APARATURA DO TESTOWANIA TRWAŁOŚCI UŻYTKOWEJ DOKUMENTÓW Z ZABEZPIECZENIEM ELEKTRONICZNYM

Transkrypt

1 PROBLEMY EKSPLOATACJI 157 Stanisław KOZIOŁ, Andrzej ZBROWSKI, Tomasz SAMBORSKI Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy, Radom APARATURA DO TESTOWANIA TRWAŁOŚCI UŻYTKOWEJ DOKUMENTÓW Z ZABEZPIECZENIEM ELEKTRONICZNYM Słowa kluczowe Dokumenty podróży, zabezpieczenia dokumentów, trwałość dokumentów, układy RFID. Streszczenie W artykule opisano sposób wykorzystania układów RFID (radio frequency identification) jako dodatkowych zabezpieczeń i nośników informacji w dokumentach, w tym w dokumentach podróży. Podkreślono konieczność zapewnienia im odpowiedniej trwałości i odporności na warunki długotrwałego użytkowania. Przedstawiono najważniejsze testy sprawdzające właściwości dokumentów oraz konstrukcję i zasadę działania opracowanych przez autorów urządzeń testujących. Opisany zestaw aparatury stanowi kompletne wyposażenie do badania trwałości użytkowej różnego rodzaju dokumentów z zabezpieczeniem elektronicznym. Wprowadzenie Jednym z elementów zapewnienia bezpieczeństwa ludności w życiu codziennym oraz bezpieczeństwa publicznego jest możliwość szybkiej i skutecznej identyfikacji osób. Służą temu odpowiednie dokumenty takie jak paszporty oraz

2 158 PROBLEMY EKSPLOATACJI dowody osobiste (national ID), w których coraz częściej są zapisywane dane biometryczne właściciela, np. obraz odcisków palców. Dowody osobiste wydawane przez większość państw, w tym Polskę, mają postać kart plastikowych o formacie ID-1 (85,6x54 mm), które są również masowo używane do innych celów [1]. Karty z wbudowanym elektronicznym układem scalonym lub paskiem magnetycznym służą do weryfikacji uprawnień dostępu do kont bankowych, pomieszczeń i urządzeń. Nośnikiem tych informacji i kodów dostępu są coraz częściej układy elektroniczne RFID (radio frequency identification) wyposażone w pamięć, która może być odczytywana za pomocą fal radiowych z wykorzystaniem odpowiednich czytników [2, 3]. Nowoczesne dokumenty (rys. 1 i 2) zawierają zarówno układy RFID do zapisu danych oraz zapisy jawne w postaci graficznej i są przystosowane do automatycznego odczytywania za pomocą systemów wizyjnych i radiowych. Jakość tych dokumentów i ich zabezpieczeń ma podstawowe znaczenie dla bezpieczeństwa podróżnych w ruchu międzynarodowym, a szczególnie w transporcie lotniczym. Społeczność międzynarodowa, między innymi poprzez działania takich organizacji jak Międzynarodowa Organizacja Lotnictwa Cywilnego ICAO, poświęca bardzo wiele uwagi ulepszaniu skuteczności tych rozwiązań. Współpracując z krajowymi instytucjami zajmującymi się emisją i produkcją paszportów, dowodów osobistych i różnego rodzaju kart płatniczych i identyfikacyjnych generuje zalecenia odnośnie do wdrażania środków zabezpieczania i zawartych w nich danych oraz wprowadzania w tym zakresie odpowiedniego prawa i uregulowań normatywnych [4, 5]. układ RFID okładka laminat strona spersonalizowana inlet RFID laminat chip antena układ RFID Rys. 1. Paszport z zabezpieczeniem elektronicznym układem RFID ( Wymagania dotyczące dokumentów zabezpieczonych elektronicznie i identyfikatorów przeznaczonych do oznaczania materiałów i wyrobów można podzielić następująco:

3 PROBLEMY EKSPLOATACJI 159 wymagania formalne, których spełnienie jest konieczne do posługiwania się nimi w wielu miejscach, urzędach, punktach kontrolnych i ewidencyjnych pracujących z zastosowaniem ustalonych standardów zapisu, przechowywania i odczytu danych graficznych i zawartych w nośnikach zabezpieczeń elektronicznych, wymagania użytkowe, których celem jest zapewnienie odpowiedniej trwałości dokumentu czy identyfikatora i umożliwienie posługiwania się nim pomimo długotrwałego narażenia na niekorzystne wymuszenia fizyczne i chemiczne związane z użytkowaniem. Rys. 2. Karta bankowa z mikrochipem RFID ( Przykładami wymagań formalnych są zalecenia dotyczące dokumentów podróży [4, 5], które powinny być odczytywane i sprawdzane z dużą pewnością właściwej identyfikacji właściciela dokumentu. Wymagania użytkowe wynikają z warunków określonych wartościami odpowiednich parametrów fizycznych charakteryzujących środowisko i sposób użytkowania dokumentów i identyfikatorów zabezpieczonych układami RFID. Wymagania te oraz metody ich weryfikacji są częściowo zawarte w raporcie technicznym ICAO [5] i odpowiednich normach [6, 7, 8]. Do wymagań tych należą: odporność na klimatyczne warunki przechowywania i użytkowania charakteryzujące się temperaturą od -32 do +80ºC, wilgotnością względną atmosfery od 40 do 60 RH, możliwością występowania szoków termicznych, długotrwałym oddziaływaniem światła dziennego lub promieniowania rentgenowskiego, odporność na narażenia mechaniczne występujące podczas użytkowania i dokonywania operacji związanych z zapisem danych takie jak: przeglądanie, stemplowanie, dokonywanie zapisów za pomocą długopisu, zginanie, skręcanie, sferyczne wyginanie, oddziaływanie ścierne, odporność na substancje chemiczne, które wskutek niestarannego użytkowania mogą czasowo oddziaływać na dokument. Spełnienie wymagań odbiorców zabezpieczonych elektronicznie dokumentów, kart identyfikacyjnych i innych identyfikatorów elektronicznych oraz za-

4 160 PROBLEMY EKSPLOATACJI pewnienie stałego, wysokiego poziomu jakości wyrobów wymaga od producentów prowadzenia badań zarówno wyrobów aktualnie produkowanych, jak i przygotowywanych do wdrożenia. Niezbędne jest więc posiadanie odpowiedniej aparatury badawczo-testowej przystosowanej do prowadzenia badań zgodnie odpowiednimi metodami, według ustalonych procedur. 1. Testy dokumentów i urządzenia do ich realizacji Większość dokumentów zabezpieczonych elektronicznie pod względem konstrukcji jest do siebie zbliżona. Wynika to z jednej strony ze standaryzacji formatów, sposobów zapisu i odczytywania danych oraz formy użytkowania, z drugiej zaś z rozpowszechnienia produkowanych na skalę masową komponentów do ich wytwarzania, a szczególnie kompletnych układów RFID w postaci tzw. inletów przeznaczonych do wklejania pomiędzy warstwy materiałów tworzących dokument. Wytwarzanie tych dokumentów polega najczęściej na montażu metodą sklejania kilku warstw papieru, papieru syntetycznego lub innych materiałów, pomiędzy którymi jest umieszczany układ scalony z przyłączoną anteną (inlet RFID). Biorąc pod uwagę dużą różnorodność negatywnych czynników oddziałujących na dokumenty osobiste w trakcie ich użytkowania oraz różne sposoby zapisu zawartych w nich danych, system testowania składa się z następujących elementów: zestawu standardowych metod wywierania określonych oddziaływań symulujących obciążenia użytkowe o zdefiniowanych parametrach takich jak siła oddziaływania, odkształcenie, czas działania, częstotliwość, miejsce oddziaływania itp., zestawu standardowych metod sprawdzania wpływu oddziaływań użytkowych na możliwość odczytu danych zawartych w dokumencie metodą optyczną i elektroniczną na wytrzymałość i kształt dokumentu, trwałość barw itp., procedur testowania określających sekwencje wywierania obciążeń na badane obiekty i oceny ich skutków oraz kryteria oceny, planów badań określających ilości dokumentów poddawanych badaniom, zastosowanie odpowiednich procedur badawczych w zależności od celu badań i rodzaju badanych dokumentów. Przykładem takiego systemu jest testowanie paszportów przystosowanych do automatycznego odczytu danych wdrożone przez ICAO [5], w którym zostało zdefiniowanych 15 metod wywierania wymuszeń imitujących oddziaływania użytkowe, 6 metod sprawdzania wpływu tych wymuszeń na stan techniczny dokumentu i możliwość odczytu zawartych w nim danych i 14 procedur testowania odpowiadających różnego rodzaju obciążeniom użytkowym możliwym do wystąpienia podczas eksploatacji.

5 PROBLEMY EKSPLOATACJI 161 W ramach prezentowanego rozwiązania opracowano zestaw aparatury testowej pozwalającej na badanie odporności na obciążenia mechaniczne występujące podczas długotrwałego użytkowania dokumentów o różnych wymiarach, konstrukcji i przeznaczeniu [9]. Pozwala on na wykonanie badań w ramach systemu testowania paszportów ICAO oraz realizację specjalnych programów badawczych dotyczących szczególnych dokumentów i wymagań. W skład opracowanego zestawu aparatury wchodzą urządzenia umożliwiające kompleksowe badania odporności dokumentów, w tym dokumentów zabezpieczonych elektronicznie na narażenia występujące podczas długotrwałego użytkowania, zgodnie z przyjętymi międzynarodowymi standardami. 2. Test tylnej kieszeni Test tylnej kieszeni służy do symulowania obciążenia mechanicznego, jakiemu poddawany jest dokument podczas noszenia go w tylnej kieszeni spodni. Próba polega na wielokrotnym sferycznym wyginaniu testowanego dokumentu poprzez ściskanie pomiędzy metalowym stemplem o kształcie wypukłego wycinka kuli a elastycznym piankowym podłożem z zadaną siłą (rys. 3). Dokument podlegający testowaniu zamknięty w wykonanym z tkaniny woreczku imitującym kieszeń jest umieszczony na powierzchni elastycznej poduszki o wymiarach 0,1x0,2x0,2 m wykonanej z gąbki o odpowiedniej gęstości i twardości. Sferyczny stempel o promieniu R = 150 mm dociska go wielokrotnie do poduszki z regulowaną wartością siły, która podczas każdego cyklu jest utrzymywana przez zaprogramowany czas. A promień R ruch stempla stempel B programowany licznik cykli badany dokument stempel elastyczna poduszka badany dokument przesuwna osłona elastyczna poduszka Rys. 3. Test tylnej kieszeni : A schemat sposobu obciążania próbki, B projekt urządzenia do realizacji testu Do realizacji testu wykorzystywane jest urządzenie, które pozwala na jednoczesne przemieszczanie stempla i pomiar siły, z jaką naciska on na próbkę.

6 162 PROBLEMY EKSPLOATACJI Badanie to powoduje deformację np. książeczki paszportowej podobną do wywoływanej podczas noszenia jej w tylnej kieszeni spodni. Na rys. 4 przedstawiono fotografię prototypowego urządzenia do sferycznego wyginania dokumentów przeznaczonego do realizacji testu tylnej kieszeni. Rys. 4. Prototypowe urządzenie do sferycznego wyginania dokumentów przeznaczone do realizacji testu tylnej kieszeni 3. Zginanie dokumentu Wielokrotne zginanie badanego dokumentu służy do symulowania obciążeń mechanicznych występujących podczas niewłaściwego przechowywania, przypadkowego zginania lub nieostrożnego przeglądania karty lub książeczki. Test jest realizowany w dwóch pozycjach równolegle do każdego z boków. Badany dokument jest zamocowany w uchwycie obrotowym jedną z krawędzi, w taki sposób, że jego dolna część znajduje się pomiędzy rolkami podtrzymującymi (rys. 5). Rolki zginające, umieszczone w odpowiedniej odległości od uchwytu obrotowego, zależnej od formatu próbki, przemieszczane są poziomo zginając dokument. Amplituda ruchu odpowiada założonej sile zginającej lub strzałce ugięcia. Plan testu określa liczbę cykli obustronnego przegięcia oraz amplitudę odkształcenia. Do realizacji testu niezbędne są dwa specjalne urządzenia: przyrząd kalibrujący do wyznaczania strzałki ugięcia badanego dokumentu pod działaniem przewidzianego obciążenia (rys. 5) oraz tester do realizacji określonej liczby cykli zginających (rys. 6). Zaprojektowany tester do zginania pozwala na jednoczesne badanie sześciu dokumentów. Obrotowy uchwyt przytrzymujący dokument może być ustawiony na różnych wysokościach. Rolki zginające są wprawiane w ruch przez zespół napędowy pozwalający na regulację strzałki ugięcia. Parametry te są ustawiane osobno dla dwóch grup po 3 dokumenty po lewej i prawej stronie urządzenia. Pozwala to na równoczesne badanie sześciu próbek z różnymi parametrami wymuszeń. Liczbę cykli zginania programuje się za pomocą elektronicznego sterownika, który po ich wykonaniu powoduje zatrzymanie urządzenia.

7 PROBLEMY EKSPLOATACJI 163 badany dokument rolki zginające uchwyt obrotowy obciążnik rolki podtrzymujące odczyt ugięcia Rys. 5. Model komputerowy i fotografia przyrządu kalibrującego do wyznaczania strzałki ugięcia badanego dokumentu pod działaniem obciążenia zginającego badany paszport uchwyt obrotowy zespół napędowy rolki zginające rolki podtrzymujące nastawny mimośród licznik cykli Rys. 6. Model urządzenia do naprzemiennego poprzecznego zginania dokumentów 4. Skręcanie dokumentu Przestrzenne skręcanie badanego dokumentu służy do symulowania obciążeń, jakie mogą wystąpić podczas użytkowania na skutek wadliwego przechowywania, noszenia w kieszeni ubrania, torebce, niestarannego przeglądania itp. Badany dokument jest umieszczany w dwóch wychylnych szczękach (rys. 7 i 8). Szczęki wykonują naprzemienny ruch obrotowy o kąt odpowiadający odkształceniu dokumentu poddanego działaniu momentu skręcającego o określonej wartości (max 30º). Czas wykonania jednego cyklu obciążeniowego wynosi 2 s, a liczba cykli może być dowolnie programowana za pomocą licznika.

8 164 PROBLEMY EKSPLOATACJI Do wykonania testu potrzebny jest przyrząd kalibrujący (rys. 7) do mierzenia kąta skręcenia dokumentu pod działaniem odpowiedniego obciążenia skrętnego oraz tester (rys. 8) do realizacji zadanej liczby cykli skręcania. Przyrząd kalibrujący posiada układy obciążania i pomiaru kąta skręcenia, a tester regulację kąta i programator liczby cykli. Urządzenie umożliwia równoczesne badanie sześciu dokumentów. podziałka odczytu kąta skręcenia szczęka obrotowa badany dokument szczęka stała pokrętła regulacji szczęki obciążnik Rys. 7. Model komputerowy i fotografia przyrządu kalibrującego do pomiaru kąta skręcenia dokumentu pod działaniem standardowego obciążenia skrętnego Na rys. 7 przedstawiono model przyrządu kalibrującego do pomiaru kąta skręcenia dokumentu pod działaniem standardowego obciążenia skrętnego równego 0,3 Nm. Próbka jest umieszczona jedną stroną w szczęce stałej, a drugą w szczęce ruchomej zamocowanej na ułożyskowanej obrotowej tarczy. Rozstaw elementów chwytowych obu szczęk i ich odległość są regulowane odpowiednio do wymiarów i grubości próbki. Obciążnik zawieszony na cięgnie zamocowanym do obwodu tarczy wywołuje stały moment skręcający badany dokument. Na podziałce zamocowanej na tarczy odczytuje się kąt skręcenia, który jest parametrem testu zestawu próbek zgodnie z planem badań. Test jest realizowany za pomocą urządzenia umożliwiającego jednoczesne badanie sześciu próbek (rys. 8). W testerze do naprzemiennego skręcania próbki są luźno wsunięte w przeciwległe szczęki o regulowanym rozstawie elementów chwytowych. Szczęki są wychylane mechanizmami korbowymi napędzanymi mimośrodami o regulowanym promieniu. Układ kinematyczny urządzenia wywołuje skręcanie wszystkich próbek jednocześnie o kąt wyznaczony za pomocą przyrządu kalibrującego i ustawiony przez odpowiednią regulację mimośrodów. Liczba cykli skręcania jest programowana elektronicznie.

9 PROBLEMY EKSPLOATACJI 165 zespół napędowy badane dokumenty szczęki wahliwe licznik cykli regulacja szczęk Rys. 8. Model komputerowy i zdjęcie prototypu testera do naprzemiennego skręcania przestrzennego dokumentów zabezpieczonych 5. Kartkowanie dokumentu Test kartkowania dokumentu symuluje obciążenie kartek np. książeczki paszportowej podczas przeglądania w trakcie kontroli. Jest to czynność wykonywana często w pośpiechu, w warunkach polowych, przez osoby niezbyt staranne. testowana kartka ruch wahadłowy i obciążenie kartki programator cykli dokument w uchwycie Rys. 9. Model urządzenia do testu kartkowania dokumentów w postaci książeczki Testowi kartkowania poddaje się dokumenty zbudowane z wielu kartek w postaci książeczki. Dokument jest zamocowany w uchwycie, a kartka poddawana testowi jest obciążana siłą rozciągającą wyrywającą oraz obracana cyklicznie o kąt 180º. Urządzenie do testu kartkowania (rys. 9) posiada uchwyt

10 166 PROBLEMY EKSPLOATACJI ściskający dokument, a obciążana kartka jest zapinana w zacisk dźwigni wykonującej wahadłowy ruch roboczy. Pionową osią obrotu jest wewnętrzna krawędź kartki, a wektor siły jest skierowany prostopadle do osi. Parametrami zmiennymi badania są wartość siły i liczba cykli ruchu wahadłowego. 6. Stemplowanie dokumentu, dokonywanie wpisów i oddziaływanie ścierne na powierzchnię Czynnościami, które mogą mieć duży wpływ na trwałość dokumentów, a w szczególności na sprawność zainstalowanego w nich układu RFID czy możliwość bezbłędnego odczytu znajdujących się w nim zapisów graficznych, jest stemplowanie, dokonywanie ręcznych zapisów za pomocą np. długopisu lub oddziaływanie ścierne na powierzchnię innego elementu dokumentu lub innego przedmiotu. Zabiegi takie są typowymi czynnościami użytkowymi wynikającymi z wypełniania dokumentów, wprowadzaniem w nich zmian i długotrwałym użytkowaniem. Do badania odporności dokumentów na takie wymuszenia służy wielofunkcyjne urządzenie testujące (rys. 10), w którym połączono trójosiowy przestrzenny układ manipulacyjny z wymiennymi głowicami przeznaczonymi do poszczególnych testów. napęd ruchu pionowego wymienna głowica z długopisem wymienna głowica stemplująca testowany dokument wymienna głowica ścierająca sterowanie i programator napędy ruchów poziomych Rys. 10. Model komputerowy wielofunkcyjnego urządzenia do testowania dokumentów Badany dokument zamocowany na nieruchomym stoliku podlega następującym obciążeniom realizowanym przez zaprogramowane ruchy głowicy: metalowy stempel o odpowiedniej masie jest unoszony na wynikającą z żądanej energii uderzenia wysokość i spada uderzając o powierzchnię próbki w zaprogramowanych miejscach; symuluje to stemplowanie np. paszportu

11 PROBLEMY EKSPLOATACJI 167 podczas odprawy granicznej; zmiennymi parametrami testu są energia uderzenia, kształt stempla, kąt uderzenia i rozkład odcisków stempla na powierzchni próbki; długopis kulkowy zamocowany w elastycznym uchwycie jest dociskany z zadaną siłą do próbki i wykonując sekwencję ruchów w płaszczyźnie poziomej dokonuje zaprogramowanego zapisu symulując składanie podpisów lub wpisywanie danych; zmiennymi parametrami badania są nacisk długopisu oraz rozmieszczenie i kształt rysowanych linii; płaszczyzna równoległa do próbki pokryta materiałem ściernym jest do niej dociskana i wprawiana w ruch liniowy; próba odtwarza ścierne oddziaływanie użytkowe na powierzchnie pokryte np. napisami przeznaczonymi do automatycznego odczytu; zmiennymi parametrami testu są nacisk elementu ścierającego, materiał, z którego jest wykonany, prędkość i amplituda ruchu liniowego. Podsumowanie Doskonalenie zabezpieczeń różnego rodzaju dokumentów powszechnego użytku, w tym dokumentów podróży, polega między innymi na instalowaniu w nich coraz doskonalszych i bardziej zaawansowanych układów elektronicznych RFID. Rozwiązania tego rodzaju dzięki coraz większej pamięci wewnętrznej stanowią doskonałe zabezpieczenie i dodatkowy nośnik informacji wspomagający bezpieczeństwo podróżnych w ruchu międzynarodowym. Oprócz funkcji zabezpieczającej dokumenty muszą charakteryzować się dużą odpornością na obciążenia mechaniczne wynikające z długotrwałego użytkowania. Opisany w artykule zestaw aparatury testowej pozwala na wszechstronne badanie różnego rodzaju dokumentów pod względem odporności na wymuszenia użytkowe z dużymi możliwościami modelowania rodzaju i intensywności obciążeń. Dzięki możliwości symulowania różnego rodzaju niekorzystnych oddziaływań, ich intensywności, wzajemnych relacji w dowolnych sekwencjach czasowych, według indywidualnego programu badań, możliwe jest badanie trwałości różnorodnych dokumentów w dowolnie zaprogramowanych warunkach użytkowych. W połączeniu z możliwością testowania dokumentów o zróżnicowanych formatach aparatura stanowi wszechstronne, elastyczne narzędzie do oceny trwałości użytkowej dokumentów, banknotów i innych wyrobów o podobnym kształcie i charakterze użytkowym. Praca naukowa wykonana w ramach realizacji Programu Strategicznego pn. Innowacyjne systemy wspomagania technicznego zrównoważonego rozwoju gospodarki w Programie Operacyjnym Innowacyjna Gospodarka.

12 168 PROBLEMY EKSPLOATACJI Bibliografia 1. Neuby B.L., Rudin E.: Radio Frequency Identification: A Panacea for Governments? Public Organization Review. Vol: 8, Issue: 4, December 2008, pp Witschnig, H.; Merlin, E.: About history, basics and applications of RFID technology. Elektrotechnik und Informationstechnik, Vol: 123, Issue: 3, March 2006, pp RFID Smart Labels A How to guide to manufacturing and performance for the label converter. Tarsus E&L Publication, London Doc 9303 Machine Readable Travel Documents. ICAO Sixth Edition Machine Readable Travel Documents. Technical Report: Durability of Machine Readable Passports Version 3.2, ICAO PN-ISO/IEC 7810:1997/Ap1:2002 Karty identyfikacyjne Charakterystyki fizyczne. 7. PN-ISO/IEC :2008 Karty identyfikacyjne Metody badań. 8. ISO/IEC Card service life Part 1: Application profiles and requirements, Part 2: Methods of evaluation. 9. Kozioł S., Zbrowski A., Samborski T., Wiejak J.: Koncepcja systemu testowania połączeń montażowych w dokumentach z zabezpieczeniem elektronicznym. Technologia i automatyzacja montażu, 4/2010, s Recenzent: Adam WILCZEK The apparatus for testing the usage durability of documents with the electronic protection Key words The travel documents, document protection, durability of documents, RFID chips. Summary The article presents the method of using of the RFID chips as additional protection means and information carriers in the documents, including travel documents. It is stressed that there exists the necessity for ensuring the proper durability and resistance to the conditions of long-term usage. The most important tests were presented for testing the properties of the documents as well as the construction and the principle of operation of the testing devices developed by the authors. The presented set of apparatus is a complete equipment for testing the usage durability of different types of documents.