DE3327450A1

DE3327450A1 - Verfahren und geraet zum identifizieren flaechiger gegenstaende mit hilfe von mikrowellen i

Info

Publication number: DE3327450A1
Application number: DE19833327450
Authority: DE
Inventors: Johan Dipl.-Ing. 8800 Roeselare Samyn
Original assignee: Bekaert NV SA
Current assignee: Bekaert NV SA
Priority date: 1982-07-29
Filing date: 1983-07-29
Publication date: 1984-02-02
Also published as: GB8320529D0; US4566122A; JPS5990036A; BE897394A; BR8304003A; IT8348761A0; GB2126398A; IT1173748B; FR2531248B1; GB2126398B; NL8302713A; FR2531248A1; LU84307A1

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät zum Identifizieren von flächigen oder plattenartigen Gegenständen aus elektrisch nichtleitenden Materialien mit Hilfe von Mikrowellen, wobei der Gegenstand zur Identifizierung durch den Einbau elektrisch leitender fadenartiger Materialien markiert ist.

Ein bekanntes Verfahren zum Markieren von flächigen Gegenständen besteht darin, beispielsweise Papierblätter zu verwenden, in denen kleine Mengen sehr dünner metallischer Fäden verteilt sind und die die Fähigkeit haben, bestimmte Anteile der Energie auf sie fallender Mikrowellenstrahlung zu absorbieren und zu reflektieren. Es wird daher in Betracht gezogen, diese Eigenschaft unter anderem auf bestimmte Arten von Sicherheitspapier, beispielsweise Banknoten, Pässe und Wertpapiere zu deren Identifizierung oder Überprüfung ihrer Authentizität anzuwenden, indem man sie an einer Halterung durch die Bahn einer Mikrowellensendeeinrichtung laufen läßt und den Energieanteil, der von den in den Blättern eingebetteten elektrisch leitenden Fäden reflektiert und absorbiert wird, ermittelt und mißt. Die Menge der leitenden Fäden muß klein bleiben, um das Aussehen und die Eigenschaften der Blätte°r oder Platten nicht zu sehr zu verändern. In der franzöischen Patentanmeldung Nr. 80 09095 des Anmelders wird beschrieben, daß Fasern mit glatten Oberflächen, die eine Leitfähigkeit von unter 10 % des Kupferstandards besitzen und einen Durchmesser unter 50 μΐη und eine Länge von weniger als 10 mm haben, ein ausgezeichnetes Mikrowellenidentifizierungssignal bei Mengen von beispielsweise 0,5 Gew.-% in dem Gegenstand liefern. Diese Fäden erzeugen ein spezifisches Verhalten, das kaum mit anderen Materialien imitiert werden kann, so

daß eine Fälschung der Markierung verhindert wird. Weiter ist es im allgemeinen erwünscht, daß die Mikrowellendetektoreinrichtung sehr empfindlich ist und rasch ansprechen kann, und daß sie reproduzierbare Identifizierungen des gleichen Gegenstands möglich macht.

Die Erfindung bezweckt, ein einfaches und kompaktes Gerät zur Identifizierung der oben beschriebenen Gegenstände zu schaffen, in dem die von dem Gegenstand reflektierten WeI-len wahrgenommen werden, wenn die von wenigstens zwei dem Gegenstand gegenüber plazierten Mikrowelleneinrichtungen ausgesandten Mikrowellen auf den Gegenstand auftreffen. Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung umfassen die Mikrowelleneinrichtungen einen Sender und einen Zirkulator oder Richtkoppler, in dem ein Teil der reflektierten Wellen zu dem Detektor abgelenkt wird. Abgesehen von den Mikrowelleneinrichtungen umfaßt das Gerät einen reflektierenden Schirm, der vor wenigstens einer der Mikrowelleneinrichtungen in einem Abstand angeordnet ist, der größer ist als der Abstand zwischen dieser Einrichtung und der Halterung für den Gegenstand. Um die Empfindlichkeit des Identifizierungssignals zu erhöhen (oder wenigstens zu optimieren) ist es notwendig, nach der Lehre der Erfindung die betreffenden Abstände zwischen der Mikrowelleneinrichtung und dem Schirm einerseits und zwischen der Mikrowelleneinrichtung und der Halterung andererseits zu justieren, z. B. den Schirm und die Halterung (oder den Transportmechanismus) bezüglich der Einrichtung in die richtige Stellung zu bringen. Daher weist das Gerät noch einen Justiermechanismus für die betreffenden Abstände auf, um beispielsweise die Bestandteile des Geräts in der Lage zu justieren. Ein weiteres spezifisches Merkmal der Erfindung liegt darin, Verfahren zum Regulieren des Geräts vorzusehen, besonders zum Lagejustieren der Elemente.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Gerät verschiedene aufeinanderfolgende Mikrowelleneinrichtungen mit unterschiedlicher Polarisation umfassen, durch deren Weg der von seiner Halterung getragene Gegenstand geführt wird.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, die geeignete Ausführungsformen darstellen. Zugleich werden spezifische Eigenschaften und Vorzüge der Erfindung genauer erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht der Lage der Hauptelemente des Geräts;

Fig. 2 eine Aufsicht auf ein kontinuierlich arbeitendes Erfassungssystem, das zwei Mikrowelleneinrichtungen mit unterschiedlicher Polarisation aufweist;

Fig. 3 eine Ansicht einer Ausführungsvariante, in der einer der Schirme durch einen Detektor für die durch den Gegenstand durchgelassenen Wellen ersetzt ist;

Fig. 4 die wahrgenommenen Signale von einem metallische Fäden enthaltenden Blatt.

Das Gerät gemäß Fig. 1 umfaßt im wesentlichen eine Mikrowelleneinrichtung 1. Diese Einrichtung besteht aus einem Mikrowellensender 2, der mit einem Zirkulator 3 verbunden ist (an den eine Antenne 4 angeschlossen sein kann).

Der Sender 2 kann ein Gunnoszillator sein, der eine Gunndiode in einem Resonanzraum zur Erzeugung von Mikrowellen mit einer Frequenz von mehr als 1 GHz, z. B. 25 GHz (WeI-

lenlänge 12 mm) verwendet. Derartige Oszillatoren sind im Handel erhältlich. Der Ausgang des Resonanzraums ist mit beispielsweise einem Ferritzirkulator verbunden, der gewöhnlich in Mikrowellensendeempfängern für Mikrowellenreflexionskontrollsysteme verwendet wird. Ein solcher Zirkulator 3 ist nicht ideal, weil ein Bruchteil 5 der eintretenden Wellen zu dem an den Zirkulator angekuppelten Detektor 6 abgelenkt wird. Ein planpolarisierter Mikrowellenstrahl 7 wird an einer Öffnung 8 des Zirkulators entlassen und auf den flächigen oder plattenförmigen Gegenstand 9 geworfen, der mit seiner Oberfläche senkrecht zur Richtung des Strahls 7 angeordnet ist. Ein Teil der auf den Gegenstand fallenden Wellen wird von dem Gegenstand aufgrund der Anwesenheit eines elektrisch leitenden fadenartigen Materials in dem Gegenstand reflektiert und betritt die Öffnung 8 in der entgegengesetzten Richtung. Diese reflektierten Wellen 10 werden dann durch eine Öffnung 11 des Zirkulators zu dem Detektor 6 für reflektierte Wellen geschickt. Der Detektor 6 kann eine bekannte Schottky-Diode sein. Ein weiterer Anteil der auf den Gegenstand fallenden Wellen wird durchgelassen und trifft auf den Schirm 12, der aus einem Mikrowellen reflektierenden Material besteht, beispielsweise eine metallische Platte. Die reflektierten Wellen 13 werden teilweise von dem Gegenstand durchgelassen und dxeser durchgehende Anteil wird zu den direkt reflektierten Wellen 10 addiert, die die Öffnung 8 betreten, um von dem Detektor 6 eingefangen zu werden. Die Elemente 2, 3, 4 formen die Mikrowelleneinrichtung und der Detektor 6 bzw. der Gegenstand 9 und der Schirm 12 sind in entsprechenden Rahmen 14, 15 und 16 gehaltert, die in verschieblicher Weise an beispielsweise Gleitstangen 19 in einem Rahmen 17 verstellbar gehalten sind.

In einigen Fällen, beispielsweise in modernen Kontrollsy-

stemen und automatischen Banknotensortiereinrxchtungen, sind ziemlich kompakte Mikrowellendetektoreinrichtungen erforderlich. Gemäß der Erfindung ist es möglich geworden, ein derartiges einfaches und platzsparendes System zu konstruieren, indem man die Trichterantennen und Detektoren für die vom Gegenstand direkt durchgelassenen Wellen wegläßt, wie in der französischen Patentanmeldung Nr. 80 09095 vorgeschlagen. Der Detektor für diese durchgelassenen Wellen kann gemäß der Erfindung durch einen reflektierenden Schirm 12 ersetzt werden. Dieser Schirm bietet den weiteren Vorteil, daß er das System gegen (manchmal variable) Wellen abschirmt, die von anderen, das System umgebenden Objekten reflektiert werden, weil kurze Abstände zwischen diesem Schirm und dem Detektor benutzt werden, d.h. in dem Nahfeldwellenbereich. Die Verwendung hochfrequenter Mikrowellen (z. B. 25 GHz) verbessert die Empfindlichkeit des Nachweises.

Die Verwendung eines nichtidealen Zirkulators 3, wie oben beschrieben, erlaubt auch, in dem Detektorraum stehende Wellen zu erzeugen. Diese Wellen sind das Resultat einer Überlagerung abgelenkter Wellen 5 und reflektierter Wellen 10 und die Tatsache, daß diese stehenden Wellen entstehen, macht es möglich, ein einzigartiges Wahrnehmungssignal zu erzeugen, dessen Empfindlichkeit nach Bedarf reguliert werden kann. Die Methoden .der Regulierung für das Gerät und zum Anheben der Empfindlichkeit des Identifizierungssignals durch die Reflexion von Wellen an dem Gegenstand beruhen auf dem Phänomen dieser stehenden WeI-len.

Das Gerät wird folgendermaßen reguliert: Zuerst wird der Abstand A zwischen der Mikrowelleneinrichtung 1 und dem Schirm 12 bei Abwesenheit des Gegenstands justiert, um einen vorbestimmten Reflexionssignalpegel in dem Detek-

tor 6 zu erhalten, indem man seine Halterung 16 an den Gleitstangen 19 durch Verschieben in die richtige Lage bringt, und der Schirm wird in dieser Position fixiert. Die Änderung des Abstands A verursacht eine Phasenverschiebung der reflektierten Wellen 13, die in die Öffnung 8 des Zirkulators eintreten, im Vergleich zur Phase der ausgesandten Wellen. Die Überlagerung der phasenverschobenen Wellen 13 und der Wellen 5 erzeugt ein stehendes Wellenmuster als Funktion des Abstands A. Daher ist es möglich, zur Justierung des Abstands A den Pegel des wahrgenommenen Reflexionssignals festzulegen (zu wählen), der später als Bezugspegel dient. Wenn ein kleinster Pegel des Reflexionssignals erwünscht ist, ist es möglich, den Schirm derart in Stellung zu bringen, daß die Anzeige durch den Detektor in einem Knoten der stehenden Welle stattfindet. Andererseits ist es auch möglich, einen Platz für den Schirm zu wählen, wo er einen maximalen Pegel des Reflexionssignals erzeugt, zusammenfallend mit dem Bauch der stehenden Wellen.

Wenn der Abstand A bestimmt ist und der Schirm fixiert ist, dann wird der Abstand B zwischen der Mikrowelleneinrichtung 1 und der den Gegenstand 9 mitführenden Halterung 15 (zwischen der Mikrowelleneinrichtung und dem Schirm liegend) derart reguliert, daß ein Reflexionssignalpegel in dem Detektor erzeugt wird, der beträchtlich verschieden von dem vorher während der Regulierung des Abstands A erzeugten ist; die Halterung 15 wird in dieser Position fixiert. Das Zwischenfügen des Gegenstands, der elektrisch leitende fadenartige Materialien enthält, erzeugt ein noch komplizierteres Signal, das sich aus den unmittelbaren Reflexionen und den wiederholten Reflexionen sowohl vom Gegenstand als auch vom Schirm zusammensetzt (wie allgemein oben beschrieben). Ein Anteil der einfallenden Energie wird unmittelbar von den in dem Gegenstand eingebette-

ten elektrisch leitenden Fäden reflektiert; ein weiterer Anteil wird durch den Gegenstand durchgelassen und fällt auf den Schirm, der diesen Wellenanteil reflektiert.

Wieder ein anderer Anteil wird von den Fäden absorbiert. Der von dem Schirm reflektierte Energieanteil fällt bei seinem Rücklauf in entgegengesetzter Richtung auf den Gegenstand (Wellen 13) und wird noch einmal in einen von den leitenden Fäden absorbierten Anteil, einen zum Detektor durchgelassenen Anteil und einen Anteil in der Form nochmaliger Reflexionen zum Schirm aufgeteilt, usw. Die resultierende Welle 10 betritt die Öffnung 8 des Zirkulators und wird der Welle 5 zugefügt. Nichtsdestoweniger zeigt die resultierende Welle eine unterschiedliche Form und ist bezüglich derjenigen in Abwesenheit des Gegenstandes zwischen der Mikrowelleneinrichtung und dem Schirm erzeugten phasenverschoben. Zudem bedeutet eine Änderung im Abstand B eine zusätzliche Phasenverschiebung der resultierenden Welle. Damit ist es möglich, den Abstand B derart zu justieren, daß man einen Signalpegel registriert, der einen maximalen Unterschied zu dem in Abwesenheit des Gegenstands registrierten Pegel zeigt.

Das in Fig_o 2 gezeigte Gerät betrifft ein Ausführungsbeispiel des Geräts, das einen Transportmechanismus zum Bewegen des Gegenstands an seiner Halterung aufweist. Allgemein wird dieser Maschinentyp zum automatischen fortlaufenden Sortieren von Papieren, wie beispielsweise Banknoten, benutzt. In einem Gestell 20 sind auf einer Welle zwei parallele Scheiben 21, 22 in einem vorgegebenen Abstand angebracht. Dieser Zwischenraum enthält einerseits die Riemenscheibe zum Bewegen der Scheiben mit Hilfe eines Riemens 23 und andererseits Metallplatten 24, 25, die als Reflexionsschirme dienen. Die Metallplatten 24, 25 sind mit einem ihrer Enden in Positionierungselementen 26,

27 befestigt, die beispielsweise die Form von an dem Gestell 20 gehalterten Mikrometern haben.

Gegenüber einem Teil des Umfangs der Scheibe 21 bzw. 22 sind ortsfeste Elemente 28, 29 angebracht, die konzentrisch zu dem Scheibenumfang gekrümmte Oberflächen haben. Die Scheiben und diese Elemente bilden zusammen einen Kanal 30 für die zu überprüfenden Dokumente 31. Die Dokumente 31, die elektrisch leitende Fäden enthalten, werden in den Kanal zwischen den Scheiben 21, 22 und einer Rolle 32 eingeführt und danach auf der Bahn vor den Mikrowelleneinrichtungen 33 bzw. 34 vorwärtsgeschoben. Jede solche Einrichtung weist einen Oszillator 35, einen Zirkulator 36 und einen Detektor 37 bzw. 43 auf.

Die Polarisationsebene der von einer dieser Einrichtungen 33, 34 ausgesendeten Wellen ist vorzugsweise im wesentlichen parallel zur Fortbewegungsrichtung der Dokumente 31, während die Polarisationsebene der anderen Einrichtung praktisch senkrecht zu dieser Fortbewegungsrichtung liegt.

Beispiel

Ein Prototyp einer Papierbanknote 31 wurde gemäß einem in der französischen Patentanmeldung Nr. 78 14617 beschriebenen Verfahren präpariert.. Über die Papieroberfläche hin wurden 4 Gew.-% rostfreier Stahlfäden mit einem Durchmesser von 12 μΐη und einer Länge von 5 mm verteilt. Im Verlauf der kontinuierlichen Herstellung von Papier auf einer industriellen Anlage wurden die elektrisch leitenden Fäden geringfügig in Vorwärtsrichtung der frischen Papierlage beim Lauf durch die Maschine orientiert. Dieses Phänomen scheint für eine industrielle Papierfertigung charakteristisch zu sein und es ist durch manuelle oder halbindustrielle Prozesse kaum nachahmbar. Das Papier wurde in

rechteckige Noten zerschnitten, wobei die Länge des Rechtecks parallel zur Fortbewegungsrichtung des Papiers durch die Fertigungsstraße war. Die Note maß 18,5 cm χ 7,5 cm. Die Note wurde in den Kanal 30 am Umfang der Scheibentrommel 21, 22 einer automatisch Crossfield-Sortiermaschine mit einer Geschwindigkeit von 10 m/s eingeführt und die zwei Wahrnehmungssignale wurden danach von den Detektoren 37 und 43 registriert und verglichen. Die Oszillatoren 35 waren vom Typ MA 86790 (Mikrowellenzubehörteile) und die Zirkulatoren 36 waren vom Typ MA 8K221, während Detektoren 37, 43 mit Schottky MA 86561-Dioden verwendet wurden. Die rechteckigen Öffnungen 8 der Zirkulatoren hatten eine Länge von 4,1 mm und eine Breite von 2 mm. Die Polarisationsebene der ausgesendeten Wellen war senkrecht zur Länge der rechteckigen Öftnung. Die ausgesendeten Mikrowellen hatten eine Frequenz von 25 GHz (Wellenlänge 12 mm).

Der Abstand A zwischen den Zirkulatoren 36 und den Platten 24 und 25 wurde in Abwesenheit der Banknote mit Hilfe von Positionierungsmikrometern 26, 27 derart festgelegt, daß in den Detektoren 37, 43 ein kleinstes Bezugssignal erzeugt wurde, entsprechend dem Knoten in der an den Detektoröffnungen erzeugten stehenden Welle. Sobald der Abstand A bekannt war, wurde die zu prüfende Banknote in ihren Kanal 30 direkt vor den Einrichtungen 33 und 34 gebracht und der Abstand B wurde so bestimmt, daß man in den Detektoren 37, 43 ein Signalmaximum erhielt. Unter Berücksichtigung des vorgegebenen Abstands A wurden die Platten 24 bzw. 25 und die Einrichtungen 34 bzw. 33 in einer zum Kanal 30 senkrechten Richtung zusammengeschoben in die für die Erzeugung des Signalmaximums erforderliche Position. Diese Position entsprach dem gewünschten Abstand B„ Es ergaben sich folgende Werte: Der Abstand A betrug 25,5 mm und der Abstand B war 10,5 mm. Die Polarisa-

tionsebene der von der Einrichtung 3 3 ausgesendeten Wellen war parallel zur Laufrichtung der Banknoten in dem Kanal 30 (und damit parallel zur Hauptorientierung der eingebetteten elektrisch leitenden Fäden), wogegen die PoIarisationsebene der von der Einrichtung 34 ausgesendeten Wellen senkrecht zu dieser Laufrichtung war.

In Fig. 4 sind die von dem Oszilloskop empfangenen Signale dargestellt. Die Abszisse dieses Diagramms zeigt die Zeit und die Ordinate ist ein zur reflektierten Energie proportionales Maß. Die Linie 44 zeigt das von dem Detektor 37 registrierte Reflexionssignal und die Linie 46 zeigt das von dem Detektor 4 3 registrierte Reflexionssignal. Man kann unmittelbar ablesen, daß die Amplitude oder Höhe des Scheitels 45 größer ist als diejenige des Scheitels 47, was anzeigt, daß es eine bevorzugte Orientierung der rostfreien Stahlfäden in dem Papier in Laufrichtung der Banknote 31 um die Scheiben 21,- 22 gibt. Die Amplitude 47 ist in der Zeichnung umgekehrt.

Es ist klar, daß die elektrisch leitenden Fäden, die in Laufrichtung des Papiers orientiert sind, mit der Polarisationsebene der von der ersten Einrichtung 33 ausgesendeten Wellen zusammenfallen und daher in dem Detektor 37 einen hohen Reflexionspegel (d. h. ein bedeutendes Signal mit großer Amplitude 45) verursachen (oder wenigstens dazu beitragen).

Im Gegensatz dazu werden die Fäden, wenn sie vor der Einrichtung 34 vorbeilaufen, nur sehr wenig der auf sie fallenden Energie reflektieren, weil die Polarisationsebene der von der Einrichtung 34 ausgesendeten Wellen senkrecht zur Richtung dieser Fäden verläuft. Ein Signal oder eine Amplitude 47 wird daher für diese Fäden viel schwächer sein, wenn es nicht überhaupt vernachlässigbar ist. In der

Praxis ist jedoch die Orientierung der Fäden mehr oder weniger willkürlich. Daher kann man stets ein gewisses nicht vernachlässigbares Signal 47 erwarten, es sei denn, die Fäden werden während der Herstellung des Gegenstands beispielsweise mit Hilfe von Magneten, wenn die Fäden magnetisierbar sind, in eine geeignete Richtung gezwungen.

Die Breite 48 der Signale entspricht einem Zeitintervall von etwa 20 ms, was auf die außerordentliche Fähigkeit des Geräts zum Wahrnehmen bei sehr hoher Geschwindigkeit hindeutet.

Die Erfindung betrifft auch eine in der Fig. 3 dargestellte Ausführungsform, die die sehr vorteilhafte praktische Kombination von wenigstens zwei Mikrowelleneinrichtungen 33, 34 zeigt, die nebeneinander in einem Gerät angebracht sind, das außerdem noch einen gegenüber der ersten Einrichtung 33 angeordneten Schirm 25 und einen Wellendetektor 38 für die durchgelassenen Wellen umfaßt, der gegenüber einer zweiten Mikrowelleneinrichtung 34 angeordnet ist. Die Halterung 21, 22, 28, 29 für den Gegenstand ist vor den Mikrowelleneinrichtungen und zwischen den Einrichtungen 33, 34 und dem Schirm 25 bzw. dem Detektor 38 plaziert. Das Gerät umfaßt auch noch einen Justiermechanismus

25. für die betreffenden Abstände zwischen den verschiedenen Elementen: d. h. die Abstände zwischen jeder zweiten Einrichtung und jedem Detektor 38, jeder ersten Einrichtung und jedem Schirm 25 und jeder ersten bzw. zweiten Einrichtung und der Halterung. Die Justierbarkeit ist durch Pfei-Ie 39, 40, 41, 42 angedeutet.

Im Hinblick auf die Erzeugung unterscheidbarer Signale, die eine bessere Identifizierung der Art, Abmessung und Anordnung der elektrisch leitenden Fäden in den Gegenständen erlauben, ist es vorteilhaft, die Richtung der Polari-

sationsebene der von wenigstens einer der ersten Einrichtungen ausgesendeten Wellen unterschiedlich zur Richtung der Polarisationsebene einer zweiten Einrichtung zu machen. So kann beispielsweise die Polarisationsebene der von einer ersten Einrichtung ausgesendeten Wellen parallel zur Laufrichtung des Gegenstands gewählt sein, wogegen die Polarisationsebene einer zweiten Einrichtung senkrecht zu dieser Laufrichtung sein kann.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Richtung der Ebene der von wenigstens einem der Detektoren 3 8 empfangenen Wellen unterschiedlich zu derjenigen der Polarisationsebene der von einer zweiten Einrichtung 34 gegenüber diesen Detektoren ausgesendeten Wellen zu machen. Andererseits kann es in gewissen Fällen zweckmäßig sein, diese beiden Richtungen parallel zu wählen. Wenn die Richtung der Polarisationsebene der von einem Detektor empfangenen Wellen unterschiedlich zu derjenigen der Polarisationsebene der von einer zweiten Einrichtung gegenüber dem Detektor ausgesendeten Wellen gewählt wird, ist es vorzuziehen, daß diese beiden Ebenen sich unter einem 90° Winkel kreuzen, um in den betreffenden Detektoren einen maximalen Kontrast der Signale zwischen den reflektierten Wellen und den zum Detektor durchgelassenen Wellen zu erzeugen. Eine der Ebenen kann dann praktisch parallel zur Laufrichtung des Gegenstands gewählt werden, wogegen die andere dann senkrecht dazu verlaufen kann.

Wenn dagegen die Richtung der Ebene der empfangenen Wellen mit derjenigen der Polarisationsebene der gegenüber diesem Detektor 38 ausgesendeten Wellen zusammenfällt, dann können diese beiden Ebenen entweder parallel zur Laufrichtung des Gegenstands oder senkrecht zu dieser Laufrichtung ausgerichtet sein.
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Eine praktische Ausführungsform umfaßt z. B. eine erste Einrichtung 33, die Wellen aussendet, welche in einer zur Laufrichtung des Gegenstands 31 parallelen Ebene polarisiert sind, ferner einen metallischen Schirm 25 gegenüber dieser Einrichtung. Die von einer zweiten Einrichtung 34 ausgesendeten Wellen haben dann eine Polarisationsebene, die senkrecht zur Laufrichtung des Gegenstands orientiert ist. Der Detektor 38 gegenüber dieser Einrichtung. 34 wird dann so ausgerichtet sein, daß er den vollständigen Anteil der durchgelassenen Energie in der Ebene senkrecht zur Laufrichtung des Gegenstands empfängt.

In einer anderen praktischen, vorteilhaften Ausführungsform sendet eine erste Einrichtung 33, die gegenüber dem Schirm 25 angebracht ist, Wellen aus, die in einer zur Fortbewegungsrichtung des Gegenstands senkrechten Ebene polarisiert sind. Dagegen ist der gegenüber der Einrichtung 34 angebrachte Detektor 38 so orientiert, daß er nur den Energieanteil empfängt, der in einer zur Fortbewegungsrichtung des Gegenstands parallelen Ebene durchgelassen wird, während die Polarisationsebene der von der Einrichtung 34 ausgesendeten Wellen auch parallel zu dieser Laufrichtung orientiert ist.

Um die betreffenden erwünschten Lageorientierungen der Polarisationsebenen der von den verschiedenen Einrichtungen ausgesendeten Wellen sowie der zu den Detektoren durchgelassenen Wellen zu regulieren, weist das Gerät im allgemeinen herkömmliche und nicht dargestellte Mittel zum Justieren der Winkelstellung der Einrichtungen und/oder Detektoren bezüglich einer Drehung um eine zur Fortschreitungsrichtung der ausgesendeten Wellen parallele Achse auf.

Nunmehr wird die Regulierung für ein Gerät beschrieben,

das eine Kombination von wenigstens zwei Welleneinrichtungen 3 3 bzw. 34 nebeneinander, ferner einen Schirm 25 gegenüber einer der ersten Einrichtungen 33 und einen Wellendetektor 38 gegenüber den zweiten Einrichtungen 34, sowie eine zwischen diesen Elementen angebrachte Halterung 21, 22, 29 für den Gegenstand 31 umfaßt. Diese Regulierung, d. h. die Lagejustierung der Elemente, zielt auf eine Anhebung der Empfindlichkeit des Identifizierungssignals ab. Im allgemeinen wird zuerst der Abstand A zwisehen einer ersten Einrichtung 33 und dem Schirm 25 in Abwesenheit des Gegenstands 31 derart reguliert, daß man in dem Detektor 37 einen vorgegebenen Pegel des Reflexionssignals erhält, und der Schirm 25 wird dann in dieser Position fixiert. Als nächstes wird der Abstand B zwischen einer ersten Einrichtung 33 und der Halterung 21, 22, 29 für den Gegenstand reguliert, wobei diese den Gegenstand 31 mitführende Halterung zwischen die Einrichtung und den ihr gegenüber plazierten Schirm gebracht ist, und zwar in der Weise, daß man in dem Detektor 37 einen Reflexionssignalpegel erhält, der beträchtlich verschieden ist von demjenigen in Abwesenheit des Gegenstands erzielten, und die Halterung wird dann in dieser Position fixiert.

Als nächstes wird der Abstand C zwischen einer zweiten Einrichtung 34 und dem Detektor 38 in Abwesenheit des Gegenstands derart reguliert, daß man ·ϊη diesen Detektor einen vorbestimmten Pegel des Durchgangssignals erhält, und dieser Abstand C wird noch einmal in Abwesenheit des Gegenstands durch eine kleine Verschiebung justiert, so daß man in einem zweiten Detektor 43 einen vorgegebenen Reflexionssignalpegel erhält. Der Detektor 38 und die Einrichtung 34 werden dann in diesem Abstand voneinander festgelegt. Schließlich wird nach Einbringen des Gegenstands 31 in den Kanal 30 der Halterung zwischen dem Detektor 38 und der Einrichtung 34 der Abstand D zwischen

der Einrichtung 34 und der den Gegenstand 31 tragenden Halterung derart reguliert, daß man in dem Detektor 43 einen Reflexionssignalpegel erzielt, der beträchtlich verschieden ist von dem in Abwesenheit des Gegenstands erzeugten, und die Halterung wird in dieser Position fixiert.

Der Abstand A kann so reguliert und der Schirm 25 so festgelegt werden, daß man je nach Wunsch entweder ein kleinstes Signal oder ein größtes Signal in dem Detektor

37 erzeugt. Jedenfalls ist es zweckmäßig, den Gegenstand 31 in seiner Halterung in einer solchen Position zu fixieren, daß man in dem Detektor 37 einen Reflexionssignalpegel erhält, der einen maximalen Unterschied zu dem in Abwesenheit des Gegenstands registrierten Pegel bietet.

Beim Regulieren des Abstands C wird die Tatsache berücksichtigt, daß die Anwesenheit des metallischen Detektors

38 dazu führt, daß ein Teil der von der Einrichtung 34 ausgesendeten Wellen von den metallischen Teilen des Detektors reflektiert wird. Die Überlagerung der ausgesendeten und reflektierten Wellen (mit unterschiedlichen Phasen) erzeugt eine stehende Welle. Durch Ändern des Abstands C kann man den Pegel des in dem Detektor 49 registrierten Durchgangssignals wählen. Dieser Detektor 4 9 ist vom gleichen Typ wie derjenige (^C43), der an der Einrichtung 34 befestigt ist. Vorzugsweise wird der Abstand C so gewählt, daß man für das Durchgangssignal einen maximalen Pegel erzielt. Beim Neujustieren des Abstands C wird der Detektor 38 oder die Einrichtung 34 vorzugsweise um ein kleines Stück verschoben, so daß in dem Detektor 43 ein kleinster Reflexionssignalpegel erzeugt wird. Dieses Reflexionssignal wird nachher als Bezugsreflexionssignal betrachtet. Ein Zusatzeffekt der Neujustierung besteht darin, daß der vorgegebene maximale Pegel dos Durchgangs-

signals (bei Abstand C) geringfügig herabgesetzt wird. Der Pegel des in dem Detektor 49 registrierten Durchgangssignals bei diesem neujustierten Abstand wird als Bezugsdurchgangssignal angesehen.
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Schließlich wird der Gegenstand 31 in die Halterung 21, 22, 29 zwischen dem Detektor 38 und der Einrichtung 34 gebracht und der Abstand D zwischen der Einrichtung 34 und dem Gegenstand wird reguliert (wobei der neujustierte Abstand C zwischen der Einrichtung 34 und dem Detektor 38 beachtet wird), um in dem Detektor 43 einen maximalen Reflexionssignalpegel zu erzielen. Durch das Zwischenfügen des Gegenstands 31 zwischen der Einrichtung 34 und analog zu dem oben beschriebenen, dem Detektor 38 wird ein Überlagerungsphänomen erzeugt, das die Form eines Komplexes direkter Wellen, reflektierter Wellen und durchgelassener Wellen mit unterschiedlichen Phasen hat. Als Ergebnis dieser Überlagerung wird eine stehende Welle erzeugt, die es erlaubt, den Reflexionssignalpegel als Funktion des Abstands D zu fixieren.

Die Erfindung ist zwar mit Bezugnahme auf die in den Figuren gezeigten Geräte beschrieben worden, doch ist sie selbstverständlich nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Die Frequenz der Mikrowellen kann von einer Mikrowelleneinrichtung zur anderen verschieden sein. Eine erste Einrichtung kann beispielsweise bei 25 GHz arbeiten und eine zweite beispielsweise bei 10 GHz. Eine höhere Frequenz bedingt eine genauere und empfindlichere Positionierung, weil die Wellenlänge der stehenden Wellen die Hälfte derjenigen der ausgesendeten Wellen beträgt. Statt den Gegenstand nacheinander durch den Weg der beiden Mikrowelleneinrichtungen laufen zu lassen, kann man beispielsweise in Betracht ziehen, ihn zweimal durch den Weg der gleichen Einrichtung zu schicken, wobei man zwi-

sehen beiden Durchläufen entweder die Orientierung des Gegenstands oder die Orientierung der Polarisationsebene dieser Einrichtung ändert.

Es liegt auch auf der Hand, daß das wahrgenommene Signal über das Eingreifen eines Relais oder einer andere Betätigungsvorrichtung einen Befehl erzeugen kann, um aus einer fortlaufenden Reihe geprüfter Gegenstände diejenigen zu eliminieren, die nicht den gesetzten Normen entsprechen. In der Praxis der automatischen Sortierung von Banknoten würde beispielsweise diese Maßnahme erlauben, gefälschte Banknoten automatisch auszusondern.

Die flächigen oder·plattenartigen Gegenstände können entweder faserartige Strukturen sein, wie. beispielsweise Papier, nichtgewebte Gegenstände, Gewebe, Garne, oder nichtfaserartige Strukturen, beispielsweise auf Kunststoff oder keramischen Werkstoffen basierende, oder geschichtete Kombinationen dieser Strukturen. Während der Fertigung können sie lokal markiert werden, indem man elektrisch leitende fadenartige Materialien lokal einbettet.

Anstelle der Bekinox® rostfreien Stahlfäden des Anmelders können auch andere fadenartige Materialien verwendet wer-

den. Doch ist die elektrische Leitfähigkeit von BekinojM-Fäden praktisch ideal für das erfindungsgemäße Identifizierungssystem, weil sie Absorptions- und Reflexionseigenschaften der gleichen Größenordnung bietet. Daher können diese Werte mit den gleichen Detektoren festgestellt werden. Außerdem bietet der kleine Durchmesser eine maximale Absorptionsfähigkeit in den Meßbedingungen gemäß der Erfindung, z. B. durch Wahl einer günstigen Kombination der räumlichen Gestaltung und (niedrigen) Konzentration der Fäden als eine Funktion der Frequenz der Mikrowelleneinrichtungen. Der kleine Durchmesser dor Fäden begünstigt

auch das Aussehen des Gegenstands, z. B. des Sicherheitspapiers. Eine reguläre Oberfläche der Fäden vermeidet Schwankungen in dem wahrgenommenen Signal.

Verwendet man Fäden mit ziemlich hoher Leitfähigkeit und berücksichtigt man die Fädenabmessungen (Durchmesser unter 25 μΐη, Länge unter 10 mm) sowie die Größenordnung der Konzentration dieser Fäden in dem Gegenstand (weniger als 5 Gew.-%), dann bieten die Gegenstände Absorptionswerte, die zu schwach sind, und Reflexionswerte, die zu hoch sind, so daß sie mit dem erfindungsgemäßen System nicht mehr von Platten oder metallischen Schichten unterschieden werden können.

Verwendet man dagegen Fäden mit zu geringer Leitfähigkeit (niedriger als diejenige von Bekinojc^-Fäden), so ist es notwendig, dickere Fäden einzubauen (um einen nicht vernachlässigbaren Absorptionspegel zu erreichen), was das Aussehen des Gegenstands beeinträchtigen würde.

Wenn die Oberfläche der Gegenstände ziemlich groß ist und die Markierung beispielsweise auf bestimmte Plätze in der Oberfläche beschränkt ist, ist es offensichtlich, daß verschiedene Kombinationen von Sendeempfängern (Schirm bzw. Wellendetektoren) in dem Gerät nahe aneinander montiert werden müssen, um eine ordnungsgemäße Überprüfung der gesamten Oberfläche zu erlauben.

Alle diese Varianten sowie andere für den Fachmann naheliegende sollen Teil der Erfindung sein, die durch die Ansprüche gegeben ist.

Leerseite

Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. II. Teicsmann, öipl -Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing. H. LiSKA₅ Dipl.-Phys. Dr. J₀ Prechtel

SA/HO 8000 MÜNCHEN 86

POSTFACH 860 820

MÖHI.STRASSE 22

TELEFON (089)980352

TELEX 522621

TELEGRAMM PATKNTWEICKMANN MÖNCHEN

N₀V. BEKAERT S.A. Bekaertstraat 1, B-8550 Zwevegem, Belgien

Verfahren und Gerät zum Identifizieren flächiger Gegenstände mit Hilfe von Mikrowellen I

Patentansprüche

Io Gerät zum Identifizieren eines flächigen oder plattenförmigen Gegenstands aus einem elektrisch nichtleitenden Material, der zur Identifizierung durch den Einbau elektrisch leitender Materialien markiert ist, dadurch gekennzeichnet,, daß es wenigstens zwei in einem Rahmen nebeneinander angebrachte Mikrowelleneinrichtungen (33„ 34) aufweist, ferner eine Halterung (21, 22, 28, 29) für den Gegenstand (31), die vor den Mikrowelleneinrichtungen angebracht ist, und wenigstens zwei Detektoren (35, 43) für die von dem Gegenstand bei dessen Vorbeilauf vor den Einrichtungen reflektierten WeI-len, wobei die Mikrowelleneinrichtungen einen Zirkulator oder Richtkoppler (36) aufweisen, in dem ein Teil der eintretenden reflektierten Wellen zu den Detektoren abgelenkt wird, und wobei das Gerät auch noch einen die Wellen re-

flektierenden Schirm (24, 25) hat, der gegenüber wenigstens einer der Mikrowelleneinrichtungen in einem Abstand angeordnet ist, der größer ist als derjenige zwischen der Mikrowelleneinrichtung und der Halterung, sowie einen Ju-Stiermechanismus (26, 27) für die betreffenden Abstände zwischen der Mikrowelleneinrichtung und dem Schirm einerseits und der Mikrowelleneinrichtung und der Halterung andererseits.
2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Transportmechanismus (23) für den in der Halterung gehaltenen Gegenstand (31).
3. Gerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch g e kennzeichnet, daß die Polarisationsebene der von wenigstens einer Einrichtung (33) ausgesendeten Wellen unterschiedlich ist von de*r Polarisationsebene der von der anderen Einrichtung (34) ausgesendeten Wellen.
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationsebene der von einer Einrichtung ausgesendeten Wellen im wesentlichen parallel zur Laufrichtung des Gegenstands (31) ist, während die Polarisationsebene der anderen Einrichtung im wesentlichen senkrecht zu dieser Laufrichtung verläuft.
5. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Mikrowelleneinrichtungen (33, 34) nebeneinander, einen gegenüber wenigstens einer ersten Einrichtung (33) angebrachten Schirm (25) und einen Detektor (38) für die durchgehenden Wellen, der gegenüber wenigstens einer zweiten Einrichtung (34) in einem Abstand angeordnet ist, der größer ist als der Abstand zwischen dieser zweiten Einrichtung und der HaI-terung für den Gegenstand, und durch einen Justiermecha-

nismus für die betreffenden Abstände zwischen der ersten Einrichtung (33) und dem Schirm (25) und zwischen der zweiten Einrichtung (34) und dem Detektor (38) einerseits und zwischen der Halterung und der ersten bzw. zweiten Einrichtung andererseits.
6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Polarisationsebene der von wenigstens einer der ersten Einrichtungen ausgesendeten Wellen eine von der Polarisationsebene einer zweiten Einrichtung verschiedene Richtung hat.
7. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Richtung der Ebene der von wenigstens einem der Detektoren empfangenen Wellen verschieden ist von derjenigen der Polarisationsebene der von einer zweiten, gegenüber diesem Detektor angebrachten Einrichtung ausgesendeten Wellen.
8. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Ebene der von wenigstens einem der Detektoren empfangenen Wellen parallel zur Polarisationsebene der von einer zweiten gegenüber diesen Detektoren angeordneten Einrichtung ausgesendeten Wellen ist.
9. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Polarisationsebene der von wenigstens einer der ersten Einrichtungen ausgesendeten Wellen im wesentlichen parallel zur Laufrichtung des Gegenstands ist, während die Polarisationsebene von wenigstens einer der zweiten Einrichtungen im wesentlichen senkrecht zu dieser Laufrichtung ist.
10. Gerät nach Anspruch 7, dadurch ge-

kennzeichnet , daß die Ebene der empfangenen Wellen im wesentlichen parallel zur Laufrichtung des Gegenstands ist, während die Polarisationsebene der von einer zweiten, gegenüber dem Detektor angebrachten Einrichtung ausgesendeten Wellen im wesentlichen senkrecht zu dieser Laufrichtung ist.
11. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Polarisationsebene der von einem zweiten Sender ausgesendeten Wellen im wesentlichen parallel zur Laufrichtung des Gegenstands ist, während die Ebene der empfangenen Wellen im wesentlichen senkrecht zu dieser Laufrichtung verläuft.
12. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Richtung der Ebene der empfangenen Wellen praktisch parallel zur Laufrichtung des Gegenstands ist.
13. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Richtung der Ebene der empfangenen Wellen im wesentlichen senkrecht zur Laufrichtung des Gegenstands ist.
14. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Polarisationsebene der von einem ersten, gegenüber dem Reflexionsschirm (25) angebrachten Sender ausgesendeten Wellen parallel zur Laufrichtung des Gegenstands ist.
15. Gerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Polarisationsebene der von einem ersten, gegenüber dem Reflexionsschirm (25) angebrachten Sender ausgesendeten Wellen senkrecht zur Laufrichtung des Gegenstands ist.
16. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Justiermechanismus für die Winkelstellung der Sender und/oder Detektoren bezüglich einer Drehung um eine zur Fortschreitungsrichtung der ausgesendeten Wellen parallelen Achse.
17. Regulierverfahren für das Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Steigerung der Empfindlichkeit des Identifizierungssignals durch die Reflexion von Wellen an den Gegenständen, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Abstand (A) zwischen den Mikrowelleneinrichtungen und dem Schirm in Abwesenheit des Gegenstands so reguliert wird, daß man in dem Detektor einen vorgegebenen Reflexionssignalpegel erhält, worauf der Schirm in dieser Position fixiert wird,

b) danach der Abstand (B) zwischen der Einrichtung und der Halterung für den Gegenstand reguliert wird, während diese den Gegenstand tragende Halterung zwischen die Einrichtung und den gemäß a) fixierten Schirm in Stellung gebracht ist, um in dem Detektor einen Reflexionssignalpegel zu erzeugen, der wesentlich verschieden von dem unter a) erzeugten ist, wonach die Halterung in dieser Position fixiert wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, -dadurch gekennzeichnet , daß der Schirm in einer solchen Position fixiert wird, daß man in dem Detektor ein minimales Signal erhält.
19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß der Schirm in einer solchen Position fixiert wird, daß man in dem Detektor ein maximales Signal erhält.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, d a . durch gekennzeichnet, daß die Halterung für den Gegenstand in einer solchen Position fixiert wird, daß man in dem Detektor einen Signalpegel erhält, der einen maximalen Unterschied zu dem in Abwesenheit des Gegenstands erzielten Signalpegel zeigt.
21. Regulierverfahren für das Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 16 zur Steigerung der Empfindlichkeit des Identifizierungssignals, dadurch gekennzeichnet , daß

a) der Abstand (A) zwischen einer ersten Mikrowelleneinrichtung und einem Schirm in Abwesenheit des Gegenstandes derart reguliert wird, daß man in einem ersten Detektor für die reflektierten Wellen einen vorgegebenen Reflexionssignalpegel erhält, worauf der Schirm in dieser Position fixiert wird,

b) danach der Abstand (B) zwischen der Einrichtung und der Halterung für den Gegenstand, während diese den Gegenstand tragende Halterung zwischen der Einrichtung und dem in der Lage gemäß a) fixierten Schirm in Stellung gebracht ist, derart reguliert wird, daß man in dem Detektor einen Reflexionssignalpegel erhält, der wesentlich verschieden von dem unter a) erhaltenen ist, worauf die Halterung in dieser Position fixiert wird,

c) der Abstand (C) zwischen einer zweiten Mikrowelleneinrichtung und einem Detektor für die durchgehenden Wellen in Abwesenheit des Gegenstands derart reguliert wird, daß man in dem Detektor einen vorgegebenen Durchgangssignalpegel erhält,

d) der Abstand (C) in Abwesenheit des Gegenstands derart neu justiert wird, daß man in einem zweiten Detektor für die reflektierten Wellen einen vorgegebenen Reflexionssignalpegel erhält, und der Detektor und der Sender in diesem vorläufigen Zwischenabstand fixiert werden,

e) der Gegenstand in der Halterung zwischen den Detektor für die durchgehenden Wellen und die zweite Einrichtung gebracht wird und

f) der Abstand (D) zwischen der zweiten Einrichtung und der den Gegenstand tragenden Halterung derart reguliert wird, daß man in dem zweiten Detektor für die reflektierten Wellen einen Reflexionssignalpegel erhält, der wesentlich verschieden von dem unter d) erzielten ist, worauf die Halterung in dieser Position fixiert wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß der Schirm in einer solchen Position fixiert wird, daß man in dem ersten Detektor für die reflektierten Wellen eine minimales Signal erhält.
23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm in einer solchen Position fixiert wird, daß man in dem ersten Detektor für die reflektierten Wellen ein maximales Signal erhält.
24ο Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung für den Gegenstand in einer solchen Position fixiert wird, daß man in dem ersten Detektor einen Reflexionssignalpegel erhält, der einen maximalen Unterschied zu dem in Abwesenheit des Gegenstands erzielten Signalpegel zeigt.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (C) derart reguliert wird, daß man in dem Detektor für die durchgehenden Wellen einen maximalen Durchgangssignalpegel erhält.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (C) noch einmal justiert wird derart, daß man in dem zweiten Detektor einen minimalen Reflexionssignalpegel erhält.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet , daß der Abstand (D) derart reguliert wird, daß man in dem zweiten Detektor einen maximalen Reflexionssignalpegel erhält.
28. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer Betätigungseinrichtung ausgestattet ist, die auf die von den Detektoren für reflektierte bzw. durchgehende Wellen erzeugten Identifizierungssignale anspricht und die nicht der Norm entsprechenden flächigen Gegenstände aus einer kontinuierlichen Reihe geprüfter Gegenstände aussondert.