ES2453191T3 - Aparato y método para detectar el espesor de un documento de papel - Google Patents

Abstract

Un conjunto de detección de espesor de documentos de papel en dos dimensiones, para detectar el espesor de un documento de papel sobre un camino de transporte de documentos, comprendiendo el conjunto una pluralidad de aparatos de detección de espesor de documentos de papel, comprendiendo cada aparato: una primera unidad detectora que tiene un punto de contacto con los documentos de papel contiguo al camino de transporte de documentos, comprendiendo la unidad detectora un elemento piezoeléctrico, siendo una primera porción del elemento piezoeléctrico fija con respecto al camino de transporte de documentos, y estando el elemento piezoeléctrico situado de tal manera que el contacto entre un documento de papel y el punto de contacto con los documentos de papel cuando un documento de papel pasa por la unidad detectora a lo largo del camino de transporte de documentos provoca la deformación de una segunda porción del elemento piezoeléctrico con respecto a su primera porción; y un circuito de detección conectado al elemento piezoeléctrico para proporcionar como salida una señal eléctrica basada en una carga generada por el elemento piezoeléctrico al deformarse, estando la señal de salida relacionada con el espesor del documento de papel; donde los respectivos puntos de contacto con documentos de papel de cada aparato están espaciados lateralmente unos de otros en una dirección substancialmente perpendicular a la dirección de paso del documento de papel, de tal manera que la señal proporcionada como salida desde cada circuito de detección respectivo está relacionada con el espesor de correspondientes zonas lateralmente espaciadas del documento de papel; comprendiendo además el conjunto un procesador diseñado para generar un mapa espacial en dos dimensiones del espesor de al menos una porción del documento de papel, basado en al menos algunas de las señales proporcionadas como salida, en las posiciones relativas de las correspondientes unidades detectoras y en el conocimiento de la velocidad a la cual el documento de papel pasa entre la superficie de referencia y la unidad detectora.

Description

Aparato y método para detectar el espesor de un documento de papel

Esta invención se refiere a técnicas para detectar el espesor de un documento de papel, que abarcan tanto la detección de una variación en el espesor del documento como la medida del espesor.

En muchas industrias de procesamiento de hojas de papel, es útil detectar el espesor, o cambios de espesor, de un documento de papel. Por ejemplo, en el campo de la manipulación de papel moneda, la detección del espesor de un billete de banco tiene muchas aplicaciones incluyendo: la detección de billetes solapados (“detección de dobles”), en la cual la detección de un espesor aparente de un billete por encima de un umbral predeterminado se usa para identificar la presencia de billetes solapados; detección de cinta adhesiva, es decir, identificación de cuerpos extraños adheridos a billetes de banco, lo cual puede ser indicativo de construcción fraudulenta o de que el billete ya no es apto para volver a ser emitido; y en autenticación/denominación, donde un espesor medido a partir de un billete se puede comparar con valores o rangos conocidos para billetes genuinos, para ayudar a determinar el tipo de documento y/o su autenticidad. Se encuentran aplicaciones similares en otros campos del procesamiento de hojas de papel, incluyendo la impresión, así como la manipulación de otros documentos de papel tales como impresos, tarjetas, cheques, certificados y similares.

Los espesores de billetes de banco típicos varían en función de su construcción pero, como ejemplo, el billete de 20 libras esterlinas tiene un espesor medio en el intervalo de 100 a 120 micras. Los cuerpos extraños, tales como cinta adhesiva, que pueden estar adheridos al billete, tienen habitualmente un espesor del orden de 40 micras. Por lo tanto se deben emplear técnicas de detección de espesor de alta sensibilidad para detectar espesores o cambios de espesores en este nivel de magnitud.

Un método convencional de detección de espesor que se usa en el procesamiento de papel moneda implica la provisión de dos rodillos situados a través de la anchura del camino de los billetes de banco y situados uno enfrente del otro para conformar una separación entre ambos, a través de la cual es conducido un billete. Uno de los rodillos es fijo mientras que el otro está montado de tal manera que esté permitido su movimiento en la dirección perpendicular al plano del camino de los documentos. Cuando el documento de papel pasa a través de la separación, el rodillo sensor montado con el movimiento permitido es desviado para dar cabida al espesor del documento de papel dentro de la separación. En todo momento, el rodillo sensor es empujado hacia la separación entre rodillos de tal manera que si el espesor del documento disminuye, el rodillo sensor volverá hacia el rodillo de referencia. El movimiento del rodillo sensor es detectado por un detector de transformador diferencial variable lineal (LVDT), el cual emplea solenoides situados alrededor de un núcleo ferro-magnético que está diseñado para moverse en conjunto con el rodillo sensor. El movimiento del núcleo con respecto a los solenoides modifica la inducción mutua entre dichos solenoides, provocando cambios en las tensiones inducidas, a partir de los cuales se puede deducir una magnitud del desplazamiento del rodillo sensor, y por lo tanto una medida del espesor del documento. En algunas implementaciones, se puede proporcionar un sensor LDVT en cada extremo del rodillo sensor para proporcionar dos medidas de desplazamiento o “canales”. Si la diferencia entre los dos canales supera un cierto umbral, se puede inferir una variación de espesor a través de la anchura del documento, lo cual puede ser indicativo de que una esquina del billete está doblada, por ejemplo. La presencia de cuerpos extraños tales como cinta adhesiva adheridos al documento se detecta identificando zonas anómalas de mayor espesor que se encuentren situadas por encima de la “meseta del billete” (una zona definida entre los bordes delantero y trasero del billete, excluyendo una sección cercana a cada borde para tener en cuenta posibles dobleces en las esquinas). Las zonas que superan el espesor de la meseta por más de un cierto umbral son identificadas como cinta adhesiva.

En la Patente EP-A-0130824 se describe otro ejemplo de una técnica de detección de espesor, usada generalmente en detección de dobles. De nuevo, esta técnica utiliza parejas de rodillos situados uno enfrente del otro, en las cuales un rodillo está montado con el movimiento permitido y su desplazamiento se detecta usando un sensor de luz. En este ejemplo se proporcionan dos parejas de rodillos, haciendo posible inferir que un billete está doblado, o que sólo parte de un billete ha sido conducida, si las señales de cada pareja de rodillos son disimilares.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un conjunto de detección de espesor de documentos de papel en dos dimensiones, para detectar el espesor de un documento de papel sobre un camino de transporte de documentos, comprendiendo el conjunto una pluralidad de aparatos de detección de espesor de documentos de papel, y comprendiendo cada aparato:

una primera unidad detectora que tiene un punto de contacto con los documentos de papel contiguo al camino de transporte de documentos, comprendiendo la unidad detectora un elemento piezoeléctrico, siendo una primera porción del elemento piezoeléctrico fija con respecto al camino de transporte de documentos, y estando el elemento piezoeléctrico diseñado de tal manera que el contacto entre un documento de papel y el punto de contacto con los documentos de papel cuando un documento de papel pasa por la unidad detectora a lo largo del camino de transporte de documentos provoca deformación de una segunda porción del elemento piezoeléctrico con respecto a su primera porción; y

un circuito detector conectado al elemento piezoeléctrico para proporcionar como salida una señal eléctrica basada en una carga generada por el elemento piezoeléctrico al deformarse, estando la señal proporcionada como salida relacionada con el espesor del documento de papel;

donde los respectivos puntos de contacto con los documentos de papel de cada aparato están espaciados lateralmente unos de otros en una dirección substancialmente perpendicular a la dirección de paso del documento de papel, de tal manera que la señal proporcionada como salida desde cada respectivo circuito detector está relacionada con el espesor de correspondientes zonas espaciadas lateralmente del documento de papel;

comprendiendo además el conjunto un procesador diseñado para generar un mapa espacial en dos dimensiones del espesor de al menos una porción del documento de papel, basado en al menos algunas de las señales proporcionadas como salida, en las posiciones relativas de las correspondientes unidades detectoras y en el conocimiento de la velocidad a la cual el documento de papel pasa entre la superficie de referencia y la unidad detectora.

La invención también proporciona un método para detectar el espesor de un documento de papel sobre un camino de transporte de documentos, que comprende:

conducir un documento de papel a lo largo del camino de transporte de documentos más allá de una pluralidad de primeras unidades detectoras, teniendo cada primera unidad detectora un punto de contacto con los documentos de papel contiguo al camino de transporte de documentos, comprendiendo cada primera unidad detectora un elemento piezoeléctrico, siendo una primera porción del elemento piezoeléctrico fija con respecto al camino de transporte de documentos, provocando el contacto entre el documento de papel y el punto de contacto con los documentos de papel la deformación de una segunda porción del elemento piezoeléctrico con respecto a su primera porción, estando la pluralidad de primeras unidades de detección espaciadas lateralmente unas de otras, estando los respectivos puntos de contacto con los documentos de papel de cada primera unidad detectora espaciados lateralmente en una dirección substancialmente perpendicular a la dirección de paso del documento de papel ; y

proporcionar como salida, por medio de respectivos circuitos de detección, señales eléctricas basadas en las cargas generadas por los elementos piezoeléctricos al deformarse, estando las señales proporcionadas como salida relacionadas con el espesor de correspondientes zonas espaciadas lateralmente del documento de papel;

comprendiendo además el método la generación de un mapa espacial en dos dimensiones del espesor de al menos una porción del documento de papel, basado en al menos algunas de las señales proporcionadas como salida, en las posiciones relativas de las correspondientes unidades detectoras y en el conocimiento de la velocidad a la cual el documento de papel pasa entre la superficie de referencia y la unidad detectora.

Los materiales piezoeléctricos generan una diferencia de potencial (es decir, una carga) en respuesta a deformación mecánica. Al utilizar un elemento piezoeléctrico para detectar el espesor de un documento de papel de la manera descrita anteriormente, se consiguen varios beneficios.

En primer lugar, una característica de la que carecen los sistemas convencionales como los mencionados anteriormente es la posibilidad de resolver las medidas de espesor obtenidas para posiciones situadas en una dirección perpendicular a la dirección de transporte de documentos. En la técnica LVDT descrita anteriormente, dado que cada uno de los rodillos cruza toda la anchura del camino de los documentos, cuando se detecta un cambio de espesor no hay forma de determinar su extensión o su posición sobre el documento. En este sentido la técnica está inherentemente limitada, no proporcionando ninguna manera de distinguir entre variaciones de espesor debidas, por ejemplo, a esquinas dobladas (las cuales, por lo demás, pueden ser aptas para su recirculación) y las debidas a la presencia de cinta adhesiva o similar (las cuales deben ser eliminadas). La técnica de la Patente EP-A-0130824 proporciona de nuevo poco en cuanto a la resolución lateral. En ambos casos, la complejidad mecánica del sensor, su número de piezas y el alto coste resultante significan que no es factible proporcionar un gran número de sensores en una única máquina: por lo tanto toda la anchura del camino para billetes debe ser monitorizada por el menor número posible de sensores, y no se puede conseguir la resolución lateral.

En contraste con esto, el elemento piezoeléctrico descrito en este documento proporciona un sistema mecánico mucho más simple: el número de piezas para el propio sensor se reduce a una, produciendo una reducción substancial en el tiempo y el coste de fabricación. Como resultado de esto, se hace posible dotar a cada máquina de un número de sensores significativamente mayor consiguiendo alta resolución lateral y, a su vez, mejorando la capacidad del aparato para distinguir la característica de espesor que se está observando. Además, el uso de un elemento piezoeléctrico está particularmente bien adaptado para su incorporación en un diseño de unidad detectora compacta, que permita medir el espesor a lo largo de un canal mucho más estrecho, y que se pueda colocar muy cerca de uno o más canales, como se explicará con mayor detalle más adelante. En esencia, esto es un resultado de que el tamaño y la forma del elemento piezoeléctrico se puedan adaptar fácilmente para que encajen en el espacio disponible, mientras que dispositivos sensores como los usados en los sistemas convencionales no tienen esta flexibilidad.

En segundo lugar, los sistemas convencionales del tipo discutido anteriormente adolecen de un tiempo de respuesta inherentemente lento, debido a la inercia de los rodillos e incluso de los propios componentes del LVDT o del sensor de luz. Esto puede conducir a una reducción inaceptable en la precisión de medida dado que a altas velocidades de transporte de documentos, el sensor es incapaz de seguir el perfil del documento. Por ejemplo, a altas velocidades,

un rodillo de medida típicamente se elevará por encima del borde delantero del billete y descenderá lentamente del borde trasero. La velocidad de funcionamiento de la máquina de procesamiento de documentos está limitada por esta causa. Por otro lado, los elementos piezoeléctricos son intrínsecamente ligeros y, por lo tanto, el tiempo de respuesta es significativamente menor en comparación con un sensor más pesado que opere bajo una fuerza recuperadora equivalente. También se ha observado que la sensibilidad de la técnica es más que adecuada. Una ventaja adicional es que, dado que la tensión desarrollada a través de un elemento piezoeléctrico es proporcional a la velocidad de cambio de su deformación (en lugar de a la magnitud de deformación), el sistema no requiere calibración de base para la posición absoluta del sensor. El documento DE10151627 A1 describe un elemento piezoeléctrico para la caracterización de papel.

La unidad detectora se puede configurar de varias formas que permiten que el documento de papel que pasa provoque la deformación del elemento piezoeléctrico por medio del punto de contacto con los documentos de papel. En una realización preferida, el punto de contacto con los documentos de papel es proporcionado por la segunda porción del elemento piezoeléctrico, estando dicha segunda porción del elemento piezoeléctrico diseñada para que durante el funcionamiento un documento de papel haga contacto directamente con ella. Esto mantiene el número de partes móviles, así como su tamaño y masa totales, al mínimo. Ventajosamente, la segunda porción del elemento piezoeléctrico es empujada hacia el camino de transporte de documentos, preferiblemente usando la elasticidad intrínseca del elemento piezoeléctrico. Esto ayuda a amortiguar oscilaciones y a devolver el elemento rápidamente a reposo.

En otros ejemplos preferidos, la primera unidad detectora comprende un conjunto intermedio con una superficie de contacto que está montada con el movimiento permitido con respecto al camino de transporte de documentos y que está diseñada para que durante el funcionamiento haga contacto con ella un documento de papel para proporcionar el punto de contacto con los documentos de papel, estando el conjunto intermedio adaptado para comunicar movimiento de la superficie de contacto a la segunda porción del elemento piezoeléctrico. El uso de un conjunto intermedio incrementa la robustez del dispositivo dado que no existe contacto directo entre el documento de papel y el elemento piezoeléctrico, y por lo tanto se puede controlar más fácilmente el modo de deformación mediante la configuración del conjunto intermedio. Si se desea, también es posible espaciar el propio elemento piezoeléctrico alejándolo del camino de transporte de documentos, para un acceso y un mantenimiento fáciles. La superficie de contacto debería tener el movimiento permitido (al menos) en la dirección perpendicular al plano del documento de papel en la separación entre la superficie de contacto y la superficie de referencia. Sin embargo el elemento piezoeléctrico puede estar diseñado para que se deforme en cualquier orientación conveniente.

En implementaciones particularmente preferidas, el conjunto intermedio comprende una pieza de contacto montado con el movimiento permitido situada entre el camino de transporte de documentos y el elemento piezoeléctrico, proporcionando una primera zona de la pieza de contacto contigua al camino de transporte de documentos la superficie de contacto y haciendo contacto una segunda zona de la pieza de contacto con la segunda porción del elemento piezoeléctrico para comunicar movimiento de la pieza de contacto a dicho elemento piezoeléctrico. Estas disposiciones proporcionan una transmisión de movimiento casi directa desde el documento de papel hasta el elemento piezoeléctrico manteniendo de ese modo la eficiencia del dispositivo. Preferiblemente, la pieza de contacto está montada a pivotamiento con respecto a la superficie de referencia, aunque son posibles muchas otras configuraciones.

Otra implementación apropiada es que el conjunto intermedio comprenda una pieza de contacto montada con el movimiento permitido, proporcionando una zona de la pieza de contacto orientada hacia la superficie de referencia la superficie de contacto, y una o más piezas de unión acopladas mecánicamente a la pieza de contacto, haciendo contacto una zona de una de las piezas de unión con la segunda porción del elemento piezoeléctrico para comunicar movimiento de la pieza de contacto a través de la una o más piezas de unión al citado elemento piezoeléctrico. Estos sistemas pueden ser preferidos en los casos en que se desea colocar el elemento piezoeléctrico de manera remota, es decir, lejos del punto de contacto con los documentos de papel, por ejemplo no en línea con el camino de transporte de documentos o incluso en el otro lado del camino de transporte de documentos.

Preferiblemente, la unidad de detección comprende además un dispositivo de empuje diseñado para empujar a la superficie de contacto hacia la superficie de referencia.

El conjunto intermedio puede transmitir movimiento al elemento piezoeléctrico de varias maneras. En una implementación preferida, la segunda porción del elemento piezoeléctrico está acoplada al conjunto intermedio. Por ejemplo, esto se podría conseguir proporcionando un elemento de empuje, tal como un muelle, diseñado para que actúe sobre la segunda porción del elemento piezoeléctrico de tal manera que éste mantenga contacto con el conjunto intermedio. De forma alternativa el elemento piezoeléctrico puede estar engranado con el conjunto intermedio.

En algunas realizaciones preferentes, la unidad detectora está situada enfrente de una superficie de referencia fija del camino de transporte de documentos, provocando los documentos de papel conducidos durante el uso entre la superficie de referencia fija y el punto de contacto con los documentos de papel la deformación del elemento piezoeléctrico. La superficie de referencia fija se podría proporcionar, por ejemplo, mediante una placa guía, un rodillo u otro dispositivo del camino de transporte. En esta configuración, preferiblemente, el punto de contacto con los documentos de papel está diseñado para que haga contacto con la superficie de referencia en ausencia de un

documento de papel. Por ejemplo, en el caso de que el aparato está configurado de tal manera que los documentos de papel hacen contacto directamente con el elemento piezoeléctrico, la segunda porción del elemento piezoeléctrico se apoya contra la superficie de referencia en la ausencia de un documento de papel. De manera similar, en el caso de que el punto de contacto con los documentos de papel es proporcionado por un conjunto intermedio, la superficie de contacto puede apoyarse contra la superficie de referencia. Por lo tanto, cuando el documento de papel se introduce en el interior de la separación existente entre la unidad detectora y la superficie de referencia, el citado documento de papel hace contacto con la segunda porción del elemento piezoeléctrico y la desplaza para permitir el paso a su través del documento de papel. Por lo tanto, la deformación del elemento piezoeléctrico está directamente relacionada con el espesor total del documento. Preferiblemente el punto de contacto es empujado contra la superficie de referencia para garantizar que el elemento piezoeléctrico es devuelto rápidamente a su posición de reposo.

De forma alternativa, el punto de contacto con los documentos de papel podría estar espaciado una distancia fija de la superficie de referencia de tal manera que sólo documentos que tengan un cierto espesor mínimo produzcan su deformación. Esto se puede usar para detectar/medir cambios de espesor que se produzcan por encima del umbral o, si el tamaño de la separación existente entre el elemento piezoeléctrico y la superficie de referencia es conocido, todavía se puede determinar el espesor absoluto de todo el documento.

En otras implementaciones preferidas, el aparato comprende además una segunda unidad detectora de la misma forma que la primera unidad detectora definida anteriormente, estando la segunda unidad detectora situada en el lado del camino de transporte de documentos de papel contrario a la primera, de tal manera que el punto de contacto con los documentos de papel de la primera unidad detectora está situado enfrente del punto de contacto con los documentos de papel de la segunda unidad detectora, pasando entre ellas el camino de transporte de documentos, y estando además el circuito de detección conectado al elemento piezoeléctrico de la segunda unidad detectora para de ese modo proporcionar como salida una o más señales eléctricas generadas por los elementos piezoeléctricos primero y/o segundo.

Al hacer pasar el documento de papel entre unidades de detección situadas una enfrente de la otra, se pueden detectar con igual precisión variaciones de espesor que se encuentren en ambas caras del documento. En cambio, en los casos en que el espesor del documento se mide contra una superficie de referencia, si existe una variación local de espesor (tal como la presencia de cinta adhesiva) sobre la superficie del documento situada enfrente de la superficie de referencia, el perfil de espesor detectado por el aparato será modificado por el propio substrato del documento y puede no ser representativo de la variación de espesor real.

Preferiblemente, el punto de contacto con los documentos de papel de la primera unidad detectora y el punto de contacto con los documentos de papel de la segunda unidad detectora están situados de tal manera que hagan contacto entre sí en ausencia de un documento de papel. Ventajosamente, los dos puntos de contacto son empujados el uno hacia el otro, encontrándose en la posición del camino de transporte de documentos. Sin embargo, como en el caso de realizaciones que utilizan una superficie de referencia, esto no es esencial y los dos puntos de contacto pueden estar configurados para volver a posiciones de reposo espaciadas la una de la otra por una distancia conocida.

En realizaciones particularmente preferidas, los elementos piezoeléctricos primero y segundo están diseñados para que se doblen en direcciones opuestas ante el paso de un documento de papel, y el circuito de detección está adaptado para sumar las señales eléctricas generadas por el elemento piezoeléctrico de la primera unidad detectora y por el elemento piezoeléctrico de la segunda unidad detectora. De esta manera, la señal de salida sumada representa la deformación neta de los dos elementos.

En su forma más simple, el elemento o los elementos piezoeléctricos podrían comprender solamente un cuerpo de material piezoeléctrico. Sin embargo, en realizaciones preferentes, el elemento piezoeléctrico o cada uno de los elementos piezoeléctricos comprende al menos una capa de material piezoeléctrico que se extiende desde la primera porción del elemento hasta la segunda, y que preferiblemente comprende además una capa de cubierta protectora situada sobre al menos parte de la capa de material piezoeléctrico. Esto contribuye a la robustez del aparato y es particularmente deseable en los casos en que el elemento piezoeléctrico está diseñado para que los documentos de papel hagan contacto directamente con él. En general, la cubierta protectora puede estar diseñada para cubrir sólo la porción del elemento donde impactará un documento de papel (o un conjunto intermedio), o se puede extender por encima de una mayor extensión del elemento. La cubierta protectora puede tener funciones adicionales. Por ejemplo, en los casos en que se usa un material conductor de la electricidad, la cubierta puede hacer también la función de electrodo para conectar el material piezoeléctrico al circuito de detección. De forma adicional o alternativa, la cubierta puede estar conformada de un material elástico y estar diseñada como una ballesta para aplicar al elemento una fuerza de empuje recuperadora.

El elemento piezoeléctrico puede adoptar cualquier forma que permita la deformación del mismo en respuesta al paso del documento de papel. En una implementación preferida, el elemento piezoeléctrico es alargado, incluyendo la primera porción de dicho elemento piezoeléctrico un primer extremo del elemento, e incluyendo la segunda porción del citado elemento piezoeléctrico un segundo extremo, distal, del elemento. Estas configuraciones son preferidas dado que el momento flector comunicado al elemento piezoeléctrico por el documento de papel será

grande, provocando mayor deformación y una señal correspondientemente alta. Sin embargo, si se prefiere, se podría utilizar cualquier otra porción del elemento piezoeléctrico, tal como una porción central o intermedia.

Preferiblemente, el elemento piezoeléctrico está diseñado para sufrir flexión y/o torsión con la deformación provocada por el paso de un documento de papel. La naturaleza preferida de la deformación puede depender del tipo de material piezoeléctrico utilizado.

En implementaciones preferidas, el elemento piezoeléctrico es plano, teniendo una dimensión de espesor substancialmente menor que al menos una de sus dimensiones laterales. El uso de un elemento delgado de este tipo también incrementa la cantidad de deformación que se producirá para cualquier espesor o cambio de espesor dado de un documento de papel.

En ejemplos particularmente preferidos el elemento piezoeléctrico comprende un material piezoeléctrico polimérico, preferiblemente fluoruro de polivinilideno piezoeléctrico. Se ha observado que este material es particularmente apropiado para la aplicación descrita en este documento. Sin embargo, se podría usar cualquier material piezoeléctrico, y en otros ejemplos preferidos el elemento piezoeléctrico comprende un material piezoeléctrico cerámico, preferiblemente titanato zirconato de plomo (PZT).

La naturaleza de la señal de salida dependerá de la aplicación prevista. En algunos casos, puede ser suficiente con proporcionar como salida una señal que identifique la existencia de un cambio de espesor, por ejemplo cuando el borde delantero o trasero del documento de papel pasa a través de la separación entre rodillos. En estos casos, la señal proporcionada como salida por el circuito sensor puede corresponder a una tensión o corriente generada por el elemento o elementos piezoeléctricos al deformarse. Dado que la tensión o corriente generadas por un material piezoeléctrico es proporcional a la velocidad de cambio de su deformación (en lugar de a su deformación absoluta) una señal de este tipo mostrará picos correspondientes a cambios de espesor del documento encontrados por el aparato. Esto puede ser suficiente para muchas aplicaciones en las que la incidencia o posición de las variaciones de espesor es clave, más que el tamaño real de dichas variaciones, tales como la identificación del paso de un borde de un documento, o de un artículo pegado al documento, tal como un trozo de cinta adhesiva. En cambio, si se esperan variaciones de espesor (por ejemplo, los bordes delantero y trasero de un documento), el aparato se puede usar para medir dimensiones laterales del documento de papel tales como su longitud paralela a la dirección de transporte, o su velocidad de transporte si también se conoce la dimensión lateral.

Sin embargo, en otros casos es deseable obtener una medida absoluta de espesor y en estos casos el circuito de detección preferiblemente comprende además un integrador adaptado para integrar en el tiempo la señal generada por el elemento piezoeléctrico, de manera que la señal proporcionada como salida por el circuito de detección corresponda a un espesor del documento de papel. Integrando en el tiempo la señal procedente del elemento piezoeléctrico, la señal de salida proporcionará una medida del espesor real (o del cambio de espesor) detectado.

La integración se puede llevar a cabo de varias formas. En un ejemplo preferido el integrador comprende un circuito de integración analógico, preferiblemente un amplificador integrador. En otros ejemplos preferidos el integrador comprende un convertidor analógico-digital diseñado para muestrear la señal generada por el elemento piezoeléctrico, y un procesador adaptado para calcular la integral a partir de la señal muestreada.

La señal de salida se puede usar de varias formas determinadas por la aplicación prevista. Por ejemplo, en los casos en que la señal de salida corresponde a una corriente o tensión generadas por el elemento piezoeléctrico, la existencia de un pico correspondiente a un cambio de espesor se podría usar para disparar una alarma. De forma alternativa, se podría grabar una traza del espesor del documento detectado a lo largo del tiempo. Sin embargo, el aparato comprende además un procesador adaptado para generar un perfil de espesor del documento de papel a lo largo de una dimensión paralela a la dirección de paso, basado en la señal proporcionada como salida y en el conocimiento de la velocidad a la cual el documento de papel pasa entre la superficie de referencia y la unidad detectora. De manera similar, el método comprende además la generación de un perfil de espesor del documento de papel a lo largo de una dimensión paralela a la dirección de paso, basado en la señal proporcionada como salida y en el conocimiento de la velocidad a la cual el documento de papel pasa entre la superficie de referencia y la unidad detectora. De esta manera, la generación de un perfil de espesor proporciona datos que se pueden correlacionar directamente con posiciones sobre el propio documento de papel. Se debería observar que el perfil de espesor puede ilustrar la magnitud del espesor del documento (o cambios en el espesor del documento), usando una señal integrada, o que de forma alternativa podría identificar posiciones en las cuales existe un cambio de espesor, usando la señal no integrada.

El documento de papel podría ser transportado a través del aparato usando cualquier medio conocido para conducción de documentos, que puede ser externo al aparato de detección de espesor. Sin embargo, en ejemplos preferidos, el aparato comprende además un conjunto de transporte diseñado para conducir documentos de papel entre la superficie de referencia y la unidad detectora a través del aparato.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un conjunto de detección de espesor de hojas de papel en dos dimensiones, que comprende una pluralidad de aparatos de detección de espesor de hojas de papel de acuerdo con lo descrito anteriormente, estando los respectivos puntos de contacto con los documentos de papel espaciados lateralmente entre sí, de tal manera que la señal proporcionada como salida desde cada circuito de detección respectivo está relacionada con el espesor de correspondientes zonas espaciadas lateralmente de un documento de

papel. En un método correspondiente, el documento de papel es conducido más allá de una pluralidad de unidades de detección primeras y/o segundas espaciadas lateralmente las unas de las otras y que están conectadas a una correspondiente pluralidad de circuitos de detección, comprendiendo el método además proporcionar como salida por medio de respectivos circuitos de detección una señal eléctrica generada por los elementos piezoeléctricos al deformarse, estando las señales proporcionadas como salida relacionadas con el espesor de correspondientes zonas espaciadas lateralmente del documento de papel. Con la expresión “espaciados lateralmente”, se hace referencia a puntos espaciados dentro de un plano paralelo al del camino de transporte.

Proporcionando más de un aparato de detección de espesor, se pueden proporcionar como salida una pluralidad de canales, proporcionando así información referente al espesor del documento en dos dimensiones. Como se ha descrito anteriormente, el aparato está particularmente bien adaptado para una implementación compacta que conduce a la posibilidad de una multitud de unidades de detección espaciadas entre sí a poca distancia para conseguir alta resolución espacial. Cada una de las zonas del documento de papel correspondiente a las respectivas unidades de detección es preferiblemente estrecha en comparación con la anchura del billete a través de su borde delantero: cuanto más estrecho es cada “canal”, mayor es la resolución lateral. La pluralidad de puntos de contacto con los documentos de papel están desplegados lateralmente espaciados entre sí en una dirección substancialmente perpendicular a la dirección de paso del documento de papel. Si se desea, las unidades de detección pueden estar también desplegadas espaciadas entre sí en una dirección paralela a la dirección del paso del documento de papel.

En una realización preferente el conjunto comprende una primera matriz de aparatos de detección de espesor de hojas de papel que se extienden a través de al menos una porción del camino de los documentos de papel en una dirección substancialmente perpendicular a la dirección de paso del documento de papel. Esta configuración permite detectar espesor a través de la primera porción del documento de papel con una alta resolución.

También preferiblemente la pluralidad de unidades de detección comprende además una segunda matriz de aparatos de detección de espesor de hojas de papel espaciada de la primera matriz en la dirección de transporte de documentos y que se extiende a través de al menos una parte de la anchura del camino de los documentos de papel en una dirección substancialmente perpendicular a la dirección de paso del documento de papel, estando la segunda matriz desalineada con respecto a la primera matriz en la dirección substancialmente perpendicular a la dirección de paso del documento de papel. Por lo tanto, se puede usar la segunda matriz de unidades de detección para detectar el espesor de al menos una segunda parte del documento de papel y se pueden usar las matrices primera y segunda, combinadas, para detectar espesor a través de toda la anchura del documento de papel. Si se prefiere, se podrían utilizar más de dos de estas matrices. Las matrices son preferiblemente lineales.

En ejemplos particularmente preferidos, cada una de las matrices primera y segunda de aparatos de detección de espesor de hojas de papel se extiende sobre menos de toda la anchura del camino de los documentos de papel, y el conjunto comprende además módulos de transporte de documentos primero y segundo situados en línea con la matriz respectiva. Proporcionando módulos de transporte primero y segundo (los cuales pueden ser impulsados o no impulsados y están configurados para guiar a los documentos a lo largo del camino de transporte) de esta manera, el transporte del documento de papel se puede controlar en todos los puntos de su paso a través del aparato. En una implementación particularmente preferida, las unidades de detección situadas dentro de cada matriz están espaciadas entre sí por un componente de transporte, tal como por ejemplo un rodillo, de tal manera que el paso del documento de papel está estrechamente controlado junto a cada canal de detección. Las dos matrices están preferiblemente desalineadas una con respecto a la otra de tal manera que los componentes de transporte de una matriz estén alineados con unidades detectoras de la otra matriz.

El conjunto comprende además un procesador adaptado para generar un mapa espacial en dos dimensiones del espesor de al menos una porción de un documento de papel, basado en al menos algunas de las señales proporcionadas como salida, en las posiciones relativas de las correspondientes unidades detectoras y en el conocimiento de la velocidad a la cual el documento de papel pasa entre la superficie de referencia y la unidad detectora. El correspondiente método comprende además la generación de un mapa espacial en dos dimensiones del espesor de al menos una porción de un documento de papel, basado en al menos algunas de las señales proporcionadas como salida, en las posiciones relativas de las correspondientes unidades detectoras y en el conocimiento de la velocidad a la cual el documento de papel pasa entre la superficie de referencia y la unidad detectora. Se puede usar el mapa espacial para proporcionar información detallada relativa al perfil de espesor de un documento, identificando por ejemplo la extensión de cualquier solape con un segundo documento o la posición y tamaño de cualquier cinta adhesiva u otro cuerpo extraño adheridos al documento, así como identificar la posición de características de seguridad que pueden afectar al espesor local de un documento, tales como hilos de seguridad, hologramas y similares.

En algunos ejemplos preferidos, el procesador puede estar además adaptado para comparar la señal de salida o el mapa espacial en dos dimensiones generado con al menos un perfil de señal o mapa predeterminado correspondiente a un documento de papel conocido, para determinar de ese modo un nivel de similitud entre el documento de papel detectado y el documento de papel conocido. Esto se puede usar para lograr un nivel de discriminación y/o de comprobación de autenticidad que no se podía conseguir anteriormente.

La invención proporciona además un aparato de manipulación de documentos de papel que comprende un módulo de entrada para introducir documentos de papel en el aparato, un conjunto de transporte de documentos para conducir documentos de papel a lo largo de un camino de transporte de documentos desde el módulo de entrada hasta un módulo de salida, y un aparato de detección de espesor de hojas de papel o un conjunto de detección de espesor de hojas de papel en dos dimensiones (cada uno como se han descrito anteriormente) diseñado para detectar el espesor de documentos de papel sobre el camino de transporte de documentos.

Se describirán ahora ejemplos de aparatos para detectar espesor de documentos de papel y métodos para ello, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

La Figura 1 ilustra un aparato de manipulación de documentos que incorpora un aparato para detectar el espesor de un documento de papel;

La Figura 2 representa un documento de papel de ejemplo;

La Figura 3 muestra de forma esquemática componentes funcionales de un aparato para detectar el espesor de un documento de papel;

La Figura 4 representa componentes de un primer aparato para detectar el espesor de un documento de papel;

Las Figuras 4a y 4b muestran un elemento piezoeléctrico de ejemplo usado en la primera realización, en vista en perspectiva y en sección transversal respectivamente;

Las Figuras 5a, 5b y 5c representan cada una de ellas componentes seleccionados del aparato de la Figura 4 cuando un documento de papel pasa a través del aparato, junto a gráficos esquemáticos que muestran una señal de salida de ejemplo en los correspondientes casos;

La Figura 6 es un gráfico de ejemplo que muestra la señal de salida con respecto al tiempo para un primer documento de papel de ejemplo que pasa a través del aparato de la Figura 4;

La Figura 7 es un gráfico de ejemplo que muestra la señal de salida con respecto al tiempo para un segundo documento de papel de ejemplo usando el aparato de la Figura 4;

La Figura 8 es un gráfico de ejemplo de la señal de salida de pico obtenida para dos documentos de papel de ejemplo de espesores distintos a diferentes velocidades de transporte, usando el aparato de la Figura 4;

La Figura 9 muestra componentes de un segundo aparato para detectar espesor de un documento de papel;

La Figura 10 muestra de forma esquemática componentes usados en un experimento para probar el aparato de la Figura 9;

Las Figuras 11a y 11b muestran, respectivamente, la señal de salida para un primer documento de papel de ejemplo obtenida usando el sistema representado en la Figura 10, y la correspondiente señal integrada;

Las Figuras 12a y 12b muestran la señal de salida para un segundo documento de papel de ejemplo obtenida usando el sistema de la Figura 10, y la correspondiente señal integrada;

Las Figuras 13a y 13b muestran la señal de salida obtenida para un tercer documento de ejemplo usando el sistema de la Figura 10, y la correspondiente señal integrada;

La Figura 14 representa componentes de un tercer aparato para detectar el espesor de un documento de papel;

La Figura 15 muestra de forma esquemática componentes seleccionados de una primera realización de un conjunto para detectar el espesor de un documento de papel en dos dimensiones, en vista en perspectiva;

La Figura 16 muestra de forma esquemática la realización de la Figura 15 con mayor detalle, en vista en planta;

La Figura 17 muestra de forma esquemática componentes de una segunda realización de un conjunto para detectar el espesor de un documento de papel en dos dimensiones, en vista en planta;

La Figura 18 es un ejemplo esquemático de un mapa generado usando el aparato para detectar espesor de un documento de papel, mostrando posiciones de variaciones de espesor; y

La Figura 19 es un mapa de ejemplo esquemático generado usando el aparato para detectar espesor de un documento de papel, ilustrando el espesor real de un documento de papel.

Una aplicación principal de los aparatos de detección de espesor de documentos de papel es en máquinas de manipulación de documentos, como por ejemplo máquinas de manipulación de papel moneda, de las cuales en la Figura 1 se muestra un ejemplo esquemático. En este ejemplo, el aparato 100 de manipulación de documentos incluye un módulo 110 de entrada y uno o más módulos 140a, 140b de almacenamiento. Un camino TP de transporte conduce documentos de papel tales como billetes de banco desde el módulo 110 de entrada hasta los

módulos 140a, 140b de almacenamiento, los cuales actúan como salidas del camino de transporte. A lo largo del camino de transporte se proporciona un módulo 120 sensor que incorpora sensores diseñados para detectar características de los documentos y/o su posición a lo largo del camino de transporte. Por ejemplo, el módulo sensor puede incluir sensores magnéticos, sensores de imagen óptica, y/o detectores UV por nombrar sólo unos pocos. En el camino TP de transporte también se proporciona un aparato 1 de detección de espesor, que se describirá con mayor detalle más adelante. Las salidas del módulo 120 sensor y/o del aparato 1 de detección de espesor pueden ser usadas por un procesador 150 para controlar un desviador 130 para ajustar el camino tomado por cada documento de papel en el interior del aparato y, en particular, para dirigir cada documento hacia un módulo específico de los módulos 140a, 140b de almacenamiento. Por supuesto, son posibles muchos otros sistemas de aparatos de manipulación de documentos y en particular el camino TP de transporte puede funcionar al revés, enviando documentos a un usuario desde los módulos de almacenamiento.

El aparato 1 de detección de espesor se puede usar para medir el espesor, o para detectar variaciones de espesor, de cualquier documento de papel tal como papel de impresión, impresos, tarjetas, etc., pero encuentra utilidad particular en el campo de los documentos de valor, incluyendo billetes de banco, cheques, certificados, pasaportes y similares. De este modo, la descripción que se da a continuación se centrará principalmente en el ejemplo de detectar el espesor de billetes de banco, pero se apreciará que el alcance de la invención no está limitado a este ejemplo. La Figura 2 muestra un documento S de papel de ejemplo en forma de un billete de banco, en vista en planta (Figura 2a) y en sección transversal (Figura 2b) a lo largo de la línea X-X’.

Típicamente, un documento de papel como el que se muestra en la Figura 2 tendrá un espesor “de base” razonablemente constante correspondiente al de su substrato. Sin embargo, el documento también puede mostrar variaciones de espesor debidas a características inherentes del propio documento o a factores externos. Por ejemplo, se muestra que el billete S de banco de la Figura 2 tiene tres características 91, 92 y 93, las cuales hacen que su espesor se desvíe localmente del espesor de base del substrato. La característica 91 es un hilo de seguridad, embebido en el interior del documento, que provoca un aumento local en el espesor del documento, típicamente de entre 10 y 40 micras. La característica 93 es un holograma que está aplicado a la superficie superior del billete y que provocará un aumento de espesor local de una cantidad similar. Estas dos características son componentes integrales del documento. Otras características de seguridad que pueden producir variaciones de espesor locales incluyen marcas de agua, grabados en relieve, ventanas, transferencias de láminas delgadas y similares. El artículo 92 es un trozo de cinta adhesiva que se ha pegado en la superficie del documento. En la práctica, puede existir cinta adhesiva sobre billetes de bancos por varias razones: para reparar (de forma legítima) un billete, por accidente, o para ayudar a construir un billete fraudulento. Para distinguir entre estos escenarios es deseable poder medir con precisión el tamaño y/o la posición de la zona pegada con cinta adhesiva del billete. Algunos tamaños de cinta adhesiva que son indicativos de falsificación o que sugieren que el billete ya no es apto para volver a ser emitido y se pueden clasificar entonces para ser sacados fuera de la circulación.

La Figura 3 ilustra de forma esquemática algunos de los componentes principales de un aparato de ejemplo para detectar el espesor de un documento de papel, cuyas implementaciones preferidas se explicarán más adelante con mayor detalle. En la Figura 3, el aparato de detección de espesor se denota con el número de referencia 1 y comprende una unidad 2 de detección situada enfrente de una superficie R de referencia. Durante el uso, un documento S de papel tal como un billete de banco es conducido a través del aparato a lo largo de un camino TP de transporte entre la unidad 2 de detección y la superficie R de referencia. Se debería observar que no es esencial proporcionar la superficie R de referencia dado que ésta puede ser sustituida por componentes alternativos como se describirá más adelante. Para mayor claridad, la Figura 1 muestra los diferentes elementos espaciados unos de otros. Sin embargo, en la práctica, el documento S de papel estará apoyado contra la superficie R de referencia y, como se describe más adelante, también hará contacto con la unidad 2 de detección en un punto 9 de contacto del documento de papel. El documento S de papel se representa de manera esquemática incluyendo varias zonas de mayor espesor, lo cual puede ser o no el caso dado que el mismo aparato se podría usar, por ejemplo, para medir el espesor de un documento de papel de espesor constante, para detectar documentos solapados, o incluso para detectar los bordes delantero y trasero de un documento. Sin embargo, los principios de detección son los mismos.

Al pasar a través de la separación definida entre el punto 9 de contacto (móvil) con los documentos de papel y la superficie R de referencia, el documento S de papel provoca la deformación de un elemento piezoeléctrico indicado de manera general en 5 por medio del punto de contacto. Como se detalla más adelante, el punto 9 de contacto y el elemento 5 piezoeléctrico pueden estar relacionados entre sí de muchas maneras diferentes que permiten contacto directo o indirecto del elemento 5 con el documento S de papel. En la ilustración esquemática, el elemento 5 piezoeléctrico está representado como si estuviera situado en el interior de la unidad 2 de detección, enfrente de la superficie R de referencia. Sin embargo, aunque el elemento 5 piezoeléctrico forma una parte funcional de la unidad 2 de detección, no es esencial que dicho elemento 5 piezoeléctrico esté situado en el mismo lugar que el resto de la unidad 2 de detección, aunque en la práctica a menudo esto será así. Como se describe más adelante, la unidad 2 de detección puede incluir uno o más componentes de unión mecánica para conducir el movimiento provocado por el paso de documento S de papel desde el punto 9 de contacto hacia el elemento 5 piezoeléctrico, el cual por lo tanto puede estar situado en cualquier posición conveniente, potencialmente alejada del camino TP de transporte.

Cuando el documento S de papel pasa a través de la separación entre el punto 9 de contacto y la superficie R de referencia, provoca que el elemento 5 piezoeléctrico se deforme, preferiblemente por flexión o torsión aunque se

podría utilizar cualquier otro modo de deformación. El elemento 5 incluye un material piezoeléctrico tal como fluoruro de polivinilideno piezoeléctrico o titanato zirconato de plomo (PZT) o cualquier otro material piezoeléctrico apropiado que genere un potencial eléctrico bajo condiciones de deformación mecánica. Por lo tanto, la deformación del elemento 5 provocada por el paso del documento S de papel hace que se establezca una tensión a través de dicho elemento 5 piezoeléctrico, la cual se detecta usando un circuito 6 conectado eléctricamente al citado elemento 5 piezoeléctrico. En algunos casos, el circuito 6 de detección puede incluir un integrador 7 diseñado para integrar la señal procedente del elemento 5 piezoeléctrico por razones que se explicarán más adelante. La señal de salida se puede usar de varias maneras, por ejemplo, para el control de un aparato de manipulación de documentos que incorpora el aparato de detección de espesor descrito en este documento, pero de forma más general puede ser proporcionada como salida por alguna forma de dispositivo 8 de salida. Éste podría adoptar la forma de un dispositivo de salida gráfica tal como un monitor o una impresora, o podría proporcionar alguna forma de señal de alarma. En cualquiera de los casos, el aparato 8 de salida puede incluir un procesador para realizar operaciones adicionales sobre la señal, que se describirán más adelante.

En la Figura 4 se representa con mayor detalle un primer ejemplo del aparato. En este ejemplo, un documento entrante tal como un billete S de banco está situado de tal manera que haga contacto directamente con un elemento 15 piezoeléctrico. De esta manera, el punto de contacto con los documentos de papel es proporcionado por el propio elemento piezoeléctrico. La unidad de detección comprende una carcasa que incorpora mordazas 12a y 12b, las cuales mantienen al elemento 15 piezoeléctrico fijo con respecto al camino de transporte (y, en este caso, con respecto a la superficie R de referencia). En este ejemplo, el elemento 15 piezoeléctrico adopta la forma de una lámina alargada, plana, de la que en la Figura 4 se muestra una sección transversal a lo largo de su eje largo.

El espesor del elemento 15 piezoeléctrico (exagerado para mayor claridad en la Figura) es substancialmente menor que cualquiera de sus dimensiones laterales (sólo una de las cuales es visible). Una primera porción del elemento piezoeléctrico que incluye un primer extremo 15a está fijada por elementos 12a y 12b de mordaza. El extremo 15b distal del elemento alargado forma parte de una segunda porción, la cual se puede mover libremente con respecto a la primera. En este ejemplo, el elemento está situado de tal manera que el extremo 15b es presionado contra la superficie R de referencia, haciendo que el elemento 15 piezoeléctrico adopte una forma arqueada en su posición de reposo (como se muestra en la Figura 4). En esta configuración, la tensión aplicada experimentada por el elemento hace que el extremo 15b distal sea empujado hacia la superficie R de referencia debido a la elasticidad natural del material piezoeléctrico. La forma arqueada del elemento está diseñada de tal manera que el extremo 15b esté situado aguas abajo de la mordaza 12a, 12b, para que la curvatura del elemento ayude al paso del billete S de banco en lugar de dificultarlo.

En las Figuras 4a y 4b se muestra con mayor detalle un elemento 15 piezoeléctrico de ejemplo. La Figura 4a muestra el elemento sin ninguna cubierta protectora, visto en perspectiva, mientras que la Figura 4b muestra el elemento completo en sección transversal. Para mayor claridad el elemento 15 se muestra en ambos casos en una configuración no tensionada. Un elemento apropiado de este tipo es comercializado por la empresa Measurement Specialties, Inc. de Hampton, VA, EEUU. El elemento 15 comprende un cuerpo 17 de material piezoeléctrico que se extiende desde la primera zona 15a (fija) del elemento hasta la segunda zona 15b del elemento. El material piezoeléctrico está conectado a un circuito 16 de detección a través de electrodos 18a y 18b de material apropiadamente conductor de la electricidad, aplicados a cada superficie del material piezoeléctrico y conexiones 16’ tales como remaches. Preferiblemente, como se muestra, los electrodos 18 se extienden substancialmente por toda la longitud del elemento 15. Opcionalmente, en el elemento 15 se pueden incluir capas adicionales. Por ejemplo, la Figura 4b muestra el elemento provisto de capas 19a y 19b exteriores protectoras, de alta resistencia al desgaste, proporcionadas en un lado o en ambos lados del elemento. En otros ejemplos, en el elemento piezoeléctrico podría estar pegada una capa de cubierta protectora, sólo en la zona donde hará contacto el documento de papel durante el uso. Sin embargo, como se muestra, esta capa también se podría extender por toda la longitud del elemento si así se desea. Las funciones de los electrodos 18 y de la cubierta 19 protectora se pueden combinar mediante el uso de un material conductor de la electricidad, apropiadamente resistente al desgaste, tal como por ejemplo acero para muelles. De forma adicional o alternativa se puede proporcionar la capa para aumentar la fuerza elástica del elemento, deformándose conjuntamente con el material piezoeléctrico y devolviendo al elemento a su posición de reposo.

En su configuración más simple, el circuito 16 de detección puede adoptar la forma de un voltímetro, un osciloscopio u otro dispositivo similar para medir una tensión o corriente generada por el elemento 15 piezoeléctrico. El billete S de banco es conducido a través del aparato por un conjunto de transporte (no mostrado), el cual puede formar parte del propio aparato 1 de detección de espesor o podría proporcionarse externamente (por ejemplo, como parte de una máquina 100 de manipulación de documentos, en la cual puede estar incorporado el presente aparato).

La señal proporcionada como salida por el circuito de detección se monitorizará a lo largo del tiempo. Típicamente, el circuito 16 o medios de procesamiento adicionales proporcionarán un temporizador tal como un contador o reloj, para que la señal de salida pueda ser relacionada directamente con el paso de documentos a través del aparato y para que se puedan comparar características dentro de la señal de salida. Sin embargo esto no es esencial si, por ejemplo, se tiene que usar el aparato como un detector de dobles, donde todo lo que se necesita es una notificación de que el espesor medido ha superado un cierto umbral.

La Figura 5 muestra con mayor detalle la respuesta del elemento piezoeléctrico a un documento S de papel. La Figura 5a muestra el contacto inicial entre el borde LE delantero del documento S de papel y la segunda porción del elemento 15 piezoeléctrico. El espesor de base inherente del documento S provoca un desplazamiento del extremo 15b del elemento, como se muestra, alejándolo de la superficie R de referencia para permitir el paso del documento S de papel entre ambos. La deformación del material piezoeléctrico provoca la generación de una tensión que es detectada por el circuito 6. Dado que el nivel de tensión inducida es proporcional a la velocidad de deformación del elemento piezoeléctrico (en lugar de a la cantidad de deformación), el paso del borde LE delantero provocará un pico en la tensión medida cuando el elemento se deforma. La elasticidad del elemento provoca que el extremo 15b del elemento vuelva hacia la superficie R de referencia una vez que ha pasado el borde delantero, de tal manera que el elemento piezoeléctrico vuelve a quedar apoyado sobre la superficie del documento S de papel. Inevitablemente, se producirá alguna oscilación del elemento 15 piezoeléctrico antes de que vuelva al reposo, aunque esta oscilación se puede amortiguar mediante un diseño apropiado del elemento 15, así como aumentando la presión entre el elemento y la superficie de referencia y el ángulo con el cual el elemento piezoeléctrico es mantenido contra la superficie R. La Figura 5b muestra las oscilaciones en la señal cuando el elemento piezoeléctrico va llegando al reposo. La Figura 5c muestra el encuentro con el extremo 15b del elemento piezoeléctrico de la primera de tres zonas de mayor espesor del documento S. Esto produce un segundo pico en la tensión de salida. A partir de los gráficos esquemáticos de la Figura 5c se observará que, después del primer pico, la tensión de base permanece constante (y típicamente igual a cero) durante todo el tiempo, a pesar de la presencia del espesor de documento S entre el elemento 15 piezoeléctrico y la superficie R de referencia. Esto es debido a que la respuesta de tensión está relacionada con la velocidad de deformación y no con la cantidad de deformación.

En la Figura 6 se muestra, a lo largo de un periodo de aproximadamente 0,1 segundos, una señal de salida de ejemplo, en términos de la tensión absoluta generada por el elemento 15 piezoeléctrico (con independencia del signo), obtenida del paso de un primer documento de papel de ejemplo de espesor aproximado constante de 240 micras. El documento de papel es conducido a través del aparato a una velocidad V1. Esta velocidad se puede conocer, por ejemplo, por medio del control del conjunto de transporte o proporcionando sensores de desplazamiento convencionales (no mostrados). En el presente ejemplo, el documento de papel se está moviendo a aproximadamente 0,59 m/s. Cuando el borde delantero del documento de papel se encuentra con el elemento 15 piezoeléctrico, se observa un primer pico en la señal de salida, que en este caso alcanza aproximadamente 0,9 voltios. La tensión de pico disminuye a lo largo de un periodo de aproximadamente 0,3 segundos según va volviendo al reposo el elemento 15 piezoeléctrico. Se observará que la curva de caída incluye crestas aproximadamente periódicas y que éstas representan oscilaciones del elemento. La duración de la curva de caída se puede reducir aumentando el amortiguamiento del elemento piezoeléctrico (proporcionando una mayor fuerza recuperadora) y/o diseñando el elemento 15 para que tenga una mayor frecuencia de resonancia, por ejemplo, reduciendo la longitud del elemento. En t = aproximadamente 0,09 segundos, se observa un segundo pico de aproximadamente 1,1 voltios. Este pico corresponde al borde trasero del documento de papel. De esta forma, los dos picos representan posiciones en las que el aparato encuentra un cambio de espesor. El periodo T1 de tiempo entre el primer pico y el segundo pico es representativo de la longitud del documento de papel en la dirección de transporte. De esta forma, si se conoce la velocidad V1 de transporte, se puede deducir la longitud del documento a partir del periodo T1 si así se desea. A la inversa, si se conoce la longitud del documento de papel, se podría usar el tiempo T1 para determinar la velocidad V1.

En la Figura 7 se muestra una segunda señal de salida de ejemplo obtenida a partir de un segundo documento de papel. En este ejemplo, el documento de papel tiene una cinta de aproximadamente 40 micras de grosor aplicada sobre su superficie superior cerca de su centro, pero por lo demás es idéntico al que produjo el gráfico de la Figura

6. Sin embargo, en el presente ejemplo la velocidad V2 se reduce a aproximadamente 0,3 m/s. En la señal, el primer pico en t=0 corresponde, como antes, al encuentro del borde delantero del documento de papel con el elemento piezoeléctrico. De nuevo, la señal de salida disminuye entonces hasta casi cero. El segundo pico en aproximadamente 0,06 segundos es provocado por el choque de un primer borde de la cinta adhesiva con el elemento piezoeléctrico. Se observará que este pico es de menor magnitud que el provocado por el borde delantero del documento y esto es debido a que la velocidad de deformación experimentada por el elemento piezoeléctrico es correspondientemente menor como resultado del menor espesor de la cinta adhesiva, 40 micras, en comparación con el espesor del documento de papel, de 340 micras. El tercer pico, en aproximadamente t=0,14 segundos y de aproximadamente igual magnitud es indicativo del borde trasero de la cinta adhesiva. Por último, el cuarto pico en aproximadamente 0,2 segundos corresponde al borde trasero del documento de papel. De esta forma, usando los mismos principios que se explicaron en relación con la Figura 4, a partir del conocimiento de los periodos de tiempo T1 y T3 y de la velocidad V2 se puede deducir la longitud del documento de papel y de la cinta adhesiva en la dirección de transporte. También se puede identificar la posición de la cinta adhesiva con respecto a los bordes delantero y trasero del documento de papel, así como su longitud.

De esta forma, se pueden usar señales de salida directa del tipo anteriormente descrito para obtener una cantidad significativa de información acerca del documento de papel incluyendo, potencialmente, sus propias dimensiones así como la existencia de zonas de diferente espesor dentro del documento de papel. Estas variaciones podrían ser provocadas por la presencia de cuerpos extraños tales como cinta adhesiva (como en el ejemplo descrito anteriormente), o podrían ser el resultado de la presencia de artículos tales como elementos de seguridad proporcionados intencionadamente al documento, tales como hologramas, hilos, parches y similares. La señal de

salida se puede usar de varias formas en función de lo que sea apropiado para la aplicación prevista. Por ejemplo, el aparato podría estar diseñado para disparar una alarma si se identifican variaciones inesperadas de espesor (posiblemente indicativas, por ejemplo, de cinta adhesiva, o de documentos que se solapan). De forma alternativa, se podría comparar la señal con un perfil de señal predeterminado que se ha obtenido previamente a partir de un documento del mismo tipo. Por ejemplo, un documento tal como un billete de banco que incluya una cierta disposición de elementos de seguridad tendrá un perfil con una serie de picos correspondientes a cada uno de los elementos de seguridad. Típicamente, uno o más de estos perfiles estarán almacenados en una memoria para cada denominación o moneda de billete que se espera que encuentre el aparato. Estos perfiles almacenados pueden compararse entonces con perfiles de cada documento de papel medidos durante el procesamiento y se pueden usar como parte de un proceso de autenticación o denominación.

En una aplicación particularmente preferida, se determinará la extensión de una variación inesperada de espesor – por lo general indicativa de la presencia de cinta adhesiva-, y se comparará con límites predefinidos para determinar si un documento debería ser eliminado de la circulación.

Sin embargo, aunque señales de salida de este tipo pueden ser apropiadas en muchas aplicaciones, no proporcionan una medida precisa del espesor real del documento de papel, ni la magnitud de ninguna de las variaciones de espesor. Como se muestra en la Figura 7, la amplitud de la señal de pico estará relacionada con el espesor real, pero no de una manera directamente proporcional. También se ha observado que un cambio de la velocidad de transporte afecta a la amplitud de los picos (Figura 8). Sin embargo, el presente inventor ha observado que se puede obtener una verdadera medida del espesor (o del cambio de espesor) integrando la señal de salida como se describirá más adelante con mayor detalle haciendo referencia a la segunda realización explicada posteriormente. Dado que la tensión generada por un elemento piezoeléctrico es proporcional a su velocidad de deformación, la tensión (o corriente) de salida integrada en el tiempo puede proporcionar una medida del espesor real encontrado. Una ventaja significativa de esta técnica es que la medida de espesor no requiere ninguna calibración de base, al estar basada en una velocidad de cambio.

La Figura 9 es una ilustración CAD en sección que muestra componentes de un segundo aparato para detectar espesor de documentos de papel. En esta realización, se proporciona una carcasa compuesta por una placa 30 superior, una pared 31a situada aguas arriba y una pared 31b situada aguas abajo para soportar una pluralidad de unidades 20 de detección junto a una superficie R de referencia. En este caso, se representan cinco unidades 20, 20i, 20ii, 20iii y 20iv de detección, aunque se podría emplear cualquier número. Se describirá a modo de ejemplo la unidad 20 de detección situada más cerca del extremo, pero se apreciará que cada una de las unidades 20i a 20iv de detección contiguas son de construcción idéntica.

La unidad 20 de detección comprende un elemento 25 piezoeléctrico y un conjunto 21 intermedio que en este ejemplo está situado entre el elemento 25 piezoeléctrico y la superficie R de referencia, de tal manera que no hay contacto directo entre los documentos de papel y el elemento piezoeléctrico. El conjunto 21 intermedio actúa comunicando al elemento 25 piezoeléctrico el movimiento provocado por el paso del documento S de papel. En este ejemplo, el conjunto 21 intermedio es un componente de una sola pieza conformado por ejemplo de plástico moldeado que está fijado con el pivotamiento permitido a la pared 31a de la carcasa en el punto 22 de pivote. El componente 21 incluye una superficie 21a de contacto (que proporciona el punto de contacto con los documentos de papel), que está situada orientada hacia la superficie R de referencia, y que preferiblemente hace contacto con ella. Preferiblemente, la superficie 21a de contacto está situada aguas abajo del punto 22 de pivote con una superficie curvada hacia abajo entre ellas para permitir el paso del documento S de papel a través de la separación creada entre la superficie 21a de contacto y la superficie R de referencia. La pieza 21 intermedia, en este ejemplo, incluye un bloque 23 situado sobre su superficie superior contiguo a su extremo más alejado del punto 22 de pivote, el cual hace contacto con una zona distal del elemento 25 piezoeléctrico. En su otro extremo, el elemento 25 piezoeléctrico está contenido en el interior de un dispositivo 27 de fijación unido a la pared 31a de la carcasa, el cual mantiene a la porción final del elemento 25 piezoeléctrico fija con respecto a la superficie R de referencia y el cual también proporciona el necesario contacto 26 eléctrico con un circuito de detección (no mostrado). De este modo el movimiento del componente 21 alrededor de su punto 22 de pivote aplica un momento flector al elemento 25 piezoeléctrico cerca de su extremo 25b distal. En este ejemplo, el contacto entre el extremo 25b distal del elemento piezoeléctrico y el componente 21 es mantenido por medio de un muelle 29 de compresión que está colocado entre la pared 30 superior de la carcasa y un tetón que se extiende desde el bloque 23 a través del elemento 25 piezoeléctrico, aunque se podría conseguir engrane entre el elemento 25 piezoeléctrico y el componente 21 de muchas otras maneras. Sin embargo, la configuración mostrada es conveniente dado que el muelle 29 también actúa empujando a la superficie 21a de contacto hacia la superficie de referencia durante el uso.

Como en el caso del primer aparato, el elemento 25 piezoeléctrico puede comprender capas adicionales para protección del material piezoeléctrico o para mayor rigidez, por ejemplo. En una implementación particularmente preferida, el material piezoeléctrico está pegado a una capa de soporte a lo largo de toda su longitud, proporcionando la capa de soporte un punto de montaje seguro (sustituyendo al dispositivo 27 de fijación), una punta de alta resistencia al desgaste al menos en la zona distal y mayor fuerza recuperadora.

Cuando durante el uso un documento S de papel es transportado al interior de la separación existente entre la superficie R de referencia y la superficie 21a de contacto, el espesor del documento de papel provoca que el componente 21 se desplace, pivotando en un sentido contrario a las agujas del reloj (como se ve en la Figura 9)

para aplicar un momento flector al elemento 25 piezoeléctrico. Como se ha explicado anteriormente, esta deformación produce el establecimiento de una tensión a través de las superficies del elemento 25 piezoeléctrico que es detectada por el circuito de detección. Las unidades de detección segunda 20i y siguientes 20ii, etc. proporcionan como salida señales del mismo tipo en respuesta a espesores detectados a lo largo de correspondientes canales espaciados lateralmente de la unidad 20 de detección situada más cerca del extremo pero paralelos a ella.

La Figura 10 muestra un sistema experimental usado para probar el aparato de detección. En este caso la superficie R’ de referencia es proporcionada por un rodillo que está diseñado para girar con respecto a una unidad 20 de detección. En este experimento, se usa una única unidad 20 de detección que corresponde a la unidad 20 de detección mostrada en la Figura 9, aunque sin la presencia de unidades 20i, 20ii, etc. de detección adicionales. Sobre la superficie R’ de referencia se proporcionan tres documentos S1, S2 y S3 de papel de ejemplo, que se hacen pasar por turnos bajo la unidad 20 de detección a una velocidad, en este ejemplo, de aproximadamente 2,4 m/s. De esta manera, en este ejemplo, la superficie R’ de referencia está girando con respecto a la unidad 20 detectora, pero la separación entre la unidad 20 detectora y la superficie R’ permanece substancialmente fija en todos los puntos de giro, modificada sólo por desviaciones menores en la superficie del rodillo.

La Figura 11a muestra la tensión de salida generada por el elemento 25 piezoeléctrico cuando el primer documento S1 de papel de ejemplo, con un espesor aproximado constante de 90 micras, pasa por la unidad 20 detectora (se debería observar que, a diferencia de las Figuras 6 y 7, en la Figura 11a la señal de salida es la tensión real, incluido su signo, en lugar de la magnitud de tensión absoluta, de ahí la aparición de valores negativos: si se desea se podría usar el valor absoluto). El primer pico (i), en aproximadamente 0,04 segundos, es indicativo del borde delantero del documento S1 de papel. El segundo pico (ii), en aproximadamente 0,06 segundos, representa su borde trasero. Esta señal de salida se puede usar para todas las aplicaciones ya descritas con respecto al primer aparato. Sin embargo, en este ejemplo, el circuito de detección también incluye un integrador diseñado para integrar en el tiempo la tensión de salida, y la señal de salida resultante se muestra en la Figura 11b. En este caso, las unidades del eje vertical son las de la suma acumulada de la señal de tensión en mV, la cual por supuesto depende de la frecuencia de muestreo de la señal. En este ejemplo, se puede aplicar una constante de correlación aproximada de 1000 unidades = 45 micras.

La integración se puede realizar de varias formas pero, preferiblemente, se proporciona un circuito de integración analógico tal como por ejemplo un amplificador integrador. También son posibles (y se usaron en el presente ejemplo) implementaciones digitales por las cuales se proporciona un convertidor analógico-digital para muestrear la tensión de salida a intervalos predeterminados y se proporciona un procesador para calcular la integral (por ejemplo, proporcionando como salida una suma acumulada). La señal integrada proporciona una medida del espesor real encontrado por el aparato. Se observará que en la Figura 11b, la línea base de la señal parece oscilar entre valores de aproximadamente -2000 y -10000. Esto es debido a ligeras variaciones en la superficie del rodillo R’: medidas realizadas sobre el rodillo experimental mostraron que la superficie se desviaba en 300 a 500 micras de una superficie perfectamente redonda. Sin embargo, en la práctica, para una superficie de referencia fija con respecto a la unidad de detección, la línea base será substancialmente plana y se puede fijar a cero. El documento S1 de papel está representado por el escalón en la señal delimitado por saltos abruptos etiquetados d1. El primero de estos saltos (i) en aproximadamente t = 0,04 segundos corresponde al borde delantero del documento S1 de papel, y el segundo salto (ii) en aproximadamente t = 0,06 segundos corresponde al borde trasero. La magnitud d1 proporciona una medida del espesor del documento S1 de papel.

Por lo tanto, además de proporcionar toda la información que se puede obtener de la salida de tensión o de corriente, la señal integrada puede ser usada para proporcionar una medida del espesor del documento de papel, y/o de la magnitud de cualquier variación de espesor a través del documento (de las cuales no aparece ninguna en el presente ejemplo). Esto se puede utilizar, por ejemplo, en detección de dobles, en autenticación/determinación (si se conoce un espesor esperado del documento), o para discriminar entre características conocidas del documento y cuerpos extraños tales como cinta adhesiva. El perfil de espesor “real” también se puede comparar con perfiles almacenados previamente de una manera similar a la explicada anteriormente.

Las Figuras 12a y 12b proporcionan correspondientes señales de tensión de salida y señales integradas para el segundo documento S2 de papel de ejemplo, de espesor 180 micras. De nuevo, el primer pico (i) es indicativo del borde delantero del documento, mientras que el segundo pico (ii) corresponde a su borde trasero. En la señal integrada se observa claramente un escalón correspondiente, cuya altura d2 con respecto a la señal de base proporciona una medida del espesor del documento. Se observa que en este ejemplo el espesor del borde trasero parece ser menor que el del borde delantero: esto es debido a recorte de la señal original a -1 V en este experimento. En implementaciones prácticas, cualquier recorte de este tipo se reduciría preferiblemente para evitar estos efectos, aunque incluso con el recorte el efecto sobre la señal integrada es mínimo.

Las Figuras 13a y 13b muestran las correspondientes señal de tensión de salida y señal integrada para el tercer documento S3 de ejemplo, el cual tiene un espesor de aproximadamente 270 micras. De nuevo, sus bordes delantero y trasero son evidentes a partir de los picos (i) y (ii) , respectivamente, de la tensión de salida, y la altura d3 del escalón visible en la señal integrada proporciona una medida del espesor del documento.

En cada uno de los ejemplos anteriores, la unidad de detección está situada enfrente de una superficie de referencia fija proporcionada en el camino de transporte de documentos. Sin embargo, también se contemplan configuraciones alternativas. En la Figura 14 se muestra un tercer ejemplo de aparato de detección de espesor. En este caso, se proporciona una segunda unidad 2b detectora en el lado del camino TP de transporte opuesto al lado de la primera unidad 2a, y los puntos de contacto de cada una están situados de manera que queden uno enfrente del otro. Como antes, el documento S de papel es conducido a lo largo del camino TP de transporte por componentes de guiado y transporte situados aguas arriba y/o aguas abajo del aparato de detección de espesor. Al alcanzar el aparato, el documento de papel es conducido entre las dos unidades 2a y 2b de detección, provocando deformación de uno de los elementos piezoeléctricos o de ambos.

En este ejemplo, cada unidad 2a y 2b detectora está configurada como en la primera realización descrita anteriormente, con un elemento 15, 15’ piezoeléctrico diseñado para que haga contacto directo con el documento de papel. Preferiblemente, los dos elementos 15, 15’ piezoeléctricos hacen contacto el uno con el otro y son empujados uno contra el otro usando su elasticidad intrínseca. Sin embargo, esto no es esencial y, si se prefiere, los elementos podrían estar espaciados entre sí para detectar sólo objetos que tengan un cierto espesor mínimo. En este caso los elementos piezoeléctricos pueden estar pre-tensados para que mantengan la forma curva como se muestra, o se pueden extender rectos hacia el camino de transporte.

Cada uno de los elementos 15, 15’ piezoeléctricos está conectado al circuito 16 de detección de tal manera que la señal de salida está basada en la tensión generada a través de cada uno de los elementos. Preferiblemente, como se muestra, los dos elementos están diseñados de tal manera que cada uno de ellos sufrirá deformación en el sentido contrario cuando se produzca el paso de un documento de papel. De esta manera, la suma de las dos tensiones generadas representará el desplazamiento neto provocado por el documento de papel. La suma podría ser calculada por medios de procesamiento adecuadamente programados, pero preferiblemente los elementos están conectados al circuito de detección en serie, como se muestra, para obtener de manera automática la tensión sumada.

La provisión de una unidad de detección en cada lado del camino de transporte de esta manera tiene la ventaja de que se pueden detectar con igual precisión variaciones de espesor locales cualquiera que sea la cara del documento de papel en que se produzcan. Por ejemplo, en los aparatos primero y segundo, si un trozo de cinta adhesiva estuviera situado sobre la superficie del documento que mira hacia la superficie R de referencia, el substrato del documento formaría un arco contra la superficie de referencia, enmascarando la extensión precisa de la cinta adhesiva. Esto se evita proporcionando una unidad detectora en ambos lados del documento.

Se apreciará que se pueden conseguir las mismas ventajas colocando una enfrente de la otra dos unidades detectoras de la forma descrita con respecto al segundo aparato.

El uso de aparatos de detección de espesor de un solo canal como el descrito al hacer referencia a la primera realización, y también usado en el sistema experimental de la Figura 10, proporciona información útil relativa al perfil de espesor de un documento en la dirección de transporte. Sin embargo, en muchos casos también es deseable resolver la información de espesor obtenida en la dirección perpendicular a la dirección de transporte, es decir, a través de la anchura del documento. Por ejemplo, el documento puede estar llevando una zona pegada con cinta adhesiva que esté localizada tanto en una dirección paralela a la dirección de transporte como en la dirección perpendicular. El uso de una unidad de detección de un solo canal proporcionará información relativa a la extensión de cinta adhesiva en la dirección paralela al transporte (siempre que el canal coincida al menos parcialmente con la cinta adhesiva), pero no se podrá obtener ninguna información referente a dónde está posicionada la cinta adhesiva lateralmente, ni a su dimensión.

Por estas razones, en realizaciones preferidas, se proporcionan una pluralidad de unidades de detección (o de parejas de unidades de detección) tales como las utilizadas en los aparatos primero, segundo o tercero, espaciadas lateralmente unas de otras en la dirección perpendicular al transporte para conformar un conjunto capaz de realizar detección de espesor en dos dimensiones. Cada unidad de detección o cada pareja de unidades de detección está situada de tal manera que detecte el espesor del documento de papel en una correspondiente zona que es estrecha en comparación con la anchura del documento a lo largo de su borde delantero. Un ejemplo de una disposición de este tipo se mostró anteriormente en la Figura 9. Preferiblemente, cada unidad 20 de detección está situada de tal manera que la superficie 21a de contacto es substancialmente más estrecha que la anchura del documento S de papel perpendicular a la dirección de transporte. De este modo, la unidad 20 de detección sólo responderá a cambios de espesor que se produzcan dentro del “canal” estrecho definido por la anchura de la superficie 21a de contacto cuando el documento S es conducido a través del aparato. De manera similar, cada unidad 20i, 20ii, etc. de detección contigua proporcionará como salida una señal relacionada sólo con el espesor del documento a lo largo de correspondientes canales paralelos. Cuanto más estrecha sea la anchura de la superficie 21a de contacto y más pequeña sea la separación de las unidades 20 de detección, mejor será la resolución en la dirección perpendicular. Las señales de salida procedentes de cada una de las unidades 20 de detección se pueden usar combinadas para detectar espesor del documento de papel en dos dimensiones. Cada una de las unidades 20, 20i, 20ii, etc. de detección producirá señales de salida de los tipos explicados con respecto a las Figuras 11, 12 y 13, y estas señales se pueden comparar entre sí para deducir la posición lateral de cualquier espesor o variación de espesor detectado, basada en el conocimiento de las posiciones relativas de los canales.

Las Figuras 15 y 16 representan de manera esquemática componentes de una primera realización de un conjunto que opera sobre este principio. La Figura 15 muestra componentes seleccionados en vista en perspectiva. En este caso, una pluralidad de unidades de detección están representadas por el bloque 40, el cual se muestra extendiéndose a través de la anchura del camino de transporte en una dirección aproximadamente perpendicular a la dirección de transporte. En este ejemplo, las unidades 40 de detección están situadas enfrente de la superficie R de referencia (como en las realizaciones primera y segunda) aunque, si se prefiere, se puede sustituir ésta por un segundo conjunto de unidades 40’ de detección situadas de manera que queden situadas enfrente de las unidades 40 de detección (como en la tercera realización). Los documentos S son conducidos a través del aparato más allá de las unidades 40 de detección por un conjunto de transporte. En este ejemplo, el conjunto de transporte comprende al menos una pareja de rodillos 35a y 35b impulsados situados aguas arriba y una pareja de rodillos 36a y 36b impulsados situados aguas abajo y puede formar parte del aparato de detección o podría ser proporcionado por una máquina de manipulación de documentos en la cual esté incorporado el aparato de detección, tal como la máquina 100 de la Figura 1. De forma alternativa se podría usar cualquier otro medio de transporte de documentos apropiado, tal como cintas transportadoras, etc. Un documento S entra en el aparato de detección en la dirección indicada por la flecha.

La Figura 16 muestra el mismo aparato en vista en planta, aunque para una mayor claridad se ha eliminado la pareja de rodillos 36 situados aguas abajo. La pluralidad de unidades 40 de detección también se muestra en términos de sus unidades 41a, 41b…41n constituyentes y se verá que éstas están situadas en una matriz recta a través de la anchura del camino de transporte de documentos, substancialmente perpendicular a la dirección de transporte. El circuito de detección de cada unidad de detección está representado por el bloque 45, el cual, como se ha descrito anteriormente, puede incluir medios de integración. Las señales de salida son transferidas a unos medios 46 de salida o procesador, los cuales si se desea se pueden combinar con un procesador 150 de una máquina 100 de manipulación de documentos. Si se desea, los medios de integración se podrían incluir en el interior del procesador 46 en lugar de en los circuitos 45 de detección. Como se ha descrito anteriormente, en muchos casos es útil tener una indicación exacta de la velocidad de transporte para que se puedan deducir las dimensiones y las posiciones en la dirección paralela al transporte de documentos a partir de las señales de salida. De este modo, en la presente realización un controlador 37, que forma parte del sistema de transporte y que está conectado por ejemplo a la pareja 35 de rodillos de transporte, proporciona al procesador 46 información relativa a la velocidad de transporte. De esta forma el procesador 46 puede compilar cada una de las señales de salida procedentes de las unidades 41a, 41b, etc. detectoras para deducir el espesor del documento S, o para identificar variaciones de espesor, en dos dimensiones.

Se apreciará que, para obtener información en dos dimensiones, no es esencial que las unidades 41a, 41b, etc. detectoras estén situadas a lo largo de una línea recta perpendicular a la dirección de transporte. Si se desea, las unidades detectoras podrían estar colocadas al tresbolillo o desplazadas unas respecto a otras en paralelo a la dirección de transporte. En estos casos, se puede usar el grado conocido de separación en la dirección de transporte para aplicar un retardo temporal apropiado a una o más de las señales de salida, para que las señales de salida de cada una de las unidades de detección estén sincronizadas entre sí.

Para mejorar la manipulación de documentos, por lo general se prefiere que el documento esté bajo el control de múltiples puntos de transporte en cualquier instante. En la realización de la Figura 16, la provisión de una matriz lineal de unidades detectoras a través de toda la anchura del camino de transporte significa que no hay espacio para componentes de transporte en este punto del camino de documentos. De este modo, el control del documento puede ser efectuado sólo por componentes situados aguas arriba y aguas abajo de las unidades detectoras.

Una segunda realización mostrada de forma esquemática en la Figura 17 supera este problema mediante el uso de dos matrices 51 y 52 de unidades de detección espaciadas la una de la otra en la dirección de transporte. En esta realización, la primera matriz 51 de unidades de detección comprende una serie de unidades 53a, 53b…53n de detección espaciadas, las cuales se alternan con componentes 61a, 61b…61n de transporte, tales como rodillos (los cuales pueden ser impulsados o no impulsados, o una combinación de los dos tipos, y pueden tener situados enfrente de ellos correspondientes rodillos que se extiendan a través de aberturas en la superficie R de referencia). De esta manera, las unidades de detección que componen la matriz 51 proporcionarán información relativa al espesor del documento de papel en una serie de canales espaciados paralelos a sus bordes largos, mientras que simultáneamente a la detección de espesor el documento S de papel está totalmente bajo el control del conjunto de transporte. Sin embargo, la provisión de unidades 61a, 61b…61n de transporte impide que se mida el espesor a través de toda la anchura del documento de papel, limitando la resolución lateral que se puede conseguir. Esto se soluciona proporcionando una segunda matriz 52 espaciada de la primera en la dirección de transporte, la cual comprende unidades 54a, 54b…54n de detección y componentes 62a, 62b…62n de transporte alternantes situados en una matriz lineal substancialmente perpendicular a la dirección de transporte. Las matrices primera 51 y segunda 52 están desalineadas una con respecto a la otra de tal manera que las unidades de detección de una estén alineadas con los componentes de transporte de la otra. La combinación de las matrices 51 y 52 garantiza que se detecta el espesor a través de toda la anchura del documento de papel al tiempo que no se pone en riesgo el control del transporte.

De esta manera se podría usar cualquier número de estas matrices, con cualquier número de unidades de detección (incluyendo una única unidad de detección) en cada matriz. De manera similar, no es necesario alternar las unidades de detección y los componentes de transporte, sino que pueden estar organizados en grupos.

Como en la realización anterior, cada una de las unidades 53a, 53b a 53n y 54a, 54b a 54n de detección está conectada a respectivos circuitos de detección representados por el bloque 55, el cual puede incluir medios de integración. Las señales de salida son transferidas a un procesador o a otro medio 56 de salida. De nuevo, es deseable tener conocimiento de la velocidad de transporte de documentos y, en este caso, esto se consigue mediante la provisión de sensores 57 desplazamiento tales como sensores ópticos o de otro tipo, los cuales se pueden usar de una manera convencional para proporcionar al procesador 56 una medida de la velocidad de transporte de documentos. Por supuesto, de forma alternativa, la velocidad de transporte podría ser un valor conocido proporcionado por el sistema de control de transporte, o un valor programado en el código. Dado que la matriz 52 está situada aguas arriba de la matriz 51, encontrará cada documento (y por lo tanto cada cambio de espesor) un corto espacio de tiempo antes de que el mismo llegue a la matriz 51. Para tener esto en cuenta, las señales de salida procedentes de las unidades 52a, 54b…54n estarán preferiblemente retrasadas con respecto a las de las unidades 53a, 53b… 53n un espacio de tiempo correspondiente al tiempo necesario para que el borde delantero del documento sea conducido desde la matriz 52 hasta la matriz 51 (= distancia entre matrices 51, 52 a lo largo del camino de billetes / velocidad de transporte). Esto podría ser realizado por los circuitos de detección o por el procesador.

Las señales de salida se pueden utilizar de varias formas, incluyendo todas las opciones explicadas anteriormente con referencia a los aparatos primero y segundo. En un ejemplo particularmente preferido, el procesador 46 ó 56 está diseñado para generar un mapa en dos dimensiones a partir de las señales de salida recopiladas. En las Figuras 18 y 19 se muestran ejemplos de estos mapas.

En la Figura 18, se usan las señales de salida no integradas procedentes de cada una de siete unidades de detección, correspondiendo cada una de ellas a un canal C1…C7 y representando a una zona perpendicular a la dirección de transporte. Se debería observar que, usando el aparato de la Figura 17, estas señales podrían ser proporcionadas por una combinación de unidades de detección seleccionadas elegidas de las dos matrices 51 y 52. El valor a lo largo del eje x puede representar tiempo (como se muestra en los perfiles representados en las Figuras 11 a 13) o podría ser convertido directamente en una distancia en la dirección paralela al transporte de billetes, es decir, en la longitud del documento de papel, basándose en la velocidad de desplazamiento conocida. Se representan mediante sombreado picos de la señal de salida (los cuales pueden ser tensión o corriente). En este ejemplo, cada uno de los canales C1…C7 detecta un primer cambio de espesor que se indica en 70. El hecho de que este cambio sea detectado simultáneamente en los siete canales indica que el cambio de espesor se produce a través de toda la anchura del camino de transporte, y es probable que represente, por ejemplo, el borde delantero del documento S de papel o una característica tal como un hilo de seguridad. La siguiente característica encontrada, representada en 71, sólo es detectada por los canales C2 a C5. En cada canal, el primer pico representa el borde delantero de una zona de mayor (o menor) espesor, indicando el segundo pico el final de la zona. La existencia de picos en sólo cuatro de los siete canales proporciona información relativa a la posición y extensión de la característica 71 perpendicular a la dirección de desplazamiento. De manera similar, la característica 72 representada por picos correspondientes a sus bordes delantero y trasero en los canales C5 a C6 es indicativa de una zona adicional de mayor (o menor) espesor.

Como se ilustra mediante las líneas de puntos, se puede inferir que, en este ejemplo, las características 70, 71 y 72 corresponden al hilo de seguridad, la cinta adhesiva y el holograma del billete de banco mostrado en la Figura 2. De esta forma, se puede usar la posición y extensión de estas características como la base para decisiones en cuanto a si el documento es o no genuino y/o apropiado para volver a ser emitido.

El mapa mostrado en la Figura 19 también corresponde al documento de la Figura 2, pero en este caso las señales de salida han sido integradas. De esta forma, el grado de sombreado es representativo de un espesor real o cambio de espesor. De este modo, las posiciones, extensión y el espesor de las características 70’, 71’ y 72’ son conducidos fácilmente.

Mapas como los mostrados en las Figuras 18 y 19 pueden ser proporcionados como salida a un operador a través de un monitor o impresora, o podrían compararse con mapas predeterminados para uno o más tipos de documentos conocidos, almacenados en una memoria apropiada. Esto se puede usar, por ejemplo, como parte de un proceso de autenticación o denominación.

Claims (20)

1. REIVINDICACIONES

   1. Un conjunto de detección de espesor de documentos de papel en dos dimensiones, para detectar el espesor de un documento de papel sobre un camino de transporte de documentos, comprendiendo el conjunto una pluralidad de aparatos de detección de espesor de documentos de papel, comprendiendo cada aparato:

   una primera unidad detectora que tiene un punto de contacto con los documentos de papel contiguo al camino de transporte de documentos, comprendiendo la unidad detectora un elemento piezoeléctrico, siendo una primera porción del elemento piezoeléctrico fija con respecto al camino de transporte de documentos, y estando el elemento piezoeléctrico situado de tal manera que el contacto entre un documento de papel y el punto de contacto con los documentos de papel cuando un documento de papel pasa por la unidad detectora a lo largo del camino de transporte de documentos provoca la deformación de una segunda porción del elemento piezoeléctrico con respecto a su primera porción; y

   un circuito de detección conectado al elemento piezoeléctrico para proporcionar como salida una señal eléctrica basada en una carga generada por el elemento piezoeléctrico al deformarse, estando la señal de salida relacionada con el espesor del documento de papel;

   donde los respectivos puntos de contacto con documentos de papel de cada aparato están espaciados lateralmente unos de otros en una dirección substancialmente perpendicular a la dirección de paso del documento de papel, de tal manera que la señal proporcionada como salida desde cada circuito de detección respectivo está relacionada con el espesor de correspondientes zonas lateralmente espaciadas del documento de papel;

   comprendiendo además el conjunto un procesador diseñado para generar un mapa espacial en dos dimensiones del espesor de al menos una porción del documento de papel, basado en al menos algunas de las señales proporcionadas como salida, en las posiciones relativas de las correspondientes unidades detectoras y en el conocimiento de la velocidad a la cual el documento de papel pasa entre la superficie de referencia y la unidad detectora.

2. 2.

   Un conjunto de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el punto de contacto con los documentos de papel es proporcionado por la segunda porción del elemento piezoeléctrico, estando la segunda porción del elemento piezoeléctrico diseñada para que durante el uso haga contacto con ella directamente un documento de papel.

3. 3.

   Un conjunto de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la primera unidad detectora comprende además un conjunto intermedio que tiene una superficie de contacto que está montada con el movimiento permitido con respecto al camino de transporte de documentos y que está diseñada para que durante el uso haga contacto con ella un documento de papel para proporcionar el punto de contacto con los documentos de papel, estando adaptado el conjunto intermedio para comunicar movimiento de la superficie de contacto a la segunda porción del elemento piezoeléctrico.

4. 4.

   Un conjunto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual la primera unidad detectora está adaptada para empujar el punto de contacto con los documentos de papel hacia el camino de transporte de documentos.

5. 5.

   Un conjunto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual la unidad detectora está situada enfrente de una superficie de referencia fija del camino de transporte de documentos, provocando los documentos de papel conducidos durante el uso entre la superficie de referencia fija y el punto de contacto con los documentos de papel la deformación del elemento piezoeléctrico.

6. 6.

   Un conjunto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende además una segunda unidad detectora como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, estando la segunda unidad detectora situada en el lado opuesto al primer lado del camino de transporte de documentos de tal manera que el punto de contacto con los documentos de papel de la primera unidad detectora está situado enfrente del punto de contacto con los documentos de papel de la segunda unidad detectora, pasando entre ellos el camino de transporte de documentos, y estando el circuito de detección conectado además al elemento piezoeléctrico de la segunda unidad detectora para de ese modo proporcionar como salida una o más señales eléctricas basadas en cargas generadas por los elementos piezoeléctricos primero y/o segundo, donde preferiblemente los elementos piezoeléctricos primero y segundo están diseñados para que se deformen en direcciones opuestas ante el paso de un documento de papel, y el circuito de detección está adaptado para sumar las señales eléctricas generadas por el elemento piezoeléctrico de la primera unidad detectora y por el elemento piezoeléctrico de la segunda unidad detectora.

7. 7.

   Un conjunto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual el elemento piezoeléctrico es plano, teniendo una dimensión de espesor substancialmente menor que al menos una de sus dimensiones laterales.

8. 8.

   Un conjunto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual el elemento piezoeléctrico comprende un material piezoeléctrico polimérico, preferiblemente fluoruro de polivinilideno piezoeléctrico, o un material piezoeléctrico cerámico, preferiblemente titanato zirconato de plomo (PZT).

9. 9.

   Un conjunto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual el circuito de detección comprende además un integrador adaptado para integrar en el tiempo la señal generada por el elemento o los

   elementos piezoeléctricos, de tal manera que la señal proporcionada como salida por el circuito de detección corresponda a un espesor del documento de papel, donde el integrador comprende preferiblemente un circuito de integración analógico, más preferiblemente un amplificador integrador, o un convertidor analógico-digital diseñado para muestrear la señal generada por el elemento o los elementos piezoeléctricos, y un procesador adaptado para calcular la integral a partir de la señal muestreada.

10. 10.

    Un conjunto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una primera matriz de aparatos de detección de espesor de hojas de papel que se extiende a través de al menos una porción del camino de los documentos de papel en una dirección substancialmente perpendicular a la dirección de paso del documento de papel.

11. 11.

    Un conjunto de acuerdo con la reivindicación 10, que comprende además una segunda matriz de aparatos de detección de espesor de hojas de papel espaciada de la primera matriz en la dirección de transporte de documentos y que se extiende a través de al menos una porción de la anchura del camino de los documentos de papel en una dirección substancialmente perpendicular a la dirección de paso del documento de papel, estando la segunda matriz desalineada con respecto a la primera matriz en la dirección substancialmente perpendicular a la dirección de paso del documento de papel, donde preferiblemente cada una de las matrices primera y segunda de aparatos de detección de espesor de hojas de papel se extiende sobre menos que la anchura total del camino de los documentos de papel, y el conjunto comprende además módulos de transporte de documentos primero y segundo situados en línea con la respectiva matriz.

12. 12.

    Un aparato o conjunto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un procesador adaptado para comparar la señal o las señales de salida o el mapa espacial en dos dimensiones generado con al menos un perfil de señal o mapa predeterminado correspondiente a un documento de papel conocido, para determinar de ese modo un nivel de similitud entre el documento de papel detectado y el documento de papel conocido.

13. 13.

    Un aparato de manipulación de documentos de papel que comprende un módulo de entrada para introducir documentos de papel en el aparato, un conjunto de transporte de documentos para conducir documentos de papel a lo largo de un camino de transporte de documentos desde el módulo de entrada hasta un módulo de salida, y un conjunto de detección de espesor de hojas de papel en dos dimensiones de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 diseñado para detectar el espesor documentos de papel sobre el camino de transporte de documentos.

14. 14.

    Un método para detectar el espesor de un documento de papel sobre un camino de transporte de documentos, que comprende:

    conducir un documento de papel a lo largo del camino de transporte de documentos más allá de una pluralidad de primeras unidades detectoras, teniendo cada primera unidad detectora un punto de contacto con los documentos de papel contiguo al camino de transporte de documentos, comprendiendo cada primera unidad detectora un elemento piezoeléctrico, siendo una primera porción del elemento piezoeléctrico fija con respecto al camino de transporte de documentos, provocando el contacto entre el documento de papel y el punto de contacto con los documentos de papel la deformación de una segunda porción del elemento piezoeléctrico con respecto a su primera porción, estando la pluralidad de primeras unidades de detección espaciadas lateralmente unas de otras; estando los respectivos puntos de contacto con los documentos de papel de cada primera unidad detectora espaciados lateralmente en una dirección substancialmente perpendicular a la dirección de paso del documento de papel y

    proporcionar como salida por medio de respectivos circuitos de detección señales eléctricas basadas en las cargas generadas por los elementos piezoeléctricos al deformarse, estando las señales proporcionadas como salida relacionadas con el espesor de correspondientes zonas lateralmente espaciadas del documento de papel;

    comprendiendo además el método la generación de un mapa espacial en dos dimensiones del espesor de al menos una porción del documento de papel, basado en al menos algunas de las señales proporcionadas como salida, en las posiciones relativas de las correspondientes unidades detectoras y en el conocimiento de la velocidad a la cual el documento de papel pasa entre la superficie de referencia y la unidad detectora.

15. 15.

    Un método de acuerdo con la reivindicación 14, en el cual el punto de contacto con los documentos de papel es proporcionado por la segunda porción del elemento piezoeléctrico de tal manera que, al pasar por la unidad detectora, el documento de papel hace contacto directamente con la segunda porción del elemento piezoeléctrico para provocar su deformación.

16. 16.

    Un método de acuerdo con la reivindicación 14, en el cual el punto de contacto con los documentos de papel es proporcionado por una superficie de contacto de un conjunto intermedio que se proporciona en la al menos una unidad detectora, la cual está montada con el movimiento permitido con respecto al camino de transporte de documentos de tal manera que, al pasar por la unidad detectora, el documento de papel provoca movimiento de la superficie de contacto que es comunicado a la segunda porción del elemento piezoeléctrico por el conjunto intermedio.

17. 17. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, en el cual una segunda unidad detectora como la definida en cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, está situada en el lado opuesto al primer lado del camino de transporte de documentos de tal manera que el punto de contacto con los documentos de papel de la primera unidad detectora está situado enfrente del punto de contacto con los documentos de papel de la segunda 5 unidad detectora, de forma que el documento de papel es conducido a lo largo del camino de transporte de documentos de papel entre las unidades detectoras primera y segunda, provocando deformación de los elementos piezoeléctricos primero y/o segundo, siendo la señal eléctrica proporcionada como salida generada por los elementos piezoeléctricos primero y/o segundo, comprendiendo el método preferiblemente además generar y proporcionar como salida una suma de las señales eléctricas basada en las cargas generadas por el elemento

    10 piezoeléctrico de la primera unidad detectora y por el elemento piezoeléctrico de la segunda unidad detectora.

18. 18.

    Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 14 a 17, que comprende además integrar en el tiempo la señal generada por el elemento piezoeléctrico o por cada uno de ellos, de tal manera que la señal proporcionada como salida por el circuito de detección corresponda a un espesor del documento de papel.

19. 19.

    Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 14 a 18, que comprende además comparar la

    15 señal de salida o el mapa espacial en dos dimensiones generado con al menos un perfil de señal o mapa predeterminado correspondiente a un documento de papel conocido, para determinar de ese modo un nivel de similitud entre el documento de papel detectado y el documento de papel conocido.
20. 20. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 14 a 19, en el cual el documento de papel es un

    documento de valor, preferiblemente un billete de banco, un cheque, un certificado, un pasaporte o una tarjeta de 20 identificación.

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