DE3327451A1

DE3327451A1 - Verfahren und geraet zum identifizieren flaechiger gegenstaende mit hilfe von mikrowellen ii

Info

Publication number: DE3327451A1
Application number: DE19833327451
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: LU84308A1; FR2531247A1; IT1172314B; GB2125999B; FR2531247B1; NL8302714A; GB2125999A; BR8304004A; US4566121A; IT8348760A0; JPS5965390A; GB8320530D0

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät zum Identifizieren flächiger oder plattenartiger Gegenstände 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 flächiger Gegenstände besteht darin, beispielsweise Papierblätter zu verwenden, die kleine Mengen sehr dünner metallischer Fäden enthalten, die in den Blättern verteilt sind und die Fähigkeit haben, bestimmte Anteile der Energie einer auf sie fallenden Mikrowellenstrahlung zu absorbieren und zu reflektieren. Daher wird in Betracht gezogen, diese Eigenschaft unter anderem auf bestimmte Arten von Sicherheitspapier, beispielsweise Banknoten, Pässe und Wertpapiere anzuwenden, um diese zu identifizieren oder ihre Authentizität zu überprüfen, indem man sie an einer Halterung durch die Bahn einer Mikrowellensendeeinrichtung laufen läßt und den Energieanteil ermittelt und mißt, der durch die in den Blättern eingebetteten elektrisch leitenden Fäden reflektiert und absorbiert wird. Die Menge von leitenden Fäden muß klein bleiben, um das Aussehen und die Eigenschaften der Blätter oder Platten nicht zu sehr zu verändern. In der französischen Patentanmeldung Nr. 80 09905 wird beschrieben, daß Fäden mit glatten Oberflächen, die eine Leitfähigkeit unter 10 % derjenigen des Kupferstandards, sowie einen Durchmesser von weniger als 50 μπι und eine Länge von weniger als 10 mm haben, bei Mengen von z. B. 0,5 Gew.-% in dem Gegenstand ein ausgezeichnetes Mikrowellenidentifizierungssignal liefern. Diese Fäden erzeugen ein spezifisches Verhalten, das kaum durch andere

Materialien nachgeahmt werden kann, so daß eine Fälschung der Markierung unterbunden wird. Weiter ist es im allgemeinen erwünscht, daß die Mikrowellendetektoreinrichtung hochempfindlich ist und ein rasches Ansprechvermögen hat und daß sie reproduzierbare Identifizierungen des gleichen Gegenstands möglich macht.

Die Erfindung bezweckt, ein einfaches und kompaktes Gerät zur raschen Identifizierung der oben beschriebenen Artikel zu schaffen, bei dem die von dem Gegenstand reflektierten Wellen wahrgenommen werden, wenn die Mikrowellen, die von wenigstens einer ersten und wenigstens einer zweiten vor dem Gegenstand angeordneten Mikrowellensendeeinrichtung ausgesendet werden, auf den Gegenstand fallen und bei der zusätzlich die Energie der durch den Gegenstand durchgehenden Wellen festgestellt wird. Gemäß einem wichtigen Merkmal der Erfindung umfaßt jede Mikrowelleneinrichtung einen Sender, einen Zirkulator oder einen Richtkoppler, in dem ein Bruchteil der reflektierten Wellen zu einem Detektor für die reflektierten Wellen abgelenkt wird. Außer den Mikrowelleneinrichtungen umfaßt das Gerät auch noch Wellendetektoren für die durchgehenden Wellen, die gegenüber den Mikrowelleneinrichtungen angeordnet sind. Eine Halterung für den Gegenstand ist zwischen den Mikrowelleneinrichtun-.25 gen und den Detektoren für durchgehende Wellen angebracht. Um die Empfindlichkeit der Identifizierungssignale zu erhöhen (oder wenigstens zu optimieren), ist es notwendig, gemäß der Erfindung die betreffenden Abstände zwischen den Mikrowelleneinrichtungen und den gegenüberliegenden Detektoren einerseits und zwischen den Mikrowelleneinrichtungen und der Halterung andererseits zu justieren, z. B. jeden Detektor und die Halterung bezüglich der Mikrowelleneinrichtung in die richtige Lage zu bringen. Daher umfaßt das Gerät auch noch einen Justiermechanismus für die betreffenden Abstände, d. h. die Lageeinstellung dor Bestand-

teile. Ein weiteres spezifisches Merkmal der Erfindung besteht darin, Regulierverfahren für das Gerät vorzusehen, insbesondere zum Positionieren der Elemente. Die Verwendung hochfrequenter Mikrowellen (z. B. von 10 GHz) verbessert die Empfindlichkeit der Wahrnehmung.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Gerät verschiedene aufeinanderfolgende erste und zweite Mikrowelleneinrichtungen mit unterschiedlicher Polarisation der ausgesendeten Wellen zwischen den ersten und den zweiten Einrichtungen auf, durch deren Weg der von seiner Halterung getragene Gegenstand geleitet wird.

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

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

Fig. 2 eine Ansicht eines kontinuierlichen Prüfungssystems, das zwei Mikrowelleneinrichtungen mit unterschiedlicher Polarisation aufweist;

Fig. 3 die wahrgenommenen Signale, die von einem metallische Fäden enthaltenden Blatt reflektiert bzw. durch das Blatt durchgelassen wurden; und 30

Fig. 4 entsprechende Signale von einem andere metallische Fäden enthaltenden Blatt.

Das Gerät gemäß Fig. 1 umfaßt im wesentlichen einen Mikro-Welleneinrichtung 1. Diese Einrichtung besteht aus einem

Mikrowellensender 2, der mit einem Zirkulator 3 gekuppelt ist (an den eine Antenne 8 angeschlossen werden kann).

Der Sender 2 kann ein Gunn-Oszillator sein, der eine Gunn-Diode in einem Resonanzraum zur Erzeugung von Mikrowellen mit einer Frequenz von mehr als 1 GHz, z. B. 25 GHz (Wellenlänge 12 mm) verwendet. Derartige Oszillatoren sind im Handel erhältlich. Der Ausgang des Resonanzraums ist mit beispielsweise einem Ferritzirkulator 3 verbunden, der gewöhnlich in Mikrowellen-Sendeempfängern für Mikrowellen-Reflexionskontrollsysteme benützt wird. Ein solcher Zirkulator 3 ist nicht ideal, weil ein Anteil 5 der eintretenden Wellen zu dem mit dem Zirkulator verbundenen Detektor 6 abgelenkt wird. Ein planpolarisierter Mikrowellenstrahl 7 wird aus einer Öffnung 8 des Zirkulators entlassen und fällt auf den flächigen oder plattenförmigen Gegenstand 9, der mit seiner Oberfläche senkrecht zur Richtung des Strahls 7 angeordnet ist. Ein Teil der auf den Gegenstand fallenden Wellen wird von ihm aufgrund der Anwesenheit elektrisch leitender fadenartiger Materialien in dem Artikel reflektiert und betritt die Öffnung 8 in entgegengesetzter Richtung. Diese reflektierten Wellen 10 werden danach von einer Öffnung 11 des Zirkulators zum Detektor 6 für reflektierte Wellen durchgelassen. Der Detektor 6 kann eine bekannte Schottky-Diode sein. Ein weiterer Anteil 4 der auf den Gegenstand fallenden Wellen wird durchgelassen und von dem Detektor 12 eingefangen (oder wahrgenommen) , der ebenfalls mit einer Antenne 18 versehen sein kann. Der Detektor 12 für die empfangenen Wellen kann auch eine Schottky-Diode sein. Schließlich wird ein dritter Anteil der auf den Gegenstand fallenden Energie von den elektrisch leitenden Fäden in dem Gegenstand absorbiert. Da der Detektor 12 metallische Teile enthält, gelangt ein Anteil der durchgehenden Wellen nicht in den Detektor 12, sondern wird von dessen metallischen Teilen zum Gegenstand

9 hin reflektiert (Wellen 13). Ein Teil dieser reflektierten Wellen 13 wird dann durch den Artikel durchgelassen und dieser durchgehende Anteil wird zu dem Anteil unmittelbar reflektierter Wellen 10 zugefügt, der dann die Öffnung 8 betritt, um von dem Detektor 6 eingefangen zu werden. (Ein weiterer Anteil der reflektierten Wellen 13 wird von den e'lektrisch leitenden Fäden absorbiert. )

Die Überlagerung dieser direkten, reflektierten, durchgehenden und wiederholt reflektierten Wellen mit unterschiedlichen Phasen führt zur Erzeugung von stehenden Wellen sowohl am Eingang 11 des Detektors 6 als auch am Eingang des Detektors 12.

Die Verwendung eines nichtidealen Zirkulators 3, wie oben beschrieben, macht es möglich, spezifische stehende Wellen in dem Detektorraum zu erzeugen. Diese Wellen sind das Resultat einer Überlagerung von abgelenkten Wellen 5 und reflektierten Wellen 10 und die Tatsache der Erzeugung dieser stehenden Wellen erlaubt es, ein besonderes Wahrnehmungssignal zu erzeugen, dessen Empfindlichkeit nach Bedarf reguliert werden kann. Die Verfahren zum Regulieren für das Gerät und zum Anheben der Empfindlichkeit des Identifizierungssignals durch die Reflexion von Wellen am Gegenstand basieren auf dem Phänomen dieser stehenden Wellen.

Das Gerät wird durch Justieren der betreffenden Abstände A und B zwischen der Mikrowelleneinrichtung 1 und dem Detektor 12 einerseits und zwischen der Einrichtung und der Halterung 15 andererseits reguliert. Tatsächlich bewirkt eine Änderung dieser Abstände eine Phasenverschiebung der reflektierten und durchgehenden Wellen verglichen mit der Phase der ausgesendeten Wellen. Die Überlagerung der phasenverschobenen Wellen erzeugt ein anderes· stehen-

des Wellenmuster als eine Funktion der Änderung dieser Abstände. Die Elemente 1, 9 und 12 sind in ihren betreffenden abstützenden Rahmen 14, 15 und 16 gehaltert und die Abstandsänderungen erfolgen beispielsweise durch Verschieben dieser Rahmen auf Gleitstangen 19, die in dem Rahmen 17 des Geräts angebracht sind.

Das in Fig. 2 gezeigte Gerät ist ein Beispiel für ein Gerät, das einen Transportmechanismus zum Bewegen des Gegenstands an seiner Halterung aufweist. Allgemein ist dies der Gerätetyp, der für automatische kontinuierliche Sortiermaschinen für Dokumente, wie beispielsweise Banknoten, verwendet wird. In einem Rahmen 20 sind zwei parallele Scheiben 21, 22 in einem Abstand voneinander auf einer Welle befestigt. Dieser Zwischenraum enthält einerseits die Riemenscheibe zum Antreiben der Wellen mit Hilfe eines Riemens 23 und andererseits die Wellendetektoren 24, 25 für durchgehende Wellen. Die Wellendetektoren 24, 25 sind mit einem ihrer Enden in nicht dargestellten Lagejustierelementen fixiert. Die Lagejustierbarkeit ist durch die Pfeile 26 bzw. 27 angedeutet.

Gegenüber einem Teil des Umfangs der Scheiben 21 bzw. 22 sind ortsfeste Elemente 28, 29 fixiert, die zu den Scheibenumfängen konzentrisch gekrümmte Oberflächen haben. Die Scheiben und diese Elemente bilden zusammen einen Kanal 30 für die zu prüfenden 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 dann in den Weg vor den betreffenden ersten Mikrowelleneinrichtungen 33 bzw. zweiten Einrichtungen 34 vorwärtsgeschoben. Jede solche Einrichtung umfaßt einen Oszillator 35, einen Zirkulator 36 und einen Detektor 37 bzw. 38 für die reflektierten Wellen. Gemäß einer Ausführungsform ist die Polarisationsebene der von einer der er-

sten Mikrowelleneinrichtungen ausgesendeten Wellen unterschiedlich gewählt zur Polarisationsebene der von einer zweiten Einrichtung ausgesendeten Wellen. In diesem Fall ist die Polarisationsebene der von einer der Einrichtungen 33, 34 ausgesendeten Wellen zweckmäßigerweise im wesentlichen parallel zur Laufrichtung der Dokumente 31, während die Polarisationsebene der anderen Einrichtung im wesentlichen senkrecht zu dieser Laufrichtung liegt.

Eine alternative Möglichkeit besteht darin, die Richtung der Ebene der von wenigstens einem der Detektoren für durchgehende Wellen empfangenen Wellen unterschiedlich zu wählen zu derjenigen der Polarisationsebene der von der Mikrowelleneinrichtung gegenüber diesem Detektor ausgesendeten Wellen. Wenn die Richtungen der Ebene der von dem Detektor empfangenen Wellen unterschiedlich von derjenigen der Polarisationsebene der von diesem Detektor gegenüber gelegenen Mikrowelleneinrichtung ausgesendeten Wellen gewählt wird, ist es zweckmäßig, wenn diese beiden Ebenen sich unter einem 90°-Winkel schneiden, um einen maximalen Signalkontrast in den betreffenden Detektoren zwischen den reflektierten Wellen und den zum Detektor durchgelassenen Wellen zu erzeugen. Eine der Ebenen kann dann im wesentlichen parallel zur Laufrichtung des Gegenstands gewählt werden.

Als Alternative kann das Gerät auch so kontruiert werden, daß die Ebene der von wenigstens einem der ersten Detektoren für durchgehende Wellen empfangenen Wellen unterschiedlich zur Ebene der von einem zweiten solchen Detektor empfangenen Wellen ist. Die Polarisationsebene der Wellen, die von wenigstens einem der ersten Detektoren empfangen werden, kann dann vorzugsweise parallel zur Laufrichtung des Gegenstands 31 ausgerichtet werden, während die Polarisationsebene eines zweiten Detektors im wesent-

lichen senkrecht zu dieser Laufrichtung gewählt wird oder umgekehrt.· Außerdem kann zu dieser Kombination noch eine Situation zugefügt werden, wo die Ebenen der von wenigstens einer ersten und wenigstens einer zweiten Einrich-• 5 tung (33 bzw. 34) ausgesendeten Wellen parallel zu den Ebenen der Wellen sind, die von dem ersten bzw. zweiten Detektor 24 bzw. 25 empfangen werden, die gegenüber den betreffenden Mikrowelleneinrichtungen plaziert sind.

Um die betreffenden erwünschten Orientierungen der Polarisationsebenen der von den verschiedenen Mikrowelleneinrichtungen ausgesendeten Wellen sowie der zu den Detektoren durchgelassenen Wellen zu regulieren, umfaßt das Gerät im allgemeinen herkömmliche und nicht dargestellte Mittel zum Einstellen der Winkellage der Mikrowelleneinrichtungen und/oder Detektoren bezüglich einer Drehung um eine zur Fortschreitungsrichtung der ausgesendeten Wellen parallele Achse.

Das Gerät wird folgendermaßen reguliert: Zuerst wird der Abstand A in Abwesenheit des Gegenstands 9, 31 zwischen jeder Mikrowelleneinrichtung 1, 33, 34 und den Detektoren für durchgehende Wellen 12, 24, 25, die gegenüber diesen betreffenden Einrichtungen angebracht sind, derart justiert, daß man in den Detektoren einen vorgegebenen Durchgangssignalpegel erhält. Es ist oben bereits erläutert worden, daß die ausgesendeten Wellen und die von den metallischen Teilen der Detektoren reflektierten Wellen (mit unterschiedlichen Phasen) sich überlagern, um eine stehende Welle zu bilden. Durch Ändern des Abstands A kann man den Pegel des von dem Detektor registrierten Durchgangssignals wählen. Dieser Detektor ist vom gleichen Typ wie derjenige (6, 37, 38), der an den Mikrowelleneinrichtungen befestigt ist. Vorzugsweise wird der Abstand A so fixiert, daß man einen maximalen Durchgangssignalpegel erhält.

Danach wird dieser Abstand A in Abwesenheit des Artikels neu eingestellt, indem man entweder den Detektor gegenüber der Einrichtung oder die Einrichtung selbst um ein kleines Stück verschiebt, so daß man in den Detektoren 6, 37, 38 einen vorgegebenen Reflexionssignalpegel erhält. Diese Detektoren und die Mikrowelleneinrichtungen werden auf diesem Zwischenabstand fixiert. Vorzugsweise wird der Detektor (oder die Mikrowelleneinrichtung) um diese kleine Strecke verschoben, damit man einen kleinsten Reflexionssignalpegel in dem Detektor 6, 37, 38 erhält. Später wird dieses Reflexionssignal als Bezugsreflexionssignal angesehen. Die nochmalige Justierung hat den zusätzlichen Effekt, daß der vorher eingestellte maximale Pegel (beim Abstand A) geringfügig erniedrigt wird. Der bei diesem neu eingestellten Abstand von dem Detektor registrierte Pegel des Durchgangssignals wird als Bezugsdurchgängssignal betrachtet.

Nachdem man den Gegenstand 9, 31 in seiner Halterung zwischen den Detektor 12, 24, 25 und die Mikrowelleneinrichtung 1, 33, 34 gebracht hat, wird der Abstand B zwischen den Mikrowelleneinrichtungen und der den Gegenstand haltenden Halterung reguliert - wobei man den neu eingestellten Abstand A zwischen den Mikrowelleneinrichtungen und den Detektoren berücksichtigt - so daß in den Detektoren 6, 37, 38 ein Reflexionssignalpegel erzeugt wird, der beträchtlich verschieden ist von denjenigen, die man in Abwesenheit des Gegenstands erhalten hat. Die Halterung wird in dieser Position fixiert.

Zum Regulieren des Abstands B werden vorzugsweise die betreffenden Elemente derart in Stellung gebracht, daß man in den Detektoren für reflektierte Wellen einen maximalen Reflexionssignalpegel erhält. Wie oben beschrieben, wird durch das Zwischenfügen des Gegenstands 9, 31 zwisehen die Mikrowelleneinrichtungen und die Detektoren

für durchgehende Wellen ein Überlagerungsphanomen in Form eines Komplexes direkter Wellen, reflektierter Wellen und durchgehender Wellen mit unterschiedlichen Phasen erzeugt. Das Ergebnis dieser Überlagerung liefert eine stehende Welle, die erlaubt, den Reflexionssignalpegel als eine Funktion des Abstands B zu fixieren.

Beispiel 1

Ein Prototyp einer Papierbanknote 31 wurde gemäß einem in der französischen Patentanmeldung Nr. 78 14617 beschriebenen Verfahren präpariert. Über die Oberfläche des Papiers

(R^
hin wurden 4 Gew.-% von Bekinox ^ rostfreien Stahlfäden des Anmelders mit einem Durchmesser von 12 μπι und einer Länge von 5 mm verteilt. Im Laufe der kontinuierlichen Fertigung von Papier auf einer industriellen Anlage wurden die elektrisch leitenden Fäden geringfügig in Vorwärtsrichtung der neu hergestellten Papierlage durch die Maschine orientiert. Dieses Phänomen scheint charakteristisch für eine industrielle Papierfertigung zu sein und es ist durch manuelle oder halbindustrielle Prozesse kaum nachahmbar. Das Papier wurde in rechteckige Banknoten zerschnitten, wobei die Länge des Rechtecks parallel zur Vorwärtsrichtung des Papiers während der Fertigung verlief.

Die Note hatte eine Abmessung von 17,2 χ 7,5 cm. Die Note wurde in den Kanal 30 auf dem Umfang einer Scheibentrommel 21, 22 einer automatischen Crossfield-Sortiermaschine mit einer Geschwindigkeit von 10 m/s zwischen eine Mikrowelleneinrichtung 33 und einen Detektor 24 eingeführt. Der Oszillator 35 war von dem Typ MA 86790 (Mikrowellenzubehörteile), während für die Detektoren 37 und 34 Schottky MA 86561-Dioden verwendet wurden. Die rechteckige Öffnung 8 des Zirkulators hatte eine Länge von 4,1 mm und eine Breite von 2 mm. Die Polarisationsebene der ausgesendeten Mikrowellen war senkrecht zur Länge der rechteckigen OfE-

nung. Die ausgesendeten Mikrowellen hatten eine Frequenz von 25 GHz (Wellenlänge 12 mm) und waren in einer zur Laufrichtung der Banknote 31 parallelen Ebene polarisiert. Die rechteckige Öffnung der Reflexions- und Durchgangsdetektoren war 10 mm lang und 4 mm breit. Die Polarisationsebene der empfangenen (durchgelassenen) Wellen war ebenfalls senkrecht zur Länge dieser rechteckigen Öffnung. Die Polarisationsebene dieser empfangenen Wellen war parallel zur Laufrichtung der Banknote gewählt.

Der Abstand A wurde in Abwesenheit der Banknote festgelegt, Die Lageeinstellung ist durch die Pfeile 26 und 40 angedeutet und wurde so vorgenommen, daß man in den Detektor 24 einen maximalen Durchgangssignalpegel erhielt. Nach Neueinstellung des Abstands A in der Weise, daß man in dem Detektor 37 (in Abwesenheit des Gegenstands) einen kleinsten Reflexionssignalpegel erhielt, betrug der neu eingestellte Abstand 27 mm.

Schließlich wurde die Banknote 31 in ihren Kanal 30 gebracht und unter Berücksichtigung des gemäß oben fixierten Abstands A wurde der Abstand B so gewählt, daß man in dem Detektor 37 einen maximalen Reflexionssignalpegel erzielte. Der Abstand B betrug 17 mm.

Fig. 3 zeigt nunmehr die von einem Oszilloskop für den oben beschriebenen Prototyp der Banknote empfangenen Signale. Die Abszisse stellt die Zeit dar und die Ordinate ein Maß proportional der reflektierten Energie. Die Linie 4 2 entspricht dem nahezu maximalen Durchgangssignalpegel (nach Neujustierung des Abstands A), der von dem Detektor 24 registriert wurde. Die Durchlässigkeit in Luft (Bezugssignal) des Geräts: 77 mV. Die Linie 43 entspricht dem kleinsten Reflexionssignalpegel, der in dem Detektor 37 bei dem neu eingestellten Abstand registriert wurde: Die

Reflexion in Luft (Bezugssignal) des Geräts. Der Scheitel 44 entspricht nahezu dem Pegel 47 für Durchlässigkeit Null (7 mV), der während des Durchlaufs der Banknote vor dem Detektor registriert wurde. Die Breite 45 des Signals entspricht mehr oder weniger 17,5 ms für die Durchlaufzeit der Note vor dem Mikrowellensender mit einer Geschwindigkeit von 10 m/s. Andererseits deutet der Scheitel 46 auf einen beträchtlichen Reflexionspegel hin: Im Mittel 90 mV.

Im Hinblick auf die Zusammensetzung der Banknote konnte man derartige Signale erwarten, da die Länge, der Durchmesser, die Konzentration und Orientierung der Fäden in der Polarisationsrichtung der Wellen eine starke Reflexion und eine nahezu vernachlässigbare Durchlässigkeit nahelegen.

Beispiel 2

Es wurde ein weiterer Prototyp einer Banknote 31 in einem nichtindustriellen Laboratorium präpariert, über die Oberfläche des Papiers hin wurden 1 Gew.-% Bekinox ^-Fäden mit einem Durchmesser von 8 μπι und einer Länge von 3 mm praktisch gleichmäßig verteilt. Die Fäden waren in dem Papier willkürlich ausgerichtet. Die Abmessungen der Note betrugen 19,2 χ 7,4 cm und die Note wurde in die gleiche Crossfield automatische Sortiermaschine eingegeben, die in dem ersten Beispiel verwendet wurde, und auch mit der gleichen Geschwindigkeit. Die Elemente, die Frequenz, die Polarisationen und die Abstände A und B waren ebenfalls die gleichen. Fig. 4 zeigt die Prüfsignale für diese Banknote. Die Linie 48 zeigt den maximalen Durchlässigkeitspegel in Luft für das Gerät (77 mV) und die Linie 4 9 zeigt den kleinsten Reflexionspegel in Luft. Der Scheitel 50 nähert sich der Linie 51 für die Durchlässigkeit Null, hat aber eine Spitze bei einem Durchgangspegel von 22 mV, was

viel höher ist als im Beispiel 1. Dagegen ist der mittlere Reflexionspegel, der durch den Scheitel 52 angedeutet ist, auf 74 mV gefallen. Da die Fäden kleiner waren, willkürlicher verteilt waren und eine geringere Konzentration hatten, hätte man einen niedrigeren Reflexionspegel im Vergleich zum ersten Beispiel erwarten können. Andererseits deutet die beträchtliche Zunahme des Durchgangspegels darauf hin, daß die Fäden über die Oberfläche nicht sehr gleichmäßig verteilt waren, d. h. daß es an denjenigen Stellen, wo nicht genug elektrisch leitende Fäden vorhanden waren, in der Banknote "Lücken" gab. Es ist tatsächlich sehr schwierig, eine perfekte Verteilung metallischer Fäden in Rapierformaten, die manuell im Laboratorium hergestellt werden, zu garantieren.

Die Erfindung ist nicht auf das in den Figuren dargestellte Gerät beschränkt. Die Frequenz der Mikrowellen kann von einer Mikrowelleneinrichtung zur anderen verschieden sein. Eine erste Mikrowelleneinrichtung kann beispielsweise bei 25 GHz arbeiten und eine zweite beispielsweise bei 10 GHz. Eine höhere Frequenz bedingt eine genauere und empfindlichere Lagejustierung, weil die Wellenlänge der stehenden Wellen halb so groß ist wie diejenige der ausgesendeten Wellen. Statt den Gegenstand nacheinander durch die Bahn einer ersten und einer zweiten Mikrowelleneinrichtung zu schicken, kann man auch in Betracht »ziehen, beispielsweise ihn zweimal durch die Bahn der gleichen Mikrowelleneinrichtung laufen zu lassen, wobei man zwischen den beiden Durchgängen entweder die Orientierung des Gegenstands oder die Orientierung der Polarisationsebene der Mikrowelleneinrichtung oder derjenigen des gegenüber dieser Einrichtung angebrachten Detektors ändert.

Es liegt auch auf der Hand, daß das Detektorsignal durch 5 das Eingreifen eines Relais oder einer anderen Be.tätigungs-

einrichtung einen Befehl erzeugen kann, um aus einer kontinuierlichen 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, beispielsweise Papier, nichtgewebte Gegenstände, Gewebe, Garne, oder nichtfaserige Strukturen, beispielsweise auf Kunststoff oder keramischen Werkstoffen basierende, oder geschichtete Kombinationen solcher Strukturen. Während der Fertigung können sie durch eine nur lokale Einbettung elektrisch leitender fadenartiger Materialien markiert werden.

Es können auch andere fadenartige Materialien anstelle der Bekinox^ rostfreien Stahlfäden des Anmelders verwendet werden. Nichtsdestoweniger ist die elektrische Leitfähigkeit dieser Bekinox^ -Fäden fast ideal für das erfindungsgemäße Identifizierungssystem, weil sie Absorptions- und Reflexionseigenschaften der gleichen Größenordnung bietet. Daher können diese Werte durch den gleichen Typ von Detektoren wahrgenommen werden. Zudem bietet der kleine Fadendurchmesser eine maximale Absorptionsfähigkeit unter den erfindungsgemäßen Prüfbedingungen, z. B. durch Wahl einer günstigen Kombination der räumlichen Anordnung und (niedrigen) Konzentration der Fäden als eine Funktion der Frequenz der Mikrowelleneinrichtungen. Der kleine Fadendurchmesser begünstigt auch das Aussehen des Gegenstands, z. B. eines Sicherheitspapiers. Zudem unterbindet eine reguläre Oberfläche der Fäden Schwankungen in dem wahrgenommenen Signal.

Bei Verwendung von Fäden mit ziemlich hoher Leitfähigkeit

und durch Berücksichtigung der Fadenabmessungen (Durchmesser unter 25 μπι, Länge unter 10 mm), sowie der Größenordnung der Konzentration dieser Fäden in dem Gegenstand (weniger als 5 Gew.-%) liefern 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 andererseits Fäden mit einer sehr schwachen

(S)

Leitfähigkeit (niedriger als diejenige von Bekinox^-Fäden) , so ist es notwendig, dickere Fäden einzubauen (um einen nicht vernachlässigbaren Absorptionspegel zu erzielen) , was das Aussehen des Gegenstands beeinträchtigen würde.

Wenn die Oberfläche der Gegenstände ziemlich groß ist und die Markierung z. B. auf bestimmte Plätze in der Oberfläche beschränkt ist, ist es selbstverständlich, daß verschiedene Kombinationen von Sendeempfängern in dem Gerät nebeneinander montiert sein müssen, um eine richtige Prüfung der gesamten Oberfläche zu ermöglichen.

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

-SM-

Leerseite

Claims

Patentanwälte DiPL.-lNG._H..^A5(feicx.M~AiiN, Di-PL.-fHYS. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing. H. LisKA , Dipl.-Phys. Dr. J. Prechtel

SA/HO . 8000 MÜNCHEN 86 2 9> ÜUÜ 1983

POSTFACH 860 820

MOHLSTRASSE22

TELEFON (0S9) 98 03 52

TELEX 5 22621

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

Patentansprüche

l.J Gerät zur Identifizierung eines flächigen oder plattenartigen Gegenstands aus einem elektrisch nichtleitenden Material, der zur Identifizierung durch den Einbau elektrisch leitender Materialien markiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Rahmen wenigstens eine erste und wenigstens eine zweite Mikrowelleneinrichtung (33, 34) nebeneinander montiert sind, sowie wenigstens ein erster und ein zweiter Detektor (24, 25) für die durch den Gegenstand bei dessen Vorbeilauf vor den Einrichtungen durchgelassenen Wellen, wobei die Detektoren gegenüber den betreffenden Mikrowelleneinrichtungen angebracht sind, ferner eine Halterung für den Gegenstand zwischen den Einrichtungen und den Detektoren, wobei, -jorlo Mi krowol 1 onoi nr i chi unq Hi, M) r-ipr-n

Zirkulator (36) oder Richtkoppler aufweist, in dem ein Teil der eintretenden reflektierten Wellen zu einem Detektor (37, 38) für die reflektierten Wellen abgelenkt wird, und wobei das Gerät auch noch einen Justiermechanismus für die betreffenden Abstände (A, B) zwischen den Mikrowelleri'-einrichtungen und den Detektoren für die durchgelassenen Wellen einerseits und den Mikrowelleneinrichtungen und der Halterung andererseits aufweist. _Λ
2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Transportmechanismus (21, 22, 23) für den von seiner Halterung getragenen Gegenstand (31).
3. Gerät nach Anspruch ^ oder 2, dadurch g e kennzeichnet, daß die Polarisationsebene der von der ersten Einrichtung (33) ausgesendeten Wellen verschieden ist von der Polarisationsebene der von einer zweiten Einrichtung (34) ausgesendeten Wellen.
4. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Ebene der von wenigstens einem der Detektoren für durchgelassene Wellen empfangenen Wellen unterschiedlich ist von derjenigen der Polarisationsebene der 5 Wellen, die von der gegenüber diesem Detektor angebrachten Mikrowelleneinrichtung ausgesendet werden.
5. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, daß die Richtung der Ebene der Wellen, die von wenigstens einem der (ersten) Detektoren für die durchgelassenen Wellen empfangenen Wellen unterschiedlich ist von der Richtung der Ebene der Wellen, die von einem zweiten dieser Detektoren empfangen werden.
6. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekenn ze i c h η e t , daß die Polarisationsebene der von einer ersten Mxkrowellenexnrxchtung ausgesendeten Wellen im wesentlichen parallel zur Laufrichtung des Gegenstands ist, während die Polarisationsebene einer zweiten. Mikrowelleneinrichtung im wesentlichen senkrecht zu dieser Laufrichtung verläuft.
7. Gerät nach Anspruch 4, dadurch g e -

kennzeichnet, daß die Ebene der von wenigstens einem der Detektoren empfangenen Wellen senkrecht zur Ebene der Wellen liegt, die von der diesem Detektor gegenüber gelegenen Mikrowelleneinrichtung ausgesendet werden.
8. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Ebene der Wellen, die von wenigstens einem der ersten Detektoren empfangen werden, im wesentlichen parallel zur Laufrichtung des Gegenstands liegt, während die Ebene der Wellen, die von einem zweiten Detektor empfangen werden, im wesentlichen senkrecht zu dieser Laufrichtung ist.
9. Gerät nach den Ansprüchen 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene der Wellen, die von wenigstens einer ersten und wenigstens einer zweiten Mikrowelleneinrichtung ausgesendet werden, parallel zur Ebene der Wellen verläuft, die von dem ersten und zweiten Detektor empfangen werden, die gegenüber den betreffenden Mikrowelleneinrichtungen angeordnet sind.
10. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Justiermechanisrnus für die Winkel!aqc dor M i krowo] 1 <·η-einrichtungen und/oder Dotokt-oreri bo/.üq 1 i Hi t>itu->r IJt ohunq

um eine zur Fortschreitungsrichtung der ausgesendeten Wellen parallele Achse vorgesehen ist.
11. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch eine Betätigungseinrichtung, die auf die von den ersten und zweiten Detektoren für durchgelassene und reflektierte Wellen erzeugten Identifizierungssignale anspricht und aus einer fortlaufenden Reihe geprüfter Gegenstände die nicht dem Standard entsprechenden flächigen Gegenstände aussondert.
12. Verfahren zum Regulieren des Geräts nach einem der vorangehenden Ansprüche, um die Empfindlichkeit des Identifizierungssignals zu erhöhen, dadurch g e kennzeichnet, daß

a) der Abstand (A) zwischen jeder Mikrowelleneinrichtung und den gegenüber dieser Mikrowelleneinrichtung angebrachten Detektoren für durchgehende Wellen in Abwesenheit des Gegenstands derart reguliert wird, daß in den Detektoren ein vorgegebener Durchgangssignalpegel erzielt wird;

b) dieser Abstand (A) in Abwesenheit des Gegenstands derart neu justiert wird, daß in den Detektoren ein vorgegebener Reflexionssignalpegel erzielt wird, und diese Detektoren und Mikrowelleneinrichtungen in diesem vorläufigen Abstand fixiert werden;

c) der Gegenstand in seine Halterung zwischen den Detektoren und Mikrowelleneinrichtungen eingebracht wird; und

d) der Abstand (B.) zwischen den Mikrowelleneinrichtungen und der den Gegenstand mitführenden Halterung so reguliert wird, daß in den Detektoren für reflektierte Wellen ein Reflexionssignalpegel erzielt wird, der beträchtlich verschieden ist von dem unter b) erreichten, und die Halterung in dieser Position fixiert wird.
13. Verfahren zum Regulieren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (A) derart reguliert wird, daß in den Detektoren für durchgehende Wellen ein maximaler Durchgangssignalpegel erzielt wird.
14. Verfahren zum Regulieren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (A) derart neu justiert wird, daß ein kleinster Reflexionssignalpegel in den Detektoren für reflektierte Wellen erzielt wird.
15. Verfahren zum Regulieren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand

(B) derart reguliert wird, daß in den Detektoren für reflektierte Wellen ein maximaler Reflexionssignalpegel erzielt wird.