ES3034169T3

ES3034169T3 - Object identification system and method

Info

Publication number: ES3034169T3
Application number: ES20898781T
Authority: ES
Inventors: Joshua Bishop-Moser; Anton Abugov; Alexander Klachin; Anya Goldin
Original assignee: Provenance Laboratories LLC
Current assignee: Provenance Laboratories LLC
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2025-08-13
Anticipated expiration: 2040-12-10
Also published as: JP2023506231A; EP4073503C0; EP4073503B1; EP4073503A1; WO2021119262A1; US20210181163A1; KR20220142430A; US11402356B2; KR102781983B1; EP4073503A4; TW202142866A; JP7598935B2; CN115461618A; TWI816073B

Abstract

Un sistema y método para la autenticación de objetos, que incluye dirigir un rayo láser sobre la superficie de un objeto para inducir una excitación termoelástica en su material sin alterarla, mediante pulsos de luz. Un detector detecta una onda ultrasónica superficial en la superficie del objeto, causada por la excitación termoelástica. Se genera una señal de detección utilizando la onda ultrasónica superficial detectada. A partir de esta señal de detección, se generan datos digitales. La autenticidad del objeto se determina comparando los datos digitales con los datos de referencia almacenados en una base de datos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y método de identificación de objetos

Solicitudes relacionadas

Esta solicitud reivindica el beneficio de la Solicitud Provisional de EE. UU. N° 62/947.230, presentada el 12 de diciembre de 2019, y la Solicitud de Patente de EE. UU. N° 17/116.434, presentada el 9 de diciembre de 2020.Campo de la invención

La presente invención se refiere a la autenticación, la detección de falsificaciones y la detección de imitaciones de objetos físicos. Más en particular, se refiere a tal autenticación y detección en base a la evaluación no destructiva de la estructura microscópica única de cada objeto.

Antecedentes de la invención

Proporcionar autenticación, detectar falsificaciones, detectar imitaciones y/o asegurar una identificación positiva de un objeto, todas se basan en proporcionar que un objeto es exactamente igual al mismo que el creado originalmente. Este desafío se aplica a disciplinas como los objetos de colección, el arte, la medicina, los productos manufacturados, los artefactos, la joyería y otros numerosos sectores. En muchos de estos sectores, el método de detección es preferiblemente no destructivo, de manera que el objeto original no se dañe, altere o destruya durante el proceso de inspección.

Los métodos existentes para proporcionar autenticación, detectar falsificaciones, detectar imitaciones y/o asegurar una identificación positiva de un objeto carecen de la capacidad de proporcionar un método no destructivo que pueda asegurar con virtual certeza que las características de un objeto coincidan o no coincidan con las almacenadas en una base de datos. La presente invención proporciona una solución que supera estos desafíos. El documento WO 2009073014 A1 examina las estructuras internas de un material objetivo usando una combinación de un láser de generación, un sistema de detección ultrasónica, un sistema de formación de imágenes térmicas y un módulo de procesador/control. El sistema analiza tanto los desplazamientos ultrasónicos como la creación de imágenes térmicas para proporcionar información alrededor de la estructura interna del material objetivo, con preferencia por los materiales compuestos.

El documento US 20180292355 A1 describe un sistema y un método para la fabricación y autenticación de un componente fabricado de manera aditiva. El método implica la creación de variaciones superficiales localizadas en la superficie del componente para generar una respuesta de onda acústica única, que sirve como identificador del componente. Excitando la superficie usando una fuente de excitación e interrogándola con un sensor de vibración, la respuesta de onda acústica se puede comparar con un identificador almacenado en una base de datos con propósitos de autenticación.

El documento US 8175820 B2 describe un aparato de inspección de defectos diseñado para evaluar cuantitativamente la distribución de defectos dentro de un material de inspección. El aparato incluye una sonda de ondas ultrasónicas, un dispositivo de transmisión y recepción que irradia ondas ultrasónicas sobre la superficie del material y detecta las ondas ultrasónicas dispersas a partir de defectos interiores, un dispositivo de cálculo del espectro de frecuencia que analiza las señales de ruido en divisiones de tiempo correspondientes a las posiciones de profundidad, y un dispositivo de detección de distribución de defectos que calcula los valores de progresión de defectos en base a los espectros de frecuencia. Estos valores corresponden a las posiciones en la dirección del espesor del material de inspección.

El documento US 7353709 B2 describe un método y un sistema para determinar una propiedad de un objeto midiendo la atenuación ultrasónica. En este método, una señal de interacción ultrasónica medida del objeto se compara con una señal de referencia generada usando la misma configuración, pero con una parte de referencia. La señal ultrasónica de referencia tiene baja atenuación y exhibe propiedades de difracción equivalentes a las del objeto concerniente a un pulso ultrasónico de banda ancha. La diferencia entre las dos señales se atribuye a la atenuación del objeto. Ajustando el espectro de atenuación (atenuación en función de la frecuencia) a un modelo, se puede obtener un parámetro útil para identificar diversas propiedades del objeto que varían con la atenuación ultrasónica.

El documento US 20030078681 A1 describe un sistema de pruebas de ultrasonido láser que adapta la generación de señales de energía sónica para lograr pruebas y detección más precisas de rasgos en objetos manufacturados, tales como defectos y propiedades de las capas. Optimizando las características operativas del generador láser en base a la señal medida, este sistema mejora la precisión en las pruebas de ultrasonido.

El documento US 9220415 B2 describe sistemas y métodos para la formación de imágenes fotoacústicas en el dominio de la frecuencia. Estos sistemas utilizan una sonda ultrasónica de matriz en fase y una excitación óptica de intensidad modulada con codificación para mejorar la relación señal a ruido. El planteamiento implica el empleo de técnicas de formación de imágenes fotoacústicas en el dominio de la frecuencia, tales como el radar fotoacústico, junto con una matriz de sensores ultrasónicos multielemento. Esta combinación permite la creación de imágenes de correlación con resolución espacial de fuentes fotoacústicas, que se pueden usar para formar imágenes de heterogeneidades ópticas dentro de medios de dispersión parecidos a los tejidos.

Breve compendio de la invención

La invención se define por las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes especifican las realizaciones de la misma.

Los problemas y necesidades antes mencionados se abordan mediante un método de autenticación que incluye dirigir un rayo láser sobre la superficie de un objeto para inducir una excitación termoelástica en el material en volumen del objeto sin alterar la superficie del objeto, en donde el rayo láser es pulsado, detectar una onda ultrasónica superficial en la superficie del objeto causada por la excitación termoelástica, generar una señal de detección usando la onda ultrasónica superficial detectada, generar datos digitales usando la señal de detección y determinar la autenticidad del objeto comparando los datos digitales y los datos de referencia almacenados en una base de datos.

Un aparato para analizar un objeto que tiene un material en volumen y una superficie incluye un láser configurado para generar un rayo láser para inducir excitación termoelástica en el material en volumen tras impactar la superficie del objeto sin alterar la superficie del objeto, en donde el rayo láser es pulsado, un detector configurado para detectar una onda ultrasónica superficial en la superficie del objeto causada por la excitación termoelástica, y para generar una señal de detección usando la onda ultrasónica superficial detectada, un procesador configurado para generar datos digitales usando la señal de detección, y una base de datos configurada para determinar la autenticidad del objeto comparando los datos digitales y los datos de referencia almacenados en la base de datos. Otros objetivos y rasgos de la presente invención llegarán a ser evidentes mediante una revisión de la especificación, las reivindicaciones y las figuras adjuntas.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 es un diagrama esquemático del sistema de identificación de la presente invención.

La Fig. 2 es un diagrama esquemático que muestra la generación de datos de referencia y la generación posterior de datos de interrogación.

La Fig. 3 es un diagrama esquemático de una realización alternativa del sistema de identificación de la presente invención.

La Fig. 4 es un diagrama esquemático de otra realización alternativa del sistema de identificación de la presente invención.

La Fig. 5 es un diagrama esquemático de otra realización alternativa del sistema de identificación de la presente invención.

Descripción detallada de la invención

La presente invención aprovecha la singularidad de la microestructura de un material que forma un objeto. Para la mayoría de las microestructuras, distintas de las de muy pocos granos, no se conoce ninguna forma para clonar, replicar, recrear o reproducir la microestructura. Si bien la microestructura y la composición elemental de la superficie de un objeto pueden cambiar debido a efectos ambientales, abrasión, oxidación y otros efectos, la estructura interna permanece estable. Esta combinación de estabilidad e incapacidad de ser duplicada proporciona una base ideal para la identificación usada para determinar la autenticidad de un objeto (es decir, determinar que el objeto es auténtico, de manera que sea el mismo objeto que se interrogó previamente, o determinar que el objeto no es auténtico, de manara que sea un objeto diferente o incluso una falsificación).

Para objetos de al menos un cierto tamaño, el ultrasonido es la forma ideal para interrogar las microestructuras debajo de la superficie de un objeto con suficiente detalle. Esto conduce al uso del ultrasonido como el método de interrogación ideal. No obstante, la tecnología de sonograma convencional no es ideal debido a que el contacto físico de las sondas con la superficie puede estar restringido para la inspección y los riesgos de daños al objeto. Además, la tecnología de sonograma tradicional conduce a la dificultad en la excitación de las posiciones exactas de las superficies, especialmente en superficies complejas. Ciertas geometrías de superficie no son conductoras para las tecnologías de sonograma tradicionales. Además, la tecnología de sonograma tradicional está limitada en su capacidad de crear excitación simultánea de banda ancha a lo largo del espectro de frecuencias.

Se ha descubierto que el ultrasonido estimulado por láser proporciona un rendimiento fiable que supera al de las técnicas de identificación convencionales. El ultrasonido estimulado por láser usa pulsos láser para generar un calentamiento local rápido del objeto, lo que crea una onda de choque termoelástica que se propaga tanto a lo largo de la superficie del objeto como a través del material en volumen del objeto. La onda en volumen termoelástica genera una respuesta ultrasónica que se ve alterada por la microestructura del material debajo de la superficie del objeto. La onda de choque es de banda ancha, generando excitación a través de un rango de frecuencias, permitiendo de este modo una amplia interrogación del objeto, con un espectro desde la excitación de baja frecuencia de penetración profunda hasta la excitación de alta frecuencia que interroga tamaños de rasgos menores. La potencia, la longitud de onda, el tamaño del punto y la duración del pulso del rayo láser están configurados para generar excitación termoelástica sin ablación del material (es decir, sin alterar la superficie del objeto), proporcionando de este modo una interrogación no destructiva. Además, la naturaleza sin contacto de la excitación y detección láser asegura que no se produzcan daños debido al contacto físico de la sonda sobre la superficie del objeto. Además, se puede interrogar una amplia gama de geometrías de superficie sin necesitar necesariamente sondas de contacto.

La Figura 1 ilustra los componentes del sistema de identificación 1 para analizar un objeto. Una fuente láser 10 (por ejemplo, un láser de fibra pulsado de nanosegundos, un láser de fibra pulsado de picosegundos o un láser de fibra pulsado de femtosegundos) produce un rayo láser pulsado (de excitación) 12. El rayo láser pulsado 12 se dirige a la superficie 14 de un objeto 16, donde el rayo láser pulsado 12 impacta e interactúa con el objeto 16 para crear una onda en volumen termoelástica 18 que viaja a través de, e interactúa con, la microestructura 16a del material del objeto. Esas interacciones generan ondas de reflexión ultrasónica 20 que viajan de vuelta a la superficie 14 del objeto 16. Si bien la Figura 1 muestra una única onda de reflexión ultrasónica 20 desde un único límite de microestructura 16a, se debería apreciar que muchas de tales reflexiones desde diferentes profundidades y ubicaciones dentro del material del objeto se crean y llegan de vuelta a la superficie del objeto. Esto significa que la amplitud de la forma de onda ultrasónica total en cualquier punto de la superficie 14 del objeto (a la que se hace referencia en la presente memoria como onda ultrasónica superficial 22) es una combinación (suma) de todas las ondas de reflexión ultrasónica 20 dentro del objeto que llegan a ese punto sobre la superficie 14 del objeto.

La amplitud de la onda ultrasónica superficial 22 se mide mediante un detector 24 en una o más ubicaciones discretas. El detector 24 es preferiblemente un interferómetro que usa el efecto Sagnac y está iluminado por un diodo superluminiscente. Un rayo láser de detección 26 del interferómetro se dirige a la superficie 14 del objeto 16, y la amplitud y frecuencia de vibración de la onda ultrasónica superficial 22 se extraen de la interferencia de la frecuencia de la luz 28 del rayo láser de detección 26 que rebota (es decir, por reflexión y/o por dispersión) debido al movimiento de la superficie. Específicamente, se puede usar un interferómetro de anillo para crear un patrón de interferencia que compara las fases relativas de la luz que viaja en cada dirección alrededor del bucle. Un vibrómetro láser Doppler (LDV), que es un instrumento científico bien conocido que se usa para hacer mediciones de vibración sin contacto de una superficie, también se puede usar como detector 24. Un rayo láser de detección 26 del LDV se dirige a la superficie 14 del objeto 16, y la amplitud y frecuencia de vibración se extraen del desplazamiento Doppler de la frecuencia de la luz 28 del rayo láser de detección 26 que rebota (es decir, por reflexión y/o por dispersión) debido al movimiento de la superficie. Específicamente, un vibrómetro es generalmente un interferómetro láser de dos rayos que mide la diferencia de frecuencia (o fase) entre un rayo de referencia interno y la luz 28 que rebota fuera de la superficie 14 del objeto. El tipo más común de láser en un LDV es el láser de helio-neón, aunque también se usan diodos láser, láseres de fibra y láseres Nd:YAG. El rayo láser de detección 26 se dirige a la superficie 14 del objeto, y la luz rebotada 28 desde la superficie 14 del objeto se recopila por el detector 24 y se ve interferida con el rayo de referencia en un fotodetector, típicamente un fotodiodo. La salida del fotodetector es una señal estándar modulada en frecuencia (FM), con la frecuencia de celda de Bragg como la frecuencia portadora, y el desplazamiento Doppler como la frecuencia de modulación. Esta señal se puede demodular para derivar la velocidad frente al tiempo del objetivo vibrante. La salida del detector es una señal de detección 30, que generalmente es una señal de tensión analógica continua que es proporcional a la componente de velocidad de la onda ultrasónica superficial 22 a lo largo de la dirección del rayo láser de detección 26. Si bien la Figura 1 muestra una única fuente láser 10 y un único detector 24, se pueden usar una o más fuentes láser 10 con uno o más detectores 24 simultáneamente. La posición de la una o más fuentes láser 10 con relación a la superficie 14 puede ser estacionaria o móvil, en combinación con la posición del uno o más detectores 24 con relación a la superficie 14 puede ser estacionaria o móvil, donde las mediciones se toman en una o más ubicaciones discretas sobre la superficie 14.

La señal de detección 30 se proporciona a un procesador de señales 32, que digitaliza y/o, de otro modo, procesa la señal de detección 30 en datos digitales adecuados para procesamiento digital y almacenamiento, por lo cual los datos digitales entonces se almacenan preferiblemente como datos de interrogación 36 (para una interrogación posterior del objeto 16 para determinar su autenticidad) o como datos de referencia 38 (para una interrogación inicial del objeto 16) en una base de datos 34. La autenticación o detección de falsificaciones se habilita entonces porque el mismo objeto tendrá la misma microestructura interna lejos de la superficie 14, de este modo, la interrogación que se describió anteriormente usando ultrasonidos producirá una respuesta sustancialmente similar en términos de señal de detección. Esta respuesta se ve en la variación espacial de la onda ultrasónica superficial 22 que se refleja en la señal de detección 30. Otras propiedades no microestructurales, tales como grietas a mesoescala, vacíos, porosidad, variación en la composición e inclusiones, también pueden contribuir a la singularidad de la señal de detección 30 para cualquier objeto 16 dado. La respuesta ultrasónica de la onda termoelástica a la estructura y los límites de grano es especialmente importante para determinar si el objeto 16 es el mismo que aquel a partir del cual se produjeron originalmente los datos de referencia 38.

Los datos de referencia 38 en la base de datos 34 se pueden generar a partir de cualquier interrogación que fue realizada en un momento anterior a una interrogación posterior. Este momento anterior puede ser la interrogación anterior o, cuando se han realizado más de dos interrogaciones, se puede usar cualquier interrogación anterior o una combinación de interrogaciones anteriores. La Figura 2 muestra conceptualmente la interrogación de inicialización a la izquierda, donde se crean y almacenan los datos de referencia 38, y la interrogación de autenticación posterior a la derecha, donde se crean los datos de interrogación 36 y se comparan con los datos de referencia 38 para determinar la autenticación. Como se muestra, el sistema de identificación 1 usado para crear los datos de referencia no necesita haber almacenado ningún dato de interrogación 36. El sistema de autenticación 1 usado para crear los datos de referencia 38 puede ser físicamente igual o ser físicamente diferente al sistema de autenticación 1 usado para crear los datos de interrogación 36. Si son sistemas físicamente diferentes, entonces los datos de referencia 38 de una base de datos 34 se pueden transferir a la base de datos 34 del otro sistema que realizando la interrogación posterior. Alternativamente, una única base de datos 34 puede estar físicamente separada de diferentes fuentes láser 10, detectores 24 y procesadores 32 usados para recopilar los datos de referencia e interrogación 38/36.

La autenticación se determina entonces si la diferencia o diferencias entre los datos de interrogación 36 y los datos de referencia 38 están por debajo de uno o más umbrales, por lo cual la base de datos 34 está configurada para proporcionar una determinación de que la autenticación se confirma cuando la diferencia o diferencias están por debajo del umbral o umbrales, y una determinación de que la autenticación no se confirma cuando la diferencia o diferencias están por debajo del umbral o umbrales. Específicamente, la determinación de la semejanza del objeto 16 puede usar valores umbral, valores umbral variables que dependen de parámetros de escaneo, interpretación mediante aprendizaje profundo o aprendizaje por máquina, interpretación humana, métodos de correlación estadística o cualquier combinación de estos métodos y otras técnicas analíticas similares. Los datos de interrogación y de referencia 36/38 se pueden mostrar gráficamente y comparar. Ejemplos de métodos de análisis y/o comparación incluyen análisis de componentes principales, regresión múltiple, histogramas agrupados, transformación de rasgos invariantes a la escala, técnica de rasgos robustos de aceleración, rasgos elementales independientes robustos, rasgos elementales independientes robustos rotados, histogramas de forma basados en energía local, histogramas de ubicación y orientación de gradientes, índice de similitud estructural, histograma de gradientes orientados, rasgos de tipo Haar, análisis de valores propios, análisis basado en ondas pequeñas, descomposición espectral y/o error cuadrático medio. Estos ejemplos se presentan como ilustrativos y no representan un conjunto exhaustivo de técnicas que se puedan usar solas o en combinación.

Los límites de grano y sus ubicaciones respectivas se usan directa o indirectamente a través de sus interacciones con la onda en volumen termoelástica 18, dando como resultado las ondas de reflexión ultrasónicas 20, la suma de las cuales se detecta como la onda ultrasónica superficial 22, que se usa para generar los datos de interrogación y referencia 36/38. Por lo tanto, si bien las ubicaciones exactas de los límites de grano, la orientaciones de los límites de grano, las formas de los límites de grano, las orientaciones de la retícula de granos, las ubicaciones de las estructuras de grano y cualquier combinación de estos atributos, no se pueden determinar con precisión, sí proporcionan un efecto repetible, como se refleja en los datos de interrogación y de referencia 36/38 como marcadores únicos del objeto 16. Los datos acerca de la estructura de grano no necesitan estar completos para proporcionar datos suficientes para la autenticación o la detección de falsificaciones.

Los límites de grano y el efecto de la estructura de grano en las ondas ultrasónicas se pueden determinar usando una configuración de emisión-recepción para el rayo láser de ultrasonidos 12 y el rayo detector 26 (o el transductor 46, descrito más adelante). La parte de la señal de detección 30 o los datos de interrogación/referencia 36/38 que se refiere solamente a los límites de grano internos se puede extraer de la onda superficial 22 analizando los datos para seleccionar solamente las frecuencias que corresponden a los tamaños de rasgos de límites de grano. El rango para detectar de manera fiable los límites de grano es de aproximadamente 20 MHz o más alto. La descomposición espectral y el horquillado espectral se pueden usar para extraer partes de la señal de detección 30 o de los datos de interrogación/referencia 36/38 que están asociados con los rangos espectrales deseados. Se puede usar la aplicación de un filtro (por ejemplo, un filtro paso alto) que mantenga la parte de la señal de detección 30 o de los datos de interrogación/referencia 36/38 asociados con estar por encima de un umbral específico (por ejemplo, 20 MHz). La recopilación de múltiples registros a medida que el detector 24 se mueve con relación a una fuente de excitación estacionaria y la deconvolución de estos registros mejora la resolución y/o la repetibilidad de la información de límites de grano. La recopilación de múltiples registros a medida que el detector 24 se altera en ángulo con relación a la superficie 14 (es decir, la recopilación de la luz 28 que rebota fuera de la superficie en dos o más ángulos discretos con relación a la superficie 14) y la deconvolución de estos registros multiangulares también mejora la resolución y/o repetibilidad de la información del límite de grano. Un cambio rápido en la velocidad de la onda a través del material indica un límite de grano. La detección de bordes, la agrupación y otras numerosas técnicas se pueden aplicar para identificar estos cambios rápidos de velocidad.

La interrogación ultrasónica basada en láser se puede realizar con un único pulso, múltiples pulsos o una aplicación continua de pulsos a una frecuencia fija o variable. Se puede usar cualquier permutación de estos modos de pulso. La fuente láser 10 puede ser de conmutación Q, de modo bloqueado, de bombeo de pulsos o usar otros medios de creación de una salida pulsada. El rayo láser 12 puede ser de longitud de onda única, de banda ancha o tener un rango de longitudes de onda seleccionado o un conjunto de rangos. Estos pulsos se pueden fijar en un punto específico, escanear sobre una línea, escanear sobre una región o escanear sobre múltiples puntos, líneas o regiones, donde estas ubicaciones son discretas unas de otras. Se puede usar cualquier permutación de estas ubicaciones. Para la autenticación y la detección de falsificaciones, el registro y almacenamiento en la base de datos de la ubicación que se escanea en el objeto (por ejemplo, como parte de los datos de referencia/interrogación 38/36) proporciona información útil para permitir la integración precisa de la misma región del objeto. La selección de puntos puede ser totalmente estocástica, parcialmente estocástica o determinista.

La relación entre la velocidad acústica con la elasticidad y la densidad del material se pueden usar para comprender las propiedades del material a partir de la reflexión ultrasónica. Además, la relación entre la atenuación acústica con la dispersión y la absorción acústicas se puede usar para comprender las propiedades del material a partir de las reflexiones ultrasónicas. La ubicación y el tiempo de los rasgos de la forma de onda de la onda ultrasónica superficial 22 se pueden usar para determinar la ubicación a lo largo de la superficie y la profundidad de los rasgos del material. Estas formas de onda se pueden combinar a lo largo de los planos que son paralelos o perpendiculares a la superficie del objeto, a los que se hace referencia algunas veces como escaneos B y escaneos C. La combinación de una o más propiedades de la ubicación o ubicaciones de excitación, la ubicación o ubicaciones de detección, el ángulo o ángulos de detección, la velocidad acústica, la atenuación acústica, las propiedades del material y el tiempo de propagación acústica, se pueden usar para interpretar la interrogación de la microestructura, las propiedades del material o las características de interrogación.

Una manifestación de la presente invención es el uso de un protocolo de desafío-respuesta para la determinación de la autenticación. Se interroga un conjunto de puntos, líneas o regiones, y sus respuestas se registran como datos de referencia 38. Luego, se usa un subconjunto de estos puntos, líneas o regiones en una interrogación posterior para determinar la similitud de la respuesta ultrasónica. El subconjunto que se interroga puede incluir solo algunos de, o todo el conjunto de, los puntos, líneas o regiones. La selección de puntos puede ser totalmente estocástica, parcialmente estocástica o determinista. Además, se pueden usar subconjuntos de cada región investigada como el desafío. Los datos digitales obtenidos a partir de la interrogación proporcionan la respuesta en el protocolo de autenticación de desafío-respuesta. La respuesta debería estar dentro de uno o más umbrales de similitud con el fin de hacer la determinación de que el objeto sometido a la interrogación posterior es auténtico.

La superficie de un objeto a menudo se somete a envejecimiento ambiental, desgaste abrasivo, acumulación de polvo y suciedad, daños químicos y otros numerosos factores que alteran la estructura del material, la composición o la ubicación de la superficie de un objeto. La interrogación debajo de la superficie, según la presente invención, permite acceder a regiones que no están afectadas por factores que alteran la superficie. Excluir de la señal de detección 30 parte o la totalidad de la contribución de la superficie 14 real de la interrogación o análisis inicial puede proporcionar una mejora de la capacidad de comparar interrogaciones de la misma región en diferentes puntos de tiempo. La profundidad de los efectos superficiales varía en base al material, al entorno y a las propiedades del objeto, pero a menudo está en el rango de unos pocos átomos a 1000 micras.

El uso de ultrasonido inducido por láser no ablativo para la interrogación se puede combinar con cualquier otro método para proporcionar una resolución mejorada, información adicional o información contextual. Se pueden usar uno o más métodos en combinación, al mismo tiempo o en un punto de tiempo diferente. Estos métodos pueden interrogar los mismos puntos, líneas o regiones que el ultrasonido inducido por láser no ablativo, o diferentes puntos, líneas o religiones, o una combinación de los mismos. Estos métodos adicionales pueden ser, en su naturaleza, destructivos, no destructivos o una combinación de ambos. Los métodos incluyen combinaciones con ultrasonido basado en sonda, incluyendo el uso potencial de uno o más transductores de matriz en fase. El ultrasonido láser ablativo se puede combinar con el ultrasonido láser no ablativo, con el ultrasonido láser ablativo usado de una manera destructiva o con una capa de sacrificio que se ablaciona. Los métodos adicionales que se pueden combinar con ultrasonido inducido por láser no ablativo incluyen la tomografía computarizada, tomografía computarizada por difracción de rayos X, radiografía de rayos X, radiografía por difracción de rayos X, radiografía de terahercios, pruebas armónicas, desintegración del eco, inspección por corrientes de Foucault, espectroscopia acústica por resonancia superficial, interferometría de luz blanca, alcance por visión estéreo, y detección y alcance por láser. También se pueden usar métodos destructivos, tales como la integración de un elemento que contiene una función físicamente no clonable, incluyendo funciones ópticas, eléctricas y electromagnéticas físicamente no clonables. El cifrado se puede emplear en muchos pasos en el proceso de autenticación, incluyendo la transmisión de datos desde la base de datos 34 a cualquier dispositivo, dentro del dispositivo, en la transmisión de datos a la base de datos 34, en todos los pasos de procesamiento de datos en el procesador 32 y/o en cualquier otro procesador usado para comparar datos de la base de datos 34, y en cualquier permutación de los pasos antes mencionados. La información cifrada se puede comparar directamente o descifrar para facilitar la comparación.

Los datos de referencia y los datos de interrogación se pueden convertir en una firma digital que captura los elementos únicos del objeto 16. Esta firma digital se puede cifrar y puede incorporar información adicional, tal como la hora y la ubicación de la interrogación del objeto. La firma digital se puede usar para la comparación para detectar falsificaciones o para autenticar el objeto.

Los datos en la base de datos 34 se pueden conectar a un bloque de una cadena de bloques. También se pueden registrar en un libro mayor distribuido. Esto permite la conexión de los datos del objeto a un método de verificación digital. Para asegurar que los datos de interrogación 36 se puedan usar para la autenticación o la detección de falsificaciones, se pueden registrar en la base de datos 34 de una manera que se asignen al objeto 16 con el fin de usar los datos más tarde para indagaciones de autenticación.

La longitud de onda de la fuente láser 10 se puede seleccionar para dirigirse solamente a ciertos materiales en el objeto. Un ejemplo es seleccionar una longitud de onda que sea absorbida principalmente por metales, en lugar de polímeros. En otro ejemplo, la longitud de onda se puede seleccionar para que sea absorbida principalmente por pigmentos. En otro ejemplo, la longitud de onda se puede seleccionar para que sea mínimamente absorbida por pigmentos. Se pueden recopilar mediciones en más de una longitud de onda para cumplimiento de la robustez de los datos de referencia/interrogación 38/36.

Se puede derivar un beneficio adicional a partir de registrar la relación señal a ruido de la respuesta ultrasónica durante la interrogación. Esto se puede usar para determinar la calidad de la interrogación o para ayudar a determinar los valores umbral para la autenticación. Se puede usar una variedad de métodos para concentrar, amplificar o filtrar señales acústicas para mejorar la resolución, la velocidad o la no destructividad de la invención presentada. Se pueden usar lentes acústicas para concentrar la emisión ultrasónica. Se pueden implementar filtros mecánicos, eléctricos y/o computacionales, tales como filtros paso banda, resonadores, puentes de Wheatstone y módulos de transformada rápida de Fourier, para modificar la señal acústica y/o la forma de onda resultante. Se pueden usar reflectores estáticos y/o dinámicos para dirigir, modificar y/o amplificar las emisiones acústicas.

Una variedad de métodos para crear la propagación ultrasónica deseada se puede usar para mejorar la calidad de la señal de detección. Un rayo láser perfilado 12 se puede usar para crear excitación y/o frentes de onda en los patrones deseados, tales como puntos, anillos, líneas o regiones con los perfiles de amplitud deseados. El desplazamiento de fase del rayo láser 12, espacial y/o temporalmente, se puede usar para proporcionar excitaciones y/o frentes de onda con las formas deseadas. El punto focal del rayo láser 12 se puede hacer variar espacial y/o temporalmente para proporcionar excitaciones y/o frentes de onda con las formas deseadas. La realimentación acerca de la difracción, la microestructura, la difusión óptica, la reflexión acústica, la atenuación acústica o cualquier otro proceso o propiedad del material se puede usar como factor para la determinación de la conformación y transmisión del rayo de excitación.

La presente invención es ideal para la autenticación de obras de arte (tales como esculturas, pinturas y dibujos), joyería y cualquier objeto que contenga metal, arcilla, cerámica, epoxi, polímeros, madera, pigmento, aglutinante y/o combinaciones de los mismos.

La Fig. 3 ilustra una realización alternativa del detector 24, que usa uno o más transductores 46, preferiblemente cerca o incluso en contacto con la superficie 14, para convertir la onda ultrasónica superficial 22 en una o más señales eléctricas. Si se usan múltiples transductores 46, los transductores 46 se pueden configurar en una variedad de ángulos con relación a la superficie 14 para detectar reflexiones ultrasónicas desde diferentes direcciones. El transductor o transductores 46 pueden tener una matriz plana, una matriz hemisférica, una matriz parabólica, una matriz hiperbólica, una línea, un círculo o cualquier otra forma deseada.

La Fig. 4 ilustra otra realización alternativa para el detector 24, que usa tanto detección óptica (por ejemplo, recopilación de luz dispersa basada en LDV) como uno o más transductores 46 para medir diferentes aspectos de la onda ultrasónica superficial 22 y generar una señal de detección 30 apropiada, a partir de la misma.

Como se expuso anteriormente, una opción es que los datos usados para la autenticación excluyan las contribuciones de la superficie 14 del objeto 16. Se puede hacer referencia a las ondas que se originan en la superficie como ondas de Rayleigh, que son ondas superficiales, a diferencia de las ondas en volumen originadas desde más profundo en el objeto. Excluir las contribuciones de estas ondas superficiales reduce los tamaños de archivo de los datos de referencia/interrogación 38/36, y puede mejorar las comparaciones entre interrogaciones. Se puede usar una matriz de transductores de contacto óptico o físico para diferenciar entre ondas superficiales y ondas en volumen, permitiendo de este modo el filtrado de las contribuciones de las ondas superficiales de la señal de detección. La frecuencia de las ondas también se puede usar para filtrar ondas superficiales usando filtros mecánicos, eléctricos y/o computacionales. La excitación con la frecuencia y/o potencia seleccionadas para excitar principalmente las ondas superficiales se puede usar también para diferenciar las ondas superficiales de las ondas en volumen.

La Fig. 5 ilustra otra realización alternativa, donde una base de datos 50, que está físicamente remota del detector 24, está realizando la comparación entre los datos de interrogación 36 y los datos de referencia 38 para determinar la autenticación. Específicamente, la base de datos 34 se puede conectar a la base de datos 50 a través de una red 52 (por ejemplo, Internet, una red celular, etc.). La base de datos 50 almacena los datos de interrogación 36 y los datos de referencia 38 que se reciben de la base de datos 34. La base de datos 50 realiza la comparación entre los datos de interrogación 36 y los datos de referencia 38 para determinar la autenticación. Los resultados de la autenticación entonces se pueden transmitir de vuelta a la base de datos 34 a través de la red 50. Si bien la Fig. 5 muestra los datos de interrogación 36 y los datos de referencia 38 almacenados tanto en la base de datos 34 como en la base de datos 50, el sistema de interrogación 1 podría estar configurado, en su lugar, para enviar los datos de interrogación 36 y los datos de referencia 38 a la base de datos 50 sin almacenarlos en la base de datos 34.

Se debería señalar y entender que se pueden hacer mejoras y modificaciones a la presente invención descrita en detalle anteriormente sin apartarse del alcance de la invención, como se expone en las reivindicaciones que se acompañan.

Los materiales, procesos y ejemplos numéricos descritos anteriormente son solamente ejemplares y no se debería considerar que limiten las reivindicaciones. Por ejemplo, se muestra una única señal de detección 30, pero podrían ser muchas señales separadas que se usan colectivamente para generar/almacenar los datos de interrogación o los datos de referencia 36/38. Además, durante una interrogación posterior, los datos digitales generados a partir de la señal de detección no necesitan ser almacenados en la base de datos 34, sino que, en su lugar, se podrían comparar directamente como datos de interrogación frente a los datos de referencia sin que los datos de interrogación se almacenen nunca en la base de datos 34.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método que comprende:

dirigir un rayo láser (12) sobre una superficie (14) de un objeto (16) para inducir una excitación termoelástica (18) en el material en volumen del objeto (16) sin alterar la superficie (14) del objeto (16), en donde el rayo láser (12) es pulsado;

detectar una onda ultrasónica superficial (22) en la superficie (14) del objeto (16) causada por la excitación termoelástica (18);

generar una señal de detección (30) usando la onda ultrasónica superficial (22) detectada;

generar datos digitales usando la señal de detección (30);

el método que se caracteriza por:

almacenar los datos digitales en una base de datos (34) como datos de referencia (38);

dirigir un segundo rayo láser (12) sobre la superficie (14) del objeto (16) para inducir una segunda excitación termoelástica (18) en el material en volumen del objeto (16), en donde el segundo rayo láser es pulsado; detectar una segunda onda ultrasónica superficial (22) en la superficie (14) del objeto (16) causada por la segunda excitación termoelástica;

generar una segunda señal de detección (30) usando la segunda onda ultrasónica superficial (22) detectada; generar segundos datos digitales (36) usando la segunda señal de detección; y

determinar que la autenticación del objeto (16) se confirma cuando la diferencia o diferencias entre los segundos datos digitales (36) y los datos de referencia (38) están por debajo de uno o más umbrales, o determinar que la autenticación del objeto (16) no se confirma cuando la diferencia o diferencias entre los segundos datos digitales (36) y los datos de referencia (38) están por encima de uno o más umbrales.

2. El método de la reivindicación 1, que comprende además:

realizar una descomposición espectral en la segunda señal de detección o los segundos datos digitales (36) para identificar una o más partes de la segunda señal de detección o los segundos datos digitales (36) asociados a un rango de frecuencia predeterminado, en donde la determinación de la autenticidad del objeto (16) se basa en una o más partes.

3. El método de la reivindicación 1, en donde la dirección del segundo rayo láser incluye dirigir el segundo rayo láser a múltiples ubicaciones diferentes sobre la superficie (14) del objeto (16), y en donde la detección de la segunda onda ultrasónica superficial (22) incluye detectar la segunda onda ultrasónica superficial (22) en múltiples ubicaciones diferentes sobre la superficie (14) del objeto (16).

4. El método de la reivindicación 1, en donde:

la detección de la onda ultrasónica superficial (22) comprende además detectar la onda ultrasónica superficial (22) en una pluralidad de ubicaciones discretas sobre la superficie (14) del objeto (16); y

la detección de la segunda onda ultrasónica superficial (22) comprende además detectar la segunda onda ultrasónica superficial (22) en algunas, pero no todas, de la pluralidad de ubicaciones discretas sobre la superficie (14) del objeto (16).

5. El método de la reivindicación 1, en donde la detección de la segunda onda ultrasónica superficial (22) comprende además:

generar un rayo láser de detección (26) para impactar sobre la superficie (14) del objeto (16); y

detectar la luz (28) del rayo láser de detección (26) que rebota fuera de la superficie (14) del objeto (16);

en donde la detección de la segunda onda ultrasónica superficial (22) usa la luz detectada (28) del rayo láser de detección (26) que rebota fuera de la superficie (14) del objeto (16), y

en donde la luz de detección del rayo láser de detección (26) que rebota fuera de la superficie (14) del objeto (16) comprende además detectar la luz del rayo láser de detección (26) que rebota fuera de la superficie (14) del objeto (16) en dos o más ángulos discretos con relación a la superficie (14) del objeto (16); y

deconvolucionar partes de la segunda señal de detección o los segundos datos digitales (36) asociados a los dos o más ángulos discretos.

6. El método de la reivindicación 5, en donde:

la generación del rayo láser de detección (26) comprende además dirigir el rayo láser de detección (26) a múltiples ubicaciones discretas en la superficie (14) del objeto (16);

la detección de luz del rayo láser de detección (26) comprende además detectar la luz del rayo láser de detección (26) que rebota fuera de las múltiples ubicaciones discretas sobre la superficie (14) del objeto (16).

7. El método de la reivindicación 6, que comprende además:

deconvolucionar partes de la segunda señal de detección o los segundos datos digitales (36) asociados a las múltiples ubicaciones discretas, o

determinar una velocidad de la segunda onda ultrasónica superficial (22) en cada una de las múltiples ubicaciones discretas usando la luz detectada del rayo láser de detección (26) que rebota fuera de las múltiples ubicaciones discretas sobre la superficie (14) del objeto (16).

8. El método de la reivindicación 5, en donde la luz de detección del rayo láser de detección (26) que rebota fuera de la superficie (14) del objeto (16) comprende usar un interferómetro de Sagnac.

9. El método de la reivindicación 5, en donde la detección de la segunda onda ultrasónica superficial (22) comprende además:

detectar la segunda onda ultrasónica superficial (22) usando un transductor (46), en donde la generación de la segunda señal de detección se realiza usando el transductor (46) y usando la luz detectada (28) del rayo láser de detección (26) que rebota fuera de la superficie (14) del objeto (16).

10. Un aparato para analizar un objeto (16) que tiene un material en volumen y una superficie (14) usando datos de referencia (38) que se generan:

dirigiendo un rayo láser (12) sobre la superficie (14) del objeto (16) para inducir una excitación termoelástica (18) en el material en volumen del objeto (16), en donde el rayo láser (12) es pulsado;

detectando una onda ultrasónica superficial (22) en la superficie (14) del objeto (16) causada por la excitación termoelástica (18);

generando una señal de detección (30) usando la onda ultrasónica superficial (22) detectada;

generando datos digitales usando la señal de detección (30), y

almacenando los datos digitales en una base de datos (34) como datos de referencia (38);

el aparato que comprende:

un láser (10) configurado para generar un segundo rayo láser (12) para inducir una segunda excitación termoelástica (18) en el material en volumen tras impactar la superficie (14) del objeto (16) sin alterar la superficie (14) del objeto (16), en donde el segundo rayo láser (12) es pulsado;

un detector (24) configurado para detectar una segunda onda ultrasónica superficial (22) en la superficie (14) del objeto (16) causada por la segunda excitación termoelástica, y para generar una segunda señal de detección (30) usando la segunda onda ultrasónica superficial (22) detectada;

un procesador (32) configurado para generar segundos datos digitales (36) usando la segunda señal de detección; y la base de datos (34), configurada para almacenar los segundos datos digitales (36), y para determinar la autenticación del objeto (16), se confirma cuando la diferencia o diferencias entre los segundos datos digitales (36) y los datos de referencia (38) están por debajo de uno o más umbrales, o para determinar la autenticación del objeto (16) no se confirma cuando la diferencia o diferencias entre los segundos datos digitales (36) y los datos de referencia (38) están por encima de uno o más umbrales.

11. El aparato de la reivindicación 10, en donde el detector (24) está configurado además para:

en donde el detector (24) detecta la onda ultrasónica superficial (22) usando la luz detectada (28) del rayo láser de detección (26) que rebota fuera de la superficie (14) del objeto (16).

12. El aparato de la reivindicación 11, en donde el detector (24) comprende además:

un transductor (46) configurado para detectar la onda ultrasónica superficial (22), en donde el detector (24) está configurado además para generar la señal de detección (30) usando el transductor (46) y la luz detectada (28) del rayo láser de detección (26) que rebota fuera de la superficie (14) del objeto (16).

13. El aparato de la reivindicación 10, en donde el detector (24) comprende además:

un transductor (46) o un transductor de matriz en fase (46) configurado para detectar la onda ultrasónica superficial (22); o

en donde el detector (24) comprende un interferómetro de Sagnac.