激光防伪设备及方法与流程

本发明涉及印刷领域，具体涉及一种激光防伪设备及方法，尤其是一种装有激光微孔加工单元的印刷设备，用于有价证券、护照、钱币等其他有价证件的基材上进行激光微孔的加工。

背景技术：

目前，激光微孔防伪技术已为人们所熟知，广泛应用于有价证券、钞券、证券卡等有价文件的生产领域。在现有技术中，与激光微孔加工设备有关的中国专利cn100540331c提供了一种包含激光微孔加工单元的印刷设备，该设备包含了凹版印刷单元和激光微孔加工单元两个部分，激光微孔加工在链条传送纸张的过程中进行。

该专利技术至少存在以下问题：

1、由于基材在链条上传递时会产生飘动和变形，因此加工精度较差。

2、由于只有基材正面的排尘装置，因而对激光微孔加工过程中的烟尘处理够不充分，影响加工环境和操作人员的职业健康。

3、激光微孔工艺单一，不能进行可变图案的加工。

技术实现要素：

本发明提供一种激光防伪设备及方法，以解决激光微孔加工精度差和工艺单一等问题。

为此，本发明提出一种激光防伪设备，所述激光防伪设备至少包括：

基材输送单元，用于将基材输送到激光微孔加工单元；

视觉识别系统，设置在基材输送单元的上方，用于对基材上已印刷的部分图案进行识别和处理并实现与所述激光微孔加工单元的信号交换，所述视觉识别系统至少包含一台相机、信号处理器和视觉控制系统；

无墨压凸单元，设置在所述基材输送单元的下游，所述无墨压凸单元至少包括：一个印版滚筒和一个承印滚筒；

激光微孔加工单元，设置在所述无墨压凸单元的下游，所述激光微孔加工单元至少包括：激光加工滚筒、激光加工装置、激光加工控制系统和激光加工装置驱动装置；

所述激光加工滚筒设置在所述无墨压凸单元的下游，对激光加工过程中的基材进行展平和固定，同时清除基材背面由于激光加工产生的烟尘；

所述激光加工装置设置在所述激光加工滚筒的轴线正上方，所述激光加工装置包括：至少一组激光头；每组激光头至少包括1个独立激光头，所述独立的激光头设置在一个平行于所述激光加工滚筒轴线的滑动轨道上，且激光头的激光加工的焦平面均位于所述激光加工滚筒表面承印基材的表面上；

所述激光加工控制系统用于激光加工生产信号的生成、传输和在所述激光头之间的分配；

所述驱动装置与所述激光加工装置铰接，为所述激光加工装置在工作位置和非工作位置之间相互转换提供动力；

基材收集单元，用于将加工完毕的基材收集整理。

进一步地，所述视觉识别系统的相机对大张基材上的其中至少一小开的部分印刷图案进行识别，而后被识别的印刷图案经所述信号处理器转换成一列字符串，所述视觉控制系统将所述信号处理器生成的字符串、相机所识别小开印刷图案在整个基材上的位置传递给所述激光控制系统；

或者，所述视觉控制系统按照不依赖于相机的设定自行生成字符串及其开位信息，而后传递给所述激光控制系统。

进一步地，所述视觉识别系统所识别的小开部分图案为大张基材上各小开均具备且互不相同的图案。

进一步地，所述激光控制系统根据所接收到的字符串、相机所识别小开印刷图案在整个基材上的位置以及预设置好的不同字符的生成规律，生成整个大张基材上n(n≥1)个不同位置小开图案一一对应的n个不同字符串，并根据所述不同激光头与大张基材上小开对应位置关系，将不同字符串的加工信号分配给所述不同的激光头，所述激光头据接收到的所述加工信号实施激光微孔的加工。

进一步地，所述激光加工装置中的独立激光头能沿所述激光加工滚筒轴线方向在所述滑动轨道上进行轴线位置调整。

进一步地，所述激光加工装置中的独立激光头产生的激光光束的焦点能沿垂直于所述激光加工滚筒轴线方向进行法线位置调整。

进一步地，所述激光加工装置中的独立激光头包含至少一个排烟系统，用于清除激光微孔加工过程中在基材正面产生的烟尘。

进一步地，所述激光加工滚筒由滚筒轴、滚筒体、滚筒外弧面体和基材传递系统五部分构成，其中所述滚筒体至少设置有一个内部气腔；所述滚筒体具有两端面，所述滚筒体两端面上的一个端面包含至少一个端面开孔；所述激光加工滚筒体外弧面上设置有至少一个t型槽；所述滚筒外弧面体上设置有多个大小一致的侧面开孔。

进一步地，所述激光加工滚筒端面开孔、所述激光加工滚筒体内部气腔以及所述激光加工滚筒体外弧面上的多个侧面开孔之间相互连通。

进一步地，所述滚筒轴和滚筒体之间通过锥销和连接螺钉固定连接。

进一步地，所述滚筒体和所述滚筒外圆弧面体之间通过所述t型槽和紧固螺钉连接，且同时可实现所述滚筒外圆弧面体沿所述激光加工滚筒轴线方向进行位置调整。

进一步地，所述激光防伪设备还包括至少一个外接气腔，所述外接气腔与所述激光加工滚筒同轴线并固定设置，所述外接气腔的端面上设置有第二开孔。

进一步地，所述外接气腔端面开孔与所述激光加工滚筒的端面开孔相对应。

本发明还提出一种激光防伪方法，使用激光防伪设备，在大张基材上的n个不同小开位置加工相同的n个微孔图案(n≥1)，即进行激光微孔固定图案加工。

进一步地，所述固定激光微孔图案加工过程中，所述无墨压凸单元仅进行基材传递。

本发明还提出一种激光防伪方法，使用激光防伪设备，在大张基材上n个不同小开位置加工互不相同的n个微孔图案(n≥1)，即进行激光微孔可变图案加工。

进一步地，所述可变微孔图案为可变序列号。

进一步地，整大张基材上固定小开上所加工的激光微孔可变图案与所对应的印刷图案之间存在着唯一对应关系。

进一步地，整大张基材上固定小开上所加工的激光微孔可变图案与所对应的印刷图案之间相互完全一致。

进一步地，整大张基材上固定小开上所加工的激光微孔可变图案与所对应的印刷图案之间以一定规律唯一相对应的关系。

本发明还提出一种激光防伪方法，使用激光防伪设备，在基材上依次进行无墨压凸图案和激光微孔图案的加工，生成一个由所述无墨压凸图案和所述激光微孔图案共同构成的一种视觉防伪图案。

进一步地，构成所述激光微孔图案的微孔位于构成所述无墨压凸图案的沟槽内。

本发明利用激光加工滚筒对激光加工过程中的基材进行展平和固定，克服了传统的链条传动精度差的缺点，加工精度更高。进而，本发明在激光加工过程中的纸张控制和烟尘处理方法进行了改进设计，能够吸收基材背面的烟尘，确保了激光微孔图案加工的精度，也确保了生产环境的职业健康。

本发明将无墨压凸图案与激光微孔图案结合，产生一种新的视觉防伪工艺，以提高伪造难度。

本发明能够进行可变激光微孔防伪图案加工，能根据其本身某一唯一特征进行对应激光微孔图案的加工，这使得所加工激光微孔图案具有更高的单一性和防伪性。

附图说明

图1为本发明的激光防伪设备的整体结构示意图；

图2为本发明的激光加工滚筒的立体结构示意图；

图3为本发明的激光加工滚筒的内部结构示意图；

图4为本发明的激光加工装置的主视结构示意图；

图5为本发明的激光加工装置的侧视结构示意图；

图6为本发明的激光防伪方法加工固定图案的示意图；

图7为本发明的激光防伪方法加工可定图案的示意图。

附图标号说明：

1基材输送单元2无墨压凸单元3激光微孔加工单元4基材收集单元

11输纸机12输纸板13视觉识别系统14进纸滚筒

21印版滚筒22压印滚筒23叼纸牙系统24第一传纸滚筒25第二传纸滚筒

32激光加工装置33激光加工滚筒34驱动装置36外接气腔

320滑动轨道321激光头322激光排烟系统323激光头安装框架324调整手轮325激光头位置显示装置

330滚筒轴331内部气腔332端面开孔333滚筒外弧面体334基材传递系统335t型键337紧固螺钉338滚筒体

41基材收集仓42基材收集仓

51大张基材52小开53微孔固定图案54微孔可变图案

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明。

本发明的一个目的是提供一种对在滚筒表面高速传输的纸张进行固定或可变激光微孔图案加工的设备和方法，以满足有价证券、钞券、有价文件等高精度、高仿伪性图案加工的需求。

如图1所示，本发明的激光防伪设备至少包括：

基材输送单元1，用于将加工基材输送到激光微孔加工单元；加工基材例如为加工有价证券、钞券、id卡等有价文件的基材、纸张或介质；基材输送单元1包含现有成熟技术中的输纸机11、输纸板12、进纸滚筒14等外，还设置有一套视觉识别系统13；

无墨压凸单元2，设置在所述基材输送单元1的下游，为非限制性的凹版印刷，如现有公知技术中常用的雕刻凹版印刷单元，可通过非供墨的形式使用；所述无墨压凸单元2至少包括：第一传纸滚筒24、承印滚筒21、印版滚筒22、纸牙系统23和第二传纸滚筒25；

激光微孔加工单元3，设置在所述无墨压凸单元2的下游，进行激光微孔加工，所述激光微孔加工单元3至少包括：激光加工滚筒33、激光加工装置32、激光加工控制系统和激光加工装置的驱动装置34；“激光微孔加工”应理解为，在高能量光束的照射下，印刷基材部分或全部被烧蚀，从而在基材厚度上形成部分凹陷或穿孔；

所述激光加工滚筒33设置在所述无墨压凸单元的第二传纸滚筒25下游，通过真空负压对激光加工过程中的基材进行展平和固定，同时排出滚筒内部激光加工中产生的烟尘；

所述激光加工装置32设置在所述激光加工滚筒的轴线正上方，所述激光加工装置32包括：至少一组激光头；所述每组激光头至少包括1个独立激光头321，如图4和图5所示，所述独立的激光头321设置在一个平行于所述激光加工滚筒轴线的滑动轨道320上，因此，激光头321能沿所述激光加工滚筒轴线方向在所述滑动轨道320上进行位置调整，进行可变图案的加工，且激光头的激光加工的焦平面均位于所述激光加工滚筒表面承印基材的表面上；滑动轨道320设置在激光头安装框架323上；

视觉识别系统13，设置在基材输送单元1内，在进行激光微孔可变图案加工时，视觉识别系统13对加工基材上已印刷的部分图案进行识别和处理并实现与所述激光微孔加工单元的信号交换，所述视觉识别系统至少包含一台相机、信号处理器和视觉控制系统；相机对基材进行拍照，得到印刷图案(包括图案或文字信息)，信号处理器将相机识别的印刷图案转换成一列字符串，视觉控制系统将所述信号处理器生成的字符串、相机所识别小开印刷图案在整个基材上的位置传递给所述激光控制系统，所述激光加工控制系统用于激光加工生产信号的生成、传输和在所述激光头之间的分配；

所述视觉控制系统也可以按照设定(不依赖于相机)自行生成字符串及其开位信息，而后传递给所述激光控制系统；

所述驱动装置34与所述激光加工装置32铰接，为所述激光加工装置32在工作位置和非工作位置之间相互转换提供动力；驱动装置34例如一对电动推杆；驱动装置34一端固定在设备墙板上，并同轴安装有驱动电机；其另一端分别与激光加工装置32的两侧相联接，当进行激光加工时，驱动装置34驱动激光加工装置位于激光加工的工作位置，当激光加工装置32的激光头或该设备对应位置需要进行维护的时，驱动装置驱动激光加工装置34位于激光加工的非工作位置；

收纸单元，也称基材收集单元4，具有两个基材收集仓，分别为基材收集仓41和基材收集仓42，(但不限于两个，可根据生产工艺需求进行增减设置，)用于将加工完毕的基材收集整理。

进一步的，所述视觉识别系统13的相机对大张基材51上的某一小开52的部分印刷图案进行识别，而后所述被识别的印刷图案经所述信号处理器转换成一列字符串，所述视觉控制系统将所述信号处理器生成的字符串、相机所识别小开印刷图案在整个基材上的位置传递给所述激光控制系统。经过视觉识别系统13的识别，信息处理和信息传递，激光控制系统得以控制激光加工装置的位置和动作，可以进行可变图案的加工。

进一步的，所述视觉控制系统也可以根据设定(不依赖于相机)自行生成字符串及其开位信息，而后传递给激光控制系统。

进一步的，所述激光控制系统根据所接收到的字符串、相机所识别小开印刷图案在整个基材上的位置以及预设置好的不同字符的生产规律，生成整个大张基材上n(n≥1)个不同位置小开图案一一对应的n(n≥1)个不同字符串，并根据所述不同激光头与大张基材上小开对应位置关系，将不同字符串的加工信号分配给所述不同的激光头，所述激光头据接收到的所述加工信号实施激光微孔的加工，形成微孔固定图案53。这样，能够实时根据要求的工艺，进行固定图案的加工。此外，还可以进行激光微孔可变图案54的加工。

进一步的，如图4和图5所示，所述激光加工装置中的独立激光头321能沿所述激光加工滚筒轴线方向在所述滑动轨道320上进行位置调整，位置调整精度通常不低于0.5mm，优选为0.1mm。激光头安装框架323上安装有调整手轮325和激光头位置显示装置324，调整手轮325通过螺接或卡接连接激光头321，调整时采用调整手轮325调整激光头321在滑动轨道320上移动，激光头位置显示装置324显示激光头321的位置，调整精度高。

这样，能够满足激光头321沿激光加工滚筒轴线方向的轴线位置变化，而且调整精度不低于0.5mm，优选0.1mm，能够满足可变图案的加工的需要。

进一步的，所述激光加工装置中的独立激光头产生的激光光束的焦点能沿垂直于所述激光加工滚筒轴线方向进行位置调整，调整精度不大于0.5mm，优选0.1mm。这样，能够满足激光头321沿垂直于所述激光加工滚筒轴线方向的位置变化，而且调整精度高，能够满足可变图案的加工的需要。

其中，激光头321的调整方向可以独立进行或者叠加进行，因此，激光头沿基材传输方向和垂直于基材传输方向均可以进行位置调整。

进一步的，如图1所示，所述激光加工装置中的独立激光头包含至少一个排烟系统322，用于清除激光微孔加工过程中在基材正面产生的烟尘。该排烟系统设置在激光头321上，激光头321在高能量光束的照射下，印刷基材部分或全部被烧蚀，产生烟尘，通过排烟系统可以将基材正面产生的烟尘吸走。

进一步的，如图2和图3所示，所述激光加工滚筒33由滚筒轴330、滚筒体338(即滚筒的内部框架)、滚筒外弧面体333和基材传递系统334(叼纸牙系统)五部分构成，其中所述滚筒体338至少设置有一个内部气腔331；所述滚筒两端面上的一个端面包含至少一个端面开孔332；所述激光加工滚筒体外弧面上设置有至少一个t型槽(t型槽内安装有t型键335)；所述滚筒外弧面体333上设置有多个大小一致的开孔，该开孔吸收基材背面产生的烟尘。

进一步的，所述激光加工滚筒端面开孔332、所述激光加工滚筒的内部气腔331以及所述激光加工滚筒体外弧面上的多个开孔之间相互连通，形成吸收基材背面产生的烟尘的通道。由于基材是在滚筒上加工，基材背面产生的烟尘通过设有吸收基材背面产生的烟尘的通道的滚筒吸走，所以，本发明能够吸收基材背面产生的烟尘。本发明可以在激光头上设置排烟系统，用于清除激光微孔加工过程中在基材正面产生的烟尘，并且，在激光加工滚筒33上设置吸收基材背面产生的烟尘的通道，用于清除激光微孔加工过程中在基材背面产生的烟尘。有了正面的排烟系统和背面的吸收基材背面产生的烟尘的通道，本发明能够清除基材正面和背面两个方向的烟尘，大大改善了工作环境，更加环保清洁。

进一步的，所述滚筒轴330和滚筒体338之间通过锥销和连接螺钉固定连接，这样连接牢固，安装方便。

进一步的，通过所述滚筒体338和所述滚筒外圆弧面体333之间通过所述t型槽和紧固螺钉337连接，且同时可实现所述滚筒外圆弧面体沿所述激光加工滚筒轴线方向进行位置调整，以实现基材加工时的轴向调整。

进一步的，所述激光防伪设备还包括至少一个外接气腔36，外接气腔36与所述激光加工滚筒同轴线固定设置在设备一侧墙板内侧(外接气腔36固定不动，滚筒轴330相对外接气腔36转动)，所述外接气腔与设备墙板非连接端面上设置有一定角度的开孔。外接气腔36与外置气源如真空泵相连接，其结构为非整圆周结构，在激光加工滚筒带基材旋转的过程中，只有激光加工滚筒端面开孔与外接气腔相对应的时候，激光加工滚筒表面的对应区域才具有真空负压实现基材在滚筒表面的控制和清除基材背面激光加工烟尘。

进一步的，所述外接气腔36的端面开孔与所述激光加工滚筒的端面开孔332相对应，且该端面与所述相对应激光加工滚筒端面之间间距一般不大于0.5mm，以实现外接气腔36与激光加工滚筒的激光加工滚筒的内部气腔331的对接和形成有效的吸收烟尘的通道。

本发明还提供一种激光防伪方法，使用前面所述的激光防伪设备，如图6所示，在大张基材上n个不同小开位置加工相同的n个微孔图案53(n≥1)，即进行固定激光微孔图案加工。基材经过输送单元1，进入无墨压凸单元2，在该单元所述印版滚筒21和压印滚筒22的相互作用下，在承印物表面形成以不同角度和间距线条构成的防伪印刷图案。本发明中该单元的压印滚筒与印版滚筒之间采用了多倍径比的关系，但不限于此。本发明所示的激光微孔加工装置不仅可对某一单独固定图案的加工位置进行调整，还可对具体某一个微孔的位置进行实时精确调整，调整分辨率不大于1μm，调整精度不大于10μm。

进一步的，所述固定激光微孔图案加工过程中，所述视觉识别系统处于非工作状态，所述无墨压凸单元仅进行基材传递。

本发明还提供一种激光防伪方法，如图7所示，也使用前面所述激光防伪设备，在大张基材51上n个不同小开52位置加工互不相同的n个微孔图案53(n≥1)，即进行可变微孔图案加工。进一步的，如图7所示，所述可变微孔图案为可变序列号，例如为钞票号码。当进行实时可变图案加工的时，每当基材到达输送单元1的视觉识别系统13，该视觉识别系统首先对基材上的部分已印刷图案进行识别并生成激光微孔控制系统可接收的转换信号，激光微孔控制系统根据收到的转换信号向激光微孔加工系统发出动作指令进行激光微孔图案的加工。进一步的，整大张基材上固定小开上所加工的可变的微孔图案53与所对应的印刷图案54之间存在着唯一对应关系。如根据已印刷的钞券号码进行激光微孔号码的加工，这要求所加工的激光微孔号码与已印刷完成的印刷号码之间存在的一一对应关系，这种一一对应关系是通过视觉识别系统和激光微孔控制系统的配合实现的。

本发明还提供一种激光防伪方法，使用激光防伪设备，在基材上依次进行无墨压凸图案和激光微孔图案的加工，生成一个由所述无墨压凸图案和所述激光微孔图案共同构成的一种视觉防伪图案，这样，无墨压凸与激光微孔图案的加工进一步提高了防伪程度。

进一步地，构成所述激光微孔图案的微孔位于构成所述无墨压凸图案的两个相邻压痕之间的沟槽内，防伪程度高。

本发明不仅解决了现有技术只能进行固定图案加工防伪性差的问题；同时该发明专利在激光加工过程中的纸张控制和烟尘处理方法进行了改进设计，即确保了激光微孔图案加工的精度，也确保了生产环境的职业健康。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。