CN1121604C - 测定付款单元中的薄膜厚度和图形对正的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于测定涂覆在绝缘表面例如预付电话借方卡中的付费单元上的导电金属图形厚度的装置，包括等于所述卡内付费单元数目的多个感测模块，每个模块包括一个振荡器(30)，振荡器里面的电感通过一对与相应的付费单元(25)的正确位置对准的共线感测线圈(24a，24b)提供，所述感测组合体的输出(26)连接到一个A/D转换器(40)的输入端，后者的输出则连接到配备有存储装置的计算装置(11，21)。所述振荡器轮流输出要被转换成数字数值的电压。转换器参数根据存储在所述存储器里的系数对每个感测模块进行调整以补偿元件变化、感测线圈的位置等等。用计算装置根据各感测模块专用的转换曲线(53)处理所得到的数字数值，以提供薄膜厚度。

Description

测定付款单元中的薄膜厚度和图形对正的装置和方法

技术领域

本发明涉及测定淀积在绝缘表面上导电金属层的厚度，更具体地说，涉及用在例如这里引用作为参考的文献PI(BR)7804885，PI(BR)9201380-5以及PI(BR)9304503-4所叙述的感应式借方卡上面的付款单元的生产中的金属薄膜的厚度的测量。

背景技术

基于X射线衍射测量金属层厚度的方法已为众所周知，但是这些方法的费用以及所需要的时间把它们限制得仅用在实验室中进行高精度的测量。

此外，目前已知的方法都不对卡片生产中出现的对正误差进行适当地检测，即涂覆在卡片上的金属付款单元图形与其边缘的位置失配。

发明内容

鉴于上述情况，本发明的主要目的是提供一种能够以最低误差范围和低费用快速有效测量所述金属薄膜厚度的装置。

一个另外的目的是检测在涂覆付款单元期间的错误对正，即那些付款单元的实际位置和它们相对于卡片边缘的理想位置之间的失配，所述失配反映出卡片不能使用。

本发明使用包括一个感测组合体的装置达到上面的目的，感测组合体由多个感测模块组成，每个模块包括一个振荡器，振荡器中的电感由放置在与其相关的付款单元的正确位置一致的感测线圈提供，每个传感器由控制过程的计算装置发出的脉冲每次一个地单独赋能，振荡器输出电压耦连到用于将它转换为数字数值的装置，再由所述计算装置根据存储在存储装置中的系数进行处理以报告出金属层的厚度。

本发明的用于测定涂覆在电感式借方卡上的付款单元中的薄膜厚度和图形对正的装置，其特征在于包括一个由等于所述卡内的付款单元数目的多个感测模块组成的感测组合体(27)，每个模块包括一个其中电感由一对共线线圈(24a，24b)提供的振荡器(30)，共线线圈的纵轴与其相应的付款单元(25)的正确位置对准，所述感测组合体的输出(26)连接到一个A/D转换器(40)的输入端，转换器的输出连接到配备有装载着用于厚度计算的软件以及与每个独立感测模块有关的数据的存储装置的计算装置(11，21)。

根据本发明的装置，图形对正通过其中感测线圈(62，63，64)放在付款单元阵列的区域之外的另外感测模块来检验。

根据本发明的装置，每一个所述感测模块都包括一个考毕兹振荡器。

根据本发明的装置，在感测组合体(27)的输出端和A/D转换器(40)的输入端之间插入一个齐纳二极管(37)。

根据本发明的装置，把一个第一数控电位器(39)连接到所述A/D转换器(40)的输入通路，其中所述第一数控电位器的控制端(39′)连接到所述计算装置(21)。

根据本发明的装置，把一个第二数控电位器和一个第三数控电位器(41，42)连接到A/D转换器的满程和零电压端，其中所述第二、第三数控电位器控制端(41′，42′)连接到所述计算装置(21)。

根据本发明用于测定涂覆在电感式借方卡的付款单元中的薄膜厚度和图形对正的方法，包括：

●在付款单元阵列内选择至少一个要被测试的位置；

●从计算装置(11，21)的存储器中读取与所述选出位置相应的感测模块的有关系数；

●通过将CPU(21)产生的控制信号馈给分别连接到A/D转换器(40)的信号输入端、满程和零压端的第一、第二和第三数控电位器(39，41，42)的控制端(39′，41′，42′)来预置所述转换器，所述控制信号系从所述系数导出。

●通过根据与阵列里面的所述位置以及制出所述薄膜的金属合金相关的转换曲线处理从所述A/D转换器输送到计算装置(21，11)的数字数值计算出薄膜厚度。

在上述方法中，存储在计算装置(11，21)的存储器中的所述系数和所述转换曲线的数值系通过预先在已知金属膜厚度的标准卡片上进行测量所确定出来的。

根据本发明的一个特点，所述系数是预先使用已知金属膜厚度的标准卡片以单独校准的方式对付款单元阵列中的每一个位置测定出来的。

根据本发明的再一个特点，提供放置在付款单元矩阵之外的传感器，使得能够测量涂覆的付款单元图形内的对正误差。

根据本发明的又另一个特点，装置可以整体检查卡片中的全部付款单元，因而能够摒弃那些内部有一个或多个付款单元因制造缺陷而开露的卡片。

本发明的上述特点以及其他方面和优点，通过叙述附图示出的具体实施例(作为例子但没有限制的意思)将变得更为明显，在附图中：

附图说明

图1示出根据本发明的原理建造的测试装置及其外接控制设备例如PC兼容微计算机的连接方框图；

图2示出一个根据本发明建议的装置的更详细的视图；

图3说明用于一个感测模块的校准曲线，示出根据本发明允许将测得的电压数值转换为金属层厚度的要素；

图4示出根据本发明检测对正失准的原理。

具体实施方式

现在更详细地参照图1中的方框图，所建议的装置20包括以下部件：

●控制板21即CPU-A/D，包括微控制器、模/数转换器(A/D)、

存储器和附件；

●解码卡CEO22，包括通过单独的线路23控制传感器矩阵中每个

振荡器工作的地址解码器；

●感测组合体27，包括与卡片中的付款单元数目一样的多个感测模

块，每个模块除振荡器外，还包括一对共线的感测线圈24a-

24b，其铁芯的内端形成一个用于放入付款单元25的缝隙，所述

缝隙的宽度稍稍大于卡片厚度，以允许偶然的不一致性。

仍然根据图1，装置20连接到一个通过使用标准化的协议例如RS232的串行通信线路46控制测量过程的PC微计算机11。

现在参照图2，可以看到，感测组合体27包括多个感测模块30，每个感测模块包括一个考比兹振荡器，其中构成振荡器回路的线圈就是电感传感器24a和24b。这种振荡器具有产生一个幅度正比于电感线圈负载的交流信号的特性。考虑到所述负载随金属层的特性(厚度、导电率)以及付款单元状态(开路或短路)而变化，对于已知的合金来说，得出感测线圈的引线之间的信号幅度与金属膜的厚度成反比例。

所有振荡器中的晶体管31通常都是截止的，振荡靠部件CEO 22借助于经由线路组23中的一条线路加于晶体管基极上的正电压脉冲32单独起振。这个脉冲的持续时间33显著大于振荡器达到稳态工作所必须的时间，这就消除了任何可能的暂态过程的影响。出现在晶体管31的集电极上的部分振荡电压被二极管34整流并被电容器35滤波，结果就得到一个持续时间等于上述命令脉冲32的相当好的矩形脉冲36。

脉冲36的幅度远大于可以被加于A/D转换器40上的最大电压。为此，用一个齐纳二极管37与转换器的输入端串联，以从所述脉冲36减去一个常数电压，结果就得到一个较低幅度的脉冲38输送到所述转换器40的输入端，用于转换成一个数字数值。

所述输送通过一个数值由CPU21通过将信号加于控制端39′的办法来调整的第一数控电位器39进行。由于每个振荡器的元件之间存在差异，而且振荡电压受到阵列里面感测圈的位置影响(离边缘多还是少等等)，这个调整需对每个感测模块30单独进行。用于调整这个电位器的数据系预先在使用已知厚度的标准卡片校准装置期间测定出来并存储在CPU的存储器(未示出)中。

第二、第三数控电位器41和42以同样的方法用来自CPU的控制信号微调，其调整系对104个感测模块的每一个专门进行：第一调整A/D转换器的满程，第二个为所述转换器建立最低电压信号(零电信，相当于最厚的金属膜)。正如前面所述，第一数控电位器39限制加于转换器输入端的最大电压数值。

在那些电位器被调整正确之后，转换器的输出对前面看到的最厚金属层将等于零，并且对于制造借方卡期间预计最薄的膜等于255。为了提供数字数值与金属膜厚度(E)之间的正比关系，转换器40的输出要被CPU 21处理以生成该输出的255的补余数。

这一步骤之后，在有几个位置被编程测试的情形下，所述CPU向CEO 23送出下一个要被测试位置的地址。所述数字数值通过串联接口45和线路46传送到微计算机11(示于图1)，后者对这一结果进行处理以报出金属层的实际厚度。

计算这一厚度借助于每个感测模块的转换曲线进行(已经说过，转换曲线随元件的特性和传感器在矩阵中的位置而定)。于是，本实例中104个模块的每一模块都具有一个可以用一个或多个直线段来近似的转换曲线。图3用一个线段53举例说明这一曲线的近似，线段53用两个系数即直线系数b和角度系数m定义。因此，对于矩阵里面的每个位置，厚度都将通过表示式E＝(VN×m)+b计算出来，其中VN为传送到CPU的数字数值。

如前所述，每一个感测模块的特性曲线可以通过2、3或更多的直线段来更精确地近似，每个线段都用一个专门的角度系数(m1，m2，等等)和一个专门的直线系数(b1，b2，等等)来定义。显然，在这些情形下，计算薄膜厚度的公式将比通过一个单一线段近似所使用的公式要复杂得多。

一旦算出卡片中一个或多个付款单元的厚度数值，就可把这些数值存储、打印、传送到其他装置等等，或者甚至(在厚度数值超出容许误差限度时)用于触发报废卡片的警报器等等。在付款单元由于制造缺陷而断裂的情形，这一事实将被装置解释为“厚度不够”而导致卡片报废。

除了厚度测定之外，所建议的装置还允许测定偶而发生的对正误差。为此目的，在卡片上设置一个非金属窗口，所述窗口(矩形或方形)位于付款单元阵列以外的涂覆区内。感应式传感器组以同样的方式配备附加感测模块，其线圈放置得与所述窗口相一致。

图4示出对正误差测定的原理。考虑窗口60的一个边缘61，可以看到感应式传感器铁芯的三个可能的大致位置。在图4-a中，铁芯62整个地放在无涂覆区上，故而在金属层中感生的电流最低；因此振荡器端子上的电压将最大。图4-b示出铁芯63的一部分位于涂覆区域上一部分位于窗口上的一个位置；在这一情形下会产生一些负载；因此，振荡幅度会比上面的小些。最后，在图4-c中，铁芯64整个地位于金属涂覆区域上。振荡器线圈负载最高；因而振荡电压最小。

通过适当选择窗口尺寸和位置以及相应的电感式传感器的位置，就有可能检测出涂覆在卡片上的金属图形无论是在纵方向还是在横方向的偏差以及图形相对于卡片轴线的旋转。

显然，用传感器检出的电压数值将根据卡片上金属层的厚度变化，因此，要有一个适当的软件来解释由所述对正传感器提供的数值。

像前面一样，最大和最小可接受测量电平必须预先通过具有已知对正失配度的标准卡片测定。把这些数值存储在计算机的存储器中，以便能够摒弃所述对正误差超过对正确位置的可允许偏差的那些卡片。

虽然本发明是以具体实施例为基础叙述的，但显然可以引入各种变例和修改，而不需要超出本发明概念的范围。于是，例如说，只要有足够的存储器可用，并且装上全部必要的软件，则全部的数据处理都可由装置的CPU 21来做，从而消除对使用微计算机11的需要。

此外，虽然本叙述说明了用于测试具有104个单元(100个付款单元和4个用于定位/有效性的单元)的卡片的装置，但不用说本发明的原理同样适用于具有任何数量单元的卡片，甚至可用于测量涂在绝缘材料上的连续金属层的厚度。

Claims (8)

1.用于测定涂覆在电感式借方卡上的付款单元中的薄膜厚度和图形对正的装置，其特征在于包括一个由等于所述卡内的付款单元数目的多个感测模块组成的感测组合体(27)，每个模块包括一个其中电感由一对共线线圈(24a，24b)提供的振荡器(30)，共线线圈的纵轴与其相应的付款单元(25)的正确位置对准，所述感测组合体的输出(26)连接到一个A/D转换器(40)的输入端，转换器的输出连接到配备有装载着用于厚度计算的软件以及与每个独立感测模块有关的数据的存储装置的计算装置(11，21)。

2.根据权利要求1要求的用于测定涂覆在电感式借方卡上的付款单元中的薄膜厚度和图形对正的装置，其特征在于图形对正通过其中感测线圈(62，63，64)放在付款单元阵列的区域之外的另外感测模块来检验。

3.根据权利要求1要求的用于测定涂覆在电感式借方卡上的付款单元中的薄膜厚度和图形对正的装置，其特征在于每一个所述感测模块都包括一个考毕兹振荡器。

4.根据权利要求1要求的用于测定涂覆在电感式借方卡上的付款单元中的薄膜厚度和图形对正的装置，其特征在于在感测组合体(27)的输出端和A/D转换器(40)的输入端之间插入一个齐纳二极管(37)。

5.根据权利要求1要求的用于测定涂覆在电感式借方卡上的付款单元中的薄膜厚度和图形对正的装置，其特征在于把一个第一数控电位器(39)连接到所述A/D转换器(40)的输入通路，其中所述第一数控电位器的控制端(39′)连接到所述计算装置(21)。

6.根据权利要求1要求的用于测定涂覆在电感式借方卡上的付款单元中的薄膜厚度和图形对正的装置，其特征在于把一个第二数控电位器和一个第三数控电位器(41，42)连接到A/D转换器的满程和零电压端的事实，其中所述第二、第三数控电位器控制端(41′，42′)连接到所述计算装置(21)。

7.用于测定涂覆在电感式借方卡上的付款单元中的薄膜厚度和图形对正的方法，其特征在于：

●在付款单元阵列内选择至少一个要被测试的位置；

●从计算装置(11，21)的存储器中读取与所述选出位置相应的感测模块的有关系数；

●通过将CPU(21)产生的控制信号馈给分别连接到A/D转换器(40)的信号输入端、满程和零压端的第一、第二和第三数控电位器(39，41，42)的控制端(39′，41′，42′)来预置所述转换器，所述控制信号系从所述系数导出；

●通过根据与阵列里面的所述位置以及制出所述薄膜的金属合金相关的转换曲线处理从所述A/D转换器输送到计算装置(21，11)的数字数值计算出薄膜厚度。

8.根据权利要求7要求的用于测定涂覆在电感式借方卡上的付款单元中的薄膜厚度和图像对正的方法，其特征在于存储在计算装置(11，21)的存储器中的所述系数和所述转换曲线的数值系通过预先在已知金属膜厚度的标准卡片上进行测量所确定出来的。

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