DE2923476A1

DE2923476A1 - Messgeraet

Info

Publication number: DE2923476A1
Application number: DE19792923476
Authority: DE
Inventors: Noel Martin Herbst; Chao Ning Liu; Hugo Anthony Panissidi
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1978-06-12
Filing date: 1979-06-09
Publication date: 1979-12-20
Also published as: FR2428830A1; CA1114189A; JPS54163084A; GB2022835B; GB2022835A; US4142175A

Description

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

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Meßgerät

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur kontinuierlichen Messung der auf ein stabförmiges Element wirksamen Druckkräfte, unter Verwendung eines Spannungs-VDehnungsmessers, und ist insbesondere für Schreibgeräte zum Zwecke der Echtheitsprüfung von Unterschriften vorgesehen. Geräte der erfindungsgemäßen Gattung können aber auch zur allgemeinen Kraftmessung eingesetzt werden, z. B. in Anordnungen mit einer kurvenbahnförmigen Bewegung mit axialen und transversalen Kräften, und bei Robotei z. B. zum Auffinden bestimmter Positionen auf abzutastenden Werkstückflachen.

Mit der ständigen Weiterentwicklung des bargeldlosen Zahlungsverkehrs hat auch die Frage des Nachweises der Berechtigung wachsende Bedeutung erlangt. Hier wurde eine Anzahl unterschiedlicher Systeme entwickelt, um den unbefugten Zutritt zu bestimmten Systemen, z. B. als Terminal ausgebildeten Kassenstationen bzw. Geldausgabeautomaten, und die Herausgabe von Geldbeträgen an Unbefugte zu verhindern. Derartige Systeme werden insbesondere von Banken und Sparkassen benötigt, aber auch von Versicherungen sowie im Einzelhandel, nämlich immer dort, wo es um die Verfügung über Geldbeträge geht.

Die bekanntesten der vorgenannten Systeme sind Sicherheitsschlüssel, Codewörter und Berechtigungskarten, die mit einer bestimmten Codierung versehen sind. In bestimmten Anwendungen haben sich diese Systeme jedoch nicht als ausreichend sicher gegen Fälschungen oder im Falle des Verlustes oder Diebstahls herausgestellt. Demgegenüber wurde erkannt, daß die Unter-Ischrift des jeweils Berechtigten als Schlüssel für den Zugang

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und als Berechtigungsnachwexs einen höheren Grad an Sicherheit bietet. Man hat daher Zeichenerkennungssysteme zur machineilen Identifizierung des Schriftbildes eingesetzt, z. B. durch Musterüberlagerung bei der Analyse der Schriftzüge, basierend auf den x-Vy-Positionsdaten.

Die Ergebnisse derartiger Analysesysteme sind jedoch bisher nicht befriedigend, da viele Unterschriften von Zeit zu Zeit, abhängig von Paktoren wie Ermüdung, allgemeiner körperlicher und geistiger Verfassung, Schreibposition usw. beträchtlichen Schwankungen unterworfen sind. Der erfolgreiche Einsatz eines solchen Identifizierungssystems setzt daher voraus, daß derartige Variationen in der Unterschrift einer einzelnen Person zugelassen werden, gleichwohl aber von Fälschungen unterschieden werden können.

In der US-PS 3 983 535 ist ein verbessertes Verfahren zur Prüfung von Unterschriften beschrieben, bei dem die x- und y-Beschleunigungswerte als dynamische Charakteristik einer Unterschrift im Echtheitsprüfprozeß verwendet und ausgewertet werden. Hierbei wird die Musterunterschrift segmentiert und der Vergleich zwischen der Referenzunterschrift und der Musterunterschrift durch Korrelation auf der Basis der einzelnen Segmente durchführt. Ein weiteres Verfahren gemäß der US-PS 3 480 911 besteht darin, die Aufdruckkraft bei Ausführung einer Unterschrift zu messen und mit Signalen zu vergleichen, die bei Leistung der Originalunterschrift des Berechtigten den Druck auf den Schreibstift als Funktion der Zeit angeben. Die Aufdruckkraft allein als Funktion der Zeit ist aber von einer Unterschrift zur anderen nicht hinreichend konsistent, sondern weist eine relativ grobe Charakteristik auf, die man unter bestimmten Voraussetzungen imitieren kann. Ähnliche ysteme zeigen auch die US-PS 3 113 461 und 3 618 019.

Ein Schreibgerät zur Erzeugung von Analysesignalen für die .ufdruckkraft mittels eines Übertragers ist aus der US-PS

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3 528 295 bekannt. Dieses Gerät gibt jedoch ausschließlich die jeweilige axiale Druckkraftkomponente darstellende Signale ab und berücksichtigt nicht die unterschiedliche Winkellage des Schreibgerätes zur Schreibfläche.

Zur verbesserten Prüfung von Unterschriften auf Echtheit ist auch (in der Patentanmeldung P 28 55 863.6) bereits vorgeschlagen worden, im Kurvenzug während der Ausführung der Unterschrift durch schrittweise Analyse sowohl der Beschleunigungskomponenten der Schreibstiftbewegung als auch der jeweiligen Aufdruckkraft entsprechende Signale zu definieren, um daraus eindeutige, für die Unterschrift einer bestimmten Person charakteristische Signalwerte abzuleiten. Nach der Korrelation der einzelnen Signalsätze, welche die Aufdruckkraft- und Beschleunigungssignale darstellen,' werden die Korrelationsergebnisse kombiniert und mit vorgegebenen Korrelatioi^smindestwerten verglichen. Ein optimales Erkennungsergebnis erhält man hierbei durch die orthogonale Ausrichtung der Beschleunigungsmesser.

Bei den oben besprochenen, bekannten Systemen wird bei der Ermittlung der Aufdruckkräfte nicht berücksichtigt, daß die Winkelhaltung.des Schreibgeräts sehr unterschiedlich ist. Mißt man nur die axiale Aufdruckkraft, wie es beispielsweise bei dem Gerät nach der US-PS 3 528 295 geschieht, so ist anhand der abgegebenen elektrischen Signale nicht feststellbar, ob eine Verringerung der gemessenen Kraft von einer tatsächlich geringeren Aufdruckkraft herrührt oder dadurch bedingt ist, daii das Schreibgerät schräg gehalten wurde, mit der Folge, daß, auch wenn die Druckkraft gleichbleibend ist, die axiale Kraftkomponente sich verringert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs !beschriebenen Gattung zu entwickeln, welches eine zuverlässige 'Messung der Aufdruckkraft unabhängig vom jeweiligen Haltungs-

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winkel ermöglicht. Diese Aufgabe ist durch die im Patentanspruch 1 angegebene Ausbildung eines Meßgeräts gelöst worden.

Die erfindungsgemäße Ausbildung bietet die Möglichkeit, mit einem einzigen Meßelement, z. B. einem Spannungs-/Dehnungsmesser, die jeweilige Aufdruckkraft eines Schreibstiftes oder eines ähnlichen, in Berührung mit einer Fläche befindlichen stabförmigen Elements zu ermitteln, unabhängig davon, in welchem Winkel sich der Stab jeweils zu der Fläche befindet. In das Meßergebnis gehen somit sowohl die axiale als auch die transversale Kraftkomponenete ein.

Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen Meßgerät die erste Halterung am hinteren Ende und die zweite Halterung nahe dem vorderen Ende des Stabes angeordnet, in dessen Bereich die Druckkräfte wirksam sind. Weist das Gerät einen Rahmen auf, an welchem die Halterungen starr befestigt sind, so erhält man die deutlichsten Meßergebnisse, wenn der Spannungs-/Dehnungsmesser nahe der Befestigung der zweiten Halterung am Rahmen angebracht ist.

Wie bereits erwähnt, ist ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Meßgerätes die Verwendung als Schreibgerät, wobei die Tintenpatrone den Stab bildet und eine Schreibspitze mit Schreibkugel trägt, und wo am Rahmen bzw. dem Gehäuse des Schreibgeräts zusätzlich in orthogonalen Richtungen wirksame Beschleunigungsmesser vorgesehen sind. Am Beispiel eines derartigen Meßgerätes wird die Erfindung nachfolgend, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1A die Draufsicht auf ein Schreibgerägt zur kontinuierlichen Messung der wirksamen Druckkräfte der Schreibspitze,

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Fig. 1B eine Seitenansicht des Schreibgerätes nach

Fig. 1A, mit geschnittener Teildarstellung des Gehäuses,

Fig. 1C einen Schnitt in der in Fig. 1B bezeichneten Ebene,

Fig. 2 eine Seitenansicht der für die Messung der Aufdruckkräfte dienenden Elemente des Schreibgeräts nach Fig. 1, für den Fall einer auf den Schreibstift wirksamen AKialkraft,

Fig. 3 eine Seitenansicht der für die Messung der Aufdruckkräfte dienenden Elemente des Schreibgeräts nach Fig. 1, für den Fall einer auf den Schreibstift wirksamen transversalen Kraft und

Fig. 4 eine den Fign. 2 und 3 entsprechende Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform des Schreibgerätes nach Fig. 1.

Das in den Fign. 1A und 1B dargestellte Schreibgerät, dessen Gehäuse 10 in Fig. 1A weggelassen ist, besteht aus einem Rahmen 12, an welchem ein flexibler Stab 14 gelagert ist, an dessen Vorderseite sich eine Schreibspitze 16 befindet. Der Stab 14 mit der Schreibspitze 16 ist als Schreibstift ausgebildet, bestehend aus einer als Hülse ausgebildeten, für Kugelschreiber üblichen Tintenpatrone mit einer Kugel als Auflagepunkt an der vorderen Spitze. Zur Lagerung des Stabes 14 im Rahmen 12 dienen flexible Halterungen 18 und 20. Die Halterungen 18 und 20 sind im Rahmen 12 starr befestigt, z. B., wie in Fig. 1B dargestellt, durch Nieten. Die an dem der Schreibspitze entgegengesetzten Ende des Stabes 14 befindliche

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Halterung 18 ist außerdem auch am Stab 14 starr befestigt, z. durch Klebung, Lötung oder Bördelung mittels einer Lasche 22. Zum Unterschied hiervon ist die nahe dem vorderen Ende des Stabes 14 befindliche Halterung 20 mittels einer Lasche 24 und eines Lagerstiftes 26 so gestaltet, daß der Stab 14 relativ . zur Halterung 20 drehbeweglich geführt ist. An der Halterung 20 ist in deren unterem Bereich (Fig. 1B), nämlich dem Bereich der größten auftretenden Spannung, ein Spannungs-ZDehnungsmesser 28 zur Ermittlung mechanischer Formänderungen, z. B. durch Kleben, angebracht. Leitungen 30 übermitteln die Ausgangssignale des Spannungs-/Dehnungsmessers 28 zu einer (nicht gezeigten) Auswerteschaltung.

Zur Messung der Beschleunigungskräfte des beschriebenen Schreit gerätes dienen zwei Schwingenseismometer 32 und 34, die so angebracht sind, daß sie in zueinander orthogonaler Richtung wirksam sind. Jeder der Schwingenseismometer 32, 34 besteht aus einer Masse, die an einem Ende eines Federarms 35 befestigt ist, dessen anderes Ende fest mit dem Rahmen 12 verbunden ist, wie in den Fign. 1A und 1B gezeigt. An jedem Federarm ist ein Spannungs-/Dehnungsmesser 36 befestigt, beispielsweise bestehend aus einem halbleitenden piezoelektrischen Widerstand oder einem Folienwiderstandsmesser.

Die Arbeitsweise der beschriebenen Beschleunigungsmesser ist in bekannter Weise so, daß, wenn das Schreibgeräte eine Beschleunigung in der einen oder anderen transversalen Richtung erfährt, die Masse 33 an dem betreffenden Federarm 35 einen entsprechenden Ausschlag ausführt, wodurch über den zugeordneten Spannungs-/Dehnungsmesser 36 ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal induziert und der Auswerteschaltung zugeführt wird. Da die öffnung 11 am vorderen Ende des Rahmens 12 einen größeren Durchmesser aufweist als die Schreibspitze 16, ist eine Signalstörung durch eine Berührung zwischen der Schreibspitze 16 und dem Rahmen 12 vermieden.

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Am rückseitigen Ende des Schreibgerätes ist mit dem Rahmen 12 ein Rahmenblock 40 verbunden, an dem das Gehäuse 10 befestigt ist. Ein entsprechender, in den Zeichnungen nicht dargestellter Rahmenblock befindet sich auch am vorderen Ende des Schreib gerätes. Stattdessen kann jedoch auch der Rahmen 12 eine entsprechende Gestaltung aufweisen, die es ermöglicht, das Gehäuse 10 daran auf einfache Weise zu befestigen oder zu verriegeln. Eine mit dem Stab 40 axial ausgerichtete Madenschraubo 42 im Rahmenblock 40 ermöglicht eine Begrenzung der Axialbeweglichkeit des Stabes 14,· für den Fall, daß auf die Schreibspitze 16 des Schreibstiftes eine übermäßige Aufdruckkraft
ausgeübt wird. Der Zweck der Madenschraube 42 ist, im Fall
einer derartigen übermäßigen Aufdruckkraft, etwa durch Herabfallen oder allzu stürmisches Benützen des Schreibgerätes,
Beschädigung der Rahmenteile zu vermeiden.

Im folgenden wird nun die Arbeitweise der bisher beschriebenen Anordnungen anhand der Fign. 2 und 3 erläutert. Es ist daran
zu erinnern, daß die Halterung 18 über die Lasche 22 fest mit dem Stab 14 verbunden ist, während demgegenüber die entgegengesetzte, nahe dem vorderen Ende des Schreibstiftes angeordnete Halterung 20 so gestaltet ist, daß der Stab 14 mittels des Lagerstiftes 26 drehbeweglich geführt ist; zwischen der Steifi'j keit der Halterung 18 und der Halterung 20 für den Stab 14 kan|a daher ein Verhältnis von etwa 4 : 1 angenommen werden. Es ist weiterhin zu bemerken, daß die in den Fign. 2 und 3 gezeigten Auslenkungen des Stabes 14 in axialer und transversaler
Richtung zur Verdeutlichung übertrieben dargestellt sind.

Die einfachste Form einer auf den Schreibstift wirksamen Kraft nämlich einer Axialkraft, zeigt Fig. 2. In diesem Fall verursacht die auf die Schreibspitze 16 wirksame Axialkraft eine
entsprechene Axialverschiebung des Stabes 14 nach rechts, wobei die oberen Bereiche der Halterungen 18 und 20 entsprechend ausgelenkt werden. Die Auslenkbewegung der Halterung 20 erfolg:

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dabei, infolge der Drehlagerung mittels des Lagerstiftes 26, entsprechend der Auslenkung eines freien Trägers, während die Halterung 18 eine Auslenkung nach Art einer Parallelverschiebung erfährt, wobei die beiden Endstücke, da sie starr befestigt sind, parallel zueinander bleiben.

Fig. 3 zeigt demgegenüber die Auslenkung des Stabes 14 unter der Wirkung einer transversalen Kraft, die an der Schreibspitz 16 durch Pfeil dargestellt ist. Es kann, wie gleichfalls durch Pfeil an der Halterung 20 angedeutet, gleichzeitig eine Axialkraft wirksam sein. Dies ist jedoch für die Darstellung und Erläuterung nach Fig. 3 ohne Bedeutung. Unter der Wirkung der Transversalkraft wird der Stab 14 leicht gebogen und bildet so mit zwischen den Halterungen 18 und 20 einen Bogen. Dies wird durch die ungebogene strichpunktierte Linie zwischen den Halte rungen 18 und 20 verdeutlicht. Wenn beide Halterungen 18 und 2i etwa die gleiche Steifigkeit aufweisen, wird unter der Wirkung der Verkürzung ihrer Distanz infolge der Krümmung des Stabes 14 ihre Auslenkung auch etwa gleich groß sein. Da jedoch, wie bereits erwähnt, die Halterung 18 starr am Stab 14 befestigt ist, findet der überwiegende Teil der resultierenden Verformung in der Halterung 20 statt, die, wie beschrieben, gelenkig mit dem Stab 14 verbunden ist. Auch im Fall der Verformung des Stabes 14 infolge einer auf die Schreibspitze 16 wirksamen Transvesr salkraft verformt sich die Halterung 20 wie ein freier Träger, während die Halterung 18 die S-Form mit zwei parallelen EndstüJ ken beibehält. Versuche haben gezeigt, daß die vom Spannungs-/Dehnungsmesser 28 an der Halterung 20 abgegebenen Signale zur Anzeige beider Kräfte, nämlich der auf dem Schreibstift wirksamen axialen und transversalen Kräfte, geeignet sind, da sie die gleiche Polarität aufweisen. Mit anderen Worten, Aufdruckkräfte bestimmter Größe bewirken die gleichen, vom Spannungs-/Dehnungsmesser 28 abgegebenen Signale, unabhängig davon, ob sie in axialer oder transversaler Richtung oder oder unter irgendeinem Winkel zwischen beiden Richtungen wirksam sind.

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Dies hat besondere Bedeutung bei der Verwendung für die Echtheitsprüfung von Unterschriften, da verschiedene Personen bekanntlich das Schreibgerät unter sehr unterschiedlichen Winkeln zur zu beschriftenden Fläche zu halten pflegen.

Infolge der Drehlagerung des Stabes 14 an der Halterung 20 mit der Lasche 24 und des Lagerstiftes 26 wird somit bei auf den Stab 14 über die Schreibspitze 16 wirksamen Kräften unabhängig von deren Richtung eine eindeutige Auslenkung definiert. Ist die wirksame Kraft eine Axialkraft, so wird die Halterung nach Art des freien Trägers linear nach rechts ausgelenkt, wobei die maximale Verformung im Bereich des Spannungs-/Dehungsmessers 28 auftritt. Wäre die Halterung jedoch, wie die Halterung 18, starr am Stab 14 befestigt, so würde sie unter Beibehaltung ihrer S-Form verformt und würde eine Transversalkraft anzeigen, mit einem entsprechend geringerem Ausgangss.ignal des Spannungs-/Dehnungmessers 28 und, in extremen Fällen, möglicherweise sogar mit einer Umkehrung der Polarität des Ausgangssignals.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4, bei der im übrigen alle Teile mit den entsprechenden Teilen der Fign. 2 und 3 übereinstimmen, ist der Stab 14 nicht"als durchgehend flexible Hülse ausgebildet, sondern als im wesentlichen starrer Stab mit einen als Balg 15. ausgebildeten Abschnitt, z. B. in der Mitte des Stabes 14. Bei dieser Ausführungsform weist der Stab 14 somit die gleiche Eigenschaft auf wie bei der zuvor beschriebenen {Ausführung, indem er unter der Wirkung einer auf den Schreibstift 16 gerichteten Transversalkraft bzw. -komponente eine entsprechende Krümmung bzw. Biegung erfährt, mit der Folge, daß die Halterungen 18 und 20 infolge der dadurch bewirkten !Verkürzung der Distanz zwischen den Lagerpunkten eine entsprechende Verformung erfahren.

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Die in Fig. 1C dargestellte Querschnittsform des Gehäuses 10 als Dreieck mit abgerundeten Ecken, wobei die obere Rundung deutlich abgeflacht ist, hat den Zweck, daß die die Unterschrift leistende Person das Schreibgerät jeweils so hält, daß der Lagerstift 26 parallel zur zu beschriftenden Fläche ist. Dies hat den Vorteil, daß die auf die Schreibspitze 16 wirksame transversale Kraftkomponente die Krümmung des Stabes 14 jeweils in einer bestimmten Richtung verursacht, nämlich in derjenigen Richtung, in welcher die Halterung 20 die maximale Verformung erfährt und somit optimale Meßergebnisse liefert. Das Gehäuse 10 kann aber auch andere Querschnittsformen aufweisen, die mittels dadurch bewirkter gleicher Drehausrichtung des Schreibstiftes ein entsprechendes optimales Meßergebnis liefern.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE ''I

Gerät zur kontinuierlichen Messung der auf ein stabförmiges Element wirksamen Druckkräfte, mit Spannungs-/Dehnungsmesser, insbesondere für Schreibgeräte zum Zwecke der Echtheitsprüfung von Unterschriften, dadurch gekennzeichnet,

daß das stabförmige Element (14) elastisch ausgebildet und nahe seinen Enden mittels zweier flexibler Halterungen (18, 20) gelagert ist, von denen die erste Halterung (18) starr und die zweite Halterung (20) gelenkig mit dem Stab (14) verbunden ist, derart, daß bei einer durch eine auf den Stab (14) einwirkenden Transversalkraft bzw. Transversalkraftkomponente infolge der Formänderung des Stabes (14) verursachten Verkürzung des Stabes (14) der überwiegende Teil der Verformungen der Halterungen in der zweiten Halterung (20) auftritt, und daß an der zweiten Halterung (20) der Spannungs-/Dehnungsmesser (28) angebracht ist.

Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Halterung (18) am hinteren Ende und die zweite Halterung (20) nahe dem vorderen Ende des Stabes (40) angeordnet ist, in dessen Bereich die Druckkräfte wirksam sind.

Gerät nach den Ansprüchen 1 und 2, mit einem Rahmen, an welchem die Halterungen starr befestigt sind, dadurch gekennzeichnet,

daß der Spannungs-/Dehnungsmesser (28) an der zweiten Halterung (20) nahe deren Befestigung am Rahmen (12) angebracht ist.

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4. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (14) als flexible Hülse ausgebildet ist.

5. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (14) zwischen den Halterungen (18, 20) einen flexiblen Bereich (15) aufweist und in seinen übrigen Bereichen im wesentlichen starr ausgebildet ist.

6. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es als Schreibgerät ausgebildet ist, dessen Tintenpatrone den Stab (14) bildet und die Schreibspitze (16) mit Schreibkugel trägt, und an dessen Rahmen (12) bzw. Gehäuse (10) zusätzlich in orthogonalen Richtungen wirksame Beschleunigungsmesser (32 bis 36) angeordnet sind.

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