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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zum Erfassen von in einer Erfassungszone einem Magnetfeld
ausgesetzten Etiketten, wobei jedes Etikett einen Satz von
amorphen magnet-elastischen Streifen aufweist, vorzugsweise
wenigstens zwei Streifen, und wobei das Verfahren die Schritte
umfaßt, die Streifen mittels eines Anregungsfeldes in Schwingung
zu versetzen und die Resonanzfrequenzen der Streifen zu
erfassen.
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Die WO-A-93/14478 offenbart ein derartiges Verfahren zum
Fernerfassen von Objekten. Die Objekte sind mit wenigstens
einem Etikett mit amorphen magnet-elastischen Streifen
gekennzeichnet. Die Streifen werden zur Resonanz angeregt, und die
Resonanzfrequenzen werden durch die von den Streifen
abgegebene elektromagnetische Energie erfaßt. Die Streifen eines
Etiketts können parallel zueinander oder unter
unterschiedlichen Winkelstellungen angeordnet sein.
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In der schwedischen Patentanmeldung Nr. 9401449-5, welche
am Prioritätsdatum der vorliegenden Anmeldung noch nicht
veröffentlicht war, ist ein Verfahren zum Erfassen von Etiketten
mit magnet-elastischen Streifen beschrieben, wobei diese
Streifen in jedem Etikett mit einem bestimmten Winkelversatz
zueinander angeordnet sind. Gemäß der Beschreibung dieser
schwedischen Patentanmeldung werden die folgenden Schritte zum
Erfassen eines Etiketts mit einer unbekannten
Winkelkombination unternommen. Die Elemente im Etikett werden in
Selbstschwingung versetzt, wodurch ihre Resonanzfrequenzen erfaßbar
werden. Die Resonanzfrequenz eines Elements oder eines
Streifens ist eine Funktion des auf das Element wirkenden
Magnetfelds oder der Magnetfeldstärke, und somit kann das auf ein
Element wirkende. Magnetfeld bestimmt werden. Es sollte
angemerkt werden, daß das Magnetfeld eine Projektion des
effektiven Magnetfelds in Längenausdehnung des Elements ist, wodurch
das Magnetfeld eine Komponente des effektiven Magnetfelds ist.
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Es gibt keine Möglichkeit, vorher zu wissen, welcher der
Streifen zu jedem jeweiligen Etikett gehört, und somit muß
jede mögliche Streifenkombination für ein Etikett geprüft
werden, und für alle Kombinationen müssen alle Winkel durchsucht
werden, um so herauszufinden, ob die betreffende Kombination
ein tatsächliches Etikett bildet, d. h. eine korrekte, einen
bestimmten Code darstellende Streifenkombination.
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Daher werden alle mögliche Kombinationen von
Magnetfeldkomponenten in einer Rechnereinheit berechnet. Mögliche
Kombinationen werden durch die vorher festgelegten Winkelsätze
bestimmt. Jedes Komponentenpaar wird benutzt, um einen möglichen
effektiven Magnetfeldvektor zusammenzustellen. Jede mögliche
Kombination liefert mehrere Magnetfeldvektoren, und zusammen
genommen wird die Anzahl von möglichen Magnetfeldvektoren
groß. In anderen Worten, alle möglichen Winkelunterschiede
zwischen allen Codestreifen in einem Etikett werden berechnet
und unter Bezug auf eine projizierte Magnetfeldstärke H
aufeinander abgeglichen.
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Alle Elemente in einem Etikett werden dem gleichen H-Vektor
ausgesetzt, und daher sollte jede korrekte Codekombination
unter allen bestimmten den gleichen H-Vektorwert ergeben. Jede
Kombination von Codes oder Winkeln mit dem gleichen H-Vektor
kann daher eine reale Etikettkombination darstellen.
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Das obige Verfahren wird dann mit unterschiedlichen
Magnetfeldbedingungen wiederholt, um so alle inkorrekten (d. h. nicht
realen) Kombinationen herauszufiltern. Jede neue Bedingung
(Stärke, Gradient oder Richtung) bedeutet, daß mehrere
Bedingungen erfüllt sein müssen, damit die betreffende Kombination
korrekt ist. Nach einer Reihe von Wiederholungen bleiben nur
die korrekten (realen) Codes übrig, wodurch alle Etiketten in
der Erfassungszone erfaßt werden, selbst mehrfache mit
identischen Codesätzen.
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Beim in der besagten schwedischen Patentanmeldung
beschriebenen Verfahren erfordert jede einzelne Decodierung einen
erheblichen Aufwand von Rechenarbeit, die mehrfach wiederholt
werden muß, um eine genaue Erfassung zu erreichen, und dies
gilt insbesondere dann, wenn die Anzahl der Etiketten in der
Erfassungszone groß ist.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die
Notwendigkeit von schweren und mehrmaligen Berechnungen für jede
Decodierung zwecks genauer Identifizierung der Etiketten stark
zu reduzieren und statt dessen die zu jedem Etikett gehörenden
Streifen in nur wenigen Erfassungsvorgängen registrieren zu
können, vorzugsweise in einem einzigen Erfassungsvorgang.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine
gleichzeitige Erfassung der Winkelbeziehungen zwischen den Streifen
innerhalb jedes Etiketts zu ermöglichen, wodurch der Code für
jedes Etikett identifiziert wird.
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Die oben beschriebenen Aufgaben werden gemäß der Erfindung
durch ein Verfahren mit den Merkmalen des kennzeichnenden
Teils von Anspruch 1 gelöst.
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Im folgenden wird die Erfindung unter Bezug auf die
beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 ein Frequenzdiagramm für die amorphen
magnet-elastischen Streifen in einem Etikett;
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Fig. 2 eine schematische Darstellung von zwei benachbarten
Streifen in einem Etikett;
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Fig. 3 eine schematische Ansicht von zwei in einem Etikett
benachbart angeordneten, aber in ihrer Winkelstellung
zueinander versetzten Streifen;
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Fig. 4 ein Diagramm, welches die Veränderung des
magnetelastischen Kopplungsfaktors als Funktion des Magnetfelds H
zeigt; und
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Fig. 5 eine Darstellung der zeitlichen Veränderung des
Signals von einem Streifen, wobei die Frequenzmodulation ebenso
wie die Amplitudenmodulation aus einem modulierenden Grundfeld
entsteht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden durch eine
schrittweise Beschreibung der Überlegungen hinter der in den
Ansprüchen definierten Erfindung näher erläutert.
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Von jedem Etikett wird angenommen, daß es wenigstens zwei,
vorzugsweise vier oder mehr amorphe magnet-elastische Streifen
enthält, welche im Etikett nahe zueinander angeordnet sind und
welche vorzugsweise unter vorbestimmten Winkeln zueinander
orientiert sind. Diese Winkel stellen einen vorbestimmten Code
dar, beispielsweise für einen Artikel mit einem gegebenen
Preis oder von einer bestimmten Ausgestaltung. Die amorphen
magnet-elastischen Streifen haben die an sich bekannte
Eigenschaft, daß ihre Resonanzfrequenzen unter Einfluß eines
Magnetfelds geändert werden.
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Jeder Streifen hat eine bekannte Frequenzkurve, wie in Fig.
1 dargestellt. Die x-Achse stellt das magnetische Grundfeld
dar, und die y-Achse zeigt die Resonanzfrequenz des Streifens
in einem magnetischen Grundfeld. Das magnetische Grundfeld in
der Erfassungszone ist ein statisches Magnetfeld, das jedoch
in Hinsicht auf eine unterschiedliche Feldstärke und/oder
Richtung in unterschiedlichen Teilen der Erfassungszone
variiert werden kann. Falls ein Streifen durch ein statisches
Magnetfeld H&sub1; in Längenausdehnung des Streifens in Schwingung
versetzt wird, wird die Resonanzfrequenz des Streifens eine
konstante Frequenz fr1, wie links in Fig. 1 schematisch
dargestellt.
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In Fig. 2 sind zwei in einem Etikett benachbart angeordnete
Streifen 1 und 2 schematisch dargestellt. Gemäß der
vorliegenden Erfindung bestehen die Streifen aus amorphen
magnetelastischen Streifen, vorzugsweise mit unterschiedlichen
Massenbelastungen versehen. Beispielsweise ist der Streifen 1 ein
sogenannter 0 mg-Streifen, d. h. ein Streifen ohne
Gewichtsbelastungen an seinen Enden, und Streifen 2 ist ein 12
mg-Streifen, d. h. ein Streifen mit 12 mg-Gewichten an seinen
jeweiligen Enden. In der Abbildung sind die Streifen 1 und 2 in einem
bestimmten Abstand voneinander und parallel zueinander
gezeigt. Tatsächlich befinden sie sich jedoch ausreichend nahe
zueinander oder übereinander, um so einen hohen magnetischen
Kopplungsfaktor zwischen den Streifen zu erzielen.
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Die folgenden Ergebnisse werden erreicht, wenn man zunächst
annimmt, daß der Streifen 1 aus einem amorphen
magnetelastischen Streifen besteht, während Streifen 2 einen
Weicheisenkern aufweist, und beide Streifen gleichzeitig einem
statischen Magnetfeld H&sub1; ausgesetzt werden. Auf Streifen 1 wirkt ein
statisches Magnetfeld H&sub1;, das jedoch schwächer als H&sub0; ist, da
das Magnetfeld H&sub2; von Streifen 2 in umgekehrter Richtung zu Ho
wirkt und das Magnetfeld somit auf H&sub1; reduziert. Jedoch ist das
magnetische Grundfeld noch statisch, und die resultierende
Resonanzfrequenz von Streifen 1 ist in Fig. 1 bei H&sub1; bzw. fr1
dargestellt.
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In der Praxis besteht Streifen 2 nicht aus einem
Weicheisenkern, sondern ist vielmehr ein amorpher magnet-elastischer
Streifen wie Streifen 1, und daher ergibt sich ein anderes
Ergebnis. Ein magnet-elastischer Streifen in Resonanz zeigt eine
starke Veränderung eines umgebenden Magnetfelds. (Diese
Veränderung wird zum Erfassen der Streifenresonanz mittels
Erfassungsspulen benutzt.) Der Streifen 2 wird vom Grundfeld
magnetisiert und entwickelt daher selbst ein Magnetfeld H&sub2;, das
entgegengesetzt zum Grundfeld H&sub0; gerichtet ist. Zusätzlich wird
der Streifen 2 unter Einfluß eines Anregungsfeldes in
Schwingung versetzt, wodurch auch sein Magnetfeld mit der
Resonanzfrequenz des Streifens oszilliert. Somit ist das auf den
Streifen 1 wirkende Magnetfeld kein statisches Magnetfeld,
sondern ein oszillierendes Magnetfeld Hres, wie in Fig. 1
gezeigt (Hres = H&sub0; + H&sub2;).
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Die Resonanzfrequenz des Streifens 1 wird vom
oszillierenden Grundfeld Hres frequenzmoduliert, wie schematisch oben
links in Fig. 1 dargestellt. Die Schwingung des Streifens 1
findet daher um eine mittlere Frequenz mit einer
Frequenzmodulation FM, deren Modulationsfrequenz direkt der
Resonanzfrequenz von Streifen 2 entspricht, sowie einer
Modulationsamplitude AmpFM entsprechend der Amplitude des variierenden
H-Feldes statt.
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Die oben beschriebenen Beziehungen werden erfindungsgemäß
dazu benutzt, während einer einzigen Erfassung zu entscheiden,
welche der erfaßten Streifen zu jedem jeweiligen Etikett
gehören. Dies wird durch folgende Ergebnisse in Tabellenform
dar
gestellt, wobei die Ergebnisse auf einem fiktiven Beispiel mit
drei Etiketten in einer Erfassungszone beruhen und jedes
Etikett zwei amorphe magnet-elastische Streifen enthält; einem 0
mg-Streifen (Streifen 1) und einem 12 mg-Streifen (Streifen
2). Die gemessenen Werte werden wie folgt angenommen:
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In obiger Tabelle wurden die Frequenzmodulation (FM) und
die Amplitude (AmpFM) für die 12 mg-Streifen (Streifen D, E
und F) weggelassen. Offensichtlich tritt eine gegenseitige
Beeinflussung der Streifen 1 und 2 auf, wobei FM- und AmpFM-
Werte für die Streifen D, E und F ebenso gemessen wurden,
jedoch wurden sie aus Gründen der Klarheit weggelassen, da die
Untersuchung lediglich den Einfluß von Streifen 2 auf Streifen
1 beschreiben soll.
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Aus obiger Tabelle wird deutlich, daß eine mittlere
Resonanzfrequenz von 40 kHz (Streifen A) gemessen wurde, wobei
diese Resonanzfrequenz mit der Modulationsfrequenz 20 kHz und
der Amplitude 3 kHz moduliert wurde. Die Modulationsfrequenz
20 kHz kann nur von einem benachbarten Streifen stammen, bei
dem die mittlere Resonanzfrequenz 20 kHz ist. Diese spezielle
mittlere Resonanzfrequenz wurde für Streifen E gemessen. Die
Schlußfolgerung ist, daß die Streifen A und E nahe zueinander
angeordnet sind, also daß in anderen Worten die Streifen A und
E sich in einem und demselben Etikett befinden. Entsprechende
Analysen bezüglich des Rests der Streifen resultieren somit
darin, daß die Streifen C und D sich in demselben Etikett
befinden, ebenso die Streifen B und F.
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Die oben beschriebenen Überlegungen können für alle
Streifen in einem Etikett, unabhängig davon, ob die Zahl der
Streifen zwei oder mehr ist, sowie für alle Etiketten in der
Erfassungszone, unabhängig von ihrer Anzahl, ausgeführt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit die
Erfassung von von einem magnetischen Grundfeld beaufschlagten
Eti
ketten in einer Erfassungszone, wobei jedes Etikett wenigstens
zwei amorphe magnet-elastische Streifen enthält und das
erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die
Resonanzfrequenzen aller Streifen zur gleichen Zeit erfaßt
werden, wenn die Modulationsfrequenz jedes Streifens erfaßt wird,
und daß jeder Streifen mit einer erfaßten Resonanzfrequenz
entsprechend einer erfaßten Modulationsfrequenz eines anderen
Streifens als dem gleichen Etikett zugehörig registriert wird.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform sind die Streifen
parallel zueinander im Etikett dargestellt. Dies ist für
diejenigen Etiketten nicht der Fall, bei denen der Etikettcode
durch einen einzigen Winkelversatz zwischen den Streifen
bestimmt wird. Bei derartigen Etiketten sind die von den zu
jedem jeweiligen Etikett gehörenden Streifen gelieferten
Informationen nicht ausreichend, den für das Etikett spezifischen
Code zu identifizieren, im Gegensatz zum Fall von binär
codierten Etiketten. Jedoch ermöglicht es die vorliegende
Erfindung, während eines einzigen Erfassungsvorgangs auch den
Code für jedes jeweilige Etikett zu identifizieren, wie im
folgenden beschrieben.
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Fig. 3 zeigt schematisch zwei Streifen 1 und 2, die in
einem Etikett benachbart, aber unter einem gewissen
Winkelversatz zueinander angeordnet sind. Die Wirkung des Magnetfelds H&sub2;
auf den Streifen 1 variiert mit dem Winkel α zwischen den
Streifen 1 und 2. Das oszillierende Magnetfeld H&sub2; von Streifen
2 wirkt somit auf Streifen 1 mit einer Komponente in einer
rechtwinkligen Projektion auf den Streifen 1. Die
Modulationsamplitude nimmt mit wachsendem α ab, da die magnetische
Kopplung reduziert wird. Die FM-Frequenz jedoch bleibt mit der
Resonanzfrequenz von Streifen 2 gekoppelt. Folglich erreicht
die Modulationsamplitude ihr Maximum, wenn die Streifen
parallel sind, und nimmt in direkter Abhängigkeit vom Winkelversatz
zwischen den Streifen ab. Daher ist die gemessene
Modulationsamplitude ein Maß für den Winkelversatz zwischen den
Streifen und gleichzeitig kennzeichnend für den Elementcode. Da die
Modulationsamplitude zusammen mit der mittleren Frequenz und
der Frequenzmodulation erfaßt wird, ermöglicht es die
vorlie
gende Erfindung prinzipiell, die Etiketten in einem einzigen
Erfassungsvorgang zu identifizieren.
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Aus der Kurve in Fig. 4 wird deutlich, wie der
magnet-elastische Kopplungsfaktor k&sub3;&sub3; in Abhängigkeit vom Magnetfeld H
variiert. Der Kopplungsfaktor entscheidet über die
Signalstärke des Streifens. Da das Magnetfeld H moduliert wird, wird
auch der magnet-elastische Kopplungsfaktor k&sub3;&sub3; des Streifens
moduliert, wodurch der Streifen einer Amplitudenmodulation
entsprechend dem Modulations-Grundfeld unterliegt. Dies ist in
Fig. 5 dargestellt, in der die y-Achse die Amplitude des
Streifensignals und die x-Achse die Zeit darstellt. Aus der
Abbildung wird deutlich, daß sowohl die Frequenzmodulation wie
auch die Amplitudenmodulation mit der Modulation des
Grundfelds gekoppelt sind.
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Als Ergebnis kann die Frequenzmodulation ebenso wie die
Amplitudenmodulation bei dem Erfassungsverfahren gemäß der
Erfindung eingesetzt werden.
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Folglich liefert die Erfindung ein rationelles Verfahren
zum Erfassen von Etiketten, die sich in einer magnetischen
Erfassungszone befinden und mittels amorphen magnet-elastischen
Streifen codiert sind. Die erfindungsgemäße Erfassung ist
unabhängig von der Struktur des Codes möglich, beispielsweise
binäre Codierung oder durch gegenseitigen Winkelversatz
gebildete Codierungen, wie im obigen Beispiel erläutert. Bei
binärer Codierung können bestimmte Etiketten mit nur einem
Streifen existieren. Die Erfindung ist jedoch auch auf diese Fälle
anwendbar. Etiketten mit nur einem Streifen sind durch das
Fehlen der Modulation vom Streifen gekennzeichnet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren soll das in der Einleitung
erwähnte Verfahren nach der schwedischen Patentanmeldung Nr.
9401449-5 nicht vollständig ersetzen; im Gegenteil können
beide Verfahren zusammen verwendet werden, wodurch sie sich
ergänzen. Selbst eine Codierung, bei der die relativen
Positionen zwischen den Streifen Codes bilden oder bei der der
Code aus einer Kombination von Position und Winkel gebildet
wird, liegt innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung.