CN101180513B - 检测厚度和厚度变化的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种设备，该设备的基本特征在于：当通过导向元件(1，2)输送平面物体、尤其是有价票据时，由具有导电元件(7)的一个或者多个平面空心线圈(6)对一个或者多个第二导向元件(2)相对于第一导向元件(1)的偏移进行检测。由此产生磁交变场，该磁交变场受到导电元件(7)的位置变化的影响。所述交变场在导电元件(7)中产生涡流，该涡流又反过来影响交变场。当平面线圈作为LC振荡电路的组成元件时，该振荡电路的共振频率和衰减特性受到影响。在激励频率恒定不变时，振荡振幅发生变化。

Description

检测厚度和厚度变化的设备
技术领域
本发明涉及的领域是平面物体的加工处理，尤其是有价票据或者文件之类的物体，比如银行证券、支票、股票、具有防伪标志的纸张、证件、出入卡或者车票、奖券，也包括信用卡或者银行自动提款卡和/或者身份卡或者准入卡。本发明特别涉及一种设备，用于测量物品的厚度或者厚度变化，以及装备有这种设备的装置。在加工处理银行证券和支票的装置中，这样的设备经常作为条带传感器，也就是作为检测设备，确定银行证券/支票上是否具有粘贴条带，并因此决定是否还要进入流通中。另一种可能的应用是辨认多重进入物。
背景技术
所谓的“加工处理”指的是以下的各种过程，其中能够对有价纸张之类的物品处理：比如读取、辨认、控制、确认、检查、计数、分类(分检)、输送和/或堆叠等。
这种用于检测因粘贴条带造成厚度变化的设备，一方面必须具有很高的分辨率来确定厚度的变化，因为实际中典型的粘贴条带的厚度很小。另一方面，也希望具有一定的侧向分辨率，以便将多个同时进入的银行证券上因粘贴条带造成的厚度变化区分开来。
已经知道：有价纸张之类的物品要在多个辊间输送，其中，所述辊子可以相对移动，并且通过弹簧将它们互相按压在一起。其中，所述辊子之间的相对偏移对于其间输送物品的厚度来说是一个量度。
发明内容
本发明的目的是提供一种设备，用来检测平面物体、尤其是有价票据的厚度和厚度变化，它所具有的灵敏度，与粘贴条带造成的厚度变化相比来说要大得多。该设备应当具有简单的工作原理和尽量低廉的制造成本。此外，所述设备在检测平面物体的厚度变化时，优选为还能够在物体的整体宽度方向上具有一定的侧向分辨率。
实现此目的所依赖的是如权利要求中所给出的一种设备。同样，本发明还提供一种装置，该装置装备有一个设计成上述设备的条带传感器或者多入口传感器。
本发明提供一种设备，该设备的基本特征在于：当有平面物体存在时，第二导向元件组中的一个或者多个会相对于与其处于相对位置的第一导向元件偏移，通过导电元件被至少一个平面空心线圈检测到，该平面空心线圈产生受导电元件影响的交变磁场。所述第二导向元件组的偏移是由于平面物体出现在导向元件中造成的。如果出现在所述导向元件之间的物体是多个而不是一个，或者物体的厚度发生了变化，则偏移得到加强。这种厚度变化可以是由物体上额外粘贴的条带造成的。所述交变场在导电元件的非铁磁性金属材料中诱发涡流。该涡流又反过来影响交变场。在本发明的一种优选构造中，当平面线圈作为LC振荡电路的一部分时，所述振荡电路的共振频率和衰减会受到影响。当激发频率恒定时，振荡振幅发生变化。
在一种优选实施方式中，所述第二导向元件组中的元件被安置于一条直线上，所述直线垂直于物体的输送方向。
在一种优选实施方式中，所述导向元件为输送辊。
所述设备的可用构造是：导向元件之间的相对偏移使得导电元件沿着由平面线圈确定的平面平移。这样，因为偏移使得一个或者多个平面线圈上被导电元件覆盖的区域发生变化。线圈和导电元件的几何形状尺寸和构造的设计，可以使得导向元件的偏移越多，线圈的覆盖面就越大。根据替代方式或者额外的辅助方式，可以使导电元件沿着垂直于平面线圈平面的方向移动。LC振荡电路的衰减特性对于导电元件与相应的平面线圈之间的距离非常敏感。
导电元件是由一种能导电的金属材料制成的，它能够通过导向元件的偏移、比如通过相应地构造为能够起到杠杆作用的衬底介质，朝向平面线圈移动，所述方式使得：
(a)距离，
(b)覆盖面，或者
(c)距离和线圈的覆盖面
发生变化，在情况(c)下，线圈和导电元件的优选安置方式为：线圈的覆盖面随着距离的减小而增大。
根据本发明的一种优选构造，起到杠杆作用的衬底介质(传递机构)的构造和安置方式，使得导向元件的偏移放大若干倍，从而提高检测敏感度。
导电元件和平面线圈之间的距离预先设定，其大小应使得交变场有足够高的敏感度。比如说，该距离不大于7mm，优选情况为不大于5mm，最好不超过3mm的上限。
根据本发明的一种优选构造，平面线圈由印刷电路的导电条带构成，因此其造价低廉。所述平面线圈优选处于一个导电板上。平面线圈的运算电子器件可以制作于同一导电板上，这样对于制造来说也是非常有利的。在第二导向元件组之中、或者在其上、或者在实际应用中经常在一个与该第二导向元件相连接的传递机构上，使用能导电的材料，尤其是金属材料，是非常容易实现的。比如说，第二导向元件组或者传递机构可以整体为金属的，也可以是将一个金属元件、比如小的金属片固定于传递机构上，或者使该第二导向元件组或者传递机构在一个圆形区域内具有局部区段的导电材料。材料可以用任何方式进行固定或者蒸镀。
在一个优选的实施例中，多个第一导向元件互相并排安置，且分别与第二导向元件一起构成元件对。这些元件对优选为沿着平面物体输送方向横向排列成行。此外，还可以装备多个第一导向元件，其中为每个第一导向元件配置两个或者多个第二导向元件。
为了控制和运算多个空心线圈、并且因此使具有多个线圈的设备的结构尽量简单、构造尽量便宜，优选为使用唯一的一个探测器，在可能的情况下使用一个同步探测器。为此，空心线圈的信号传输通过复式单元。
在所述设备的一个优选实施例中，为由导电材料制作的元件配置至少两个平面线圈。这两个平面线圈互相并排在一起，它们的宽度、也就是侧向的伸长量，对于导电材料在移动方向上的位移具有变化趋势相反的依赖性。利用这两个平面线圈产生的差动信号进行检测。比如，可以有两个并排安置的三角形线圈，它们大小相同并且互补成一个矩形。
单个平面线圈也可以由多个分线圈组成，所述分线圈不在同一个平面内，而是成形于导电板的前后两个面上。
根据本发明的另一种优选构造，平面线圈连接时，使每个平面线圈和电容元件以及可能存在的其他元件一起构成LC振荡电路。优选为不在共振状态下激发所述振荡电路，而是在其处于峰侧状态时激发，例如处于频率较低的峰侧时，其频率最高为共振频率的98％或者95％。理想的激发频率取决于品质因素Q。
在一个优选的实施例中，平面线圈的激发频率，要高到使得频率与线圈电感的乘积远远大于欧姆电阻值。其中，线圈的复阻抗的虚部要远远大于其实部，比如说至少大100倍。与欧姆电阻值不同，电感仅取决于几何形状尺寸，因此与温度无关。这样，整体的检测方法也不随温度改变。如果此外还辅助以选择适当频率进行检测，就可以达到检测方法几乎不受任何外部因素影响的效果。根据一个特别优选的实施例，激发频率在1MHz至10MHz之间。
以下借助于示意性原理图对本发明的实施例加以更详细的说明。
附图说明
图1是本发明的设备的一个第一实施例的侧视图；
图2是平面线圈的简化线路图；
图3是LC振荡电路的示意性共振曲线；
图4是同样大幅度简化的线路图，其中使用了同步探测器；
图5是复式方法中驱动设备的线路图；
图6是每一个第二导向元件具有一个唯一的平面线圈构造的工作原理图；
图7是具有两个三角形线圈构造的工作原理图；
图8是本发明的第二实施例的示意图；以及
图9是本发明的第三实施例的示意图。
具体实施方式
图1给出的设备中，在第一导向元件1和第二导向元件2之间输送一个平面物体3，比如一张银行证券。第一导向元件1为输送辊，它延伸于所述设备的整个宽度上。除了第二导向元件2外，在所述设备的宽度范围内还安置有在图中无法辨认出的其他的第二导向元件。这些第二导向元件2，在安置后能够移动。只要平面物体3沿着y轴方向移动进入到导向元件之间，它们就相对于第一导向元件1、在该处沿着z轴方向偏移。如果银行证券的厚度发生变化，第二导向元件2还将继续偏移。所述厚度的变化，可以是由于安放于银行证券上的粘贴条带4引起的，如图1所示。由于粘贴条带4并没有伸展于银行证券的整个宽度上，并非所有的第二导向元件2都会因为粘贴条带4而偏移，而只是其中的一部分第二导向元件2发生偏移。第二导向元件2的偏移，通过那些分别与第二导向元件2相连的、同时作为第二导向元件2的支架的各传递机构5转换成与导电板9的表面的相对运动，因此，也成为相对于在导电板表面上由导电条带构成的多个平面线圈6的移动。这里，为每个第二导向元件2配置了平面线圈。当第二导向元件2发生偏移时，相应的传递机构5围绕由旋转轴10确定的固定点转动。该传递机构5具有导电元件7，比如安置于传递机构上的小金属片，该导电元件7与平面线圈6相对安置。导电元件并非必需是一个独立的构件。替代方式是传递机构整体地或者区段式地为金属的。
平面线圈6没有铁磁性的芯，因此为空心线圈。
图1中能够看到唯一的第二导向元件2、相应的传递机构5和配置的平面线圈。沿着图1给定的观察方向上，前后顺序地安置着多个单元，它们分别具有第二导向元件、具有所述导电元件的传递机构和平面线圈。第一导向元件1的方向垂直于物品3的输送方向。第二导向元件2垂直于输送方向互相并排成行。这种安置机构具有一定的侧向分辨能力——相应于每两个第二导向元件2之间的距离，也就是在x轴方向上的分辨能力。这一点的意义在于：将沿着y轴方向在整体长度上具有粘贴条带的一张银行证券与两张叠置的银行证券区分开来。在其他方向(y轴)上也具有分辨能力，其实现方式是：在物品的输送过程中，在作为导向元件1、2的输送辊之间在不同的时刻进行检测。
通过传递机构5的移动，导电元件7在所给的实施例中基本上平行于平面线圈移动。平面线圈的安置方式使得其覆盖面——也就是平面线圈表面中与导电元件7相对的那一部分表面，通过元件的这种移动而改变。
在运行状态下，每个平面线圈都能收到交变电压的激励从而向外发射交变磁场。其频率在1MHz到10MHz之间。由于导电元件7处于交变场的作用区之中，因而其中激发出涡流，该涡流又反过来影响交变场并因此对平面线圈6的阻抗产生影响。平面线圈与导电元件7之间的距离越小且平面线圈的覆盖面越大，也就是平面线圈表面中与导电元件7相对的那部分表面越大，则这种影响就越大。
平面线圈与导电元件7配合的工作原理等同于变压器，其中，平面线圈相当于初级线圈绕组，导电元件7中的涡流具有次级线圈的作用。
平面线圈5可以构造成螺旋状，或者由同心的元件构成，其中，采用同心元件时，电源需要穿过导电板内部或者从其背面引过来。同样，在导电板上还有一个只是示意性给出的运算电子器件8。导电元件7的表面与导电板9之间的距离最大为7mm，优选为小于5mm，通常小于3mm，在最佳情况下最大为2mm左右。
金属元件最好具有很好的导电性。比如说它主要由铝制成。导电材料不应当是铁磁性的，应该是顺磁性或者抗磁性的，以便最大限度地避免滞后效应。
在图2中示意性地给出了将平面线圈6连接到电子电路中的方式。交流电发生器11，该交流电发生器11在所示的实施例中产生矩形波信号，通过电阻12激励LC振荡电路，该LC振荡电路具有平面线圈6和至少一个电容元件13。由集成的放大器14获取的响应信号正比于振荡的幅值，该振荡的幅值又依赖于平面线圈6的阻抗。在数字化信号处理的情况下，如同下面的实施例所给出的那样，在放大器14的后面连接着模-数(A/D)转换器。
优选方式下，如图3中所示的借助于唯一的平面线圈所产生的信号，振荡电路的驱动处于例如峰值的较低频率侧，而不同于无接触测量仪器中通常采用的在共振状态下的运行。在图3中给出了一个优选的工作点21以及共振点22。振幅A对于因阻抗变化引起的共振曲线的移位的依赖性，在工作点21处明显地比在共振点22处更确切。在图中标识出了工作点处于共振点22附近的峰值侧上一个非常陡峭的位置上，而原则上工作点可以处于峰值的任何位置。
如果信号的运算能够在优选的频率下进行，则能够提高装置的检测灵敏度和对干扰因素的不敏感性。图4中示意性地给出了一个同步探测器31，激励信号用作该同步探测器31的控制信号。同步探测器的工作方式是已知的，对此不再进行解释。
图5示意性地给出了为多个互相独立、并排安置的平面线圈6.1，...，6.n设计的连接电路图。该平面线圈通过交变电压发生器11进行激励。平面线圈的相应信号进入到复式单元MUX，并且从那里输送到同步探测器31中。接下来将模拟信号在A/D转换器中转变成数字信号以便后面应用。也可以省略掉所述复式单元，那样，每个平面线圈就只需要一个探测器了。
复式单元作为时间复式化电器工作，其中，所有的平面线圈同时受到激励，并且具有大致相同的共振频率。复电路频率fm的选择，使其远远小于激励频率本身，而其周期1/fm却明显低于有价票据之类的物体在导向元件之间穿过所需要的时间。典型的情况是：fm在1kHz到100kHz之间。复式单元MUX受控制单元MD的控制。如果需要的话，人们可以通过时间复式化激活所述平面线圈。对此，在图中通过由控制单元到平面线圈方向上的箭头示意性地给出。例如，当线圈同时工作而互相干扰时，这样处理具有优势。
可以考虑的一种替代方式是：如果各线圈都具有非常尖锐的共振曲线的话，那么工作时只用一个没有时间复式化电器的同步探测器。那样交变电压发生器的激励频率周期性地改变，并且在每个周期中对线圈6.1，...，6.n逐个进行激励。这种激励频率模块的频率fmod的选择方式相同，也是使其远远小于激励频率本身，而其周期1/fmod则明显小于有价票据之类的物体穿过导向元件所需要的时间。fmod的典型数值在1kHz至100kHz之间。根据图5，也可以考虑使复式装置没有同步探测器。
图6给出了平面线圈6的一种可能的构造，这里该平面线圈6呈矩形，并且为螺旋式伸展。与前面所述的实施例的不同之处在于：根据图6的示意性表示，装备了并非不可缺少的可进行频率选择的振幅探测器D，它的后面连接着放大器和一个A/D转换器。
图7给出了一种实施示例，其中有两个平面线圈，替代了单个平面线圈，所述两个平面线圈处于同一个平面结构中，其宽度、在x轴方向上的伸长量对导电元件的偏移方向呈现变化趋势相反的依赖性。在图7中可以看到两个三角形的平面线圈6a、6b，它们大小相同、组合起来构成一个四角形，连接到电子电路中。由具有线圈6a、6b的两个LC振荡电路的信号SD1和SD2形成差动信号A-B。图中在差动器后面连接着放大器14；常见的情况是：作为对差动信号放大的替代或者补充，在形成差动之前已经对信号SD1和SD2进行了信号放大。同样，这里的A/D转换也可以在形成差动之前完成，此时，需要两个A/D转换器。
通过形成差动，提高了装置对于覆盖或者遮盖面的变化的敏感度。为每个第二导向元件配置平面线圈对。
图1所示的结构中，通过传递机构5的偏移，平面线圈表面上被金属构件所遮盖的部分面积发生变化。作为其补充或者替代方式，可以考虑其他的结构，对此借助于图8和图9予以简单说明。
图8给出了本发明的一个实施例，其中，一个沿着周向纵向构造的传递机构35与导向元件2中的一个相连接，其方式使得该导向元件2的偏移以杠杆方式得到放大。其中，传递机构35可以围绕转轴旋转，该转轴位于传递机构35与金属构件位置相对的端头上。导向元件2相对于传递机构35的纵向伸展来说尽量地接近于传递机构的转轴。通过导向元件2的偏移，传递机构发生转动而从平面线圈6上移开。偏移越大，金属构件7与平面线圈6之间的距离越大。这里，可以选择的平面线圈6相对于导电元件7的位置关系为：当距离增大时，也就是信号减小时，同时平面线圈的遮盖面积减小。这样，导向元件2所发生的非常小的偏移也能够被转化成很明显的信号，它可以通过比较简单的、因此也比较便宜的电子器件来进行检测，如果可能的话可以没有同步探测器。
图9所示的实施例中，平面线圈6完全是距离传感器。传递机构55中的导电元件7和相应的平面线圈6分别安置于相互平行的两个面上。根据第二导向元件2是否会发生偏移、以及发生偏移的程度来决定所述两个面的间距所发生的变化。通过该间距的变化，金属元件7对于平面线圈6的交变场的影响也相应改变。
所述结构仅仅是示例性的。其中的基本原理是平面物体的厚度变化使得金属元件相对于平面线圈移动。这样的原理还能够以多种其他的几何形状尺寸加以实现。本发明中加工处理有价票据之类的物体的装置，具有至少一个所述设备，该设备用于实施对有价票据之类的物体的加工处理的步骤，也就是诸如读取、辨识、控制、确证、检验、计数、分类(分检)、输送和/或叠放等处理。所述设备或者所述设备中的至少一个为条带传感器，该条带传感器构造成上面所述的设备。

Claims (14)

1.一种设备，该设备用于测量平面物体(3)的厚度或者厚度变化，该设备包括：
至少一个第一导向元件(1)和多个第二导向元件(2)，在第一导向元件(1)和第二导向元件(2)之间输送所述平面物体，
其中，所述第二导向元件(2)位于所述第一导向元件(1)的对面，并且所述多个第二导向元件(2)互相并排安置成一行，因此在所述导向元件(1，2)之间穿过的平面物体的厚度变化导致一个或者多个第二导向元件(2)相对于第一导向元件(1)发生偏移；
多个平面线圈(6，6a，6b)，其中为每个第二导向元件(2)配置一个平面线圈；以及
用于激励平面线圈(6，6a，6b)来产生磁交变场的组件；
多个导电元件(7)，其中每个所述第二导向元件(2)直接或者间接地与该导电元件(7)刚性地连接在一起，并且所述第二导向元件(2)的偏移导致相应的导电元件(7)发生偏移；
运算电子器件(8)，用来检测所述导电元件(7)对于所述平面线圈(6)的磁交变场的影响，其中所述平面线圈(6)制作成空心线圈，
其中所述平面线圈(6，6a，6b)的放置使得所述平面线圈(6，6a，6b)的覆盖面随着所述导电元件(7)与所述平面线圈(6，6a，6b)之间的距离的减少而增大。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述平面物体(3)是有价票据。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述导电元件(7)在交变场所在区域内没有铁磁性材料。
4.如权利要求1或2所述的设备，其中所述平面线圈(6，6a，6b)和该平面线圈(6，6a，6b)的运算电子器件(8)制作在同一导电板(9)上。 
5.如权利要求1所述的设备，其中所述多个第一导向元件(1)互相并排安置，并且每个所述第一导向元件(1)与一个第二导向元件(2)构成元件对。
6.如权利要求1所述的设备，其中所述运算电子器件(8)包括复式单元，该复式单元与所述多个平面线圈(6，6a，6b)连接，连接的方式使得所述多个平面线圈产生的信号可以由唯一的探测器单元进行检测。
7.如权利要求1所述的设备，其中所述运算电子器件(8)包括同步探测器SD。
8.如权利要求1所述的设备，其中所述平面线圈(6，6a，6b)的运算电子器件(8)具有产生周期性激励信号的机构(11)，其中所述每个平面线圈和电容元件(13)构成LC振荡电路的组成部分，并且产生周期性激励信号的机构的构成或者程序设置使得所述激励信号的频率小于LC振荡电路的共振频率。
9.如权利要求1所述的设备，其中所述第二导向元件(2)安置于传递机构(5，35，55)上，并且其中导电元件安置于所述传递机构(5，35，55)上，该安置方式使得第二导向元件(2)发生偏移时，该偏移通过所述传递机构转化成相应的导电元件(7)相对于所配置的平面线圈(6，6a，6b)的移动，其中，所述传递机构(5，35，55)的构造使得所述第二导向元件(2)发生的偏移转化成相应的导电元件的移动，该移动是一个成比例放大的和/或改变方向的移动。
10.如权利要求1所述的设备，其中，所述导电元件(7)具有平面状的表面，并且当一个或者多个所述第二导向元件发生偏移时，相应的导电元件平行于所述平面移动，该平面内加工制作有所述平面线圈(6，6a，6b)，其中所述平面线圈伸展于一个给定的表面上，并且该表面上被所述平面状表面所遮盖的部分根据所述第二导向元件的偏移而发生变化。
11.如权利要求1所述的设备，其中：
安置于同一个平面内的两个平面线圈(6a，6b)配置有相应的导电元件；
运算电子器件，用以形成所述两个平面线圈的各自信号的差动信号A-B；
其中，通过所述平面线圈确定的平面确定了第一方向z以及垂直于所述第一方向z的第二方向x，所述第一方向z基本上平行于所述第二导向元件的偏移，
所述平面线圈(6a)在第一方向z上的延伸作为所述第二方向x上位置的函数而单调递增或者单调递减，
另一个所述平面线圈(6b)在所述第一方向z上的延伸作为沿着所述第二方向x上的位置的函数，其变化曲线与所述平面线圈(6a)的变化趋势相反。
12.如权利要求1所述的设备，其中加工制作有平面线圈(6，6a，6b)的平面，该平面与所配置的导电元件(7)之间的距离最大为7mm。
13.如权利要求1所述的设备，其中通过所述第二导向元件(2)相对于所述第一导向元件(1)发生偏移来改变相应的导电元件(7)和相应的平面线圈(6，6a，6b)之间的距离。
14.一种用于加工处理有价票据的装置，该装置具有构造成如权利要求1-13中任一项权利要求所述设备的条带传感器和/或多重进入物探测器。 
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