Содержание к диссертации
Введение
Постановка задачи исследования 8
1.1 Актуальность разработки технологии защиты продукции от
фальсификации 8
1.2 Основные концепции разработки защитных технологий.
1.3 Методы, применяемые для защиты от подделки и критерии их выбора .
1.3.1 Виды условий обращения продукции 12
1.3.2 Формы защиты 14
1.3.3 Виды защиты 14
1.3.3.1 Защита носителя информации 14
Водяные знаки 15
Ультрафиолетовые волокна и конфетти в бумажной массе 18
Термоконфетти в бумажной массе 20
Металлизированные волокна в бумажной массе 23
Химическая защита поверхности бумажного полотна 23
Псевдоголографические конфетти в бумажной массе 25
Полимерная нить в бумажной массе 26
1.3.3.2 Полиграфические технологии защиты 28
Металлографская печать 28
Гильоширные элементы 30
Тангирные сетки 33
Скрытые элементы «LATENT IMAGE» 33
Микрографика 34
Призматическая печать 35
Проявляющиеся при копировании изображения 36
Скрытые изображения или совмещенные рисунки 38
Офсетная печать без увлажнения з
Муаровые эффекты 39
Многослойные структуры 39
Микротиснение поверхности 42
1.3.3.3 Химические защиты от фальсификации 44
Визуально-контролируемые химические защиты 44
Ароматизированные красители 47
1.4 Сравнение методов защиты от фальсификации и выбор направления исследований : : 49
1.5 Постановка задачи реализации технологии формирования защитного изображения 51
2. Принципиальные пути реализации технологии формирования защитного изображения 53
2.1 Основная идея разрабатываемой технологии 53
2.2 Технология тиснения фольгой
2.2.1 Фольга для тиснения 56
2.2.2 Инструменты для тиснения 60
2.2.3 Оборудование для тиснения фольгой 63
2.3 Выбор основных материалов 66
2.3.1 Фотопленка 66
2.2.1 Фотополимеризуемые пластины 69
2.3 Выбор методики модуляции высокочастотного сигнала 71
3. Разработка технологии формирования микроштрихового рельефа 80
3.1 Основная идея эксперимента 80
3.2 Создание экспериментальных объектов №1 и № 2 и практические результаты их использования 81
3.3 Создание экспериментального объекта №3 и практические результаты его использования 84
3.4 Создание экспериментального объекта №4 и практические результаты его использования 85 3.5 Изготовление фотоформы для последующего копирования на фотополимеризуемую композицию 85
3.6 Изготовление фотополимерной матрицы для тиснения 89
3.7 Тиснение 95
4. Оптимизация технологического процесса формирования защитного микроштрихового рельефа 101
4.1 Изготовление фотоформы для последующего копирования на - фотополимер (с использованием фотопленки ФПГ - ВЗ) 101
4.1.1 Выбор режимов химико — фотографической обработки 101
4.1.2 Изготовление фотоформы с использованием в качестве оригинала полутоновой шкалы ВНИИ Полиграфии «ПШ-1» 103
4.2.1 Изготовление фотоформы с оригинала, содержащего информацию в аналоговой форме 106
4.2.2 Изготовление фотоформы с использованием оригинала в виде цифровых данных
4.3 Изготовление фотополимерной матрицы для тиснения с использованием фотополимеризуемых пластин МХ100 111
4.4 Тиснение с использованием штампов изготовленных из фотополимеризуемых пластин МХ100 114
4.5 Оценка оптических и защитных свойств полученного изображения 121
Выводы 125
Литература
- Методы, применяемые для защиты от подделки и критерии их выбора
- Полиграфические технологии защиты
- Выбор основных материалов
- Изготовление фотоформы с использованием в качестве оригинала полутоновой шкалы ВНИИ Полиграфии «ПШ-1»
Методы, применяемые для защиты от подделки и критерии их выбора
Основной целью любой технологии защиты является ограничение возможности доступа, использования и копирования объекта защиты. Защитные технологии очень широко распространены во всем мире. К ним можно отнести массу изделий и технологических процессов, начиная от пластиковой карточки для допуска в номер гостиницы и заканчивая радиоактивными метками ценных бумаг. Такой широкий спектр использования требует дифференцированного подхода при разработке защитных технологий в каждой области использования. В соответствии с этим и требования, предъявляемые к методике защиты, и характеристики оборудования, материалов и т.д. могут быть совершенно разными, иногда даже противоположенными. Например, при разработке технологии защиты какого-то конкретного единичного объекта большой ценности, как правило, не ставится цель максимально упростить и удешевить систему - чем она сложнее и дороже, тем сложнее достигнуть предмета защиты. Преступникам потребуется сложное, дорогостоящее оборудование, а это уже резко уменьшит круг людей способных это сделать. Другой случай, когда требуется защитить от подделки одновременно большое количество изделий. Здесь уже стоимость защиты играет немаловажную роль. К этой области применения защитных технологий относится полиграфия. В защите от подделывания нуждаются деньги, ценные бумаги, упаковка товаров известных торговых марок и многая другая полиграфическая продукция. Теоретически, например, можно было бы оснастить каждую денежную купюру микрочипом с плавающим кодом для считывания на кассовых аппаратах или любых других терминалах. Уровень защиты при этом значительно повысился бы. Стало бы невозможным печатать банкноты в кустарных типографиях на устаревшем оборудовании, да и на современном тоже. Однако стоимость такой технологии оказалась бы слишком высока. Таким образом, в такой области массового производства как полиграфия, наряду с требованием надежности защиты немаловажную роль играет и ее стоимость на единицу продукции. Поэтому основная концепция при создании технологий по защите полиграфической продукции - это низкая себестоимость процесса придания защитных свойств изделиям с использованием сложного, дорогостоящего оборудования и секретных технологий. К таким процессам можно отнести введение разноцветных нитей в бумажную массу, использование специальных добавок в печатную краску, пропитывание бумаги специальными веществами, способными светиться при облучении светом определенных длин волн и многое другое. Подобные технологии весьма эффективны, но их использование в полиграфии ограничено изготовлением ценных бумаг и денежных знаков. Эти технологии находятся под контролем государства и недоступны коммерческому производителю, желающему защитить от подделки разработанный им товар, будь то бытовая техника или новый сорт печенья.
В этой области широчайшее применение получила другая защитная технология — голограммирование. Себестоимость изготовления голограмм относительно низка. Подделать голограмму, используя стандартное полиграфическое оборудование, фактически невозможно. Для ее изготовления требуется сложное, дорогостоящее оборудование и высококвалифицированный персонал. Однако у профессиональных мошенников достаточно средств для организации производства голограмм. Одна такая фирма может обеспечивать поддельными голограммами огромное число фирм занимающихся подделкой товаров, ведь голографическую метку наносят на уже готовую продукцию. Несмотря на это голограмма все-таки остается самым распространенным и надежным средством защиты от подделки. Но не все производители могут позволить себе разработку и изготовление голограмм для своей продукции. Для недорогих товаров это слишком сильно скажется на их себестоимости. Поэтому подделка таких товаров в настоящее время распространена наиболее широко. В этом аспекте интересен вопрос о возможности использования такого надежного для защиты метода, который используется в голографии, как микротиснение поверхности, но на базе стандартной системы полиграфического воспроизведения. Разработка такого метода позволила бы типографиям предложить товаропроизводителям нанесение защитных меток, минуя достаточно/дорогостоящую стадию разработки и изготовления голограмм. Разработать технологию формирования такой структуры и выявить основные факторы, влияющие на процесс воспроизведения, и является главной задачей данной работы.
Для определения технологических и экономических требований к исследуемой технологии, возможности ее применения для защиты от фальсификации в самых различных областях, необходимо более подробно рассмотреть уже имеющиеся технологические методы борьбы с фальсификацией. Такой обзор поможет определить наиболее перспективные пути использования предлагаемых разработок и даст возможность оптимизировать технологические решения в каких-то определенных направлениях.
Полиграфические технологии защиты
Металлизированный слой обычно представляет собой слоя алюминия, напыленного в вакууме. Для придания золотого оттенка иногда используют бронзу.
У фольги с красящими пигментами отсутствует металлический слой. В цветной глянцевой фольге красочный слой состоит из защитного лакового слоя и пигментированного слоя. Цветная матовая фольга включает только пигментированный слой. В отдельных случаях пигментированный слой выполняет роль адгезионного. [27,31]
Толщина слоев фольги может быть различной. Несущая пленка-основа имеет толщину 10-25 мкм, разделительный слой - 0,1-0,3 мкм, пигментированный слой - 0,5-3 мкм, адгезионный слой - 1,5-5 мкм.
В качестве несущей основы используются полиэфирные пленки, обладающие высокой прочностью, гладкостью, эластичностью и высокой температурой воспламенения, что необходимо в процессе горячего тиснения.
Разделительный слой наносится на несущую пленку—основу. Он представляет собой воск или композицию восков с различными добавками. Разделительный слой должен обеспечивать надежное соединение красочного слоя с пленкой-основой. В момент тиснения под действием температуры слой должен разрушаться под печатающими элементами, обеспечивая качественный переход фольги на запечатываемый материал. Отрыв пленки-основы может происходить на границе пленка-основа - разделительный слой либо разделительный слой — красочный слой, что определяется составом разделительного слоя. Его состав зависит от типа пленки-носителя и технологии ее изготовления. [26]
Слой лака защищает оттиск от механических, физических и химических воздействий. Лак может использоваться бесцветный и подкрашенный, то есть он создает определенный цвет оттиска. При использовании бесцветного лака при вакуумной металлизации (алюминий) фольга имеет серебристый цвет, а при применении желтого красителя - золотистый цвет. Алюминиевая фольга имеет больший коэффициент отражения, причем коэффициент отражения в различных зонах спектра очень близок. Таким образом, такая фольга по оптическим свойствам близка к зеркальной поверхности и, поэтому, наилучшим образом подойдет для создания дифракционной решетки по предлагаемой технологии.
Красочный слой определяет оптические, колориметрические и механические свойства фольги. Он содержит связующие и пигменты. Связующее представляет собой растворимые полимеры- В качестве растворителей используются спирты, бензин, ацетон и др. Пигменты используются как органические, так и неорганические. В состав слоя могут также добавляться наполнители, например, мел, для повышения кроющей способности слоя. Для повышения прочности красочного слоя пигментированной фольги в слой вводятся также пластификаторы. [26, 33]
При изготовлении металлизированной фольги слой металла напыляется в вакуумной камере на высушенный слой лака. Качество этого слоя зависит от свойств лакового слоя и адгезионного слоя.
При изготовлении фольги из металлических порошков красочный слой лучше наносить на подплавленный разделительный слой. Это повышает печатно-технические свойства фольги. [34] На красочный слой наносится, как правило, адгезионный слой. В отдельных случаях функции адгезионного слоя выполняет пигментированный красочный слой. В этом случае он должен обладать соответствующей адгезией к запечатываемому материалу и иметь определенную температуру размягчения. Адгезионный слой обеспечивает закрепление фольги на запечатываемом материале. В качестве адгезионного слоя применяются растворы полимеров и их дисперсии. [26, 34]
Большое значение имеют термодинамические свойства слоя. Слой должен иметь хорошую адгезию как к красочному слою в широком диапазоне температур, так и к запечатываемому материалу при температуре выше температуры поверхностного размягчения адгезионного слоя, близкой к температуре тиснения.
Широкое применение находит в настоящее время фольга с предварительно изготовленными на ней голограммами. Голографическая фольга для горячего тиснения (рис. 2.3) состоит из полиэфирной пленки 1, разделительного слоя 2, защитного лакового покрытия 3, слоя с голографическим изображением 4, металлизированного слоя 5 и клеевого слоя 6. [26]
В настоящее время при производстве голографической фольги применяются различные виды голограмм, среди которых следует выделить типы: Тип А: 3-D-голограммы - это объемные голограммы передающие трехмерные реальные объекты; Тип В: 2-D - голограммы - используют Рис. 2.3. Схема строения голографи 1 і ческой фольги двухмерную графику, вся информация содержится в одной плоскости; Тип С: 2-D/3-D - голограммы - объемные голограммы, включающие несколько простых изображений, расположенных на разных глубине и высоте. Тип D: цифровые голограммы - это создаваемые на компьютере голограммы, позволяющие синтезировать различные объекты, изображая их с помощью растровых точек. Тип Е: гелиограммы - основываются на линейной графике в одной плоскости с хорошей видимостью.
С целью повышения защитных свойств голограмм при их разработке применяются различные дополнительные эффекты. К ним относятся двухканальные изображения (наложение двух рисунков, один на другой), гильошированные рисунки, микротекст, окантовка, скрытые изображения и др. Качество тиснения определяется правильным выбором фольги для каждого конкретного процесса. При выборе фольги необходимо учитывать следующее: тип оборудования для тиснения (тигельное, плоскопечатное, ротационное); вид материала, на который переносится фольга (бумага, картон, ткань, пластик и т.д.); режим проведения процесса тиснения (давление, температура и др.); структура воспроизводимого печатного изображения (плашки, мелкие штрихи и т.д.). Эти же факторы будут влиять и на выбор фольги для разрабатываемой технологии, однако критерии оценки качества обычного тиснения нельзя использовать для микроштрихового.
Выбор основных материалов
При копировании полутонового изображения через полученную решетку происходит широтно-импульсная модуляция изображения. Таким образом, при постоянной частоте получаемой периодической решетки, ширина штрихов изменяется в зависимости от оптической плотности изображения. Изменение этой величины в дальнейшем и будет определять интенсивность дифрагированного излучения, а также другие оптические свойства микрорельефа. Целью эксперимента было выяснение зависимости ширины штрихов объекта на фотоформе для копирования на фотополимеризуемую композицию от оптической плотности оригинала.
Эксперимент проводился следующим образом. В качестве объекта модуляции была выбрана стандартная полутоновая шкала ВНИИ Полиграфии «ПШ — 1». Для оценки динамического диапазона изменения размеров микроштрихов необходимо было подобрать такой экспозиционный режим и режим последующей обработки, чтобы изображение на фотоформе включало и группу штрихов с перекрытием краев и группу невоспроизведенных штрихов.
Эксперимент проводился на контактно-копировальной раме с нижним расположением источника и вакуумным прижимом. Параметры копировальной системы устанавливались в соответствии с расчетами, проведенными в п. 2.3. Для выявления оптимального времени экспонирования были проведены эксперименты с различными выдержками при постоянстве остальных параметров (мощность источника излучения, состав и температура обрабатывающих растворов, время обработки и прочие). Величина времени экспонирования была выбрана с учетом шага оптической плотности шкалы, который равен 0,10Б. При каждом последующем экспонировании величина экспозиции за данным элементом шкалы бьша равна экспозиции за предыдущем элементом в предыдущем экспонировании. Таким образом, были выбраны выдержки равные: 1.00 имп., 1.26 имп., 1.59 имп., 2.00 имп., 2.52 имп., 3.18 имп., 4.00 имп., 5.04 имп., 6.35 имп. После химико-фотографической обработки полученных негативов была выбрана шкала с набором штрихов различной ширины от нуля до перекрывания соседних штрихов. Данная шкала и была выбрана для дальнейших экспериментов и исследований.
Оптимальное время экспонирования в данном эксперименте оказалось равным 4 импульсам. В этом случае первое поле шкалы является прозрачным, т.е. ширина штрихов равна нулю, на втором поле имеются тонкие штрихи, на последних же полях шкалы штрихи полностью перекрываются, образуя сплошную непрозрачную плашку. При помощи микроскопа размеры штрихов были измерены и полученные данные занесены в таблицу 3.1.
При разработке технологии рассматриваемой в данной работе, важной целью являлось использование стандартного полиграфического оборудования и доступных материалов. Поэтому на первом этапе исследования в качестве материала для изготовления штампа для тиснения была выбрана твердая фотополимерная композиция на металлической основе, предназначенная для получения печатных форм высокой печати. На поверхности фотополимеризуемой композиции необходимо сформировать рельеф с микроштрихами различной ширины, поверхности которых лежат в одной плоскости. Для этого материал должен иметь высокую разрешающую способность. Кроме того, готовый штамп должен обладать достаточной жесткостью для формирования рельефа на запечатываемом материале в процессе тиснения и прочностью, — процесс тиснения связан с высокими динамическими нагрузками и температурой. Так как данный материал не создавался производителем для изготовления штампов, то какие-то его технологические параметры могут недостаточно соответствовать разрабатываемой технологии. Как будет показано в дальнейшем, это предположение действительно подтвердится. Однако в настоящее время на рынке присутствует достаточно большое число фотополимеризуемых композиций, и при необходимости можно будет по данным, полученным в результате этого предварительного эксперимента, определить необходимые требования и выбрать наиболее подходящую. Для экспериментальных же исследований самой возможности подобной технологии воспроизведения микроштрихов будет уместным использование стандартной пластины для изготовления форм высокой печати.
На данном этапе работы, при помощи полученной в предыдущем пункте фотоформы с микроштрихами различного размера, был проведен эксперимент по созданию рельефа на поверхности фотополимера. При проведении эксперимента использовалось стандартное оборудование для изготовления фотополимерных форм высокой печати. В качестве материала были использованы пластины с твердым фотополимеризуемым слоем на металлической подложке BASF Nyloprint WSII94.
Основным параметром, влияющим на формирование рельефа, является время основного экспонирования [45,46]. Для выявления характера этого влияния и определения оптимальных параметров было изготовлено несколько пластин с различным временем основного экспонирования (4, 6, 8, 10, 12 минут). Можно предположить, что три основных параметра микрогеометрии рельефа будут влиять на процесс тиснения. Это ширина штрихов, глубина рельефа и профиль штриха.
Изготовление фотоформы с использованием в качестве оригинала полутоновой шкалы ВНИИ Полиграфии «ПШ-1»
Для выявления характера влияния температуры штампа на диапазон передаваемых микроштрихов, по данным таблицы 4.5 был построена гистограмма зависимости числа воспроизведенных групп штрихов от температуры для фотополимерных форм с различным временем основного экспонирования (рис. 4.8).
Из полученной гистограммы можно выявить следующие закономерности: Во-первых, видно, что с увеличением температуры штампа количество воспроизведенных групп штрихов возрастает для всех тестовых форм. Причем динамический диапазон размеров штрихов возрастает с увеличением температуры до определенного предела, а точнее до 110С и далее не изменяется. После же 130С пленка-основа начинает плавиться и уже на 150С происходит ее необратимое прилипание к штампу. На гистограмме этот диапазон температур не рассматривается, так как говорить о характере воспроизведения штрихов в данном случае не имеет смысла. Общая тенденция к лучшей передаче штрихов с увеличением температуры связана, скорее всего, с изменением деформационных свойств материалов фольги для горячего тиснения, особенно пленки - основы. После 110С изменение пластичности сказывается уже незначительно - пленка приближается к началу плавления и деструкции в процессе тиснения. Таким образом, оптимальной температурой тиснения в данном случае можно считать 110С.
Во-вторых, из графиков видно, что больший диапазон преданных штрихов соответствует формам с большим временем экспонирования. С одной стороны этот факт связан с тем, что формам с большим временем экспонирования соответствует диапазон штрихов больших размеров, которые имеют к тому же и большую глубину рельефа, а значит, при прочих равных условиях, лучше передаются на оттиск. С другой стороны, можно заметить, что штрихи
Зависимость числа воспроизведенных групп штрихов от температуры для фотополимерных форм с различным временем основного экспонирования одинакового размера лучше воспроизводятся при использовании форм, изготовленных при большем времени основного экспонирования. Этот факт объясняется большей глубиной рельефа, для штрихов одинаковых размеров, на формах с большим временем основного экспонирования, что более подробно описывается в п. 3.6.
Следует также отметить, что увеличение времени основного экспонирования ведет к потере группы узких штрихов, и, при времени экспонирования, равном 18 минутам, это приводит к уменьшению диапазона размеров штрихов на оттиске. Таким образом, наибольший диапазон штрихов на оттиске оказался при использовании фотополимерной формы со временем основного экспонирования 15 минут.
Очевидно, что при использовании других материалов численные значения могут измениться, однако методика определения оптимальных режимов проведения процесса сохранится.
На четырехквадрантном графике (рис 4.9) оптимизированного процесса формирования микроштрихового рельефа видно, что передача информационного сигнала возможна только для диапазона оптических плотностей оригинала 0,4 - 1,2. В случае иных значений Dmj„ и D, необходимо уменьшить или увеличить время экспонирования, которое использовалось для воспроизведения контрольной шкалы в данной работе. Если же динамический диапазон оригинала шире предельного динамического диапазона, который возможно воспроизвести с использованием данной технологии, то необходимо произвести его сжатие известными методами, либо ограничиться подбором времени экспонирования для передачи только сюжетно важных деталей. Анализ полутонового изобразительного оригинала, используемого для создания защитного изображения в данной работе, показывает, что сюжетно-важные детали изображения лежат в достаточно узком диапазоне оптических плотностей (0,6 - 1,3), что позволило ограничиться выбором оптимального времени экспонирования.
Начало динамического диапазона переданных системой микроштрихов соответствует определенной величине экспозиции Нтяя. Для полутоновой контрольной шкалы ПШ-1 Нтт=ЕпЛ0 м -ґ" , где 0- освещенность создаваемая источником света контактно-копировальной рамы, D - начало диапазона оптических плотностей контрольной шкалы, переданных в виде штрихового микрорельефа, /"" - время экспонирования при воспроизведении шкалы ПШ-1. Для выбранного оригинала необходимо- подобрать время экспонирования / так, чтобы началу диапазона сюжетно важных участков D соответствовала экспозиция Н .
В тех случаях, когда сюжетно - важные детали равномерно распределены во всем интервале оптических плотностей оригинала, необходимо использовать технологию его сжатия, например, пересъемкой оригинала в системе полноформатной обработки или с помощью программного обеспечения в системе поэлементной обработки.
Согласно задачам, поставленным при выборе направления исследований и сравнении различных методов защиты от фальсификации, полученное изображение должно обладать рядом информационных и защитных свойств.
Для оценки воспроизведения изобразительной информации были определены следующие критерии: 1. Должен без затруднений идентифицироваться основной сюжет изображения 2. Должны быть сохранены сюжетно - важные детали оригинала При анализе полученной защитной метки можно отметить вполне удовлетворительную идентификацию сюжета. Отчетливо видно, что сюжет представляет собой постановочную съемку девушки с бенгальским огнем в руке. При этом, под определенным углом к источнику света, можно различить не только общие контуры, но и черты лица, выражение глаз. Именно этих деталей рассчитывались оптимальные режимы экспонирования. Факт их воспроизведения в защитном изображении говорит о возможности управления процессом для сохранения сюжетно-важных деталей оригинала.
Похожие диссертации на Формирование защитной структуры полиграфического изображения с использованием полиграфической системы воспроизведения
