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Lesevorrichtung für strichcodierte Magnetschriftzeichen
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Die Erfindung betrifft eine Lesevorrichtung gemäß den Merkmalen des
Oberbegriffs des Patentanspruches 1.
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Zur maschinellen Dateneingabe sind verschiedene Schriftarten entwickelt
worden, die als genormte Klarschriften sowohl vom Menschen als auch Von einer Maschine
lesbar sind. Eine dieser genormten Klarschriften ist die sogenannte CMC 7-Magnetschrift,
bei der die einzelnen Schriftzeichen - 10 Ziffern, 26 Großbuchstaben und 5 Hilfzeichen
- in jeweils sieben einzelne Codeelemente aufgelöst sind. Diese Codeelemente sind
senkrechte, teils durchgehende, teils unterbrochene magnetisierbare Striche unterschiedlicher
Länge, die in ihrer Zusammenschau ein für das Auge lesbares Zeichen ergeben. Der
für die maschinelle Erkennung vorgesehene Code ergibt sich dagegen durch die Wahl
des Abstandes zwischen den parallel zueinander laufenden Strichen, wobei z.B. bei
Ziffern und Hilfszeichen zwei weite und vier enge Zwischenräume zu verschiedenen,
jeweils zeichenspezifischen Intervallfolgen kombiniert werden.
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Der maschinelle Lesevorgang-geht nun so vor sich, daß die CMC 7-Schriftzeichen
während des Vorbeilaufs an einem Magnetisierkopf, der einen Dauermagneten enthält,
zunächst in definierter Richtung aufmagnetisiert werden und daß anschließend der
sich durch die Zeichengestalt ergebende Magnetisierungsverlauf mittels eines in
Laufrichtung folgenden Abtastkopfes abgetastet wird. Die Strichkanten der Zeichen
entsprechen dabei den Amplitudenspitzen des elek-
trischen Abtastsignals.
Dieses Analogsignal wird zunächst in unmittelbarer Nähe des Lesekopfes vorverstärkt,
damit es störungsfrei an die eigentliche Erkennungselektronik übertragen werden
kann. Dort werden schließlich aus den Strichkantensignalen für die einzelnen Vorder-
und Hinterkanten die einzelnen Intervalle zwischen den einzelnen Strichen bzw. die
Trennlücken zwischen den einzelnen Zei chen bestimmt.
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Sofern die Zeichenstriche zum Magnetspalt des Abtastkopfes parallel
verlaufen, ist die geforderte Abt,astgenauigkeit für die Bestimmung der Kantensignale
in aller Pegel ohne Schwierigkeiten erreichbar. Problematisch wirdes indessen, wenn
der die Zeichen tragende Beleg schräg zum Lesekopf transportiert wird, weil dann
die Intervalle und Trennlücken verzerrt werden. Bei einem Einspur-Lesekopf bedeutet
dies beispielsweise, daß im oberen und unteren Bereich des Lesekopfes unterschiedliche
Zeichenbest&ndteile erfaßt werden, so daß eine Kantenverschleifung und im Extremfall
eine Signalüberlappung eintritt mit der Folge, daß die einzelnen Kantensignale nicht
mehr eindeutig identifiziert werden können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine
Lesevorrichtung für strichcodierte Magnetschriftzeichen in der Weise auszubilden,
daß auch bel schräg stehenden Zeichen eine hohe Erkennungssicherheit gewährleistet
ist.
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Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Lesevorrichtung mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen angegeben. Der Vorteil der erfindungsgemäßen
Lesevorrichtung besteht vor allem darin, daß durch die überlappende Zusammenfassung
von
je zwei benachbarten Abtastspuren zu einem Kanalsignal in jedem Fall wenigstens
eine komplette Intervallfolge, d.h. ein vollständiger horizontaler Streifen aus
dem Zeichen erfaßt wird,. Auf diese Weise gehen auch bei einer Mehrspurabtastung
keine Signalanteile verloren, weil abgesehen von der obersten und untersten Abtastspur
alle übrigen Abtastspuren zweimal, und zwar in -äeweils benachbarten Kanalsignalen,
ausgewertet werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der
Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen FIG 1 einen schematisch dargestellten Magnetkopf
mit mehreren Abtastspuren und die Verknüpfung der Abtastspursignale zu einzelnen
Kanalsignalen; FIG 2 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur -Abtastung strichcodierter
Magnetschriftzeichen sowie eine Spitzenerkennungsschaltung zur Gewinnung von Vorder-
und Hinterkantensignalen; FIG 3 die Prinzipschaltung eines Spitzendetektors und
die zugehörigen Spannungsverläufe; FIG 4 einen detaillierten Aufbau einer Spitzenerkennungsschaltung
gemäß FIG 2; und rkIG 5 ein Impulsdiagramm für die Schaltung gemäß FIG 4.
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Die FIG 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Ausschnitt eines
Magnetlesekopfes LK, dessen Spalte SP paparallel zu den senkrecht verlaufenden Strichen
ST einer in CMC 7-Schrift dargestellten Ziffer 7 verlaufen. Der-Magnetlesekopf LK
ist in insgesamt 14 Abtastspuren AS1...14 unterteilt, wobei die Signale jeweils
zweier benachbarter
Abtastspuren unter gegenseitiger Überlappung
um jeweils eine Abtastspur zu je einem Summensignal zusammengefaßt werden. Im dargestellten
Beispiel werden jeweils die Signale der Abtastspuren AS1 und 2, 2 und 3, 3 und 4
... 13 und 14 verknüpft. Auf diese Weise gehen auch im Falle einer Schrägabtastung
keine Signalanteile verloren, weil, abgesehen von der obersten- und untersten Abtastspur
alle übrigen Abtastspuren zweifach erfaßt werden. Zur Aufwandsminderung ist ferner
vorgesehen, daß die Kanalsignale aus der oberen Kopfhälfte mit je einem entsprechenden
Kanalsignal aus der unteren Kopfhälfte zu je einem Doppel-Kanalsignal verknüpft
werden. Eine derartige Zusammenfassung der 14 Abtastspuren AS1...14 auf sieben Doppel-Kanalsignale
DKS1...7 ist deshalb möglich, weil die maximal 3,2 mm hohen CMC 7-Zeichen nur jeweils
an vier oder höchstens fünf nebeneinanderliegenden Spuren Signale erzeugen.
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Welche fünf Spuren beteiligt sind, hängt von der Höhenlage des Belegs
beim Abtasten sowie von der Höhenlage der Zeichen auf dem Beleg ab. Unter zusätzlicher
Berücksichtgung der Schriftart CMC 0 mit 4 mm Zeichenhöhe werden deshalb die Signale
der Spuren 1, 2 und 8, 9 zum Doppel-Kanalsignal DKS1, die Signale der Spuren 2,
3 und 9, 10 zum Doppel-Kanalsignal DKS2 .... und die Signale der Spuren 7, 8 und
14 zum Doppel-Kanalsignal DKS7 vereinigt werden, wobei auf diese Weise auch das
Signal der untersten Abtastspur AS14 zweimal, nämlich in den Doppel-Kanalsignalen
DKS6 und DKS7, erfaßt wird. Durch die überlappende Zusammenfassung von je zwei benachbarten
Spuren wird erreicht, daß immer ein kompletter horizontaler Streifen vom Zeichen
zu einem Kanalsignal beiträgt, ohne daß sich obere mit unteren Zeichenteilen vermischen.
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Die FIG 2 zeigt den prinzipiellen Anbau einer Lesevor-
richtung
für CMC 7-Magnetschrift. Se gliedert sich in die Abtastmechanik, die Abtastelektronik
und die Magnetköpfe. Bei der mit CMC 7 bezeichneten strichcodierten Magnetschrift
wird der die Schriftzeichen aufweisende Beleg B zunächst mit konstanter Geschwindigkeit
an einem Magnetesisierkopf MK vorbeigeführt, der die Schrift in Lägsrichtung des
Belegs mit definierter Magnetisierungsrichtung in die Sättigung magnetisiert. Anschließend
wird die magnetisierte Schrift an einem Lesekopf LK vorbeigeführt, der die Kanten
der magnetisierten Striche in elektrische Impulse umwandelt. Dabei ist es sehr echtig,
daß der Beleg B einen guten mechanischen Kontakt zum Lesekopf LK hat. Deshalb wird
der Beleg dicht über den Magnetköpfen durch Umlenkrolle und Transportband eingespannt
und zwar so, daß nur der die Schriftzeile aufweisende Bereich des Beleges frei zugänglich
ist.
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Der Spiegel des Lesekopfes LK sitzt - der Schriftzeile zugewandt -
innen am Umfang der Umlenkrolle und ist in radialer Richtung ein wenig nach außen
gerückt, um den Andruck an das Papier zu bewirken. Außerdem wird der Beleg von außen
durch ein Andruckband an den Kopfspiegel gedrückt.
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Der Magnetisierkopf MK- ist ein Permanentmagnet mit einem senkrechten
Spalt, so daß die Spalterichtung ebenso wie die des Lesekopfes LK mit der Richtung
der Striche der CMC 7-Zeichen übereinstimmt. Die Striche werden also in der Richtung
ihrer Breite magnetisiert, so daß sich in bezug auf die Bewegungsrichtung beim Abtasten,
also in bezug auf die Leserichtung, eine sogenannte Längsmagnetisierung ergibt.
Dabei ist der ablaufende Pol des Magnetisierkopfes der Nordpol. Der Spalt ist 1
mm breit, damit auch noch im Abstand von 0,3 mm die Schrift in die Sättigung magnetisiert
wird.
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Der Lesekopf LK mit einer Höhe von 11 mm hat keinen durchgehenden
Spalt, sondern ist, wie aus FIG 1 ersichtlich, beispielsweise in 14 Spuren unterteilt.
Die 2,7 .... 3,2 mm hohen CMC 7-Zeichen werden in Höhenschichten unterteilt und
entsprechend gelesen. Dies ermöglicht insbesondere bei schräg liegenden Zeichen
eine erhöhte Erkennungssicherheit. Beim Vorbeiführen eines magnetisierten Zeichenstreifens
wird der Magretfluß am schmalen Spalt eines Einzelkopfes über den Kern aus hochpermeablem
Metall kurzgeschlossen. Die Flußänderungen im Kern induzieren eine Spannung in der
Spule des Kopfes. Dab-ei entstehenden Spannungsimpulse, deren Spitzen mit den Kanten
des Streifens zusammenfallen und zwar die positive Spitze mit der rechten Kante,
d.h. Vorderkante und die negative Spitze mit der linken Kante, d.h. Hinterkante.
Da die induzierten Spannungen sehr klein sind, ist der Lesekopf LK zweckmäßig gegen
magnetische Einstreuungen mit einer Mu-Metall-Haube geschützt. Außerdem sind die
zum Vorverstärker V führenden 14 Doppelleitungen 14D verdrillt, abgeschirmt und
möglichst kurz. Der Vorverstärker V besteht aus einem Eingangskreis und zwei integrierten
Differenzverstärker-Stufen. Jeder der 14 Spuren ist ein eigener Vorverstärker V
zugeordnet. Der Eingangskreis jedes Vorverstärkers ist zusammen mit der Induktivität
des Einzelkopfes als Besselfilter ausgelegt. Damit wird optimales Impulsübertragungsverhalten
und Störunempfindlichkeit erreicht. Störunempfindlichkeit bewirkt auch die hohe
Gleichtaktunterdrückung und das niedrige Rauschen der Differenzverstärker. Die Verstärkung
ist mittels Potentiometer einstellbar, so daß die Gesamtverstärkrng an die durch
den mechanischen Abrieb .des Lesekopfes veränderliche Kopfspannung angepaßt werden
kann.
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An den Vorverstärker V schließt sich ein Summierverstärker SV an,
der die 14 Spuren in sieben Kanäle zusammenfaßt (siehe FIG 1). Den sieben Summierverstärkern
SV nachgeschaltet ist je ein Tiefpaßfilter TP. Dieses Tiefpaßfilter TP ist ein Besselfilter
zweiter Ordnung, das -durch' seine Phasenanpassung ein optimales Impulsübertragungsverhalten
hat. Die obere Grenzfrequenz ist so niedrig gewählt, daß störende Strukturen in
den Streifen der Zeichen unterdrückt werden.
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Dem Eingangsteil der Lesevorrichtung mit Vorverstärker V, Summierverstärker
SV und Tiefpaßfilter TP schließt sich eine Spitzenerkennungsschaltung an, die im
einzelnen aus jeweils sieben Eingangsverstärkern EV, Amplitlldenfiltern AF, Spitzendetektoren
SD, Verzögerungszeitzählern VZ, Amplitudenschwellen AS, Schwelinkomperatoren SK
und Entladesignal-Schaltungen ES besteht. Die Aufbereitung der Impulsspitzen der
analogen Kantensignale erfolgt für die Vorderkantenimpulse und für die Hinterkantenimpulse
in getrennten Signalwegen. Dabei wird der Eingangsverstärker EV e-inmal als Umkehrverstärker
und einmal als Spannungsfolger geschaltet, so daß, da das Vorderkantensignal umgekehrt
wird, in beiden Fällen die positiven Impulse verarbeitet werden. Zwischen Eingangsverstärker'
EV -und Spitzendetektor SD ist ein- Amplitudenfilter AF eingeschaltet, das die maximale
Ausgangsspannung des Eingangsverstärkers EV begrenzt und außerdem die negativen
Amplituden abschneidet.
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Wie bereits ausgeführt, werden die Streifenkanten durch die Spitzen
der Spannungsimpulse aus dem Lesekopf LK dargestellt. Es kommt also darauf an, den
Zeitpunkt der Spannungsspitze und damit den Ort der Streifenkante möglichst genau
festzustellen. Dazu dienen, für Vorderkante und Hinterkante getrennt, 2 x 7 Spitzendetektoren
SD.
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Die FIG 3 zeigt die Prinzipschaltung eines Spitzendetektors und die
Spannungsverläufe am Eingang des Komparators (UE), am Ausgang (UA) und am Speickerkondensator
(Uc). Der Kondensator C wird nachgeladen, wenn die Signalspannung ansteigt. Die
Rückflanke des letzten Ladeimpulses am Komparatorausgang gibt den Zeitpunkt der
Signalspitze an.
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Der Kondensator behält seine Ladung, bis er über einen Schalter -E,
z.B. einem Schalttransistor entladen wird.
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Aufbau und Funktion der Spitzenerkennungsschaltung werden im folgenden
anhand des in FIG 4 dargestellten Stromlaufs und des zugehörigen Impulsdiagramms
(FIG 5) näher erläutert.
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Der Stromlauf zeigt, daß dem als Komparator ausgebildeten Spitzendetektor
SD zunächst ein Schmitt-Trigger ST nachgeschaltet ist. Dadurch wird sichergestellt,
daß die nachfolgende TTL-Schaltung die Komprator-Impulse auch wahrnimmt.
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Die dem Schmitt-Trigger ST folgende Leistungsstufe LS ermöglicht eine
ausreichend kleine Zeitkonstante für das Nachladen des Speicherkondensators CS.
Die Rückflanken der Impulssugnale KSMI aus dem Schmitt-Trigger ST lösen eine nachtriggerbare
monostabile Kippstufe KS aus, deren Ausgangsimpulsdauer von 1,1/us sicherstellt,
daß mindestens ein Taktimpuls (Periode 0,77 /us) des nachgeschalteten getakteten
Systems in diese Impulszeit hineinfällt (siehe auch das Impulsdiagramm, FIG 5).
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Aus der Rückflanke des Spitzensignals KPEAS wird nach einer festen
Verzögerungszeit ein eintaktiges Kanten signal KA gewonnen. Die Zeitverzögerung
ist deshalb notwendig, damit das eigentliche Signalmaximum von Störspitzen unterschieden
werden kann. In dem in FIG 5 dargestellten Impulsdiagramm ist ein Beispiel mit einem
gestörten Analogsignal angegeben. Der Verzögerungszeitzähler VZ beginnt zu laufen,
sobald ein relatives lraxlmum im Signal gefunden wird. Er wird jedoch zurückge-
stelit
und läuft erneut an, wenn vor Ablauf von 32 Takten eine Amplitude auftritt, die
das bisherige Maximum übersteigt. Erstnachdem im Beispiel das dritte, höchste Maximum
gefunden wurde, kann der Zähler auf seinem Endstand 31 laufen und den Spitzenimpuls,
das Kantensignal KA auslösen. Der rechte Teil des Impulsdiagramms zeigt den Signalverlauf
bei dicht folgendem zweiten Impuls.
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Der Speicherkondensator CS des Spitzendetektors SD wird geladen, nachdem
die Verzögerungszeit das Kantensignal KA abgelaufen ist. Das Entladesignal KELA
bleibt dann erhalten, bis ein nachfolgender Analogimpuls die Amplitudenschwelle'AS
überschreitet (Signal KOMP = 1). Wenn der nachfolgende Analogimpuls so früh auftritt,
daß die Amplitudenschwelle AS überschritten wird, bevor die Verzögerungszeit abgelaufen
ist, wird durch die Schaltungsanordnung dennoch nach Ablauf der Verzögerungszeit
eine minimale Entladesignalzeit von zwei Takten erzeugt. imine genügend kleine Zeitkonstante
für die Entladung wird durch den Transistorschalter TS sichergestellt. Während der
Zeit mit«'KELA = 1 werden der Spitzendetektor-Komparator SD und die monostabile
Kippstufe KS normiert.
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Um Störungen zu unterdrücken müssen die Signal spitzen einen Mindestspannungswert
überschritten haben, bevor sie ausgewertet werden können. Dies geschieht durch den
Vergleich der Kanalsignalspannung EAN...i ( i = 1...7) mit der Schwellenspannung
KSWEL am Schwellenkomparator SK. um Störungen zu unterdrücken, die nicht von der
Intensität der Magnetschrift abhängen, genügt eine Minimalschwelle von etwa 2 %
der maximalen Signalamplitude. -Um aber auch Störungen zu unterdrücken, die bei
wachsendem Signalpegel mitwachsen, also von der Intensität der Magnetschrift abhängen,
wird die Schwellenspannung bei höherem Signalpegel angehoben und zwar auf etwa 25%
des Signalpegels.