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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Echtheitsprüfung von Edelmetallformkörpern nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 15.
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Es ist bekannt Edelmetallformkörper, insbesondere Edelmetallbarren und -ronden, wie z. B. Goldbarren und Goldmünzen, vor dem Ankauf auf Echtheit zu prüfen. Üblicherweise wird hierbei das Gewicht des Körpers, in manchen Fällen zusätzlich das Volumen, ermittelt. Die sich daraus ableitende materialspezifische Dichte dient dann als Bewertungskriterium für die Echtheit des Edelmetallformkörpers. Eine solche Methode ist jedoch problematisch, da Fälschungen existieren, die eine äußere Beschichtung aus Gold aufweisen und im Inneren ein Material, wie beispielsweise Wolfram, das eine ähnliche Dichte aufweist wie Gold. Daher können solche aus Wolframlegierungen bestehende Barren mit einer äußeren Goldbeschichtung durch die Dichtebestimmungen nicht zweifelsfrei als Fälschung erkannt werden.
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Andere bekannte Verfahren zur Echtheitsprüfung sind beispielsweise die Röntgenfluoreszenzspektroskopie oder die Funkenspektroskopie. Diese prüfen jedoch lediglich die Materialeigenschaften an der Oberfläche oder im oberflächennahen Bereich und sind damit nicht geeignet, Fälschungen zu erkennen, die im Inneren ein anderes Material aufweisen.
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Ein weiteres Verfahren ist beispielsweise die Resonanzfrequenzprüfung. Diese Prüfung hat jedoch den Nachteil, dass die Form des Edelmetallkörpers einen Einfluss hat und daher Referenzmessungen zu jeglichen Formen von Edelmetallformkörpern vorliegen müssen.
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Darüber hinaus ist es bekannt, mit Ultraschallmessgeräten die Schallgeschwindigkeit eines Edelmetallformkörpers zu ermitteln, da die Schallgeschwindigkeit materialspezifisch ist. Allerdings existieren verschiedene Legierungen, die ähnliche Schallgeschwindigkeiten wie reine Edelmetalle aufweisen, so dass es zu Fehlinterpretationen kommen kann. Ferner besteht der Nachteil darin, dass die Schallgeschwindigkeit lediglich punktuell gemessen wird und nicht das gesamte Volumen erfasst wird.
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Zur zweifelsfreien Ermittlung der Echtheit werden gemäß einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren Edelmetallformkörper eingeschmolzen, um eine etwaige Trennung von Edelmetall und Fremdstoffen in der Schmelze zu erreichen. Dieses Verfahren ist jedoch sehr aufwendig und teuer.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Echtheitsprüfung von Edelmetallformkörpern von insbesondere Edelmetallbaren und Edelmetallronden zu schaffen, das eine zerstörungsfreie Materialprüfung erlaubt, einfach zu bedienen, schnell und zuverlässig ist.
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Die Erfindung sieht in vorteilhafterweise vor, dass ein Verfahren zur Echtheitsprüfung von Edelmetallformkörpern, insbesondere Edelmetallbarren und Edelmetallronden folgende Verfahrensschritte aufweist:
- – Abtastung des gesamten Volumens des zu untersuchenden Edelmetallformkörpers mittels mindestens eines Ultraschallmesssystems zur Ermittlung der Homogenität des Materials des Edelmetallformkörpers anhand der während der Abtastung gemessenen Messwerte,
- – Ermitteln der Schallgeschwindigkeit des Edelmetallformköpers an mehreren Messpunkten mit Hilfe des Ultraschallmesssystems,
- – Ermitteln mindestens eines zweiten von der Schallgeschwindigkeit abweichenden, materialspezifischen Kennwertes an den Messpunkten mit Hilfe des Ultraschallmesssystems,
- – Ermitteln des Edelmetalls und/oder des Edelmetallanteils des Edelmetallformkörpers durch Auswerten der Schallgeschwindigkeitsmessungen und des materialspezifischen zweiten Kennwertes durch Vergleich mit gespeicherten Referenzwerten.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht ein Vorteil darin, dass das gesamte Volumen des Edelmetallformkörpers abgetastet wird. Dafür wird der Edelmetallformkörper vorzugsweise mäanderförmig mittels des Ultraschallmesssystems abgetastet. Ein weiterer Vorteil ist, dass zusätzlich zur Schallgeschwindigkeit ein zweiter von der Schallgeschwindigkeit abweichender materialspezifischer Kennwert mit Hilfe des Ultraschallmesssystems ermittelt wird.
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Dadurch kann sichergestellt werden, dass das gesamte Volumen aus demselben Material besteht und zudem kann zuverlässig ermittelt werden, ob es sich tatsächlich um das angegebene Material handelt.
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Zur Ermittlung des materialspezifischen zweiten Kennwerts kann die Höhe der Amplitude der Ultraschallwelle vor Eintritt in den Edelmetallformkörper und die Höhe der Amplitude der Ultraschallwelle nach Austritt aus dem Edelmetallformkörper bestimmt werden.
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Der materialspezifische zweite Kennwert kann vorzugsweise abhängig sein von der akustischen Impedanz des den Edelmetallformkörper umgebenden Mediums, der Höhe der Amplitude der Ultraschallwelle vor dem Eintritt in den Edelmetallformkörper und die Höhe der Amplitude der Ultraschallwelle nach Austritt aus dem Edelmetallformkörper. Das den Edelmetallformkörper umgebende Medium ist vorzugsweise Wasser.
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Der materialspezifische zweite Kennwert kann die akustische Impedanz des Edelmetallformkörpers sein oder von dieser abhängig sein.
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Der Edelmetallformkörper kann vor dem Abtasten in einem Wasserbad platziert werden, so dass das den Edelmetallformkörper umgebende Medium Wasser ist.
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Es kann mittels des Ultraschallmesssystems ein Ultraschall-Durchschallungs-Verfahren ausgeführt werden, wobei ein Sender-Prüfkopf des Ultraschallmesssystems auf einer ersten Seite des Edelmetallformkörpers angeordnet ist und der Empfänger-Prüfkopf auf einer der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite angeordnet ist.
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Alternativ kann mittels des Ultraschallmessgeräts ein Impuls-Echo-Verfahren ausgeführt werden, wobei ein Sende-/Empfangsprüfkopf auf einer ersten Seite des Edelmetallformkörpers angeordnet ist.
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Beim Abtasten des gesamten Volumens des zu untersuchenden Edelmetallformkörpers kann die Laufzeit der Schallwelle durch den Edelmetallformkörper ermittelt werden.
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Beim Abtasten des gesamten Volumens des zu untersuchenden Edelmetallformkörpers kann die Laufzeit der Schallwelle zwischen dem Empfänger-Prüfkopf und dem Sender-Prüfkopf gemessen werden und mit der Laufzeit der Schallwelle zwischen Sender-Prüfkopf und Empfänger-Prüfkopf ohne dazwischen angeordneten Edelmetallformkörper verglichen werden und die Laufzeitdifferenz ermittelt werden.
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Zum Ermitteln der Homogenität kann die Laufzeit oder die Laufzeitdifferenz in einem farbkodierten Bild dargestellt werden, so dass Inhomogenitäten, insbesondere Fehlstellen oder Fremdmaterial aufgrund von farblichen Unterschieden auf dem Bild angezeigt werden.
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Zum Ermitteln der Schallgeschwindigkeit kann die Laufzeit des Ultraschallsignals durch den zu untersuchenden Edelmetallformkörper an den Messpunkten und die Dicke des Edelmetallformkörpers an den Messpunkten gemessen werden und die Schallgeschwindigkeit an den Messpunkten daraus ermittelt werden.
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Die Schallgeschwindigkeit kann während der Abtastung an mehreren Messpunkten z. B. aus den Schalllaufzeiten ermittelt werden. Auch kann die Dicke des Edelmetallformkörpers während der Abtastung an den Messpunkten z. B. aus den Schalllaufzeiten ermittelt werden.
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Alternativ kann die Schallgeschwindigkeit in separaten Ultraschallmessungen nach der Abtastung an mehreren Messpunkten ermittelt werden, wobei während der Abtastung Oberflächenbereiche ermittelt werden, die besonders eben bzw. glatt sind und die Messpunkte werden derart gewählt, dass sie in den besonderen ebenen bzw. glatten Oberflächenbereichen angeordnet sind.
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In einem weiteren Verfahrensschritt kann eine weitere Auswertung von Messwerten erfolgen, wobei insbesondere die Änderung des Frequenzspektrums des Ultraschallsignals durch FFT Analyse ermittelt werden kann.
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Ferner kann eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–14 vorgesehen sein. Die Vorrichtung weist vorzugsweise folgende Merkmale auf:
- – ein Ultraschallmesssystem, das ein Ultraschallgerät und einen Sender-Prüfkopf sowie einen Empfänger-Prüfkopf aufweist,
- – ein Wasserbad, in dem ein Edelmetallformkörper zwischen Sender-Prüfkopf und Empfänger-Prüfkopf des Ultraschallmessgerätes plazierbar ist,
- – eine Auswerteeinheit,
- – eine Anzeigeeinheit.
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Die Auswerteeinheit kann Messdaten des Ultraschallmesssystems auswerten und dabei die Homogenität des im Wasserbad platzierten Edelmetallformkörpers sowie die Schallgeschwindigkeit des Edelmetallformkörpers und einen weiteren materialspezifischen zweiten Kennwert ermitteln, wobei die ermittelten Werte mit in der Auswerteeinheit gespeicherten Daten verglichen werden und die Anzeigeeinheit das Material anzeigt.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen schematisch:
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1 eine Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zur Echtheitsprüfung von Edelmetallformkörpern,
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2 Edelmetallformkörper, bei dem die Wegstrecke des Ultraschallmessgeräts beim Abtasten des gesamten Volumens dargestellt ist,
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3 das Display der Anzeigeeinheit beim Abtasten des Volumens,
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4 das Display der Anzeigeeinheit, bei dem ein 24 Karat Goldedelmetallformkörper untersucht worden ist,
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1 zeigt eine Vorrichtung zur Echtheitsprüfung von Edelmetallformkörpern. Die Vorrichtung 1 weist ein Ultraschallmesssystem 14 auf, wobei mit dem Ultraschallmesssystem 14 ein Ultraschall-Durchschall-Verfahren ausgeführt werden kann. Alternativ könnte auch ein Ultraschallmesssystem verwendet werden, mit dem ein Impuls-Echo-Verfahren ausgeführt werden kann. Das dargestellte Ultraschallmesssystem 14 weist einen Sender-Prüfkopf 16 und einen Empfänger-Prüfkopf 18 auf. Der Sender-Prüfkopf 16 und der Empfänger-Prüfkopf 18 sind über einen Arm 2 miteinander verbunden, so dass beim Verfahren des Ultraschallmesssystems 14 der Sender-Prüfkopf 16 und der Empfänger-Prüfkopf 18 stets gegenüberliegend angeordnet sind.
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Ferner weist die Vorrichtung 1 einen Behälter 8 auf, in dem Wasser 3 angeordnet ist. In dem Wasser 3 ist der zu untersuchende Edelmetallformkörper 4 angeordnet, der mittels nicht dargestellten Halteelementen in dem Wasser 3 gehalten wird. Das Ultraschallmesssystem 14 ist derart angeordnet, dass der Sender-Prüfkopf 16 des Ultraschallmesssystems auf einer ersten Seite des Edelmetallformkörpers 4 und der Empfänger-Prüfkopf 18 auf der der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Edelmetallformkörpers angeordnet ist. Sowohl Sender-Prüfkopf 16 als auch Empfänger-Prüfkopf 18 sind ebenfalls in dem Wasserbad 3 angeordnet. Mittels des Wassers können die Ultraschallwellen besonderes effektiv in den Edelmetallformkörper 4 eingekoppelt werden.
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Sowohl der Sender-Prüfkopf 16 als auch der Empfänger-Prüfkopf 18 sind piezoelektrische Ultraschallprüfköpfe. Der gesamte Arm 2 des Ultraschallmesssystems 14 ist über einen Haltearm 6 mit einem Motor verbunden. Das Ultraschallmesssystem 14 kann mittels des Haltearms 6 dreidimensional bewegt werden.
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Die mit dem Ultraschallmesssystem 14 ermittelten Daten können an einer Auswerteeinheit 10 übermittelt werden. Mit der Auswerteeinheit 10 ist eine Anzeigevorrichtung 12 verbunden. Die Anzeigevorrichtung 12 weist ein Display auf, an dem die Messergebnisse angezeigt werden können.
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In einem ersten Verfahrensschritt kann das Volumen des Edelmetallformkörpers 4 abgetastet werden. Es wird ein sogenannter Volumenscan ausgeführt.
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Bevor der Volumenscan ausgeführt wird, wird zunächst mittels des Ultraschallmesssystems 14 ermittelt, welche Ausmaße der untersuchende Edelmetallformkörper hat, so dass beim Abtasten das Ultraschallmesssystems lediglich entlang des Edelmetallformkörpers verfährt. Dazu wird in einem ersten Schritt beispielsweise die Breite B und die Länge L durch Verfahren des Ultraschallmesssystems ermittelt. Danach wird der Edelmetallformkörper systematisch abgetastet.
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Beim Abtasten wird das Ultraschallmesssystem 14 mit dem Sender-Prüfkopf 16 und Empfänger-Prüfkopf, 18 vorzugsweise mäanderförmig über dem Edelmetallformkörper verfahren. In 2 ist beispielhaft dargestellt, wie die mäanderförmige Wegstrecke 16 des Sender-Prüfkopfes 16 oder des Empfänger-Prüfkopfes 18 bezogen auf den Edelmetallformkörper 4 aussieht. Abtasten bedeutet, dass jeder Bereich des Edelmetallformkörpers 4 mittels des Ultraschallmesssystems untersucht wird.
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Beim Abtasten des gesamten Volumens des untersuchten Edelmetallformkörpers 4 wird vorzugsweise die Laufzeit des Ultraschallsignals zwischen Sender-Prüfkopf 16 und Empfänger-Prüfkopf 18 ermittelt. Die ermittelte Laufzeit kann in einem farbkodierten Bild dargestellt werden, so dass die Homogenität des Materials des Edelmetallformkörpers ermittelt werden kann. Die Laufzeit hängt von dem Material ab, durch das die Ultraschallwelle gesendet wird. Daher würde es bei Inhomogenität, die insbesondere bei Fehlstellen oder Fremdmaterial auftreten, zu starken farblichen Unterschieden auf dem Bild kommen.
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In 3 ist ein beispielhaftes Display dargestellt. Auf der linken Seite des Displays kann beispielsweise das Ergebnis des Volumenscans dargestellt werden. Es ist das abgetastete Bild 18 des Edelmetallformkörpers dargestellt.
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In 3 ist ein homogener Edelmetallformkörper dargestellt. Das Bildelement 20 zeigt eine Farbskala. Die Felder 6a–n stellen jeweils unterschiedliche Farben dar. Diesen Farben sind unterschiedlichen Laufzeiten des Ultraschallsignals zugeordnet. Je nachdem welche Laufzeit in unterschiedlichen Bereichen ermittelt wird, werden unterschiedliche Farben in dem daneben angeordneten Bild 18 des Edelmetallformkörpers 4 dargestellt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Edelmetallformkörper beispielsweise die Farbe 6i auf. Diese ist im dargestellten Ausführungsbeispiel durch Strichlinien dargestellt.
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Nachdem sichergestellt ist, dass das Material homogen ist, werden Messpunkte ausgewählt. Dabei werden insbesondere die Messpunkte in Oberflächenbereichen platziert, die bei der Abtastung als besonders eben bzw. glatt ermittelt worden sind. In 4 sind beispielsweise sieben Messpunkte ausgewählt worden. Die Messpunkte werden mittels der Auswerteeinheit ausgewählt. Alternativ können die Messpunkte auch manuell ausgewählt werden.
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An den Messpunkten wird nun die Schallgeschwindigkeit mittels des Ultraschallmesssystems ermittelt. Zur Ermittlung der Schallgeschwindigkeit wird die Dicke D des zu untersuchenden Edelmetallformkörpers ermittelt. Die Dicke ist die Strecke, des Ultraschallsignals durch den Edelmetallformkörper. Die Dicke D des Edelmetallformkörpers 4 ist beispielsweise in 1 dargestellt. Dies ist die Dicke des Edelmetallformkörpers 4 zwischen dem Sender-Prüfkopf 16 und dem Empfänger-Prüfkopf 18. Das Ultraschallsignal wird vorzugsweise senkrecht in die Oberfläche des Edelmetallformkörpers 4 eingeleitet. Zum Ermitteln der Dicke wird von dem bekannten Abstand zwischen Sender-Prüfkopf 16 und Empfänger-Prüfkopf 18 die beiden gemessenen Abstände zwischen Sender-Prüfkopf 16 und Oberfläche des Edelmetallformkörpers und zwischen Empfänger-Prüfkopf 18 und Oberfläche des Edelmetallformkörpers subtrahiert. Alternativ kann die Dicke auch direkt aus den Laufzeiten bei Durchschallung ermittelt werden.
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An den Messpunkten wird zudem ein zweiter materialspezifischer Kennwert ermittelt. Materialspezifischer Kennwert bedeutet, dass der Kennwert von dem Material abhängig ist.
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Zur Ermittlung des materialspezifischen zweiten Kennwerts wird vorzugsweise die Höhe der Amplitude der Ultraschallwelle vor Eintritt in den Edelmetallformkörper und die Höhe der Amplitude der Ultraschallwelle nach Austritt aus dem Edelmetallformkörper bestimmt. Die Veränderungen sind materialabhängig. Der materialspezifische zweite Kennwert ist vorzugsweise von der Amplitude der Ultraschallwelle vor Eintritt in den Edelmetallformkörper, der Amplitude der Ultraschallwelle nach Austritt aus dem Edelmetallformkörper und der akustischen Impedanz des dem Edelmetallformkörper umgebenden Mediums z. B. Wasser abhängig.
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Die Höhe der Amplitude der Ultraschallwelle nach Austritt aus dem Edelmetallkörper wird vorzugsweise mit Hilfe des Ultraschallmesssystems an dem Empfänger-Prüfkopf 18 gemessen. Die Höhe der Amplitude der Ultraschallwelle vor Eintritt in den Edelmetallkörper wird vorzugsweise dadurch bestimmt, dass die Höhe der Amplitude am Empfänger-Prüfkörper 18 ohne Edelmetallformkörper gemessen wird.
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Der zweite materialspezifische Kennwert kann die akustische Impedanz des Edelmetallformkörpers sein oder von dieser abhängig sein. Durch Ablenkung von Schallwellen aufgrund von Oberflächenstrukturen können für den zweiten materialspezifischen Kennwert höhere Messtoleranzen auftreten. Alternativ kann auch die Dichte als zweiter anderer materialspezifischer Kennwert ermittelt werden.
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Die Auswerteeinheit 10 speichert die Messwerte der Schallgeschwindigkeit und des zweiten materialspezifischen Kennwerts an den Messpunkten 22. Im dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem an sieben Messpunkten Messungen vorgenommen worden sind, werden beispielsweise die fünf der sieben Messungen weiterverwertet, die am nächsten aneinander liegen.
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Diese fünf Messwerte werden in der Tabelle 24 dargestellt. In der Spalte 46 wird die Schallgeschwindigkeit aufgetragen. In der Spalte 48 wird die Dicke aufgetragen und in der Spalte 50 wird der zweite materialspezifische Kennwert aufgetragen. In der Zeile x wird der Mittelwert aus diesen fünf Messungen jeweils ermittelt.
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Dieser Mittelwert wird mit gespeicherten Referenzwerten für verschiedene Materialien verglichen und es wird das Material und der Anteil des Edelmetalls an dem Material im Ausgabefeld 26 ausgegeben. Im dargestellten Fall handelt es sich um 24 Karat Gold.
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In dem Anzeigefeld 28 ist beispielsweise der Mittelwert für die Schallgeschwindigkeit als Balken 36 dargestellt. Der Balken 34 entspricht den Abweichungen der gemessenen Werte. Mit dem Balken 32 ist der Toleranzbereich für das bestimmte Material, in diesem Fall 24 Karat Gold dargestellt. Wie zu erkennen ist, befindet sich der Mittelwert 36 in dem Toleranzbereich 32 des entsprechenden Materials.
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In dem Anzeigefeld 30 ist für den zweiten materialspezifischen Kennwert der Mittelwert als Balken 40 dargestellt. Mit dem Balken 42 ist die Variationsbreite der gemessenen Werte dargestellt. Mit dem Balken 38 ist der Toleranzbereich des entsprechenden Materials für den bestimmten zweiten materialspezifischen Kennwert dargestellt. Wie zu erkennen ist, liegt der Mittelwert mit dem Balken 40 in dem Bereich des Toleranzbereiches 38 des entsprechenden Materials. Da beide Werte für die Schallgeschwindigkeit und den zweiten materialspezifischen Kennwert in dem Toleranzbereich des entsprechenden Materials liegt, liegt das Material tatsächlich vor. Ferner kann aus der vorherigen Ermittlung der Homogenität geschlossen werden, dass der gesamte Edelmetallformkörper aus diesem Material besteht.
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Auf diese Weise kann zuverlässig und ohne Materialzerstörung genaue Angaben über das Material gemacht werden und ob es sich ggf. um eine Fälschung handelt.
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Es würde ausgegeben werden, dass es um eine Fälschung handelt, wenn die Schallgeschwindigkeit und/oder der zweite materialspezifische Kennwert nicht in dem Toleranzbereich des entsprechenden Materials liegt und ebenso würde ggf. durch den Volumenscan dargestellt, dass der Edelmetallformkörper nicht homogen ist.
