本发明涉及造币防伪领域，尤其涉及一种基于超快激光微纳加工与微纳光学的用于金属币章的图像视觉反转防伪制备工艺。
背景技术：
1、金属币章是日常生活中不可缺少的重要流通货币。在现在的商品市场中，假币的泛滥不仅造成了巨大的经济损失，同时也严重影响了社会安定和国家形象。因此，提高货币的防伪技术已经成为一个亟待解决的问题。我国在硬币防伪方面的相关技术还不成熟，尚未制定出比较完整的金属硬币的防伪标准。目前，对于硬币的防伪要素，主要包括硬币的外形尺寸、重量、颜色、表面光亮程度、金属成分以及硬币表面的图案和文字信息等。硬币在流通过程中经常会受到磨损、划伤等物理因素的影响，并且金属的化学性质相对比较活泼，不可避免的要与空气、水分或酸性物质等相互接触，其表面很容易发生化学变化，产生变色和腐蚀等现象。这些都对硬币的防伪技术造成了极大的障碍。为了维护社会稳定，减少资源的浪费，就必须进一步提高金属硬币的防伪技术。所以，开发“公众易识别、造假分子难伪造”的新型硬币防伪技术对于完善我国的硬币防伪标准，促进硬币流通市场的健康发展，实现我国的硬币防伪技术与国际接轨具有十分重要的意义。
2、当前，国际上流行的硬币防伪技术主要分为大众防伪技术、材料防伪技术和结构防伪技术。大众防伪技术大致包括边侧压花或压字技术、边部连续斜丝齿工艺、暗记和微缩文字技术、精细图纹技术等。当前，还有许多流通硬币采用了材料防伪技术，如双金属镶嵌、三金属镶嵌和局部镶嵌等。就是把两种不同的金属或合金通过一定的压力镶嵌到一起。双金属硬币因其较强的电磁特征，具有良好的机读性能。此外，还有一类结构防伪技术，如双色、多边形、异型、圆形中间打孔等，主要便于从外形上对硬币进行识别。随着科技和生活水平的不断发展，上述这些防伪技术逐渐无法满足实际生产生活对金属硬币防伪水平、美学、稳定性等方面的要求。
3、纳米全息幻彩是一种基于微纳光学的结构色彩，利用高密度微纳结构光栅产生一定的视觉色彩，这项技术可应用于防伪标签、烟草包装，证卡安全等领域。白光照射不同光栅结构，会产生不同的衍射视场，这就需要设计师从美学艺术角度去设计把控，有效管理这些衍射出来的彩虹光，使之能够达到所需要的工艺效果。但是这种防伪技术需要复杂的结构设计，以及特殊的加工工艺，难度非常大。目前，此类纳米光栅设计制作主要有面阵干涉、点阵干涉、成像投影光刻以及激光直写等方法。其中，激光直写是利用高能激光束，在模具表面蚀刻出高精度的线条，使纪念币表面呈现出多层次颜色效果。“幻彩”在技术上称为“视觉可变光设计”，它的英文是“ovd”也就是optical variable device的缩写。“幻彩”可以通过两种不同的工艺实现。一种是采用高解析率的点矩全息技术，在模具上雕刻出细微的线条，幻彩工艺可一次成型。另一种是采用特殊的垫板或者金属板作为铸模在材料的表面压印出细小的褶皱，这些褶皱能使所有照射在币上的光线发生衍射，根据币上不同位置的褶皱的间距分解成为构成色。利用激光直写加工具有特殊视觉效果的微纳结构主要存在两大问题，一个是不同图案不同视觉效果的微纳结构的设计，一个是微纳结构的高质高效加工。
4、鉴于此，迫切需要一种成熟、简单且可靠的工艺方法，实现可产生一定视觉效果的微纳图案结构的设计与加工，提高金属币章的防伪水平与美观效果。针对上述现象，本发明提出了一种用于金属币章的图像视觉反转防伪制备工艺，应用于造币、防伪等领域，旨在解决上述存在的问题，致力于造币、防伪等行业的发展，保护国家与公民的合法权益。
5、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
1、为了满足上述需求，本发明的一种具有视觉明暗反转效果的金属币章模具激光加工工艺方法，目的在于提出一种工艺方法，将微纳光学领域的图像视觉反转技术与激光加工技术相结合，应用于金属币章模具表面，实现特殊视觉明暗反转效果的微纳图案结构的设计与加工，提升金属币章防伪水平。通过将选定图案设计成一定的微纳图纹结构，利用激光加工在金属模具表面实现微纳图纹结构的加工，以达到转换观察角度时图案产生明暗反转的视觉效果，其技术方案如下：
2、一种用于金属币章的图像视觉反转防伪制备工艺，包括如下步骤：
3、步骤1：确定目标图案的视觉明暗反转效果；
4、步骤2：采用视觉反转的光学微纳图纹结构的设计方法来计算与优化目标图案不同区域的灰度值，根据灰度值确定目标图案不同区域填充条纹的宽度、深度、填充间距、填充方向；
5、步骤3：将待加工的金属币章模具表面抛光，并清洗干净，保证表面光滑无异物；
6、步骤4：根据待加工的目标图案和视觉明暗反转效果，确定激光加工的激光功率、脉冲宽度、重复频率、扫描速度；
7、步骤5：利用激光加工系统在金属币章模具表面加工上述具有视觉明暗反转效果的微纳图纹结构。
8、步骤2所述的填充条纹为直线阵列，根据目标图案的明暗反转的视觉效果不同，不同区域的直线的宽度、深度、填充间距、填充方向不同。
9、进一步的，直线的宽度范围为15~50μm，深度范围为2~10μm，填充间距范围为15~50μm，填充方向范围为0~180°。
10、进一步的，相邻区域填充直线间的夹角为90°。
11、进一步的，步骤4所述的激光功率调节范围为20到60w，脉冲宽度调节范围为1~9ns，重复频率调节范围为500~5000khz，扫描速度范围为1000~3000mm/s。
12、进一步的，重复频率、扫描速度和脉冲宽度需相互匹配，使得激光光斑重叠率大于1，避免出现光学衍射条纹和表面麻点。
13、进一步的，步骤5所述的激光加工系统采用波长为1035nm的飞秒激光器，单脉冲能量>80μj，脉冲宽度可调。
14、进一步的，步骤5所述的在金属币章模具表面加工上述具有视觉明暗反转效果的微纳图纹结构，是通过压印技术复制到金属币章表面，使金属币章呈现视觉明暗反转效果。
15、与现有技术相比，其优点效果在于：基于微纳光学与激光加工等相关理论，建立并开发了视觉反转的光学微纳图纹结构的设计方法，计算与优化目标图案不同区域的灰度值，并根据灰度值计算确定目标图案不同区域条纹填充密度、填充方向等微纳图纹的结构参数，从而实现不同图案不同视觉明暗反转效果的光学微纳图案结构的设计，显著提高了金属币章的美学与防伪水平；利用激光加工这一精细加工技术，在金属币章模具上通过光学微纳条纹结构，实现视觉反转效果，保证了微纳条纹结构的稳定性、加工效率和加工质量；通过模具压印技术实现批量化加工，提高加工效率，降低加工成本。
1.一种用于金属币章的图像视觉反转防伪制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于金属币章的图像视觉反转防伪制备工艺，其特征在于，步骤2所述的填充条纹为直线阵列，根据目标图案的明暗反转的视觉效果不同，不同区域的直线的宽度、深度、填充间距、填充方向不同。
3.根据权利要求2所述的一种用于金属币章的图像视觉反转防伪制备工艺，其特征在于，所述直线的宽度范围为15~50μm，深度范围为2~10μm，填充间距范围为15~50μm，填充方向范围为0~180°。
4.根据权利要求2所述的一种用于金属币章的图像视觉反转防伪制备工艺，其特征在于，所述相邻区域填充直线间的夹角为90°。
5.根据权利要求1所述的一种用于金属币章的图像视觉反转防伪制备工艺，其特征在于，步骤4所述的激光功率调节范围为20到60w，脉冲宽度调节范围为1~9ns，重复频率调节范围为500~5000khz，扫描速度范围为1000~3000mm/s。
6.根据权利要求5所述的一种用于金属币章的图像视觉反转防伪制备工艺，其特征在于，所述重复频率、扫描速度和脉冲宽度需相互匹配，使得激光光斑重叠率大于1，避免出现光学衍射条纹和表面麻点。
7.根据权利要求1所述的一种用于金属币章的图像视觉反转防伪制备工艺，其特征在于，步骤5所述的激光加工系统采用波长为1035nm的飞秒激光器，单脉冲能量>80μj，脉冲宽度可调。
8.根据权利要求1所述的一种用于金属币章的图像视觉反转防伪制备工艺，其特征在于，步骤5所述的在金属币章模具表面加工上述具有视觉明暗反转效果的微纳图纹结构，是通过压印技术复制到金属币章表面，使金属币章呈现视觉明暗反转效果。
