFe меток с частично удаленной стеклянной оболочкой.

Далее, ссылаясь на фиг. 1-4 подробно описано предлагаемое техническое решение. Согласно изобретению, предлагается использовать аморфную метку в стеклянной оболочке из кобальтового сплава при заданных геометрических размерах метки с частичным удалением стеклянной оболочки с металлической жилы метки.

Для получения метки используется сплав на основе кобальта.

Кобальт является коррозионностойким металлом. При нормальный температуре кобальт стоек к действию воды и воздуха [2]. Поверхность жилы метки из кобальтового сплава контактирует с водосодержащими средами в местах, где стеклянная оболочка отсутствует. Кобальтовый сплав имеет высокую коррозионную стойкость и не подвержен коррозии при изготовлении и эксплуатации бумажного листового материала в условиях повышенной влажности.

Используется сплав на основе кобальта с околонулевой магнитострикцией, при соотношении Co к Fe, как 0,95:0,05.

Такое соотношение Co к Fe, как 0,95:0,05 обусловлено тем, что оно позволяет получить сплав и микропровод с околонулевой (отрицательной)магнитострикцией.

Если содержание Co уменьшить, а содержание Fe увеличить - то получится сплав с положительной магнитострикцией.

При увеличении содержания Co и уменьшении Fe сплав будет характеризоваться очень слабым магнитным откликом, листовой материал не будет надежно идентифицироваться.

Величина амплитуды электромагнитного сигнала электродвижущей силы является универсальной характеристикой контроля магнитных и геометрических параметров аморфного микропровода.

Величина сигнала отклика от метки на внешнее воздействие зависит от её формы, диаметра и длины. Оптимальными характеристиками обладают метки из кобальтовых сплавов, имеющие диаметр 15 +/-5 мкм и длину равную 6 +/-3 мм, т.е. такое значение длины при которой встраиваемая в бумагу метка сохранит свою цилиндрическую, прямолинейную форму, а минимальное поле насыщения обеспечивает максимальный сигнал отклика на магнитное воздействие при его распознавании в бумажной основе.

Местоположения каждой i-ой метки на плоскости бумаги осуществляется путем определения ее координат xi , yi при сканировании антенным устройством над поверхностью бумаги вдоль осей 0X и 0Y путем регистрации антенной сигнала отклика от метки при ее намагничивании внешним магнитным полем. Максимальный сигнал отклика, отвечающий минимальному значению намагничивающего поля, наблюдается при цилиндрической форме метки и при ее продольном намагничивании.

Минимальная величина поля намагничивания (при которой метка будет считана и не будет потеряна) равна значению поля Hs, намагничивающего метку до насыщения. Известно [4], что величина поля намагничивания до насыщения метки, которая имеет цилиндрическую форму зависит от размагничивающего фактора N и определяется соотношением

Hs = I N,

где I - намагниченность метки, как отрезка микропровода длиной L и диаметром d [4]:

Hs = 1/4π d2 L M,

где М - магнитный момент единицы объема.

Учитывая, что геометрические размеры метки близки к размерам целлюлозного волокна, метка легко встраивается в бумажную основу и надежно удерживается в ней. Отсюда определяется значение диаметра метки равное 15 +/-5 мкм, т.е. равное среднему значению диаметра целлюлозного волокна (см. фиг. 1).

Из приведенного выше следует, что величина поля насыщения метки неизменного диаметра уменьшается с ростом ее длины. И, наоборот, при заданной длине та метка будет иметь меньшее значение величины поля насыщения чей диаметр меньше.

Таким образом, оптимальными характеристиками будут обладать метки из кобальтовых сплавов, имеющие диаметр близкий диаметру целлюлозного волокна, т.е. 15 +/-5 мкм и длину равную 6 +/-3 мм - такое значение длины при которой встраиваемая в бумагу метка сохранит свою цилиндрическую форму и будет иметь минимальное значение поля намагничивания до насыщения.

Далее следует указать, что частичное освобождение металлической жилы метки из кобальтового сплава с околонулевой магнитострикцией от стекла при её изготовлении обеспечивает получение максимальной и стабильной величины амплитуды ЭМС метки, а также улучшает механическое сцепление метки с целлюлозными волокнами.

Установлено [5], что максимальное значение осевого растягивающего напряжения уменьшается на 50% при снятии стекла с поверхности микропровода. Это приводит к улучшению магнитомягких свойств микропровода. Частичное освобождение жилы микропроводной метки от напряжения, создаваемого стеклянной оболочкой, позволяет получать максимально высокие значения амплитуды ЭМС (Фиг.2, 3).

Значения ЭМС микропровода, освобожденного от напряжения стеклянной оболочки, в сравнении с параметрами ЭМС микропровода в сплошной стеклянной оболочке - возрастает в 3-5 раз.

Эффективное снижение напряжения, создаваемое стеклянной оболочкой, достигается операцией частичного снятия стеклянной

оболочки с аморфного микропровода при производстве метки.

Частичное удаление стекла производится механическими способами: абразивная обработка, знакопеременное протягивание провода с упругим изгибом, рубка микропровода на кусочки требуемой длины (метки) и др. (Фиг.4).

Полученная шероховатая поверхность метки с частично удаленной стеклянной оболочкой обеспечивает надежный физический контакт метки с целлюлозными волокнами, позволяет метке надежно удерживаться в бумажном листовом материале при его эксплуатации.

Околонулевая магнитострикция кобальтового сплава, из которого изготавливают метку, позволяет минимизировать изменение объема листового материала в процессе его эксплуатации. При воздействии внешнего магнитного поля получают стабильный отклик от метки, с повторяемостью и воспроизводимостью в заданных рамках. У метки с околонулевой магнитострикцией, при отслоении стеклянной оболочки в процессе эксплуатации листового материала (перегибание, сминание и т.д.) приводит к дополнительному возрастанию амплитуды ЭМС.

Заявителем проведены эксперименты с метками 1-6 , результаты которых отражены в Таблице 1.

Характ-ки метки Метка 1 Метка 2 Метка 3 Метка 4 Метка 5 Метка 6 Сплав FeCo Положительная магнитострикция FeCo Положительная магнитострикция FeCo Положительная магнитострикция CoFe (0,95:0,05) Отрицательная магнитострикция CoFe (0,95:0,05) Отрицательная магнитострикция CoFe (0,95:0,05) Отрицательная магнитострикция Геометрия D=15 +/-5 мкм, L=6 +/-3 мм. Прямолинейная форма Длина и диаметр выходят за пределы. Метка загибается D=15 +/-5 мкм, L=6 +/-3 мм. Прямолинейная форма D=15 +/-5 мкм, L=6 +/-3 мм. Прямолинейная форма Длина и диаметр выходят за пределы. Метка загибается D=15 +/-5 мкм, L=6 +/-3 мм. Прямолинейная форма Стеклянная изоляция Частично удалена Частично удалена Сплошная изоляция Сплошная изоляция Частично удалена Частично удалена Полученные результаты (Параметры листового материала_) Коррозия меток
Низкий уровень сигнала отклика Коррозия меток.
Еще более низкий уровень сигнала отклика Коррозия меток Постепенное уменьшение сигнала отклика в процессе эксплуатации листового материала Нет коррозии меток. Низкий уровень сигнала отклика Нет коррозии меток Низкий уровень сигнала отклика Нет коррозии меток. Высокий и стабильный сигнал отклика

Как видно из Таблицы 1, использование сплава на основе кобальта с околонулевой магнитострикцией при соотношении Co к Fe, как 0,95:0,05, использование заданных размеров метки с диаметром 15 +/-5 мкм, длиной 6 +/-3 мм и частичное удаление стеклянной оболочки с металлической жилы метки позволяют исключить коррозию меток и добиться высокого и стабильного сигнала отклика, что обуславливает достижение указанными признаками заявленного технического результата.

1. Faxiang Qin a, Hua-Xin Peng, Ferromagnetic microwires enabled multifunctional composite materials // Progress in Materials Science, 2013, V. 58, pp. 183-259.

2. Справочник Свойства элементов 2 Том Дриц М.Е.

3. Исследование «Влияние диаметра и вида упругой деформации на электромагнитные сенсорные свойства аморфных проводов Со-сплава с отрицательной магнитострикцией»

Молоканов В.В., Чуева Т.Р., Умнов П.П., Умнова Н.В., Крутилин А.В., Шалыгин А.Н.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН. Публикация в журнале Физика и химия обработки материалов, 2018 №5

http://www.imet.ac.ru/fxom/

4. Chiriac H, Ovari TA (1996) Amorphous glass-covered magnetic wires: Preparation, properties, applications. Prog Mater Sci 40:333-407

5. Vazquez M Handbook of magnetism and advanced magnetic materials

(Chap. Advanced magnetic microwires). In: Novel materials, vol 4. John Wiley & Sons Ltd., NJ, pp 1-29 (2007)

Изобретение относится к идентификационным меткам, которые могут быть использованы в качестве устройств, обеспечивающих идентификацию товара или изделий, в частности могут быть использованы при изготовлении листового материала, такого как банкноты, ценные бумаги, документы с целью установления их подлинности. Технический результат - исключить коррозию меток и добиться высокого и стабильного сигнала отклика, а также повысить механические свойства меток. Исключение коррозии меток и высокий и стабильный сигнал отклика метки достигается благодаря использованию сплава на основе кобальта с околонулевой магнитострикцией при соотношении Co к Fe, как 0,95:0,05, диаметра 15+/-5 мкм, длины 6 +/-3 мм и частичного удаления стеклянной оболочки с металлической жилы метки. 1 табл., 4 ил.

Машиночитаемая идентификационная метка на основе аморфного микропровода для бумажного листового материала на целлюлозной основе, характеризующаяся тем, что выполнена на основе сплава кобальта с соотношением Co к Fe, как 0,95:0,05, с околонулевой магнитострикцией диаметром 15±5 мкм, длиной 6±3 мм с частичным удалением стеклянной оболочки с металлической жилы метки.