-
Gebiet der
Erfindung
-
Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Lesegerät zum Überprüfen von magnetisch codierten
Sicherheitsfäden,
die in einem blattförmigen
Material, aus dem Banknoten oder andere Sicherheitsdokumente hergestellt
werden, eingeschlossen sind.
-
Vorgeschichte
der Erfindung
-
Sicherheitsfäden dieser
Art, wie sie zum Beispiel in der europäischen Patentschrift EP-B-0 407 550 beschrieben
werden, sind im typischen Fall eine Aufeinanderfolge von Bitlängen, im
typischen Fall 2 mm lang. Durch Anzeigen verschiedener bzw. magnetischer
Charakteristika für
die Signalwerte in dem codierten Schema können die Bitlängen ein
codiertes Schema darstellen. Bei einem binären Schema zum Beispiel können die
beiden binären
Signalwerte (1 und 0) durch eine Bitlänge des magnetischen Materials
bzw. eine Bitlänge,
bei der das magnetische Material fehlt, dargestellt werden, so daß der Faden
in der Praxis aus einer Aufeinanderfolge von durch Zwischenräume getrennten
Abschnitten aus magnetischem Material besteht und die Abstände und
Zwischenräume
Längen
gleich ganzen Zahlen der Bitlängen
aufweisen.
-
Für diese
magnetisch codierten Sicherheitsfäden sind verschiedene Formen
von Lesegeräten bekannt.
Bis heute waren diese Lesegeräte
jedoch auf das Lesen des Fadens in einem Sicherheitsdokument, wie
zum Beispiel einer Banknote, abgestellt. Das Lesegerät nimmt
Banknoten an, führt
sie an einem magnetischen Lesekopf vorbei und decodiert die magnetische
Verschlüsselung
mit großer
Genauigkeit mit verschiedenartigen Bauformen von Signalbearbeitungsschaltungen.
Lesegeräte
dieser Art sind zum Beispiel aus EP-B-0 493 438 bekannt.
-
GB-A-2
098 768 offenbart ein Lesegerät
zum Überprüfen eines
in ein Sicherheitsdokument eingebrachten magnetisch codierten Fadens.
Das Lesegerät
weist einen magnetischen Lesekopf auf, an dem der Sicherheitsfaden
mit einer relativen Längsbewegung
vorbeiläuft
und dabei das Erzeugen von elektrischen Signalen in dem Kopf bewirkt.
-
Es
besteht jedoch ein Bedarf an einem Lesegerät und die Ausbildung eines
Lesegerätes
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das zum Erzielen einer
raschen Überprüfung des
Vorhandenseins, der Kontinuität
und der magnetischen Codierung eines in blattförmigem Material eingeschlossenen
Fadens verwendet werden kann, bevor das blattförmige Material bedruckt wird
und zum Ausbilden der Banknoten oder anderer Dokumente aufgeschnitten
wird. Ein solches Lesegerät
kann dann für
die Qualitätskontrolle
solchen blattförmigen
Materials verwendet werden, um sicherzustellen, daß die Qualität der gedruckten
Codierung dem gewünschten
Standard entspricht und der Faden bei den vorhergehenden Herstellungsvorgängen nicht
beschädigt
wurde.
-
Zusammenfassende
Beschreibung der Erfindung
-
Gemäß einem
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Lesegerät zum Prüfen eines
in blattförmigem
Material eingeschlossenen oder einzuschließenden, magnetisch codierten
Sicherheitsfadens mit einem Gehäuse
vorgesehen, enthaltend einen magnetischen Lesekopf, ein drehbares
Glied, das durch Anlage entweder an der Oberfläche des Fadens oder des den
zu überprüfenden Faden
enthaltenden blattförmigen
Materials oder an einer daneben liegenden Fläche drehbar ist, wodurch der
Sicherheitsfaden mit einer relativen Längsbewegung am Lesekopf vorbeiläuft und
durch diesen zu generierende erste elektrische Signale auslöst, und
einen an das drehbare Glied angeschlossenen Decodierer zum Erzeugen
von die Einheiten der Relativbewegung zwischen dem Gehäuse und
der Oberfläche
anzeigenden zweiten elektrischen Signalen, synchron mit den vom
Lesekopf kommenden ersten elektrischen Signalen, wobei das Gehäuse tragbar
und für eine
manuelle Bewegung über
dem Faden oder der Oberfläche
des blattförmigen
Materials zum Bewirken dieser Relativbewegung geeignet ist.
-
Das
Gehäuse
kann in eine ortsfeste Lesevorrichtung eingeschlossen werden, und
Mittel sind vorgesehen zum Bewegen des Fadens oder des den Faden
enthaltenden Blattmaterials gegenüber der Lesevorrichtung.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Gehäuse
tragbar und eignet sich zur manuellen Verschiebung über dem
Faden oder der Oberfläche
des blattförmigen
Materials zum Bewirken dieser Relativbewegung.
-
Zu
diesem Zweck läßt sich
das Gehäuse
bei Beibehalten eines geringen Abwärtsdrucks zum Aufrechterhalten
eines Reibungsschlusses zwischen dem drehbaren Glied und der Oberfläche in eine Richtung
nach vorne drücken.
Ein solches Lesegerät kann
in seiner körperlichen
Ausgestaltung allgemein einem in der Hand zu haltenden Abtaster,
wie er bei Computern verwendet wird, ähnlich sein. Ein Verschieben
einer solchen Vorrichtung entlang einem Faden oder über dem
einen Sicherheitsfaden enthaltenden blattförmigen Material kann in dem
magnetischen Lesekopf Signale erzeugen.
-
Die
Relativbewegung wird jedoch erreicht und das Lesegerät kann weiter
auf die elektrischen Signale vom magnetischen Lesekopf ansprechende Schaltungsmittel
enthalten zu deren Decodierung und zum Ausbilden von das magnetische
Schema, wie es vom magnetischen Lesekopf detektiert wird, anzeigenden
Signalen.
-
Im
typischen Fall weist das Lesegerät
weiter Datenspeicher- und Vergleichsmittel auf, durch die die vom
Decodier decodierten Signale mit den vom Speichermittel erhaltenen
Signalen zum Erzeugen eines die Ergebnisse des Vergleichs anzeigenden Ausgangssignals
verglichen werden können.
-
Vorzugsweise
enthält
das Lesegerät
einen magnetoresistiven Wandler und einen Permanentmagneten zum
Magnetisieren magnetischer Segmente entlang der Länge des
Fadens, um sie für
den magnetoresistiven Wandler lesbar zu machen.
-
Vorzugsweise
weist das Gehäuse
eine Ausrichtvorrichtung wie eine Indexlinie auf einer transparenten
Platte auf, die bei Lage des Gehäuses über dem
Faden zwecks Relativbewegung gegenüber diesem dicht am Faden angeordnet
werden kann, und die Indexlinie dient zur Anzeige der Bewegungslinie, der
dem Hauptteil folgen muß,
damit das Lesegerät folgt
und in Ausrichtung mit dem Faden verbleibt.
-
Das
drehbare Glied kann eine Walze oder ein Rad oder ein auf einer Achse
befestigtes Räderpaar
sein zum Drehen einer auf der Achse getragenen Scheibe, die zum
Ausbilden eines Wellencodierers mit einem ortsfesten Sensor zusammenarbeitet.
-
Die
Scheibe und das Rad können
auf der gleichen Welle wie das drehbare Glied befestigt sein oder
von einem Getriebezug oder einem Antriebsband angetrieben werden.
-
Ein
Lesegerät
der vorstehend beschriebenen Art enthält im typischen Fall weiter
auf die Signale von dem Wellencodierer ansprechende erste Signalbearbeitungsschaltungsmittel
zum Erzeugen von die Relativbewegung zwischen dem Lesegerät und dem
Faden oder dem diesen enthaltenden blattförmigen Material anzeigenden
elektrischen Signalen.
-
Zweite
Schaltungsmittel, die auf die Signale vom magnetischen Lesekopf
ansprechen, können vorgesehen
sein zum Ermöglichen
einer Bestimmung der Länge
jedes in dem Faden detektierten magnetischen Segments.
-
Das
Lesegerät
kann von einer Batterie, die wiederaufladbar sein kann, gespeist
werden.
-
Das
Gehäuse
kann eine Flüssigkristallanzeige
enthalten, die so befestigt ist, daß sie durch ein Fenster im
Gehäuse
sichtbar ist, und dritte Schaltungsmittel enthalten eine Flüssigkristallansteuerung zum
Erzeugen von die Länge
eines detektierten Fadensegments in der Flüssigkristallanzeige anzeigenden
alphanumerischen Zeichen.
-
Eine
oder mehrere Leuchtdioden mit einer oder mehreren Leuchtdiodenansteuerungen
können mit
Schaltungsmitteln versehen werden, die abhängig von den Ergebnissen eines Vergleichs
einer detektierten Fadensegmentlänge
mit gespeicherten Daten die Leuchtdioden zum Leuchten bringen.
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform
des Lesegeräts
enthält
weiter einen Analog/Digitalwandler zum Umwandeln der Analogsignale
vom Lesekopf in digitale Signale, mit einem Speicher, in dem ein
Signalvergleichsalgorithmus gespeichert wird, und mit einem weiteren
Speicher, in dem die sich auf die Längen und Abstände eines
bekannten Musters der magnetischen Fadensegmente beziehenden digitalen Daten
gespeichert werden, und mit Mitteln zum Weiterleiten der aus der
Relativbewegung zwischen dem Faden und dem Lesegerät abgeleiteten
digitalen Signale an einen nach Maßgabe des Vergleichsalgorithmus
arbeitenden Mikroprozessor zum Vergleichen der gespeicherten digitalen
Daten mit den digitalen Signalen, die sich aus der Relativbewegung
ergeben und die sich auf die Längen
der und die Abstände zwischen
den detektierten Fadensegmenten beziehen, zum Erzeugen eines das
Ergebnis des Vergleichs anzeigenden Ausgangssignals.
-
Der
Wellencodierer kann zum Erzeugen von die Drehbewegung des drehbaren
Gliedes anzeigenden Impulsen geeignet sein.
-
Dort,
wo die Drehbewegung der Linearverschiebung der Vorrichtung entlang
des Fadens des diesen enthaltenden blattförmigen Materials linear ist,
kann die Drehung der Länge
des beobachteten Fadens gleichgesetzt werden.
-
Jede
kurze Länge
des den Faden ausmachenden magnetischen Materials kann so aufgebaut sein,
daß sie
ein ganzzahliges Vielfaches einer Einheitslänge umfaßt, und die Länge jedes
Spalts zwischen zwei Elementen des magnetischen Materials kann in
gleicher Weise ein ganzzahliges Vielfaches der gleichen Einheitslänge ausmachen.
-
Das
Decodieren der magnetischen Elemente und Spalte kann das Zuordnen
einer Anzahl von Einheiten der Länge
zu jedem detektierten magnetischen Element oder Spalt aufweisen,
wobei die Zahl eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist.
-
Zeittaktimpulse
können
durch die Relativbewegung des Gehäuses und der Fäden mit
einer Rate von N Impulsen pro Einheitslänge entlang des Fadens generiert
werden, und sämtliche
magnetischen Segmente können
durch einen Ausstoß von
M Zeittaktimpulsen dargestellt werden, wobei M = N × L und L
gleich der ganzen Zahl der das Segment ausmachenden Einheitslängen ist.
-
Der
Mikroprozessor kann dazu geeignet sein, aus den erhältlichen
Signalen die Gesamtlänge einer
Länge des
beobachteten Fadens und aus den digitalen Signalen die Zahl der
Einheitslängen
zu bestimmen, die die abgetastete Fadenlänge ausmachen, um damit für die Einheitslänge des
detektierten Fadens einen Mittelwert zu errechnen.
-
In
diesem Fall kann die (aus der abgetasteten Länge errechnete) mittlere Einheitslänge mit
den sich auf die wahre Einheitslänge
des Fadens beziehenden gespeicherten Daten verglichen werden, um zu
bestimmen, ob der abgetastete Faden eine Streckung erlitten hat
oder sich auf andere Weise nicht innerhalb der Vorgaben für den Faden
befindet.
-
Gemäß einem
anderen Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zum Prüfen eines
magnetisch codierten Sicherheitsfadens vor oder nach dessen Einbetten
in Blattmaterial, wie zum Beispiel Papier, vorgesehen mit den Stufen
des Ausbildens eines Lesegerätes
mit einem tragbaren Gehäuse
mit einem magnetischen Lesekopf und einem an einen Codierer angeschlossenen
drehbaren Glied, mit manuellem Verschieben des Gehäuses in
Längsrichtung
entweder über
eine Oberfläche
des Fadens oder eines den zu überprüfenden Faden
enthaltenden Blattmaterials oder über eine dazu benachbarte Fläche bei
Anlage des drehbaren Gliedes an dieser mit Erzeugen eines ersten
elektrischen Signals in dem Lesekopf, während magnetische Gebiete des
Fadens sich an dem Lesekopf vorbeibewegen, und Erzeugen eines zweiten
elektrischen Signals in dem Codierer synchron mit dem ersten Signal
zum Anzeigen der Einheiten der Relativbewegung zwischen dem Gehäuse und
der Oberfläche.
-
Beschreibung der Zeichnungen
-
An
einem Beispiel wird die Erfindung nun unter Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben. Dabei ist:
-
1 eine
Seitenansicht, im Schnitt, eines erfindungsgemäßen in der Hand zu haltenden
Fadenprüfgerätes,
-
2 eine
Stirnansicht des Prüfgeräts von hinten,
-
3 eine
Ansicht des Prüfgeräts von unten,
-
4 eine
schematische Darstellung der für das
Prüfgerät vorgesehenen
Verarbeitungselektronik,
-
5 eine
weitere schematische Darstellung des gesamten erfindungsgemäß aufgebauten Signalverarbeitungssystems
eines Fadenprüfgeräts,
-
6 ein
das Arbeitsprinzip zeigendes schematisches Schaltbild eines einspurigen
magnetoresistiven Lesekopfes,
-
7 ein weiteres schematisches Schaubild mit
Darstellung des Arbeitsprinzips der zum Bestimmen der Länge der
einzelnen magnetischen Segmente des Fadens verwendeten Schaltung,
-
8A, 8B, 8C und 8D die Darstellung
der vollständigen
Schaltung des in den vorhergehenden Figuren schematisch gezeigten
Signalverarbeitungsgeräts.
-
Die 1 bis 3 zeigen
die Konstruktion eines erfindungsgemäßen Fadenprüfgeräts. Das Gehäuse weist ein Oberteil 1,
ein die Seitenwand darstellendes Unterteil 2 und eine eine Öffnung aufweisende
Bodenplatte 3 auf. An jedem Ende weist die Bodenplatte
einen Schlitz auf, über
den eine eine vordere und eine hintere Indexlinie tragende transparente
Indexplatte 4 verläuft,
mit deren Hilfe das Prüfgerät mit einem
magnetischen Faden in dem zu überprüfenden blattförmigen Material
ausgerichtet werden kann.
-
Auf
der Rückseite
des Gehäuses
befindet sich eine querverlaufende drehbare Welle 5 mit
Rädern
an jedem Ende, von denen eins mit 6 bezeichnet ist. Jedes
Rad weist einen aus einem elastomeren Material bestehenden und in
einer Umfangsnut sitzenden Reifen 7 auf. Die Räder treten
durch Öffnungen
in der Bodenplatte 3 durch, so daß sie sich bei manuellem Vorschieben
der Vorrichtung über
ein blattförmiges
Material bei Aufrechterhaltung eines kleinen Abwärtsdrucks drehen. Die Wellen 5 sitzt
in zwei Lagerplatten 8 und 9, eine an jeder Seite
des Gehäuses.
Das elastomere Material wird so ausgewählt, daß es bei starkem Abwärtsdruck
zusammengedrückt
wird, so daß die
Kanten der genuteten Räder
mit dem blattförmigen
Material bei Vorschieben der Vorrichtung über diesem in Berührung gelangen.
-
Das
zusammengedrückte
elastomere Material des Reifens 7 erhöht den Reibungsschluß zwischen
der Oberfläche
und den Rädern
und widersteht auch einer seitlichen Bewegung der Vorrichtung. Dies
unterstützt
das Beibehalten einer geradlinigen Bewegung entlang einem Faden.
-
Die
Welle 5 trägt
auch eine sich drehende Scheibe 11, die mit einem feststehenden
Sensor 10 zum Ausbilden eines Wellencodierers zusammenarbeitet,
um in bekannter Weise die Bewegungsschritte der Welle anzeigende
und der Vorwärtsbewegung der
Vorrichtung proportionale elektrische Impulse zu erzeugen. Die Skalierung
der Schritte wird nach Maßgabe
der Auflösung
oder der Bitlänge
des magnetisch codierten Fadens, zu dessen Untersuchung die Vorrichtung
verwendet wird, ausgewählt.
Im typischen Fall beträgt
die Bitlänge
des Fadens 2 mm. Damit muß die
Vorrichtung die Übergänge in der
magnetischen Codierung des Fadens auf die durchlaufene Entfernung
auf eine Genauigkeit von einem Zehntel eines Millimeters in Beziehung
setzen.
-
Da
der Faden im Normalfall aus einem magnetischen Material besteht,
das im Normalfall einen hohen Magnetismus nicht beibehält, muß der Faden vor
seiner meßtechnischen
Erfassung magnetisch gesättigt
sein. Zu diesem Zweck wird auf einer im Gehäuse vorgesehenen Zwischenwand
ein Permanentmagnet 12 angeordnet, obgleich, falls dies
bevorzugt wird, auch ein Elektromagnet verwendet werden kann.
-
Auf
der Rückseite
des Magneten 12 befindet sich ein den Fadenlesekopf bildender
magneoresistiver Sensor 13.
-
Andere
Bauarten von magnetischen Leseköpfen
können
verwendet werden. Der Vorteil eines magnetoresistiven Kopfes liegt
jedoch darin, daß eine
veränderliche
und niedrige Relativgeschwindigkeit zwischen einem solchen Lesekopf
und dem Faden toleriert werden kann.
-
Signalbearbeitungsschaltungen,
die unter Bezug auf 4 in größerem Detail beschrieben werden,
sind auf einer Leiterplatte 13 befestigt. Das Oberteil 1 des
Gehäuses
enthält
einen Betriebsschalter. Dieser wird durch einen Druckknopf 15,
eine Flüssigkristallanzeige 16 und
eine Indikatorlampe 17, die nach Maßgabe der Ergebnisse der Signalbearbeitung
arbeitet, gebildet. Im Gehäuse
befindet sich zwischen den Zwischenwänden, die den magnetischen
Lesekopf halten, eine Halterung 18 für eine Batterie zum Speisen
des Codierers 10 und der Bearbeitungsschaltungen.
-
4 zeigt
schematisch die elektronischen Schaltungen, mit denen die magnetischen Übergänge in dem
codierten Faden auf die entlang dem Faden zurückgelegte Strecke bezogen werden.
Mehrere Arbeitsmethoden sind möglich.
Da die Abstände zwischen
aufeinanderfolgenden Grenzflächen
der magnetischen Segmente in einem Code der in der EP-B-0 407 550 beschriebenen
Art die Zahl der Bits des gleichen binären Wertes anzeigen, ermöglicht die
Messung des entlang einer Bahn zwischen dem Auftreten von durch
den Lesekopf 13 erkannten magnetischen Übergängen verschobenen Abstandes eine
Wiedergabe der im Faden vorhandenen Codierung. Diese Codierung kann
mit einer dem Lesegerät zugeführten und
in ihm gespeicherten Codierung verglichen werden, so daß das Lesegerät erkennen kann,
ob der Faden in dem sich in der Prüfung befindenden blattförmigen Material
richtig, beschädigt, richtig,
aber in der falschen Richtung durchlaufen, usw. ist.
-
Die
magnetisch empfindlichen resistiven Elemente werden (das magnetisch
resistive Element wird) vorzugsweise so aufgebaut, daß sie (es)
einen Teil einer resistiven Brückenschaltung
(bildet) bilden. Deren veränderlicher
Widerstand steuert den in der Eingangs schaltung eines Signalverstärkers und
einer Signalumformungsschaltung fließenden Strom.
-
Der
Anfang und das Ende eines in einem Faden enthaltenen magnetischen
Elementes erzeugen entgegengesetzt gerichtete Impulse (positiv an
dem einen Ende und negativ an dem entgegengesetzten Ende eines in
dem Faden in N-S-Richtung polarisierten Elementes). Der Prozessor
ist so programmiert, daß er
die Spitzen mit jeder Polarität
identifiziert und entsprechend Signale „Elementanfang" und „Elementende" erzeugt, die in
Zusammenwirken mit den Impulsen des Codierers zum Bestimmen der
Länge des
Elementes und der magnetischen Polarität N-S oder S-N verwendet werden
können.
Die Elementlänge
läßt sich
in binäre
Einsen und die Spalte lassen sich in binäre Nullen decodieren. Hierzu
wird das Wissen um die in der Anordnung aus den magnetischen Elementen
und Spalten, die den Faden bilden, verwendete Einheitslänge eingesetzt.
-
Der
Spitzenwert jedes Impulses läßt sich zum
Identifizieren der dem jeweiligen Element zuzuordnenden magnetischen
Flußdichte
verwenden, und diese wird mit den die erwartete magnetische Flußdichte
anzeigenden gespeicherten Daten verglichen. Bei einem zu niedrigen
Wert wird ein Signal „außerhalb
der Vorgabe" erzeugt,
und dies zeigt an, daß der
detektierte Faden der Vorgabe nicht entspricht. Zum Speichern dieser
Daten ist ein Speicher 23 vorgesehen.
-
Mit
einem Verstärker 20,
der einen Vorverstärker
enthalten kann, wird der Lesekopf 13 angeschlossen. In
dem magnetoresistiven Kopf können Temperaturausgleichselemente
angeordnet sein. Der Prozessor 21 kann zur Datenspeicherung
einen Speicher enthalten, oder ein getrennten Speicher wird vorgesehen.
-
Der
Wellencodierer 10 bildet die Bewegungsstufen anzeigende
Signale, die zum Bestimmen der Fadenlänge gezählt werden.
-
Das
bearbeitete Signal kann über
einen Datenanschluß 22 zum
Beispiel einem PC zugeleitet werden. Daten, wie zum Beispiel eine
Fadencodierung, können über den
Datenanschluß zur
Speicherung und Verwendung während
des Prüfvorgangs eingegeben
werden.
-
Die
eingegebenen Signale können
damit die Codierung zeigen, die auf dem Faden vorhanden sein sollte,
und die Anzeige 16 kann deshalb in Abhängigkeit von einem Vergleich
zwischen den eingegebenen Codierungsdaten (die auch in 23 gespeichert
sein könnten)
und den von der Codierung, die vom Faden abgelesen wird, abgeleiteten
Daten anzeigen, ob zwischen den beiden eine Entsprechung besteht.
Andere Daten, wie zum Beispiel das Datum und die Zeit, für die in
der Schaltung nach 4 ein Zeit/Datumgenerator eingeflossen
sein könnte,
können
auch angezeigt werden.
-
Der
Prozessor kann auch eine mit 0001 beginnende Probenzahl generieren.
-
Das
Gehäuse
kann auch einen (nichtgezeigten) Drucker enthalten. Dieser wird
von Signalen vom Prozessor und Speichervorrichtungen angetrieben zum
Ausdrucken von Zeichen auf einem den Faden enthaltenden Blatt (oder
auf einem getrennten Blatt Papier, das dann an dem den Faden enthaltenden Blatt)
befestigt wird. Die gedruckten Zeichen können die Zeit und das Datum
und eine Abtast/Probenzahl darstellen und auch eine Anzeige der
Ergebnisse des Abtastens bilden.
-
5 und
folgende zeigen in größerem Detail
den Aufbau eines magnetischen Lesegeräts, das wie eine Vorrichtung
zum Überprüfen eines
magnetisch codierten Sicherheitsfadens, wie er in Banknoten oder
anderen Sicherheitsdokumenten enthalten ist, arbeitet. Die Meßvorrichtung
ist ein magnetoresistiver Lesekopf 100, wie er in der GB-Patentschrift Nr.
2 202 635 beschrieben wird. Die Signale von dieser werden mit einem
Verstärker 102 verstärkt. Mit
einer ADC-Schaltung 104 werden analoge Signale in digitale
Signale umgewandelt, und diese werden einem Spitzendetektor 106 zugeführt, der
unter Verwendung einer von dem Wellencodierer 10 der 1 bis 4 abgeleiteten
Zeitbasis arbeitet.
-
Eine
Rauschunterdrückung
wird durch Ausschalten isolierter, eine niedrige Amplitude aufweisender
Spitzen unter Verwendung einer Rauschunterdrückungsschaltung 108,
deren Ausgabe zwei einen Mittelwert bestimmenden Schaltungen zugeführt werden
kann, erreicht. Die erste Schaltung 110 weist eine Amplitudenmeßschaltung
zum Bestimmen der mittleren Amplitude jeder Spitze auf. Diese Schaltung wird
wahlweise verwendet, da die Spitzenwerte nur locker mit der magnetischen
Stärke
des Fadens verbunden sind, und obwohl eine Prüfung dieses Parameters des
Fadens erwünscht
sein kann, stellt sie keine Prüfung
der Wertigkeit höchster
Ordnung dar.
-
Eine
wichtigere Messung liegt in dem mittleren Abstand zwischen den detektierten
Spitzen (nach Entfernen des Rauschens durch 108) und die
Schaltung zum Durchführen
dieser Messung wird bei 112 gezeigt. Der mittlere Abstand
zwischen den Spitzen wird bestimmt und in einem Speicherpuffer 114 gehalten.
Die gespeicherte Information enthält im wesentlichen die Lage
und den Abstand jeder identifizierten Spitze. Diese Schaltung 114 bildet
ein Ausgangssignal, das aufgezeichnet oder in der Form numerischer
Werte angezeigt oder zum Simulieren von Fadenlängen mit geeigneten dazwischenliegenden Abständen in
einer grafischen Aufzeichnung dargestellt werden kann.
-
Eine
weitere wahlweise zu verwendende Schaltung liegt in der Form eines
Unterbrechungsdetektors bei 116 vor. Solche Unterbrechungen
können aufgrund
einer geringen Beschädigung
auftreten oder dort, wo eine Länge
des Fadens an einer Verbindung an den nächsten anstößt. Diese Vorrichtung ist so
ausgebildet, daß sie
kleine Unterbrechungen in den Längen
des Fadens aufspürt,
die sonst eine ganze Zahl von Einheitslängen darstellen würden. Bei Detektieren
einer solchen Unterbrechung wird der Spalt elektrisch „eingefüllt", bevor die Daten
der nächsten
Schaltung 118 zugeführt
werden, die einen Algorithmus zum Überprüfen und Authentisieren der Fadendaten
ausbildet. Die Authentisierungsschaltung 118 errechnet
die Längendimension
jeder detektierten Fadenkomponente (nach Entfernung von Beschädigungs-
und Verbindungsfehlern durch die Schaltung 116 bei ihrer
Verwendung) und kombiniert dies mit der Stärke des mit jeder detektierten
Fadenkomponente verbundenen magnetischen Feldes bei Verfügbarkeit
dieser Information aus der Schaltung 110.
-
Die
Daten bezüglich
der Fadenlängen
(und magnetischen Stärke,
falls diese verfügbar
ist) werden dem Displayansteuerelement 120 zugeführt, um über LCD,
wie zum Beispiel 121, anzuzeigen, ob eine überprüfte Gesamtlänge eines
Fadens authentisiert wurde oder nicht, zum Beispiel durch Einschalten
einer grünen
oder roten LED. Das Ansteuerelement 120 läßt auch
zu, daß diese
Information und andere Daten zum Beispiel zum Generieren von Wörtern und Ziffern
einer LCD-Anzeigetafel 122 zugeführt werden zum Darstellen einer
Information zur beobachteten Länge
des Fadens in entweder numerischem und/oder grafischem Format.
-
Eine
Echtzeituhr 124 führt
dem LCD und auch einem programmierbaren Nurlesespeicher 126, dem
die Information aus dem Speicher 114 zugeführt wird,
Auffrischungssignale zu. Zwecks Zuleitung digitaler Daten zu einem
entferntliegenden Computer steht eine Endausgabe bei 128 zur
Verfügung.
-
Der
Speicher 126 kann unter Verwendung einer Dockstation oder
einer anderen Vorrichtung zum Übertragen
von Daten aus der ersten Einheit zu einem Computerspeicher ausgelesen
werden, so daß zum
Beispiel Daten bezüglich
einer bestimmten Gruppe von Fäden
mit dem Faden aufgesammelt und gespeichert und übertragen werden können zum Ermöglichen
des Durchführens
von in Arbeitsrichtung abwärts
liegenden Prüfungen über die
Qualitäts-
und/oder Herstellungskontrolle.
-
Die
in 5 gezeigte Schaltung kann zusammen mit einer geeigneten
Energieversorgung in einer tragbaren Vorrichtung, wie sie zum Beispiel
unter Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben
wurde, untergebracht werden, und die Dockstation kann für das Wiederaufladen
der Energieversorgung in der in der Hand gehaltenen Vorrichtung
eingesetzt werden.
-
Alternativ
können
die entscheidenden Teile der Schaltung nach 5 zum Ausbilden
eines Lesekopfes und einer Signalzuführungsvorrichtung zum Beobachten
des Fadens während
seiner Herstellung in einem auf einer Fadenbildemaschine angeordneten
Gehäuse
untergebracht werden. Signale vom Lesekopf können einer die übrigen Teile
der Schaltung nach 5 zusammen mit einer Energieversorgung
enthaltenden zweiten Einheit zugeführt werden und, falls erforderlich,
auch einem Hauptspeicher und einem Prozessor, so daß während der Herstellung
erzielte Daten durch entweder eine Datenträgerscheibe oder ein Band zusammen
mit Spulenkörpern,
auf die die Fadenlängen
gewickelt sind, zur zukünftigen
Verwendung weitergeleitet werden.
-
6 zeigt
die gemäß den Vorgaben
des in der GB-Patentschrift Nr. 2 202 635 beschriebenen magnetischen
Detektors gebaute äquivalente
Schaltung für
einen magnetoresistiven Kopf. Zwei Widerstandselemente R1 und R2
werden von einem Substrat 130 getragen und bestehen aus
einem magnetoresistiven Material, zum Beispiel einem Material, dessen
Widerstand sich in Abhängigkeit
von der Stärke
des Magnetfeldes, in dem es angeordnet ist, ändert.
-
Eine
Brückenschaltung
wird mit zwei Abgleichwiderständen
R3 und R4 gebildet, und ein Strom i fließt bei Anschluß der Brücke an eine
geeignete Quelle elektromotorischer Kraft zwischen dem Verbindungspunkt 132 und
dem Verbindungspunkt 134. Die Spannung zwischen den beiden
auseinanderliegenden Punkten der Brücke 136 und 138 wird von
einem Verstärker 140 erfaßt.
-
Im
typischen Fall sind die Nennwiderstände von R1 und R2 gleich, und
ebenso sind R3 und R4 gleich, obwohl es für den Widerstand von R1 nicht
erforderlich ist, daß er
gleich dem Widerstand R3 ist, (oder für R2, daß er gleich dem von R4 ist).
-
Obwohl
R1 und R2 beide auf dem gleichen Substrat 130 angeordnet
sind, liegt R2 unter rechten Winkeln zu dem Widerstandselement R1,
so daß er nicht
von den magnetischen Feldkomponenten berührt wird, die auf den Widerstand
von R1 einwirken. Wegen seiner engen Nachbarschaft zu R1 wird jedoch
jede Temperaturänderung,
die R1 beeinflussen könnte,
auch R2 in der gleichen Weise beeinflussen, so daß Temperaturänderungen
allein das Gleichgewicht der Brücke
deshalb nicht wesentlich beeinflussen werden.
-
Die
Widerstände
R3 und R4 können
auch auf dem Substrat 130 angeordnet sein. Sie sind jedoch nicht
magnetoresistiv. Sie werden so angeordnet, daß sämtliche Temperaturänderungen
beide Widerstände
R3 und R4 im gleichen Maße
beeinflussen, so daß der
Abgleichzustand der Brücke
wieder unabhängig
von der Temperatur wird.
-
7A zeigt
entlang einer Linie im Abstand voneinander liegende Segmente des
magnetischen Fadens. Ein erstes Segment 142 wird von einem zweiten,
längeren
Segment 144 durch einen Spalt 146 getrennt. Falls
die Länge
des Spalts gleich der Länge
des Segments 142 sein sollte und falls das Segment 144 die
doppelte Länge
des Segments 142 aufweist, kann gesagt werden, daß das Segment 142 dann
einer einzigen logischen Eins, der Spalt einer einzigen logischen
Null und das Segment 144 einem Paar von logischen Einsen
entspricht. Die Segmente können
daher einer Codierung 1011 gleichgemacht werden.
-
Falls
ein einziger Raum vor 142 und ein einziger Raum nach 144 vor
sämtlichen
weiteren Segmenten besteht, kann die von den Endräumen wiedergegebene
Codierung wie auch die für
die beiden Segmente als 010110 geschrieben werden.
-
7D zeigt
eine vereinfachte Schaltung eines Detektors zum Detektieren der
Segmente. Dieser umfaßt
einen Detektor 146, dessen elektrisches Verhalten sich
in der Gegenwart eines magnetischen Feldes (wie es zum Beispiel
dicht bei einem Segment wie 142 oder 144) vorliegt,
zum Erzeugen von Amplitudenauslenkungen in einem elektrischen Parameter,
wie er zum Beispiel durch die Spur 148 in 7B angezeigt
wird, ändert.
Ein differenzierender Verstärker 150 generiert
aus der vorlaufenden und der nachlaufenden Kante der Amplitudenauslenkungen
wie 148 Kanten bestimmende Impulse, wie zum Beispiel bei 152 in 7C gezeigt
wird. Der Zeitpunkt, zu dem das Maximum jedes Kantenimpulses 152 auftritt,
wird durch regelmäßiges Abtasten
des analogen Ausgangssignals des Verstärkers 158 mit hoher
Geschwindigkeit und Generieren eines digitalen Wertes für jeden
Abtastpunkt und Aufzeichnen örtlicher
digitaler Spitzenwerte bestimmt. Zu diesem Zweck wird das Ausgangssignal 158 einem
ADC 154 zugeführt, und
das Ausgangssignal des letzteren wird einem Spitzenwertdetektor 156 zugeführt.
-
Durch
Ausbilden einer zeitlichen Beziehung zwischen den Spitzenwerten
und einer Zeitbasis, die der Relativbewegung zwischen dem Detektor
und der Länge
des die magnetischen Segmente 142, 144 usw. enthaltenden
Fadens proportional ist, läßt sich die
Länge jedes
Segments bestimmen.
-
Die
Spalte zwischen den Segmenten können auch
auf die gleiche Weise gemessen werden.
-
Da
die Divergenz des numerischen Wertes von 154 tatsächlich am
Beginn und am Ende der Segmente in entgegengesetzten Richtungen
erscheint, läßt sich
das letztere von den Spalten unterscheiden, indem ein Segment mit
ansteigenden Werten in Richtung auf die Spitze beginnt und mit abnehmenden
Werten in Richtung auf eine Spitze endet, während ein Spalt zwischen den
Segmenten mit einem abnehmenden Wert beginnt und mit einem ansteigenden
Wert endet.
-
Die
Länge jedes
einzelnen Segments ist von geringerer Bedeutung als die Gesamtlänge einer Zahl
von Segmenten, und die letztere läßt sich einfacher messen. Wenn
eine Länge
des Fadens ein sich wiederholendes Muster aus Segmenten und Spalten aufweist
(wie es bei einem Sicherheitsfaden zutrifft) läßt sich prüfen, ob ein Faden durch Messen
der Gesamtlänge
einer Anzahl ähnlicher
Gruppen von Segmenten und Überprüfen der
Gesamtlänge
im Vergleich mit einem bekannten Längenwert gestreckt wurde oder
beschädigt
ist.
-
Durch
Vergleich der gemessenen Länge
für eine
bekannte Zahl vollständiger
Muster codierter Segmente kann festgestellt werden, ob ein Faden
gestreckt oder beschädigt
wurde. Die Zahl der Muster wird durch Zählen der detektierten Startcodierungen bestimmt.
Im typischen Fall wird die Länge
zwischen den Startcodierungen gemessen.
-
Die
vollständige
Schaltung wird in den 8A und 8D gezeigt.
Diese arbeitet wie folgt:
-
Detektor und
Kopfverstärker
-
Sechs
aktive magnetorestriktive (MR) Köpfe in
Reihe und sechs Dummy-MR-Köpfe
in Reihe bilden die Emitterbelastungen eines „long tailed pair"-Brückenverstärkers Q6
und Q7. Die Ausgaben dieser Verstärker werden durch U7:D und
U7:A vor dem Durchleiten durch einen Pegelverschieber U7:B differenziell
verstärkt,
wobei das bipolare Signal um 2,5 V verschoben wird. Die Dioden D8
und D9 schneiden das verschobene Signal bei Null und +5 V ab. Ein
kleiner Betrag einer negativen Gleichspannungsrückkopplung wird dem Brückenverstärker über U7:C
und R31 zugeführt.
Dies verhindert, daß die
Brücke
infolge von Langzeitauswirkungen, wie zum Beispiel einer differenziellen
Temperaturänderung und
des Alterns von Bauteilen, aus dem Abgleich gerät. Über U6, das selbst mit +5 V
gespeist wird, erhält
der Verstärker
gefilterte ± 12
V.
-
Prozessorschaltung
-
Ein
S87C552-Mikrokontroller U1 bildet das Herz dieses Abschnitts. Ein
integrierter ADC nimmt das Ausgangssignal des MR-Kopfverstärkers an
und digitalisiert dieses und ein in U1 eingegebenes Softwareprogramm
ermöglicht
dem Mikrokontroller die Identifikation der Spitzen in diesem digitalisierten
Signal. Die Stellungen der Spitzen werden zusammen mit einer Zeitbasis
zum Errechnen des intermittierenden magnetischen Codewertes und
Erkennen, ob der Faden gestreckt wurde, verwendet.
-
Die
Zeitbasis wird von einer im Gehäuse
an die Radachse angeschlossenen Wellencodierer generiert, so daß beim Drücken der
letzteren Vorwärtsimpulse
nach Maßgabe
der Drehung der Rolle generiert werden mit einer ausgewählten Geschwindigkeit
von entweder zehn Impulsen pro Millimeter oder zwanzig Impulsen
pro Millimeter. Die Impulsgeschwindigkeit wird durch 79 ausgewählt. Die
Impulse dienen als Unterbrechungen für den Mikrokontroller U1, dem
sie über
U8:A zugeführt
werden.
-
Ein
als TIME 1 identifizierter Zeitgeber ist eine in sich selbst abgeschlossene,
selbstantreibende Echtzeituhr, die durch den Mikrokontroller U1 über U3:A
gestellt und über
U3:B ausgelesen wird.
-
Die
sich auf die genommenen Ablesungen beziehenden Daten werden in der
Speichervorrichtung U4 gespeichert und (aus ihr herausgenommen). Ein
serielles Datenübertragungsprotokoll
wird zum Zugang und zum Lesen (Speichern) dieser Vorrichtung verwendet.
-
Von
einem getrennten Computer, wie zum Beispiel einem PC, können Daten
heruntergeladen oder in ihn eingeladen werden. Dies erfolgt durch eine
serielle Datenübertragungsschnittstellenvorrichtung
U2, die vom Mikrokontroller U1 gesteuert wird. Die serielle Über tragungsart
wird durch Anlegen eines geeigneten Datenkabels zwischen einer mit
J2 zusammenarbeitenden seriellen Öffnung und dem externen Computer
eingegeben.
-
Die
verbleibenden, an den Mikrokontroller U1 angeschlossenen Vorrichtungen
sind: DOL-Eingangsschalter
SW2 – verwendet
zum Selektieren von Softwarevariablen, eine (im Schaltbild nicht
gezeigte) und an J8 angeschlossene LCD, zweifarbige LED D1 und D2,
angetrieben von U3, und ein Unterbrecher, im Schaltbild nicht gezeigt,
aber an J4 angeschlossen.
-
Leistungsschalten
-
Die
primäre
Energieversorgung für
die Vorrichtung wird durch eine an J5 angeschlossene 9V-Batterie
dargestellt. Der Betrieb des Schalters SWi bewirkt ein Einschalten
von Q1 durch einen von dem differenzierten Netzwerk C9/R14 entwickelten Impuls.
Dieser führt
9 V durch das Verriegelungsrelais RL1 der Regulatorvorrichtung U5
zu, die VCC dem Mikrokontroller U1 zuleitet. Die Energie für den MR-Kopfverstärker (VCC-1)
wird über
das verriegelte Relais RL2, geschaltet durch Q4, geregelt durch
U1, zugeleitet. Nach der Meßperiode
wird die Energie vom MR-Kopfverstärker abgenommen und den LED D1
und D2 (VCC-2) zwecks Konservierung der Energie zugeleitet.
-
Am
Ende einer Anzeigeperiode wird die Energieversorgung durch den Mikrokontroller
vollständig
abgeschaltet und das Relais RL1 über
Q2 entriegelt. Der Kollektor des Transistors Q5 bildet ein Eingangssignal
für den
Mikrokontroller, der entweder ein augenblickliches oder ein verlängertes
Drücken
des Betriebsschalters SW1 anzeigt.