CN101496071B - 检验片状物的传感器和设备以及传感器预校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检验片状物的设备，其中沿一个传感器区段设置多个传感器，片状物，例如钞票，沿此区段输送。传感器分别有两个传感器组件，它们装在钞票输送路径的对置侧。为了许多个传感器正常工作，有必要使对置的传感器组件彼此准确对齐。为了使对置布置的传感器组件高精度并能再现地对齐，借助对接定位件固定彼此对置的传感器组件的相对位置。

Description

检验片状物的传感器和设备以及传感器预校准方法

本发明涉及一种检验片状物，例如钞票的传感器，其中对置的传感器组件彼此准确对齐。此外本发明还涉及一种应用这种传感器检验片状物的设备，以及一种预校准这种传感器的方法。

由DE3242798C1公知了一种检验片状物的设备，它沿传感器区段有多个传感器，钞票沿此区段输送。传感器分别有两个传感器组件，它们装在钞票输送路径的对置侧。不同的传感器分别设在输送路径一侧的组件共同固定在安装板上，其中一块安装板可旋转地支承，以便能为了维修的目的而显露出传感器区段。为了固定，这两块对置的传感器组件处于其上的安装板例如借助铰链互相连接。除了铰链内的机械间隙外，安装板的固定件和这两块安装板还都有公差。由于所述的公差，通常做不到使两块安装板支承传感器组件的上侧能准确对齐。在例如为了显露出传感器区段翻转其中一块安装板离开工作位置并接着重新转回时，通常也做不到使它们再次处于完全相同的位置。反而使安装板并因而传感器组件到达一个已微量变化的工作位置。因此一个传感器对置地安装在不同安装板上的组件的相对位置遭受变动，这种变动导致两个组件失调并可影响传感器的正常工作。

因此本发明所要解决的技术问题是，提高对置的传感器组件的对齐精度和可再现性。

该技术问题通过主权利要求的特征解决。在从属权利要求中说明本发明有利的设计和进一步发展。

该技术问题的解决通过使用对接定位件实现，它们用于使对置的传感器组件准确对齐。实现所述的对齐，使彼此对置的传感器组件构成一个能正常工作的传感器。尤其是将设在传感器组件内部的测量元件彼此对齐，使得从其中一个传感器组件发送的测量信号，穿过传感器组件之间的间隙(和必要时穿过在间隙中输送的片状物)进入并被一个对置的传感器组件检测。为了准确和能再现地确定对置的传感器组件的相对位置，传感器组件配备有对接定位件，它们分别由至少两个分件组成。在每一个要对齐的传感器组件上设至少一个分件，在对置的传感器组件上为它配设作为配合件的另一个分件。通过多个对接定位件相应的分件接触，确定传感器组件准确的相对位置，这一位置即使在受外界的机械作用后，例如由于传感器组件固定件的振动或温度变化，也能准确地重新建立。分件触碰或接触的地点通过选择分件规定的表面形状预先规定。也就是说，分件接触点的位置和面积受到控制，而不会出现如在一般的情况下，例如基于公差会发生在随意选择的表面接触那样的随机状态。

为了固定彼此对置的传感器组件的相对位置以及稳定地保持分件的接触，施加压紧力，它将要对齐的对置的传感器组件互相压紧并保持在彼此对齐的相对位置上。压紧力优选地从背对片状物那一侧，例如沿平行于公共的传感器轴线，施加在一个或两个传感器组件的外壳上。与之不同，压紧力也可以施加在其上装有一个或多个传感器组件的安装板上。施加在传感器组件上的压紧力，不仅可以垂直于传感器组件的端侧平面和/或传感器组件分件中点的平面和/或对接定位件接触点的平面施加，而且可以沿一个不同于此垂直线的方向施加。所施加的压紧力的方向与优选地在连接至少三个这种分件的假想三角形内部的各自平面相交。在对接定位状态，压紧力例如以这样的方式施加在其中一个传感器组件上，即，压紧力的方向指向所述的连接一个传感器组件三个分件中点的三角形。压紧力的方向可例如选择为，在每个对接定位件上施加压紧力规定的最小分力，优选地施加在每个对接定位件上的压紧力分力大体相同。

对接定位件的分件可以固定在对置的传感器组件外壳上，外壳中装有传感器组件的测量元件。与之不同，分件也可以固定在一个(或多个)其上装有一个或多个传感器组件的承接装置上，或它们也可以固定在传感器组件一个或多个测量元件上。对接定位件的分件可以从传感器组件或从承接装置或从测量元件取下，或也可以与之持久连接。与之不同，分件也可以是各自传感器组件外壳或承接装置或测量元件固定的组成部分，也就是说，组合在传感器组件外壳内或承接装置内或测量元件内。例如可以在传感器组件外壳或承接装置或测量元件表面上设规定的位置，在此位置与对置的传感器组件的相应的分件，尤其与对置的传感器组件外壳或承接装置或测量元件的相应位置建立接触。这些位置可例如是设置的凹槽或隆凸，它们与对置的传感器组件相应的起配合件作用的分件相配。

此外，对接定位件本身也可以设计为，可通过压紧力稳定地保持对置传感器组件的相对位置并对齐。在这里不仅对接定位件的数量，而且其布局和固定以及接触的分件的材料和形状，均起重要的作用。

优选地，对接定位件设计为，传感器组件的相对位置不重复确定。在重复确定的情况下，对置的传感器组件的相对位置只能不精确地调整，因为应实施对齐的那些机械零件有不可避免的加工公差，它们一般会允许有多个略有不同的相对位置。即使有高的加工精度，但例如在受外界机械作用后造成的不准确度，仍会导致传感器的去校准。一种排除重复确定的措施在于，正好使用三个对接定位件，它们各有形状恰当的分件。规定用于彼此接触的分件分别装在对置的传感器组件恰当的位置上。这些分件在它们规定用于彼此接触的表面设计为，传感器组件的相对位置不重复确定。

通过选择正好三个对接定位件，使传感器组件的相对位置就垂直于传感器组件端侧平面的移动运动而言单一地确定。此外，这些分件在它们规定用于接触的表面例如设计有下列形状：三个对接定位件的每一个的各一个分件有凸起的或向外曲拱的形状，例如球形。三个配合分件则有不同的形状，为的是能满足下列功能：通过其中一个对接定位件的配合分件仅构成就垂直于传感器组件前例平面的移动运动而言的三个止挡之一。另一个对接定位件的配合分件则通过涉及的这个对接定位件既确定了第二止挡，又确定了旋转点，传感器组件可绕此旋转点在传感器组件的端侧平面内彼此相对转动。另一个对接定位件的配合分件提供第三止挡并确定传感器组件的相对定向，确切地说，涉及在传感器组件端侧平面内围绕上述旋转点的转动。因此在对接定位状态两个传感器组件彼此既不能相对平移运动也不能旋转运动。以此方式传感器组件可以无间隙地相互定位。

此外，为了尽可能准确地确定传感器组件的相对位置，有利地将三个对接定位件彼此尽可能远离地排列在传感器端侧平面内。优选地，两个设置为配合件的分件在尽可能小的接触面上接触，由此避免出现磨损和沉积污垢。

鉴于传感器的维修，有利的是，传感器组件在其交付前已经预校准，使一个在用户那里处于工作状态的传感器在替换其传感器组件之一后不必重新校准。为了进行所述的预校准，优选地将第一传感器组件与预校准设备固定连接。接着将第二传感器组件安置在通过对接定位件规定的相对于第一传感器组件的相对位置，并借助压紧力固定在那里。然后，为了准确对齐这两个传感器组件，将两个传感器组件的测量元件彼此对齐，使此传感器能最佳地工作。在实施预校准后，借助对接定位件规定的对置传感器组件的相对位置，对应于对置的传感器组件的测量元件彼此对齐的位置。因此对接定位件规定了对置的传感器组件对齐的相对位置。以此方式，这种规定彼此对置布置的传感器组件，可以在它们被交付前就已经针对它们的相对位置进行了预校准。有利地，多个第二传感器组件可以与设在校准设备上的一个第一传感器组件对齐或被预校准。附加地也可以预校准另一些第一传感器组件，从而可以将任何已预校准的第一和任何已预校准的第二传感器组件，无需其它校准地组合为一个能正常工作的传感器。

在预校准后，已预校准的那些共同构成一个传感器的传感器组件可以应用于检验片状物的设备中。优选地准备好多个经预校准的传感器组件，它们可个别替换。在这里有利地也可更换一个传感器的个别传感器组件，以及，在没有必要进行重新校准的情况下，用其他单个经预校准的传感器组件替换。通过所述经预校准和可机器伸达地更换的传感器组件，可以用低费用地替换传感器或传感器组件，此时仅需短时间地中断设备的运行。

按本发明传感器的传感器组件可以是不同类型传感器的组成部分，例如机械传感器、磁力传感器、电容传感器、UV、UIS或IR光传感器或超声波传感器。

应用按本发明的传感器检验的片状物可例如是钞票、有价票券、票或类似物。用于检验片状物的设备例如是钞票处理机。

下面借助附图举例说明本发明。其中：

图1a表示校准设备的剖面，作为范例在其上侧装设两个彼此对齐的传感器组件；

图1b表示两块安装板的剖面，作为范例在它们上侧分别装设一个借助对接定位件彼此对齐的传感器组件；

图2a、b表示第一对接定位件两个互相接触的分件的剖面(图2a)以及有平的表面的分件前视图(图2b)；

图3a、b表示第二对接定位件两个互相接触的分件的剖面(图3a)以及空心棱柱体分件的前视图(图3b)；

图4a、b表示第三对接定位件两个互相接触的分件的剖面(图4a)以及空心圆锥体分件的前视图(图4b)；

图5表示两个传感器组件的立体图，其中一个从工作位置转出，包括三个作为范例布置的对接定位件，对接定位件的分件仅示意表示；以及

图6a、b表示三个半剖的对接定位件在对接定位前(图6a)和在对接定位状态(图6b)的立体图。

参看图1b，一个传感器例如由两个对置的传感器组件30、31组成，在它们之间设一个间隙S，在间隙内进行片状物的输送(沿方向P垂直走出图纸平面)。这两个对置的传感器组件30、31分别有一个外壳40、41以及设置在各自的外壳内的测量元件45、46(在图1a、1b中仅示意表示)。为了确定传感器组件30、31的相对位置，在传感器组件30、31上安置多个对接定位件5(未表示)、6和7，它们分别由两个分件组成。在传感器组件30上每个对接定位件各设一个分件，为它在对置的传感器组件31上分别配设另一个分件作为配合件。通过多个对接定位件彼此对应的分件的接触，确定传感器组件30、31准确的相对位置。对接定位件5、6、7的分件在图示的例子中固定在对置的传感器组件30、31的外壳40、41上。

参见图1a、1b，将要对齐的对置的传感器组件30、31互相压紧并保持在彼此对齐位置上的压紧力F，例如沿平行于共同的传感器轴线A的方向，从背对片状物那一侧施加在传感器组件30的外壳40上。

参见图1a，为使对置的传感器组件30、31构成一个能正常工作的传感器，传感器组件30、31的测量元件45、46在校准设备10上彼此准确对齐。在使用光学传感器的情况下，例如光源、光探测器、弥散元件、窗或透镜均属于测量元件。彼此对齐尤其实施为，使得从其中一个传感器组件放送的测量信号，可通过传感器组件30、31之间的间隙和必要时穿过被输送的片状物，由对置的那个传感器组件检测。为了预校准传感器组件30、31，优选地将一个传感器组件31与校准设备10固定连接，以及另一个传感器组件30首先借助校准设备10预定位。接着将传感器组件30安置在通过对接定位件5、6、7规定的位置上，并在那里借助压紧力F固定。在这之后实施测量元件45、46的对齐，通过对接定位件5、6、7规定的对置传感器组件30、31的相对位置，与传感器组件30、31测量元件45、46互相对齐的位置一致。因此对接定位件5、6、7规定了对置的传感器组件30、31彼此对齐的相对位置，以此方式它们被预校准。

图1b表示检验片状物的设备的截面，例如钞票处理机，它有两个传感器组件30、31，它们分别设在安装板20、21上。安装板20、21借助铰链18可翻转地互相连接。不过安装板21只用于传感器组件30的预定位。如在校准设备中那样，传感器组件30接着被安置在通过对接定位件规定的位置上，并在那里借助压紧力F固定。基于在对接定位件5、6、7上的预校准和定位，得到对置的传感器组件30、31彼此对齐的相对位置，传感器组件因而构成一个可正常工作的传感器。经预校准的传感器组件可以机器伸达地更换，无需针对已装入的传感器组件重新校准。

为了避免传感器组件相对位置的重复确定，使用正好三个对接定位件5、6、7，它们各有两个恰当形状的分件。通过专门设计分件表面，预先规定分件的接触点或接触面。由此可以保证，传感器组件30、31在施加压紧力的情况下，既不能相对彼此实施平移，又不能相对彼此实施旋转运动，而且它们的相对位置不被重复确定。因此在对接定位状态，传感器组件30、31在理想的情况下绝无间隙地相互定位。

例如三个对接定位件5、6、7每一个的各一个分件均有凸起的或向外曲拱的形状，而三个配合分件则有不同的形状，可参见图2、3、4和6。例如一种具体的方案在于这三个对接定位件5、6、7的下述设计：

a)第一对接定位件5凸起的分件50或50′在其表面呈球状。规定作为配合件的分件51、51′有平的表面。这两个第一分件50和51或50′和51′在理想情况下只在一点接触，实际上则在一个近似点状的面上接触(见图2a、b，6a、b)。

b)第二对接定位件6凸起的分件60或60′可以按选择设计为球状，或也可以设计为在其(面朝分件61或61′的)端侧削平的球状。规定作为配合件的分件61、61′在其表面有两个面，它们相对于传感器组件的端侧平面倾斜，可参见3a、b，6a、b。这两个面例如作为V形槽沉入分件61中，以及(至少它们的部分面)构成三角形空心棱柱体的两侧，空心棱柱体的顶面朝其上安装分件61的那个传感器组件的方向。也可以取代分件61使用分件61′，它有具有截顶的三角形空心棱柱体的形状，可参见图6a、b。这两个第二分件60和61或60′和61′在理想情况下总是在两点接触，实际上则在两个近似点状的面上接触。在分件60、60′为削平的球状的情况下，应确保这两个接触点处于其球形区内。

c)第三对接定位件7凸起的分件70或70′同样可以按选择设计为球状，或也可以设计为在其(面朝分件71或71′的)端侧削平的球状。规定作为配合件的分件71、71′在其表面有(顶部被截的)空心圆锥体的形状，尤其空心圆锥体外表面的形状，可参见4a、b，6a、b。与之不同，分件71、71′也可以有未截顶的空心圆锥体(外表面)的形状。这两个第三分件70和71或70′和71′在理想情况下在一个圆上接触，实际上在一个近似圆形的面上接触(见图6a、b)。在分件71、71′为削平的球状的情况下，应确保接触面处于其球形区内。

为了图示空间布置，在图6中示出了三个对接定位件5、6、7，它们包括分件50′、51′、60′、61′、70′、71′，确切地说，示出了对接定位前(图6a)和对接定位之后的状态(图6b)。此外，在图6a、b中画了一些连接分件50′、60′、70′或分件51′、61′、71′中点得出的三角形，以及一些辅助线及在对接定位状态各接触分件的接触点或接触线。在对接定位状态，压紧力F例如以这样的方式施加在包括分件50′、60′、70′的传感器组件30上，即，使压紧力F的方向朝着连接分件50′、60′、70′中点的三角形。压紧力F不仅可以垂直于三角形的平面，也可以相对此平面倾斜地施加。例如在传感器组件相应的装入位置，在有重力影响的情况下，则需要倾斜地施加压紧力F。

如图5所示，凸起的分件可例如设在一个传感器组件上，以及配合分件设在与之对置的那个传感器组件上。不过每一个对接定位件5、6、7凸起的和各自的配合分件也可以互相交换，也就是说，分别设在另一个传感器组件上。因此在一个传感器组件上既可以设凸起的分件也可以设配合分件。

为了尽可能准确地确定传感器组件的相对位置，对接定位件5、6、7应在各自传感器组件端侧平面内部彼此尽可能远离地排列。尤其是，包括空心棱柱体分件61、61′的对接定位件6与包括空心圆锥体分件71、71′的对接定位件7之间的距离，应选择得尽可能大，以获得所述布局高的角向精度，可参见图5。这意味着，由此可以获得有关传感器组件在传感器组件端侧平面内(绕空心圆锥体分件71、71′作为支点)的(微量)相对旋转运动的高精度。此外，分件61、61′三角形空心棱柱体凹槽的定向应选择为，使它朝向有空心圆锥体分件71、71′的对接定位件7，可参见图5中的方向L。以此方式可以更进一步优化角向精度。

显然，对接定位件5、6、7分件在传感器组件上的配置精度，相对而言并非关键。在这里只是保证，相应的规定用于彼此接触的分件，能相互同时进入接触。在这里需要由分件51、51′、61、61′、71、71′侧向尺寸(在传感器组件端侧平面内测量的尺寸)得出的定位精度。例如作为分件相对距离的精度使用分件二分之一侧向直径就够了。

Claims (26)

1.一种用于检验片状物的传感器，包括至少两个传感器组件(30、31)，其中，所述至少两个传感器组件(30、31)布置在设计用于输送片状物的输送路径的对置侧，其特征为，至少两个彼此对置的传感器组件(30、31)的相对位置通过至少一个对接定位件(5、6、7)这样地确定，使得所述对置的传感器组件(30、31)彼此对齐，其中，至少其中一个所述对接定位件(5、6、7)具有至少两个分件(50、51；50′、51′；60、61；60′、61′；70、71；70′、71′)，它们互相接触，在每一个要对齐的传感器组件上设至少一个分件，在对置的传感器组件上为该至少一个分件配设作为配合件的另一分件。 

2.按照权利要求1所述的传感器，其特征为，彼此对置的传感器组件(30、31)通过施加的压紧力保持彼此对齐。 

3.按照权利要求1或2所述的传感器，其特征为，至少两个彼此对置的传感器组件(30、31)的相对位置通过至少一个对接定位件(5、6、7)这样地确定，使得至少一个从其中一个所述传感器组件(30、31)发出的测量信号，可以被至少一个与该传感器组件对齐的、对置的传感器组件(30、31)检测到。 

4.按照权利要求1或2所述的传感器，其特征为，至少两个彼此对置的所述传感器组件(30、31)彼此这样实现对齐，即，使它们构成一个能正常工作的传感器。 

5.按照权利要求2所述的传感器，其特征为，所述压紧力通过至少一个气动或液压工作缸和/或通过一个或多个张紧弹簧产生。 

6.按照权利要求1或2所述的传感器，其特征为，至少其中一个所述对接定位件(5、6、7)的分件使至少两个彼此对置的所述传感器组件(30、31)接触。 

7.按照权利要求1或2所述的传感器，其特征为，至少其中一个所述对接定位件(5、6、7)的分件布置在至少两个彼此对置的所述传感器组件(30、31)的互相面对侧面上。 

8.按照权利要求1或2所述的传感器，其特征为，所述对接定位件(5、6、7)的分件设计为，可以使至少两个彼此对置的所述传感器组件(30、31)的相对位置不被重新确定和/或能准确再现。 

9.按照权利要求1或2所述的传感器，其特征为，至少两个彼此对置 的传感器组件(30、31)的相对位置通过多个不同的对接定位件(5、6、7)确定。 

10.按照权利要求1或2所述的传感器，其特征为，所述至少两个分件(50、51；50′、51′；60、61；60′、61′；70、71；70′、71′)只在预定处接触。 

11.按照权利要求1或2所述的传感器，其特征为，至少两个互相接触的分件(50、51；50′、51′；60、61；60′、61′；70、71；70′、71′)通过压紧力保持相互接触。 

12.按照权利要求1或2所述的传感器，其特征为，至少其中一个所述互相接触的分件(50、50′、60、60′、70、70′)固定在第一传感器组件(31)上，以及至少另一个所述互相接触的分件(51、51′、61、61′、71、71′)固定在与所述第一传感器组件(31)对置的第二传感器组件(30)上。 

13.按照权利要求1或2所述的传感器，其特征为，至少其中一个第一接触分件(50、50′、60、60′、70、70′)在设计用于与其中一个第二接触分件(51、51′、61、61′、71、71′)接触的那一侧具有一向外曲拱的表面。 

14.按照权利要求13所述的传感器，其特征为，所述表面呈球状或截平的球状。 

15.按照权利要求1或2所述的传感器，其特征为，两个彼此对置的所述传感器组件(30、31)的相对位置通过三个对接定位件(5、6、7)确定。 

16.按照权利要求15所述的传感器，其特征为，所述三个对接定位件(5、6、7)的每一个都具有一第一分件，该第一分件在其设计用于与各自的对接定位件(5、6、7)的第二分件的端侧接触的端侧具有一向外曲拱的表面。 

17.按照权利要求16所述的传感器，其特征为，所述表面呈球状。 

18.按照权利要求16所述的传感器，其特征为，三个所述对接定位件(5、6、7)中的第一个的所述第二分件(51、51′)在其端侧具有一平的表面，以及三个所述对接定位件(5、6、7)中的第二个的所述第二分件(71、71′)在其端侧具有空心圆锥体或空心截锥体的外表面的形状，以及，三个所述对接定位件(5、6、7)中的第三个的所述第二分件(61、61′)在其端侧有空心棱柱体或空心截棱柱体的形状。 

19.一种检验片状物的设备，包括至少一个按照前列诸权利要求中任一项所述的传感器。 

20.一种按照权利要求1至18中任一项所述传感器的一个或多个传感器组件的预校准方法，其特征在于下列步骤： 

-在校准设备(10)上安装第一传感器组件(31)， 

-在一个通过一个或多个对接定位件(5、6、7)规定的两个传感器组件(30、31)的相对位置将第二传感器组件(30)定位在第一传感器组件(31)旁， 

-将所述第二传感器组件(30)一个或多个测量元件与所述第一传感器组件(31)一个或多个测量元件对齐，以预校准所述第二传感器组件(30)。 

21.按照权利要求20所述的预校准方法，其特征为，多个第二传感器组件(30)借助于所述方法与所述第一传感器组件(31)预校准。 

22.按照权利要求21所述的预校准方法，其特征为，所述第一传感器组件无需其它校准就可以与任意一个经预校准的所述第二传感器组件(30)组合为一能正常工作的传感器。 

23.按照权利要求20至22中一项所述的预校准方法，其特征为，除了预校准一个或多个所述第二传感器组件(30)外，附加地预校准另一些第一传感器组件(31)。 

24.按照权利要求23所述的预校准方法，有下列步骤： 

-在这一个或另一个校准设备上安装第二传感器组件(30)， 

-在一个通过一个或多个对接定位件(5、6、7)规定的两个传感器组件(30、31)的相对位置将所述第一传感器组件(31)定位在所述第二传感器组件(30)旁， 

-将所述第一传感器组件(31)一个或多个测量元件与所述第二传感器组件(30)一个或多个测量元件对齐，以预校准所述第一传感器组件(31)。 

25.按照权利要求23所述的预校准方法，其特征为，一个或多个经预校准的所述第二传感器组件，无需其它校准就可以与任意一个经预校准的所述第一传感器组件组合为一能正常工作的传感器。 

26.按照权利要求20至22中一项所述的预校准方法，其特征为，一个或多个所述第一传感器组件(31)和/或一个或多个所述第二传感器组件(30)，在它们被交付前和/或在它们安装在一个用于检验片状物的设备上之前被实施预校准。 

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