WO1991011777A1 - Verfahren und vorrichtung zum auswerten der informationen eines codeträgers - Google Patents

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WO1991011777A1
WO1991011777A1 PCT/AT1991/000013 AT9100013W WO9111777A1 WO 1991011777 A1 WO1991011777 A1 WO 1991011777A1 AT 9100013 W AT9100013 W AT 9100013W WO 9111777 A1 WO9111777 A1 WO 9111777A1
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code carrier
code
field
magnetic
carrier
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PCT/AT1991/000013
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Inventor
Kurt Wally
Roland GRÖSSINGER
Original Assignee
Kurt Wally
Groessinger Roland
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/08—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by means detecting the change of an electrostatic or magnetic field, e.g. by detecting change of capacitance between electrodes
    • G06K7/082—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by means detecting the change of an electrostatic or magnetic field, e.g. by detecting change of capacitance between electrodes using inductive or magnetic sensors
    • G06K7/087—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by means detecting the change of an electrostatic or magnetic field, e.g. by detecting change of capacitance between electrodes using inductive or magnetic sensors flux-sensitive, e.g. magnetic, detectors
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06K19/00—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings
    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
    • G06K19/06187—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code with magnetically detectable marking

Definitions

  • the invention relates to a code carrier for evaluating a code for identifying products, which code carrier is arranged under a cover layer and consists of magnetic, magnetizable and / or electrically conductive material, and to a method for evaluating the information of one of them Cover layer of a product arranged code carrier, in which the code carrier consists of magnetic, magnetizable and / or electrically conductive material and has a geometric configuration containing the code. Furthermore, the invention relates to a coding system for labeling products
  • At least one code carrier made of magnetic, magnetizable and / or electrically conductive material with a defined shape, such as Recesses, breakthroughs and / or cross section changing over an axis of the code carrier
  • at least one field source at least one field source
  • at least one field sensor for measuring the stray field caused by the code carrier
  • code carrier made of magnetic, magnetizable and / or electrically conductive material with a defined shape, such as recesses, openings and / or cross-section changing over an axis of the code carrier, for evaluating the stray field which forms in an electromagnetic field for identification purposes ⁇ Drawing of the product by the code carrier arranged under a cover layer of the product.
  • code carrier made of magnetic, magnetizable and / or electrically conductive material with a defined shape, such as recesses, openings and / or cross-section changing over an axis of the code carrier, for evaluating the stray field which forms in an electromagnetic field for identification purposes ⁇ Drawing of the product by the code carrier arranged under a cover layer of the product.
  • a complete monitoring of a product means that the product is provided with an appropriate marking or coding, if possible at the beginning of its manufacture. This marking can then be read and logged at every production step. For example, it is possible to register the time of the individual manufacturing steps of each product. This enables a cost optimization of the manufacturing process.
  • Barcode is a simple, optically readable line pattern. This type of coding is used on a large scale today to identify mass products in sales. In the manufacture of products, however, problems arise when reading the bar code because it is contaminated, or the bar code is covered during manufacture, or is also destroyed by a processing operation.
  • Electronic marking systems consist of an electronic logic circuit into which information can be read or read without contact, for example via infrared, or inductively can be.
  • Chip cards which are used for high-security systems, but also for production monitoring.
  • the information is in a programmable memory chip which can then be read in and read out via high-frequency systems.
  • This is an intelligent system that is very versatile.
  • the disadvantage arises that such systems are too expensive for production with large quantities.
  • the chip can therefore never be permanently integrated into the product. In most cases, the chip would not be able to withstand the production process due to thermal and mechanical loads. This system is therefore not sufficiently robust.
  • a magnetoresistive converter device for reading out coded information for franking machines is known.
  • the code is implemented by the known change in an electrical resistance in a magnetic field (“magnetoresistance”), the arrangement of magnetoresistors and so-called soft-magnetic focusing units representing the code.
  • the shape of the code carrier and its magnetization play no role here.
  • a disadvantage of this system is that, owing to its arrangement and its space requirement, it is not suitable for coding mass products. The measurement of the magnetoresistance is also hardly possible without contact.
  • the magnetic code is implemented by an arrangement of permanent magnets, the code being represented by the north or south poles.
  • the geometrical shape of the magnets plays no role in this system.
  • the reading elements consist of Hall elements, which allow the north or south pole to be recognized by the voltage supplied. The given here This Hall voltage is very dependent on the distance and decreases approximately with the third power of the distance, so that a measurement only gives reproducible statements if the distance tolerances are kept to a close margin.
  • the magnets can also not be arranged very close to one another, since they would otherwise influence one another.
  • Such modules, which contain permanent magnets are neither cheap to manufacture nor easy to integrate into any mass product.
  • a similar electronic system for acquiring binary data on workpieces on a transfer line is known from DE-Al-33 31 694.
  • the code information is written into a so-called EPROM (erasable memory component).
  • An inductively operating system consisting of a special transformer, serves both for the energy supply of the EPROM and for data transmission.
  • the disadvantage here is that the use of an EPROM is both too expensive for many mass-produced products and that the environmental conditions existing during manufacture, for example pressure, temperature or the like, would destroy the EPROM.
  • the use of an active component as a code memory also makes an energy supply necessary in principle, which leads to significant restrictions.
  • DE-Al-27 12 016 discloses a method and a device for detecting and identifying objects provided with coded labels.
  • the aim of this known prior art is to facilitate the automatic sorting of packages and mail bags.
  • the code consists of thin magnetic strips or wires.
  • the code is realized by dividing these magnetic strips or by grouping together several such magnetic strips. Another possibility is to use materials with different coercive field strengths. Another disadvantage is that this code can hardly be produced so inexpensively in terms of production technology that it can be mass-produced. products is usable.
  • the known reading unit consists of an AC excitation coil, which can also have Helmholtz geometry in a known manner in order to generate a more homogeneous field.
  • the code is detected with the aid of balanced detector coils by measuring the voltage amplitudes resulting from induction, or phase shifts, in the case of code materials with different hysteresis loops.
  • the measured signal depends on the speed of the moving object. It is therefore
  • DE-Al-24 37 547 discloses a method for displaying and evaluating a digital code applied to a carrier with ferro-magnetic material.
  • the code is produced by intermeshing, ferromagnetic strips or strip groups.
  • the disadvantage here is that the manufacturing implementation of this code carrier for mass products is too complicated. The presence
  • AT-PS 309 111 From AT-PS 309 111 it is known to attach a ferromagnetic carrier to a body to be identified and to magnetically code it from a distance in order to read the code with a reading head. Such a method can be based on
  • skis are covered with markings that become visible under UV radiation. to press.
  • markings that become visible under UV radiation. to press.
  • This marking is deleted in certain processing steps, such as grinding or normal wear, as is also the case with the use of so-called barcodes, which is customary for product identification.
  • an inexpensive coding system that is and remains firmly attached to each individual product would be desirable. It is also advantageous if the coding element is covered in the product, i.e. not directly visible or at least protected under a cover layer. This also allows the "career" of the product to be checked after its sale, which e.g. in warranty cases but also underwriting, for example in the event of theft, can be advantageous.
  • the invention now aims to provide a code carrier of the type mentioned at the outset, which is characterized by sufficient mechanical stability to withstand damage during the production process and its attachment in or on the product to be labeled, and also also is adequately protected so that it cannot be easily destroyed when the product is used as intended.
  • the invention aims to make such a code carrier as inexpensive as possible with regard to its use in mass products and with simple and reliable devices to be able to read. It is essential that for the purposes of using bulk products both a correspondingly simple design of the code carrier and a simple and reliable procedure for reading out the code are provided. Essentials
  • the code carrier according to the invention essentially consists in that for the evaluation of a stray field which changes in an axis of a plane parallel to the main axis of the code carrier, the code carrier has cutouts, recesses or a changing cross section.
  • a correspondingly stable and inexpensive code carrier can be used, which is distinguished by a relatively simple geometric configuration and nevertheless certainly also in the proposed method for reading out the information of the code carrier or the code can be recognized if the reader is not guided exactly.
  • a stray field to identify the code contained in the code carrier is to a much lesser extent sensitive to distance and allows the use of simple field sensors for the identification of the code.
  • Such a simple code carrier can moreover be integrated in a particularly simple manner in mass articles, such as skis, tennis rackets or the like, during the production process, with a high degree of stability also taking into account the required material selection Production process is ensured.
  • the ability to evaluate such a code carrier by measuring a stray field makes it possible to dispense with complex adjustment and tuning work, as would be required, for example, when measuring magnetic resistances or a coupling field by resonance tuning.
  • the code carrier is in the form of a plate or film, as a result of which the installation in products is particularly simplified, particularly when products with a multilayer structure are involved.
  • the code carrier can also be formed from a conductive metal-plastic emulsion applied to a substrate, such a code carrier being able to be attached to the mass article in a particularly cost-effective manner during production, for example.
  • the code carrier can have openings, recesses or changing cross-section in a particularly simple manner in at least two planes parallel to the main axis, the openings, recesses or the changing cross-section being (are) regularly formed in one plane.
  • Regular training in one level offers the advantages of one
  • the design is advantageously such that the code carrier is arranged invisibly from the outside, the code carrier advantageously being an integral part of the product or being formed by components of the product.
  • the method according to the invention for evaluating the information arranged under a cover layer of a product Code carrier in which the code carrier consists of magnetic, magnetizable and / or electrically conductive material and has a geometric configuration containing the code, is essentially characterized in that an electromagnetic field is generated and that this is essentially parallel to a main axis of the code carrier changing stray field is measured and evaluated. Either a high-frequency alternating field can be used to generate such an electromagnetic field
  • the method according to the invention is thus advantageously characterized in that the
  • code carrier is exposed to a high-frequency alternating field and the changes in the high-frequency field caused by the eddy currents generated in the code carrier are detected via the properties of the high-frequency resonant circuit.
  • a weich ⁇ magnetic material is used as a code carrier and exposed to this soft magnetic material is a magnetic field and measuring the resultant location-dependent magnetic stray field using £ "J magnet-sensitive sensors to advantage.
  • the magnetic field can hiebei both the field of a permanent magnet or a magnetic A constant DC field and, as in a preferred embodiment of the method according to the invention, a periodic alternating magnetic field are generated
  • an at least partially permanent magnetic code carrier can naturally also provide a location-dependent, magnetic stray field which can be measured with magnetically sensitive sensors.
  • a permanently magnetic code carrier is, however, characterized by significantly lower security, since the magnetic stray field is one
  • Such permanent magnets can be changed by a correspondingly high external magnetic field, which means that there is a risk that the code originally introduced will be lost or changed.
  • the method according to the invention is carried out in such a way that the changing stray field of the code carrier in the electromagnetic field is measured with at least two mutually independent sensors and that the measured signals are fed to a common evaluation circuit. In this way, the security of the evaluation of the reading process is significantly improved.
  • the invention further relates to the use of a code carrier made of magnetic, magnetizable and / or electrically conductive material with a defined shape, such as e.g. Recesses, breakthroughs and / or cross-section changing over an axis of the code carrier, for evaluating the stray field formed in an electromagnetic field for identifying the product by the code carrier arranged under a cover layer of the product, such a code carrier being used, for example, in a sports device, in particular a ski, ball game racket or the like, can be used.
  • a code carrier made of magnetic, magnetizable and / or electrically conductive material with a defined shape, such as e.g. Recesses, breakthroughs and / or cross-section changing over an axis of the code carrier, for evaluating the stray field formed in an electromagnetic field for identifying the product by the code carrier arranged under a cover layer of the product, such a code carrier being used, for example, in a sports device, in particular a ski, ball game
  • the coding according to the invention also includes a coding system for labeling products
  • At least one code carrier made of magnetic, magnetizable and / or electrically conductive material with a defined shape, such as Recesses, openings and / or over an axis of the
  • Cross section changing code carrier b) at least one field source, and C ) at least one field sensor for measuring the stray field caused by the code carrier created their elements are particularly simple to implement and can be put into practice and, in combination, ensure a high degree of operational safety, robustness and mechanical stability.
  • a coding system can advantageously contain a plate or film as the code carrier, in the context of this coding system the code carrier in a particularly simple manner from a conductive metal-plastic emulsion or magnetic powder-plastic applied to a substrate. Emulsion can be formed, which can further simplify the introduction or application of the code.
  • the code carrier can namely be applied by a simple printing process or by spraying on using a stencil, which leads to a further cost reduction, in particular in the case of bulk articles.
  • the coding system according to the invention is advantageously further developed such that the code carrier has openings, recesses or changing cross-section in at least two planes parallel to the main axis and that the openings, recesses or the changing cross-section is (are) regularly formed in one plane ), which creates a clock trace for the evaluation, which enables the stray field to be measured independently of the speed at which the field source or the field sensor is moved relative to the code carrier.
  • the field source should preferably generate an electromagnetic field that can be displaced relative to the code carrier, wherein a periodic alternating magnetic field can advantageously be used as part of the coding system in the manner already described above with regard to the reading method.
  • the field sensor can be formed by a Hall probe or field plates, with the advantage, in addition, of increasing the accuracy. speed at least one pick-up coil can be provided. However, a pick-up coil can also be used as a field sensor under certain conditions.
  • the coding system is advantageously developed in such a way that a reading device for the code of the code carrier, comprising the field source and the field sensor, an oscillator for an electromagnetic HF field for exciting eddy currents in the code carrier, a trigger and comprises an output stage for converting the attenuation of the RF field, which is dependent on the geometric shape of the code carrier, into an evaluable code signal, with such a configuration of the coding system being particularly easy to evaluate the code by exciting eddy currents in the code carrier.
  • the training for evaluation can also be such that a reading device for the code of the code carrier, comprising the field source and the field sensor, an oscillator for an electromagnetic HF field for exciting eddy currents in the code carrier, a detector coil system, a differential amplifier, a comparator and an output stage for converting the attenuation of the RF field, which is dependent on the geometric shape of the code carrier, into an evaluable code signal.
  • a reading device for the code of the code carrier comprising the field source and the field sensor, an oscillator for an electromagnetic HF field for exciting eddy currents in the code carrier, a detector coil system, a differential amplifier, a comparator and an output stage for converting the attenuation of the RF field, which is dependent on the geometric shape of the code carrier, into an evaluable code signal.
  • FIG. 1 to 6 show schematic views of different code carriers; 7 and 8 schematically the reading of two code carriers and FIG. 9 a basic circuit diagram of an eddy current head; 10 to 20 different reading processes, some with associated signal diagrams; and FIG. 21 shows a block diagram of an embodiment of the evaluation electronics.
  • the code information is in a variation of the cross-section or more generally in a special shape of the code carrier. gers saved.
  • the change in shape determined by a simple coding rule such as, for example, the cross-section, the profile or the surface along at least one spatial axis or in one axis of a plane parallel to the main axis of the code carrier, represents the code it is also advantageous if there is a "clock track" parallel to the "code track” so that the signals can be correctly assigned in any case regardless of the scanning speed.
  • FIGS. 1 to 6 Examples of the shape of the code carrier are shown in FIGS. 1 to 6.
  • the code carrier can either consist of an electrically conductive metal or of a soft magnetic or else of a hard magnetic material.
  • the code that is stored in the change in shape is always detected by a spatial distortion of the electromagnetic field or stray field caused thereby.
  • the presence of the projections 3 is determined by the significantly stronger damping of the eddy currents, in the second or third case the projections can be detected with field sensors using their stray fields.
  • the code carrier is a body 4, the surface of which has ribs 5 in an arrangement that means the code.
  • the code carrier can again consist of an electrically conductive metal as well as a soft magnetic or also hard magnetic material.
  • 3 shows in cross section a metal plate 6 which has bulges 7 for coding at certain intervals.
  • an electrically conductive metal appears to be suitable as the code carrier material.
  • An eddy current method is therefore suitable for reading if the bulges 7 lie inside, flat parts of the plate 6, however, outside the detectable area of an eddy current sensor (not shown in more detail).
  • a further advantageous embodiment for such code carriers can e.g. formed by a metal foil 8, as shown in FIG. This consists of a good leader.
  • the coding results from the arrangement of holes or recesses 9 and 9 '.
  • the holes are circular in Fig. 4, but can also have any other shape.
  • the optimal shape of the holes should be adapted to the shape and type of sensor that is to be used for reading the code information. The presence of the holes is detected, for example, with a commercially available eddy current sensor. It should be pointed out that the size of the holes and thus the achievable density of the bits / area unit determines the distance from which the code must be read. The greater this distance, the larger the diameter of these holes must be.
  • Such a metal foil with punched holes is a particularly inexpensive and easily accommodatable code carrier.
  • the continuous row of holes 9 'adjacent to the edge represents the cycle track which is used for synchronization, while the information is contained in the further rows 9 of holes.
  • Fig. 5 shows another form of a code carrier similar to that of Fig.l.
  • the plate 10 is provided on both sides with projections 11 and thus coded.
  • one side can be used as a "code track” and the other as a "clock track”.
  • the code carrier can again consist of an electrically conductive metal as well as a soft magnetic or also hard magnetic material.
  • the code carrier consists of disks 12 arranged one behind the other. Each disc carries extensions 13 along its circumference, the arrangement of which represents the code.
  • An analogous function can also be achieved by appropriately shaping a cylindrical rod.
  • the code carrier can again consist of both an electrically conductive metal and a soft magnetic or also hard magnetic material.
  • code carrier can be easily integrated into the workpiece and not visible from the outside or at least protected under a cover layer.
  • the code is determined once at the start of production, for example by mechanical processing of the code carrier, and cannot and should not be changed.
  • the code is only destroyed by destroying the element. In any case, there is visible damage to the product, so that the change in the code carrier is also visible. Unwanted manipulations, or those with fraudulent intentions, can thus easily be discovered.
  • the information on the code carrier is always read without contact.
  • the code carrier is located inside the product and is not located right on the surface.
  • the materials used in the product can limit the reading methods that can be used. Reading methods are therefore also possible and described below which, for example, also allow a code to be detected on the code carrier in the presence of metals or through metals.
  • the code of the code carrier can be detected in various ways.
  • the reading method to be used depends, among other things, on the material of the code carrier and its environment, i.e. on the materials used in the product.
  • An electrically conductive code carrier e.g. made of copper, can be scanned via a stray field caused by eddy currents. If the code carrier consists of a soft magnetic material, such as iron or permalloy, the shape variation and thus the code can be scanned using its magnetic stray field. If the code carrier consists of a soft magnetic, metallic material, magnet-inductive and eddy current methods can be combined, which increases reading security.
  • the magnetic methods generally have the advantage that the code can also be detected in the presence of other metals.
  • stray fields can basically have the following physical causes: stray fields can be caused by eddy currents or magnetically. In both cases, the reading process is carried out by scanning the stray field.
  • eddy currents are generated in a metallic conductor by a high-frequency alternating field.
  • the metallic conductor is the code carrier here.
  • the eddy currents generated therein dampen the HF oscillator. This damping can be measured either with a reduction in the amplitude of the oscillator or as with commercially available sensors which both generate the HF field and measure the damping Shift of the resonance frequency of the oscillator can be determined.
  • the shape-dependent stray field of the soft or hard magnetic code carrier is registered with conventional field measuring probes. It is clear that the methods are related to the Maxwell equations, but there are fundamental differences in the physical mechanisms. These reading methods are described in more detail below.
  • Any metal is suitable as a code carrier when scanning stray fields caused by eddy currents. It is preferably a good electrical conductor. However, studies have shown that the size of the electrical conductivity only slightly influences the distance dependence of the commercially available sensors. Similarly, the (soft) magnetic state of a metallic code carrier hardly influences the threshold value of the distance at which the commercial eddy current sensor changes its output level suddenly. Commercial eddy current sensors can, however, be sensitive in their sensitivity, i.e. in their dependency on distance can be significantly improved. The arrangement of these detector coils must be adapted to the shape of the emission lobe of the transmitter.
  • FIG. 7 schematically shows a reading arrangement for stray fields caused by eddy currents. Either the reading head 14 is moved past the code carrier 16 in the direction of the arrow 15, or the code carrier 16 is moved past the fixed reading head 14. One or more small detector coils can additionally be accommodated directly at the end of the emitting oscillator head 14 in order to improve the sensitivity. The one with a conveyor belt normal speeds do not interfere with the reading process.
  • 7b is a top view of the measuring arrangement according to FIG. 7a.
  • the reference number 17 denotes holes in the code carrier 16, the arrangement of which represents the code.
  • FIG. 8 shows an arrangement similar to that of FIG. 7, the code carrier consisting of a metal plate with lateral extensions, as shown in FIG. It should be noted that the distance x of the plate from the sensor required for code detection and the height h of these lateral extensions must be such that the detectability limit, which is indicated by the dashed line s in FIG. 8, of the sensor is greater than x but smaller as x + h i ⁇ t. As already mentioned, s can be increased by using additional detector coils to increase the sensitivity, but then the distance between adjacent "bits", i.e. the lateral extensions must also be enlarged.
  • Fig .9 shows schematically the basic apparatus for a reader for stray fields caused by eddy currents.
  • the principle of the scanning is based on contactless, electronically operating proximity sensors.
  • the reader essentially consists of an oscillator 18, a trigger 19, and an amplifying logic switching output 20.
  • the distance of the sensor from the code carrier is essentially determined by the diameter of the emitting sensor surface.
  • a differential amplifier can also be used, for example, which amplifies the signal generated by the above-mentioned additional detector coils 48. This signal arrives at a comparator, which compares it with an adjustable reference signal and, depending on this, emits a signal ("bit") or not. The evaluation is then carried out again in a corresponding logic circuit (20).
  • the oscillator 18 uses an oscillating circuit coil to generate an electromagnetic RF field 21 which emerges from the active surface of the sensor. The frequency of this alternating field determines the depth of penetration into a metallic body, as represented here by the code carrier 22.
  • eddy currents indicated schematically by 43 are generated by the alternating electromagnetic field according to the Maxwell equations, which are directed in such a way that the primary field is shielded.
  • the strength of these eddy currents depends on the frequency of the alternating field, on the electrical conductivity and, in the case of a magnetic material, also on its permeability.
  • the sensitivity of the overall system can in principle be influenced by a suitable choice of the material of the code carrier.
  • tests show that commercially available eddy current sensors are generally too insensitive to be used in a material-specific manner.
  • the formation of these eddy currents draws energy from the oscillator. This causes a change in amplitude or a change in the resonance frequency at the output of the oscillator, which is converted into a logic signal via the trigger 19 and the output stage 20.
  • the system advantageously consists of at least two coils, which are wound or arranged in such a way that the induction signal generated in them is antiparallel, i.e. cancel each other out. If a metallic code carrier is brought close to the oscillator, it changes the strength and direction of the vortex field. This changes the symmetry of the detector coil system and results in a signal caused by the code carrier. In this way, the sensitivity with which, for example, a hole is determined in a metallic foil can be significantly increased.
  • the strength of these eddy currents and thus the strength of this damping depends essentially on the distance of the sensor metal. If the sensitivity limit s is such that parts of a geometric shape which represents the code exceed or fall below this limit, the parts scanned in this way can be implemented as a code (see, for example, FIG. 8). In this way, for example, ribs or ridges can be detected on a metallic code carrier (for example, Fig. 2, Fig. 3, Fig. 5 or Fig. 6). Even three-dimensional cross-sectional changes on a metallic code carrier can thus be detected as a code with an eddy current sensor if the sensitivity limit passes through this cross-sectional variation.
  • Another possibility is that the presence or absence of a metal is detected if it is within the sensitivity limit.
  • holes can be detected in a metallic foil, for example, if the hole diameter corresponds approximately to the sensor diameter.
  • additional detector coils however, holes with smaller diameters can also be detected, as a result of which the overall information density can be increased.
  • very thin, metallic foils can be used, which is particularly advantageous in terms of production technology. It is also possible to implement the code by means of electrically conductive lacquers or metal powder which are suspended in plastics, and then to detect it by means of eddy currents.
  • Eddy currents can only be used to read the code if there are no other metals in the product in the immediate vicinity of the code carrier. If this is the case, the code carrier must be within the sensitivity limit s and all other metallic components are located outside the sensitivity limit s. In this case, however, magnetically detectable code carriers appear to be particularly advantageous. This means that the code of both soft-magnetic and hard-magnetic code carriers can be detected through other metallic materials, for example made of aluminum, copper, etc.
  • the code can be detected to the outside by the geometry-dependent stray field of the code carrier.
  • the code carrier is magnetized by an exciting magnetic field generated from outside. This magnetic field can be either a direct field or an alternating field.
  • FIG. 10 shows a reading arrangement for magnetically caused stray fields with magnetization with a constant field, FIG. 11 showing a signal obtained in this way.
  • the constant field is generated, for example, by a permanent magnet 23.
  • a field coil through which direct current flows can also be used.
  • the permanent magnet or the field coil should be designed so that the magnetic field generated by it is homogeneous over the length of the code carrier. It is particularly advantageous, it appears when the thickness of the Magnetfelde ⁇ H is chosen so that the code carrier, the highest value of the permeability ⁇ m ax of the material used is achieved. A significant improvement in the sensitivity of the system can thereby be achieved.
  • the product and with it the code carrier 24 is moved in the direction of arrow 25 by the magnetic field.
  • the field lines of the external magnetic field are distorted in a manner that is significant for the special shape of the code carrier.
  • An example of a field line distribution is shown schematically in Fig.12.
  • the shape-specific field line distribution over the length of the code carrier is measured, for example, via Hall probes 26.
  • other corresponding sensors for example field plates, magnetoresistive sensors, etc., can also be used.
  • the voltage which is induced in additional pick-up coils can also be used here (for example FIG. 13) when the code carrier is moved through a pick-up coil and in this way a magnetic flux change and thereby generating a signal.
  • a field coil is designated 27 in FIG.
  • the code carrier 28 is moved in the field coil and the magnetic field lines shown are formed, which can be used to read the code.
  • Conventional, correspondingly sensitive field sensors are particularly suitable here, although the size of the sensor (active area) must correspond approximately to the spatial extent of the recess, elevation or change in cross-section representing a bit.
  • a so-called pick-up coil is suitable for reading the code.
  • the field coil should be designed so that the magnetic field generated by it st homogeneously over the length of the code carrier. It appears to be particularly advantageous if the strength of the magnetic field H is selected so that the highest value of the permeability ⁇ m a of the material used for the code carrier is reached.
  • the frequency of the alternating field should be relatively low (ie f ⁇ 10 kHz) in order to avoid shielding effects via eddy currents. A skilful choice of the modulation field and its frequency can significantly improve the sensitivity of the system.
  • FIG. 13 shows an arrangement suitable for this and FIG. 14 schematically shows the resulting read signal.
  • the code carrier 30 is moved in the direction of the arrow 31.
  • the pick-up spool (s) 32 creates a voltage, the amplitude of which is proportional to the field line density and thus to the special shape of the code carrier.
  • “Compensated" pick-up system characterized by the fact that there is no signal in the absence of a code carrier, ie the voltage is only proportional to the magnetization.
  • adjacent bits can be identified with high security in a location-resolving manner without using a "track".
  • Particular attention must be paid to the spatial resolution of the pick-up system. The greater the average distance between code carrier and pick-up coils, the worse the spatial resolution in general. A high spatial resolution can then be achieved by a special shaping of the pick-up coils.
  • a pick-up system has a high spatial resolution if the magnetic field generated by this "fictitious" at the location of the "bit” goes large and outside towards zero.
  • Another arrangement would be the use of a dipole-compensated coaxial system which has a higher spatial resolution.
  • the location resolution can be further improved by the arrangement of additional coils.
  • the length of a pick-up coil is in turn determined to a maximum by the spatial extent of a change in cross-section representing a bit - a shorter system definitely offers more spatial resolution, but less sensitivity.
  • the use of a periodic alternating field is advantageous in terms of measurement technology, since the use of frequency- and phase-sensitive amplifiers enables a significant improvement in the signal-to-noise ratio of the code signal to be obtained.
  • the amplitude of the code signal changes in the rhythm of the shape variation of the code carrier, so that the read signal reproduces the code of the code carrier.
  • the use of an integrator in signal processing is particularly advantageous, as a result of which the signal voltage is independent of the frequency de Erregerfelde ⁇ but also from a movement of the object.
  • the integrator With the integration required here, the integrator must have two negative feedbacks with two different time constants ti and t 2 .
  • the time constant ti must be less than the period T in order to integrate the 'periodic AC voltage.
  • the time constant t 2 must be large in relation to ti - it should compensate for the integration of offset voltage or other long-term interference voltages which is very disruptive for integrators.
  • An example of a usable integrator is a hysteresis.
  • the output signal is in turn proportional to the magnetization and thus to the cross section representing the code.
  • a Hall probe can also be used here, for example, which measures the stray field which varies in shape.
  • the simultaneous use of a pick-up system with a sensor for measuring the stray field is particularly advantageous.
  • the corresponding measuring electronics are connected to both measuring systems. Only when the two independent systems recognize a "bit" is it actually registered as belonging to the code. In this way, the security of the system against interferences increases significantly.
  • a soft magnetic yoke 33 which has one or more measuring and excitation coils, is used.
  • the code carrier can consist of a soft magnetic or a permanent magnetic material which is provided with ribs. The sequence of the ribs represents the code. The ribs are labeled 34 and 35.
  • the code carrier is partially magnetized by the magnetic yoke 33 moving past if the code carrier is soft magnetic. In the case of a permanent magnetic code carrier, this code carrier magnetizes the soft magnetic yoke in the opposite way. In both cases the change in flow is measured by at least one secondary coil on the same yoke without contact.
  • the excitation coil can be supplied with direct and / or alternating current.
  • the strength of the current is determined here by the material of the yoke.
  • the current should in turn be set so that the total permeability of the circuit becomes maximum.
  • Other sensors sensitive to magnetic fields can also be used here, such as Hall probes and field measuring plates. These are located in the air gap between the code carrier, which is built into the product, and the soft magnetic yoke.
  • the read code results from the measurement of the spatially resolved scanned magnetic field or stray field which varies in this air gap and which is a result of the variation in the magnetic resistance caused by the ribs.
  • the result is an output signal whose amplitude represents a bit sequence that corresponds to the code.
  • Two soft magnetic code carriers can also be accommodated and read simultaneously on the front and on the back of the product (which doubles the bit density to be accommodated). If the distance d between the code carriers is greater than the distance y between the code carrier and the soft magnetic yoke, there is no influence (see FIG. 17).
  • the use of a combined measuring system appears to be particularly advantageous consisting of measuring coils 44 on the legs of the soft magnetic yoke 33 and the additional use of field sensors, for example Hall sensors 26. Only when both systems indicate the presence of a bit is a code actually registered. This again significantly increases the security of the system against undesired interference voltages.
  • the primary coil is designated 45 and is operated simultaneously with direct and alternating current.
  • the secondary coils 44 are wound anti-parallel.
  • a strip of a hard magnetic film 46 is first fully magnetized in an axis 47. Then it is machined according to the code by punching on its edges (see FIG. 19). The code is registered by measuring the stray field at the edges (demagnetizing field), the use of correspondingly small Hall probes here appearing to be particularly advantageous.
  • a strip made of a hard magnetic film is partially magnetized in different directions with the stray field of the air gap of a soft magnetic yoke prior to installation in the product (see FIG. 20).
  • the width of the magnetized area is determined here by the air gap.
  • the stray field of these magnetized areas can now be registered from the outside with field sensors (Hall probe, pick-up system, Fe yoke). Since the code for the products to be registered here has to be ascertained and read at greater intervals, correspondingly large areas must also be magnetized on the code carrier.
  • the width of the magnetized Areas correspond approximately to the distance at which the code can still be read.
  • the clock information is computed arithmetically from the width of a bit (NS stripe).
  • FIG. 21 A purely schematic block diagram of evaluation electronics of the measured signals is shown in FIG. 21.
  • the controller 36 RF transmitter, excitation current, Hall current
  • the signals coming from the sensors are amplified in the amplifier 38 (signal processing) and converted into digital signals in an analog-digital converter 39 and forwarded to the computer 40 (code recognition, evaluation, data storage).
  • code recognition, evaluation, data storage In the case of registration of the code with the aid of pick-up coils, it is better to use a hysteresis scanner to register the signal, as already mentioned, the simultaneous use of several measuring systems (for example pick-up coils and field sensors) appears. particularly cheap. Only when several measuring methods report a bit is it actually forwarded to the computer as read.
  • the code is recognized, evaluated and data stored in the computer, and the feed control 41 regulates the activation of the sensors 36, if necessary with the position detection 42 being interposed.
  • the invention serves for the identification (coding) of products which are manufactured in large numbers. This method is mainly intended for monitoring the production process, but also for safety, quality and guarantee services.
  • a feature is the accommodation of a code on a code carrier, which can consist of an electrically conductive material (metal), but also of a magnetic (soft or permanent magnetic) or magnetizable material. The choice of the material is decisive for the reading method or methods, but also for the legibility of the code.
  • the code consists of a variation in shape, changes in cross-section, changes in the contours, ribs or recesses or holes in the code carrier, or else a pattern made by means of a corresponding metal-plastic emulsion, for example "conductive lacquer", which is above it Eddy currents caused by stray field or also by their geometrically determined magnetic stray field can be detected.
  • the correspondingly determined, location-dependent analog measurement signal which becomes redundant through the simultaneous use of several independent reading methods, can be converted into digital information that corresponds to the code.
  • the code element should preferably be mechanically and thermally robust and invisible or covered from the outside and is therefore largely insensitive to environmental influences and preferably to be accommodated in or on the product and possibly inseparably connected to it.
  • the code carrier can have any shape.
  • the outer shape can be adapted to the shape of the product.
  • the invention is also distinguished by the high degree of flexibility in terms of shape.
  • parts of the product which are made of electrically conductive or magnetic material can also be used as code carriers by changing the cross-section, the outline, the surface or by making recesses of any shape.
  • the code carrier can consist of permanent magnetic elements, preferably a hard magnetic foil, plastic-magnetic powder emulsion or metal-plastic emulsion. It is advantageous that a magnetic code carrier can be detected even when other conductive components of the workpiece are present. This also applies if they are arranged directly above or below the code carrier.
  • eddy currents are generated by a high-frequency alternating field. Whether or not eddy currents actually arise depends to a large extent on the distance between the vortex flow head and the metallic code carrier.
  • the code is now realized in the code carrier by means of a special shaping (cross section, thickness, holes, etc.). As a result, the distance between the eddy current head and the code carrier is varied such that a logical "O" (distance too large) or a "1" (distance sufficiently small) is created.
  • the properties of the high-frequency resonant circuit which are changed as a result of the eddy currents thus generated are thus used as a signal for determining the code.
  • the code is generated in a soft magnetic material by means of a special shape (cross section, surface, etc.).
  • the location-dependent stray field which represents the code, is scanned with the aid of field-sensitive sensors.
  • the location-dependent stray field that represents the code can be registered by moving the product with the code carrier through a coil system with the aid of the pick-up voltage thus created.
  • the magnetizing magnetic field can be a periodic alternating field.
  • the location-dependent stray field, which represents the code, is detected with the aid of a location-resolving pick-up coil system as a periodic AC voltage.
  • the use of frequency- and phase-sensitive amplifiers for signal processing, which result in a better signal / interference ratio, is advantageous. Another possibility is the integration of the signal, as a result of which the frequency of the exciting field no longer influences the size of the measurement signal.
  • the location-dependent stray field which represents the code, can also be detected as a periodic alternating voltage using magnetically sensitive sensors, such as Hall sensors or field plates.
  • the periodic AC voltage makes the use of a frequency and phase sensitive amplifier for signal processing particularly advantageous. The result is a better signal / interference ratio.
  • the code contained in a soft magnetic code carrier which is fixed by special shaping, can be fixed by means of a soft magnetic yoke.
  • the code will be determined by changing the magnetic resistance either by monitoring the power consumption of the primary coil or also with the aid of additional special secondary coils or again by means of field-sensitive sensors, the latter responding to the change in the stray field in the air gap.
  • the stray fields that vary in this way can be carried out with the aid of a soft magnetic yoke (on which induction coils are located) or with correspondingly small ones Field sensors (Hall probes etc.) are scanned.
  • the arrangement of the detector reading heads is preferably such that reading is carried out without contact.
  • the size of the reading heads generally corresponds approximately to the spatial extent of the feature describing a bit, such as a change in cross-section. Otherwise, the arrangement of the heads can be adapted to the geometry of the code carrier and that of the product, and is therefore freely selectable.
  • the distance is determined by the geometric shape of a "bit" and its size, but also by the underlying physical laws, for example the distance dependence of the stray field.
  • the optimal shape of the recesses or changes in cross-section representing the "bits" is directly related to the shape of the active surface of the sensor used.
  • the code of the code carrier can be determined by means of a relative movement between the code carrier and the corresponding sensor, essentially along the main axis containing the code, with either the speed being known or a "clock track" being used for a corresponding resolution of the code.
  • the entire code carrier can also be scanned in one step, so that with a number of sensors corresponding to the information density, a relative movement between the code carrier and sensor (s) can be dispensed with and the time for reading the code can be shortened .

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Abstract

Bei einem Codeträger (1) für die Auswertung eines Codes zur Kennzeichnung von Produkten, welcher Codeträger unter einer Deckschicht des zu kennzeichnenden Produktes angeordnet ist und aus magnetischem, magnetisierbaren und/oder elektrisch leitenden Material besteht, weist für die Auswertung eines sich in einer Achse (2) einer Ebene parallel zur Hauptachse des Codeträgers ändernden Streufeldes der Codeträger Durchbrechungen, Ausnehmungen oder sich ändernden Querschnitt (3) auf.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Auswerten der Informationen eines Codeträgers
Die Erfindung bezieht sich auf einen Codeträger für die Aus¬ wertung eines Codes zur Kennzeichnung von Produkten, welcher Codeträger unter einer Deckschicht angeordnet ist und aus magnetischem, magnetisierbaren und/oder elektrisch leitenden Material besteht, sowie auf ein Verfahren zum Auswerten der Informationen eines unter einer Deckschicht eines Produktes angeordneten Codeträgers, bei welchem der Codeträger aus magnetischem, magnetisierbaren und/oder elektrisch leitfähigen Material besteht und eine den Code enthaltende geometrische Konfiguration aufweist. Weiters bezieht sich die Erfindung auf ein Codiersystem für die Kennzeichnung von Produkten mit
a) wenigstens einem Codeträger aus magnetischem, magnetisierbaren und/oder elektrisch leitfähigen Material mit definierter Formgebung, wie z.B. Ausnehmungen, Durchbrechungen und/oder sich über eine Achse des Codeträgers veränderndem Querschnitt b) wenigstens einer Feldquelle, und c) wenigstens einem Feldsensor zur Messung des durch den Codeträger verursachten Streufeldeε,
sowie auf die Verwendung eines derartigen Codeträgerε aus magnetischem, magnetisierbaren und/oder elektrisch leitfähigen Material mit definierter Formgebung, wie z.B. Ausnehmungen, Durchbrechungen und/oder sich über eine Achse des Codeträgers veränderndem Querschnitt, zur Auswertung des sich in einem elektromagnetischen Feld ausbildenden Streufeldeε zur Kenn¬ zeichnung des Produktes durch den unter einer Deckschicht des Produktes angeordneten Codeträger. Viele induεtrielle Produkte werden in großer Stückzahl herge¬ stellt, wobei deren Produktion schrittweise überwacht werden soll und muß. Dies ist notwendig, um den Fertigungsprozeß optimieren zu können, und einen etwa bevorstehenden Ausfall von Produktionsmaschinen anhand nicht eingehaltener Toleranzen oder andere Produktionsfehler rechtzeitig zu erkennen.
Auf diese Weise können Herstellungsprozesse ("turn around Zeiten") optimiert, die Standzeiten der Produktionsmaschinen infolge geplanter Revisionsarbeiten reduziert und die Zahl der die Qualitätskontrolle nicht passierenden Produkte reduziert und so Kosten gespart werden.
Eine lückenlose Überwachung eines Produktes bedeutet, daß das Produkt möglichst zu Beginn seiner Herstellung mit einer ent¬ sprechenden Markierung oder Codierung versehen wird. Diese Markierung kann dann bei jedem Fertigungsschritt gelesen und protokolliert werden. Es ist damit zum Beispiel möglich, den Zeitpunkt der einzelnen Herstellungsschritte jedes Produktes zu registrieren. Dies ermöglicht eine Kostenoptimierung des Herstellungsablaufs.
Systeme zur Registrierung von Produkten bzw. zur Überwachung der Produktion sind in großer Zahl bekannt.
So versteht man unter "Barcode" ein einfaches, optisch zu lesendes Strichmuster. Diese Art der Codierung wird heute in großem Maßstab zur Kennzeichnung von Massenproduken im Verkauf verwendet. In der Fertigung von Produkten ergeben sich jedoch Probleme beim Lesen des Strichcodes, da es zu Verschmutzungen kommt, oder der Strichcode bei der Fertigung abgedeckt, oder auch durch einen Bearbeitungsvorgang vernichtet wird.
Elektronische Systeme zum Markieren bestehen aus einer elek- tronischen Logikschaltung, in die Informationen berührungslos, z.B. über Infrarot, oder auch induktiv ein- oder ausgelesen werden können. Wohlbekannt sind hier die εogenannten "Chip- Karten", die für Hochεicherheitεsyteme, aber auch zur Fertigungsüberwachung verwendet werden. Hier steht die In¬ formation in einem programmierbaren Speicher-Chip, der dann über Hochfrequenz-Systeme ein- und ausgelesen werden kann. Dies ist ein intelligentes System, das sehr vielseitig ver¬ wendbar ist. Dazu gibt es Lese- und Schreibfunktionen, die durch ein entsprechendes Protokoll geschützt werden können. Als Nachteil ergibt sich, daß derartige Systeme für eine Pro¬ duktion mit hohen Stückzahlen zu teuer kommen. Der Chip kann daher nie in das Produkt fest integriert werden. In den meisten Fällen würde der Chip den Produktionsvorgang infolge thermischer und mechanischer Belastungen nicht aushalten. Dieses System ist daher nicht genügend robus .
Aus der DE-Al-32 22 789 ist eine magnetoresistive Wandlervor¬ richtung zum Auslesen von codierten Informationen für Fran¬ kiermaschinen bekannt. Hierbei wird der Code durch die be¬ kannte Änderung eines elektrischen Widerstandes in einem Magnetfeld ("Magnetowiderstand") realisiert, wobei die Anord¬ nung von Magnetowiderständen und sogenannter weichmagnetischer Fokusiereinheiten den Code darstellt. Hierbei spielt die Form des Codeträgers sowie seine Magnetisierung keine Rolle. Nach¬ teilig bei dieεem System ist, daß es infolge seiner Anordnung sowie seines Platzbedarfs nicht zur Codierung von Massenpro¬ dukten geeignet ist. Die Messung des Magnetowiderstandes ist außerdem kontaktlos kaum möglich.
Aus der DE-Al-37 29 740 ist ein Identifikationssystem für Module, die entlang einer Transportbahn bewegt werden, be¬ kannt. Hierbei wird der magnetische Code durch eine Anordnung von Permanentmagneten realisiert, wobei der Code durch die Nord- bzw. Südpole dargestellt wird. Die geometrische Form der Magnete spielt in diesem System keine Rolle. Die Leseelemente bestehen aus Hallelementen, die den Nord- bzw. Südpol durch die abgegebene Spannung erkennen lassen. Die hierbei abgege- bene Hallspannung ist sehr abstandsabhängig und verringert sich etwa mit der dritten Potenz des Abstands, so daß eine Messung nur bei Einhaltung enger Abstandstoleranzen reprodu¬ zierbare Ausεagen ergibt. Die Magnete können auch nicht sehr nahe beieinander angeordnet werden, da sie sich sonst beein¬ flussen. Derartige Module, die Permanentmagnete enthalten, sind weder billig herstellbar noch leicht in jedes Massenpro¬ dukt integrierbar.
Aus der DE-Al-33 31 694 ist ein ähnliches elektronisches System zur Erfassung von binären Daten an Werkstücken auf einer Transferstraße bekannt. Dabei wird die Codeinformation in einen sogenannten EPROM (löschbarer Speicher-Bauteil) ein¬ geschrieben. Ein induktiv arbeitendes System, bestehend aus einem speziellen Übertrager, dient sowohl zur Energieversor¬ gung des EPROM als auch zur Datenübertragung. Nachteilig hier¬ bei ist, daß die Verwendung eines EPROM für viele Massenpro- dukte sowohl zu teuer ist, als auch, daß die bei der Fertigung existierenden Umweltbedingungen, beispielsweise, Druck, Temperatur od.dgl., den EPROM zerstören würden. Die Verwendung eines aktiven Bauteils als Codespeicher macht weiters eine Energieversorgung prinzipiell erforderlich, was zu wesent¬ lichen Einschränkungen führt.
Aus der DE-Al-27 12 016 sind ein Verfahren und eine Vorrich¬ tung zur Erfassung und Identifizierung von mit codierten Etiketten versehenen Gegenständen bekannt. Ziel dieses be¬ kannten Standes der Technik ist das Erleichtern der automa¬ tischen Sortierung von Paketen und Postsäcken. Hierbei besteht der Code aus dünnen Magnetstreifen oder -dr hten. Der Code wird durch Unterteilung dieser Magnetstreifen oder durch gruppenweises Zusammenfassen mehrerer derartiger Magnet¬ streifen realisiert. Eine andere Möglichkeit iεt es, Materia¬ lien mit verschiedenen Koerzitivfeidstärken zu verwenden. Nachteilig dabei ist wiederum, daß dieser Code fertigungstech¬ nisch kaum so preiswert realisierbar ist, daß er in Massenpro- dukten verwendbar ist. Die bekannte Leseeinheit besteht aus einer wechselstromversorgten Erregerspule, die in bekannter Weise auch Helmholtzgeometrie aufweisen kann, um ein homoge¬ neres Feld zu erzeugen. Der Code wird mit Hilfe abgeglichener Detektorspulen durch Messung der durch Induktion entstehenden Spannungsamplituden, oder Phasenverεchiebungen, im Falle von Codematerialien mit verschiedenen Hysteresisschleifen, detek- tiert. Bei diesem System ist das gemessene Signal abhängig von der Geschwindigkeit des bewegten Gegenstandes. Es ist daher
10 beispielsweise für ein auf einem Förderband bewegtes Produkt nur bedingt geeignet.
Aus der DE-Al-24 37 547 ist ein Verfahren zur Darstellung und Auswertung eines mit ferro agnetischem Material auf einen ~- Träger aufgebrachten Digitalcodes bekannt. Hierbei wird der Code durch kammartig ineinandergreifende, ferromagnetische Streifen oder Streifengruppen hergestellt. Nachteilig dabei ist, daß die fertigungstechnische Realisierung dieses Codeträ¬ gers für Massenprodukte zu kompliziert ist. Das Vorhandensein
20 des Codes wird durch einen ferromagnetischen E-förmigen Kern mit drei Spulen festgestellt. Nachteilig dabei ist auch, daß eine genaue Positionierung des Lesekopfes erforderlich ist, wobei weiters keinerlei Maßnahmen gegen durch Einstreuung von Fremdspannungen erzeugte "falsche" Bits getroffen werden.
25
Aus der AT-PS 309 111 ist es bekannt, an einem zu kennzeich¬ nenden Körper einen ferromagnetischen Träger anzubringen und diesen aus der Entfernung magnetisch zu codieren, um den Code mit einem Lesekopf zu lesen. Ein derartiges Verfahren kann auf
30 Grund der Anbringung eines magnetischen Trägers ohne ent¬ sprechende Vorsichtsmaßnahmen leicht gestört werden.
Einige Patentschriften beschäftigen sich beispielsweise mit einer Codierung für Ski, was der Codierung eines Massenproduk-
- -" tes entspricht. So ist bekannt geworden, die Flächen von Ski mit unter UV-Strahlung sichtbar werdenden Markierungen zu be- drucken. Nachteilig hierbei ist vor allem, daß diese Mar¬ kierung bei bestimmten Bearbeitungsgängen, wie Schleifen oder gewöhnlichem Verschleiß, gelöscht wird, wie dies auch bei der zur Produktkennzeichnung üblichen Verwendung von sogenannten Barcodes der Fall ist.
Aus der AT-PS 390 005 ist bekannt, Ski dadurch zu codieren, daß auf den aus ferromagnetischem Material (Eisen) bestehenden Kanten magnetisch ein Code aufgebracht wird ("Magnetische Be¬ reiche"). Nachteilig dabei ist wiederum, daß dieser Code leicht von außen gestört, insbesondere entmagnetisiert, werden kann, wenn nicht besondere Werkstoffe verwendet werden. Außer¬ dem kann dieser Code bei jedem Schleif organg der Kanten ver¬ nichtet werden.
Für viele Zwecke wäre ein preiswertes Codiersystem, das mit jedem einzelnen Produkt fest verbunden ist und bleibt, wünschenswert. Vorteilhaft ist es auch, wenn das Codierelement im Produkt verdeckt, d.h. nicht direkt sichtbar oder zumindest unter einer Deckschicht geschützt, angeordnet werden kann. Damit kann auch noch der "Werdegang" des Produktes nach seinem Verkauf kontrolliert werden, was z.B. bei Garantiefällen aber auch, versicherungstechnisch, beispielsweise bei Diebstählen, vorteilhaft sein kann.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, einen Codeträger der ein¬ gangs genannten Art zu schaffen, welcher sich durch hin¬ reichende mechanische Stabilität auszeichnet, um während des Produktionsvorganges und seiner Anbringung im oder am zu kenn¬ zeichnenden Produkt Beschädigungen zu widerstehen, sowie weiters auch hinreichend geschützt ist, um bei der be¬ stimmungsgemäßen Verwendung des Produktes nicht ohne weiters zerstört werden zu können. Schließlich zielt die Erfindung darauf ab, einen derartigen Codeträger im Hinblick auf seine Verwendung bei Massenprodukten möglichst kostengünstig zu ge¬ stalten und mit einfachen und betriebssicheren Einrichtungen auεlesen zu können. Von wesentlicher Bedeutung ist hiebei, daß für die Zwecke einer Verwendung von Masεenprodukten sowohl eine entsprechend einfache Gestaltung des Codeträgers als auch eine einfache und betriebssichere Verfahrensweise für das Aus- lesen des Codes zur Verfügung gestellt wird. Wesentliches
Augenmerk soll hiebei, im Hinblick auf die Verwendung des Codeträgers für Massenprodukte, der sicheren Erkennung des Codes und der weitgehenden Unmöglichkeit, den Code durch Mani¬ pulationen oder Umwelteinflüssen zu zerstören, geschenkt werden. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht der erfindungsgemäße Codeträger im wesentlichen darin, daß für die Auswertung eines sich in einer Achse einer Ebene parallel zur Hauptachse des Codeträgers ändernden Streufeldes der Codeträger Durch¬ brechungen, Auεnehmungen oder sich ändernden Querschnitt auf¬ weist. In Kombination mit einer Auswertung des Codes durch einfache Streufeldmessung kann hiebei ein entsprechend stabi¬ ler und kostengünstiger Codeträger verwendet werden, der sich durch relativ einfache geometrische Konfiguration auszeichnet und trotzdem bei dem vorgeschlagenen Verfahren zum Auslesen der Information des Codeträgers bzw. des Codes mit Sicherheit auch bei nicht exakter Führung des Lesegerätes erkannt werden kann. Die Verwendung eines Streufeldes zur Identifikation des im Codeträger enthaltenden Codes ist hiebei in wesentlich ge¬ ringerem Maße abstandsempfindlich und erlaubt die Verwendung einfacher Feldsensoren für die Identifikation des Codes. Ein derartiger einfacher Codeträger kann darüberhinaus in beson¬ ders einfacher Weise in Massenartikeln, wie beispielsweise Skiern, Tennisschlägern od.dgl., während des Produktionspro¬ zesses integriert werden, wobei mit Rücksicht auf die voraus- gesetzte Materialwahl ein hohes Maß an Stabilität auch während des Produktionsprozesses sichergestellt ist. Insbesondere er¬ laubt es die Auswertbarkeit eines derartigen Codeträgers durch Messung eines Streufeldes, auf aufwendige Abgleich- und Abstimmarbeiten zu verzichten, wie sie beispielsweise bei der Messung magnetischer Widerstände oder eines Koppelfeldes durch Resonanzabstimmung erforderlich wären. In besonders einfacher Weise ist der Codeträger hiebei als Platte bzw. Folie ausgebildet, wodurch der Einbau in Produkte insbesondere dann, wenn es sich um Produkte mit einem mehr¬ schichtigen Aufbau handelt, besonders vereinfacht wird. Der Codeträger kann aber auch von einer auf einem Substrat aufge¬ brachten leitfähigen Metall-Kunststoff-Emulsion gebildet sein, wobei ein derartiger Codeträger beispielsweise in einem Druck¬ verfahren in besonderε kostengünstiger Weise bei der Produk¬ tion am Massenartikel angebracht werden kann. Um einen derar¬ tigen leitfähigen Film in der Folge gegen mechanische Zer¬ störung zu sichern, ist es auch hier von Vorteil, die auf das Substrat aufgebrachte leitfähige Metall-Kunststoff-Emulsion oder Magnetpulver-Kunststoff-Emulsion nach ihrer Trocknung durch eine Deckschicht zu schützen.
Für die Auswertung eines sich ändernden Streufeldes kann der Codeträger in besonders einfacher Weise in wenigstens zwei zur Hauptachse parallelen Ebenen Durchbrechungen, Ausnehmungen oder sich ändernden Querschnitt aufweisen, wobei in einer Ebene die Durchbrechungen, Ausnehmungen oder der sich ändernde Querschnitt regelmäßig ausgebildet ist (sind) . Die regelmäßige Ausbildung in einer Ebene bietet hiebei die Vorteile einer
Taktspur, welche das Auswerteergebnis unabhängig von der Ge- schwmdigkeit machen, mit welcher der Lesekopf gegenüber dem
Codeträger bewegt wird.
Um die Gefahr von mutwilligen Zerstörungen weiter herabzu¬ setzen, ist mit Vorteil die Ausbildung so getroffen, daß der Codeträger von außen unsichtbar angeordnet ist, wobei mit Vorteil der Codeträger integraler Bestandteil des Produktes ist bzw. von Bestandteilen des Produktes gebildet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Auswerten der Informationen eines unter einer Deckschicht eines Produktes angeordneten Codeträgers, bei welchem der Codeträger aus magnetischem, magnetisierbaren und/oder elektriεch leitfähigen Material beεteht und eine den Code enthaltende geometrische Konfiguration aufweist, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß ein elektromagnetisches Feld erzeugt wird und daß das sich im wesentlichen parallel zu einer Hauptachse des Codeträgers ändernde Streufeld gemesεen und ausgewertet wird. Für die Erzeugung eines derartigen elektromagnetischen Feldes kann entweder ein hochfrequentes Wechselfeld Verwendung
10 finden, wobei die sich im hochfrequenten Wechselfeld auf einem Leiter ausbildenden Wirbelströme dem Feld entgegenwirken und zu einer Abnahme der Feldlinien und damit einer Verringerung der Meßwerte für die Feldstärke führen. Mit Vorteil ist somit das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß der
15 Codeträger einem hochfrequenten Wechselfeld ausgesetzt wird und die durch die im Codeträger erzeugten Wirbelströme hervor¬ gerufenen Änderungen des Hochfrequenzfeldes über die Eigenschaf en des Hochfrequenzschwingkreises detektiert werden.
20
Bei Verwendung eines Magnetfeldes wird mit Vorteil ein weich¬ magnetisches Material als Codeträger verwendet und dieses weichmagnetische Material einem Magnetfeld ausgesetzt und das entstehende ortsabhängige magnetische Streufeld mit Hilfe £"J magnetempfindlicher Sensoren gemessen. Als Magnetfeld kann hiebei sowohl das Feld eines Permanentmagneten bzw. ein magne¬ tisches Gleichfeld als auch, wie es einer bevorzugten Aus¬ führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht, ein periodisches magnetisches Wechselfeld erzeugt werden. 30
Prinzipiell kann naturgemäß auch ein wenigstens teilweise per¬ manent magnetischer Codeträger ein ortsabhängiges, magne¬ tisches Streufeld liefern, welches mit magnetempfindlichen Sensoren gemessen werden kann. Ein derartig permanent magne- 5 tischer Codeträger zeichnet sich allerdings durch wesentlich geringere Sicherheit aus, da das magnetische Streufeld eines derartigen Permanentmagneten durch ein entsprechend hohes äußeres Magnetfeld verändert werden kann, wodurch die Gefahr besteht, daß der ursprünglich eingebrachte Code verloren geht bzw. verändert wird.
In besonders vorteilhafter Weise wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß das sich ändernde Streufeld des Codeträgers im elektromagnetischen Feld mit wenigstens zwei voneinander unabhängigen Sensoren gemessen wird und daß die gemessenen Signale einer gemeinsamen Auswerteschaltung zuge¬ führt werden. Auf diese Weise wird die Sicherheit der Auswer¬ tung des Lesevorganges wesentlich verbessert.
Die Erfindung bezieht sich weiters auf die Verwendung eines Codeträgers aus magnetischem, magnetisierbaren und/oder elektrisch leitfähigen Material mit definierter Formgebung, wie z.B. Ausnehmungen, Durchbrechungen und/oder sich über eine Achse des Codeträgers veränderndem Querschnitt, zur Auswertung des sich in einem elektromagnetischen Feld ausbildenden Streu¬ feldes zur Kennzeichnung des Produktes durch den unter einer Deckschicht des Produktes angeordneten Codeträger, wobei ein derartiger Codeträger beispielsweise in einem Sportgerät, ins¬ besondere einem Ski, Ballspielschläger od.dgl., eingesetzt werden kann.
Insgesamt wird durch die erfindungsgemäße Auεbildung ein Codiersystem für die Kennzeichnung von Produkten mit
a) wenigstens einem Codeträger aus magnetischem, magnetisierbaren und/oder elektrisch leitfähigen Material mit definierter Formgebung, wie z.B. Ausnehmungen, Durchbrechungen und/oder sich über eine Achse des
Codeträgers veränderndem Querschnitt b) wenigstens einer Feldquelle, und C) wenigstens einem Feldsensor zur Messung des durch den Codeträger verursachten Streufeldeε geεchaffen, deεεen Elemente für sich gesehen beεonders einfach realisiert werden und in die Praxis umgesetzt werden können und in Kombination ein hohes Maß an Betriebsεicherheit, Robustheit und mechanische Stabilität gewährleisten. Ein der¬ artiges Codiersystem kann, wie bereits oben ausgeführt, mit Vorteil als Codeträger eine Platte oder Folie enthalten, wobei im Rahmen dieses Codiersystems der Codeträger in besonders einfacher Weise von einer auf einem Substrat aufgebrachten leitfähigen Metall-Kunststoff-Emulsion oder Magnetpulver- Kunststoff-Emulsion gebildet werden kann, wodurch sich die Einbringung bzw. Aufbringung des Codes weiter vereinfachen läßt. Bei einer derartigen Ausbildung des Codiersystems kann nämlich der Codeträger durch einen einfachen Druckvorgang oder durch Aufsprühen unter Verwendung einer Schablone aufgetragen werden, was insbesondere bei Massenartikeln zu einer weiteren Kostenreduktion führt.
Das erfindungsgemäße Codiersystem ist mit Vorteil so weiterge¬ bildet, daß der Codeträger in wenigstens zwei zur Hauptachse parallelen Ebenen Durchbrechungen, Ausnehmungen oder sich ändernden Querschnitt aufweist und daß in einer Ebene die Durchbrechungen, Ausnehmungen oder der sich ändernde Quer¬ schnitt regelmäßig ausgebildet ist (sind) , wodurch für die Auswertung eine Taktspur geschaffen wird, welche eine Mesεung deε Streufeldeε unabhängig von der Geschwindigkeit, mit welcher die Feldquelle bzw. der Feldsensor relativ zum Code¬ träger bewegt wird, ermöglicht. Die Feldquelle soll hiebei zur Abtastung des gesamten Codes vorzugεweiεe ein relativ zum Codeträger verschiebbares elektromagnetisches Feld erzeugen, wobei im Rahmen des Codiersyεtemε in der oben bezüglich deε Leseverfahrens bereits beschriebenen Weise mit Vorteil ein periodisches magnetisches Wechselfeld eingesetzt werden kann. Der Feldsenεor kann gemäß einer bevorzugten Weiterbildung deε Codierεystemes von einer Hallsonde oder Feldplatten gebildet sein, wobei mit Vorteil zusätzlich zur Erhöhung der Genauig- keit wenigstens eine Pick-Up-Spule vorgesehen sein kann. Eine Pick-Up-Spule kann jedoch selbεt gleichfallε unter bestimmten Bedingungen als Feldsenεor eingeεetzt werden.
Im Falle der Verwendung eineε elektriεchen Wechεelfeldeε iεt das Codiersystem mit Vorteil so weitergebildet, daß eine die Feldquelle und den Feldsensor umfassende Lesevorrichtung für den Code des Codeträgerε einen Oεzillator für ein elektro- magnetisches HF-Feld zum Erregen von Wirbelströmen im Codeträ¬ ger, einen Trigger und eine Ausgangεεtufe zur Umwandlung der von der geometriεchen Form deε Codeträgerε abhängigen Be- dämpfung deε HF-Feldeε in ein auεwertbareε Codesignal umfaßt, wobei mit einer derartigen Ausbildung des Codiersystemes die Auswertung des Codeε durch Erregen von Wirbelεtrömen im Code¬ träger besonders einfach gelingt. Alternativ kann die Ausbildung zur Auεwertung auch so getroffen εein, daß eine die Feldquelle und den Feldεenεor umfassende Lesevorrichtung für den Code des Codeträgers einen Oεzillator für ein elektro- magnetiεcheε HF-Feld zum Erregen von Wirbelεtrömen im Codeträger, ein Detektorεpulensystem, einen Differenzverstärker, einen Komparator und eine Ausgangεεtufe zur Umwandlung der von der geometrischen Form des Codeträgers abhängigen Bedämpfung des HF-Feldes in ein auswertbareε Codeεignal umfaßt.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung εchematiεch dargeεtellten Auεführungsbeispielen näher erläu¬ tert. In dieser zeigen Fig.l bis 6 schematische Ansichten ver- εchiedener Codeträger; Fig.7 und 8 εchematisch das Lesen zweier Codeträger und Fig.9 ein Prinzipschaltbild eines Wir¬ belstromkopfes; Fig.10 bis 20 verschiedene Lesevorgänge, teil¬ weise mit zugehörigen Signaldiagrammen; und Fig.21 ein Block¬ schaltbild einer Ausführungsform der Auεwerteelektronik.
Die Codeinformation ist in einer Variation des Querschnitteε oder allgemeiner in einer εpeziellen Formgebung des Codeträ- gers gespeichert. Die durch eine einfache Codiervorschrif feεtgelegte Änderung der Form, wie z.B. deε Querεchnittε, deε Profilε oder der Oberfläche entlang wenigεtenε einer Raumachεe bzw. in einer Achεe einer Ebene parallel zur Hauptachεe des Codeträgers εtellt den Code dar. Für eine einwandfreie Er¬ kennung deε Codemusterε ist es zusätzlich vorteilhaft, wenn parallel zur "Codespur" eine "Taktspur" vorhanden ist, so daß in jedem Fall unabhängig von der Abtastgeschwindigkeit die Signale richtig zugeordnet werden können.
Beispiele für die Formgebung des Codeträgers sind in den Fig.l bis 6 dargestellt.
Fig.l zeigt eine Metallplatte 1, entlang deren Raumachse 2 bzw. Achse einer Ebene parallel zur Hauptachεe eine Codierung in Form von Vorεprüngen 3 angebracht iεt. Die Codierung liegt hier εomit in der räumlichen Anordnung der Vorεprünge 3 ent¬ lang der Raumachse 2. Ein sich daraus ableitendeε Bitmuεter iεt εchematiεch angedeutet. Der Codeträger kann in dieεem Fall entweder aus einem elektrisch leitfähigen Metall oder aus einem weichmagnetischen oder aber auch aus einem hartmagne- tiεchen Werkstoff bestehen. Der Code, der in der Formänderung gespeichert ist, wird immer durch eine dadurch hervorgerufene räumliche Verzerrung des elektromagnetischen Feldes bzw. Streufeldeε detektiert. Im ersten Fall wird das Vorhandensein der Vorsprünge 3 durch die deutlich stärkere Dämpfung der Wir¬ belströme festgestellt, im zweiten oder dritten Fall können die Vorsprünge mit Feldsenεoren anhand ihrer Streufelder detektiert werden.
Gemäß Fig.2 ist der Codeträger ein Körper 4, dessen Oberfläche Rippen 5 in einer Anordnung aufweist, die den Code bedeutet. In diesem Fall kann wiederum der Codeträger in Abhängigkeit vom Leseverfahren sowohl aus einem elektrisch leitfähigen Metall als auch einem weichmagnetischen oder aber auch hart¬ magnetischen Material bestehen. Fig.3 zeigt im Querεchnitt eine Metallplatte 6, die zur Codie¬ rung in beεtimmten Abεtänden Auεwölbungen 7 aufweiεt. In diesem Fall erεcheint als Codeträgermaterial ein elektrisch leitfähiges Metall geeignet. Ein Wirbelstromverfahren iεt somit zum Lesen geeignet, wenn die Ausbuchtungen 7 innerhalb, ebene Teile der Platte 6 jedoch außerhalb des detektierbaren Bereichs eines nicht näher dargestellten Wirbelstromεenεors liegen.
Eine weitere vorteilhafte Auεführungsform für derartige Code¬ träger kann z.B. durch eine Metallfolie 8 gebildet εein, wie dies in Fig.4 dargestellt ist. Diese besteht aus einem guten Leiter. Die Codierung ergibt sich aus der Anordnung von Löchern bzw. Ausnehmungen 9 und 9'. Die Löcher sind in Fig.4 kreisförmig, können aber auch jede andere Form haben. Die optimale Form der Löcher εoll an die Form und Art deε Senεors angepaßt werden, der zum Lesen der Codeinformation verwendet werden soll. Das Vorhandensein der Löcher wird beispielεweiεe mit einem kommerziell erhältlichen Wirbelεtromsensor detek¬ tiert. Es sei darauf hingewiesen, daß die Größe der Löcher und damit die erreichbare Dichte der Bits/Flächeneinheit dadurch bestimmt iεt, aus welcher Entfernung der Code gelesen werden muß. Je größer diese Distanz ist, umso größer muß der Durch¬ messer dieser Löcher sein. Eine derartige Metallfolie mit ge¬ stanzten Löchern ist ein besonders preiswerter und leicht unterzubringender Codeträger. Bei der in Fig.4 gezeigten Aus¬ führung stellt die durchgehende Reihe der der Kante benachbar¬ ten Löcher 9' die Taktspur dar, welche zur Synchronisation dient, während die Information in den weiteren Lochreihen 9 enthalten ist.
Fig.5 zeigt eine andere Form eines Codeträgers ähnlich jenem der Fig.l. Die Platte 10 ist von beiden Seiten mit Vorsprüngen 11 versehen und somit codiert. Hier kann eine Seite als "Codeεpur" und die andere alε "Taktεpur" verwendet werden. In diesem Fall kann wiederum der Codeträger sowohl aus einem elektrisch leitfähigen Metall als auch einem weichmagnetiεchen oder aber auch hartmagnetiεchen Material beεtehen.
Fig.6 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Codeträger aus hintereinander angeordneten Scheiben 12 besteht. Jede Scheibe trägt Fortsätze 13 längs ihrem Umfang, deren Anordnung den Code darstellt. Eine analoge Funktion kann auch durch eine entsprechende Formgebung eines zylindrischen Stabes erreicht werden. In diesem Fall kann wiederum der Codeträger εowohl aus einem elektrisch leitfähigen Metall als auch einem weichmagne¬ tischen oder aber auch hartmagnetischen Material beεtehen.
Als Codeträger müsεen nicht unbedingt getrennte, zuεätzlich eingeεetzte Bauteile dienen. Besonders vorteilhaft ist es, bereits vorhandene Komponenten des Produkts, die aus einem geeigneten Werkstoff bestehen (Metall oder magnetisch) , für die Aufnahme des Codes zu verwenden, indem sie in ihrer äußeren Form entεprechend abgeändert und damit codiert werden.
All dieεen Auεführungεvarianten deε Codeträgerε iεt gemeinεam, daß der Codeträger in daε Werkstück einfach und von außen nicht sichtbar bzw. zumindest unter einer Deckschicht ge¬ schützt integriert werden kann. Der Code wird zu Beginn der Herstellung beiεpielsweise durch mechanische Bearbeitung des Codeträgers einmal festgelegt und kann und soll nicht verän¬ dert werden. Nur durch Zerstörung des Elementes selbεt iεt der Code zerstört. Dabei ergibt sich jedenfalls eine sichtbare Beschädigung des Produktes, so daß die Veränderung des Code¬ trägerε ebenfalls sichtbar ist. Unerwünschte Manipulationen, oder solche in betrügeriεcher Abεicht, können damit leicht entdeckt werden.
Das Lesen der Information des Codeträgers erfolgt immer berührungslos. Wie zuvor bereits beschrieben, befindet sich der Codeträger im Inneren deε Produktes, und liegt nicht direkt an der Oberfläche. Besonders sei hier darauf verwieεen, daß die im Produkt verwendeten Werkεtoffe die verwendbaren Leseverfahren einschränken können. Es sind daher auch Lesever¬ fahren möglich und nachfolgend beschrieben, die z.B. auch bei Anwesenheit von Metallen oder durch Metalle hindurch einen Code am Codeträger zu detektieren gestatten.
Der Code deε Codeträgers kann auf verschiedene Weise detek¬ tiert werden. Das anzuwendende Leseverfahren hängt unter anderem vom Werkstoff des Codeträgers und dessen Umgebung, d.h. von den im Produkt verwendeten Materialien, ab. So kann ein elektrisch leitfähiger Codeträger, wie z.B. aus Kupfer, über εein von Wirbelεtrömen verurεachteε Streufeld abgetastet werden. Besteht der Codeträger aus einem weichmagnetischen Werkstoff, wie Eisen oder Permalloy, kann die Formvariation und damit der Code über sein magnetisches Streufeld abgetastet werden. Besteht der Codeträger aus einem weichmagnetischen, metalliεchen Werkεtoff können magnet-induktive und Wirbelεtromverfahren kombiniert werden, was die Leseεicherheit erhöht. Die magnetiεchen Verfahren bringen allgemein den Vorteil mit εich, daß der Code auch in Anweεenheit anderer Metalle detektiert werden kann.
Eε sei hier daran erinnert, daß Streufelder grundεätzlich fol¬ gende phyεikaliεche Urεachen haben können: Streufelder können von Wirbelströmen oder magnetisch verurεacht werden. In beiden Fällen erfolgt der Lesevorgang durch Abtastung des Streufeldes. Im einen Fall werden in einem metallischen Leiter durch ein hochfrequentes Wechselfeld Wirbelströme erzeugt. Der metallische Leiter ist hier der Codeträger. Die darin erzeug¬ ten Wirbelströme verursachen eine Bedämpfung des HF- Oεzillatorε. Dieεe Dämpfung kann mit kommerziell erhältlichen Sensoren, die sowohl das HF-Feld erzeugen als auch die Bedämpfung messen, entweder durch eine Verringerung der Amplitude des Oszillators gemessen werden oder als Verεchiebung der Resonanzfrequenz des Oszillatorε beεtimmt werden. Die Bedämpfung der im Codeträger verursachten
Wirbelströme hängt dabei relativ εtark vom Abstand Sender -
Codeträger ab.
Im anderen Fall wird das formabhängige Streufeld deε weich- oder auch hartmagnetischen Codeträgers mit herkömmlichen Feldmeßsonden registriert. Eε ist klar, daß die Methoden über die Maxwellgleichungen verwandt sind, wobei es jedoch von den phyεikaliεchen Mechanismen her grundsätzliche Unterschiede gibt. Nachfolgend werden dieεe Leεeverfahren genauer beεchrie- ben.
Bei der Abtastung von durch Wirbelströmen verursachten Streufeldern eignet sich als Codeträger jedes Metall. Bevorzugt handelt es sich dabei um einen guten elektrischen Leiter. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß die Größe der elektrischen Leitfähigkeit die Abstandεabhängigkeit der kommerziell erhältlichen Senεoren nur geringfügig beeinflußt. Analog beeinflußt der (weich)magnetische Zuεtand eines metallischen Codeträgers kaum den Schwellwert des Abstands, bei dem der kommerzielle Wirbelstromsensor seinen Aus- gangεpegel εprungartig ändert. Kommerzielle Wirbelεtromεen- soren können jedoch durch zuεätzliche Detektorspulen in ihrer Empfindlichkeit, d.h. in ihrer Abstandεabhängigkeit, weεent- lich verbessert werden. Die Anordnung dieser Detektorspulen muß der Form der Emisεionεkeule deε Senders angepaßt werden.
In Fig.7 ist schematisch eine Leseanordnung für durch Wirbelströme verursachte Streufelder dargestellt. Es wird ent¬ weder der Lesekopf 14 in Richtung des Pfeiles 15 am Codeträger 16 vorbeigeführt, oder es wird der Codeträger 16 am fest¬ stehenden Lesekopf 14 vorbeibewegt. Direkt am Ende des emittierenden Oszillatorkopfeε 14 können zuεätzlich eine oder auch mehrere kleine Detektorεpulen zur Verbeεεerung der Empfindlichkeit untergebracht werden. Die mit einem Förderband üblichen Geschwindigkeiten stören den Lesevorgang nicht. Die Fig.7b ist eine Aufsicht auf die Meßanordnung gemäß Fig.7a. Mit dem Bezugszeichen 17 sind Löcher im Codeträger 16 bezeich¬ net, deren Anordnung den Code darstellt.
Fig.8 zeigt eine ähliche Anordnung wie Fig.7, wobei der Code¬ träger aus einer Metallplatte mit seitlichen Fortsätzen be¬ steht, wie dies in Fig.l dargeεtellt iεt. Es sei angemerkt, daß der zur Codeerkennung erforderliche Abstand x der Platte vom Sensor sowie die Höhe h dieser seitlichen Fortsätze so εein muß, daß die Erkennbarkeitεgrenze, welche durch die εtrichlierte Linie s in Fig.8 angedeutet iεt, deε Sensors größer als x aber kleiner als x + h iεt. Wie schon erwähnt, kann s bei Verwendung von zusätzlichen Detektorspulen zur Erhöhung der Empfindlichkeit vergrößert werden, wobei jedoch dann der Abstand benachbarter "bits", d.h. der seitlichen Fortsätze, ebenfallε vergrößert werden muß.
Fig .9 zeigt schematisch den prizipiellen apparativen Aufbau für ein Lesegerät für durch Wirbelströme verursachte Streufelder. Das Prinzip der Abtaεtung beruht auf berührungs¬ losen, elektronisch arbeitenden Näherungssenεoren. Im wesent¬ lichen besteht das Leεegerät auε einem Oεzillator 18 , einem Trigger 19 , sowie einem verstärkenden Logik-Schaltausgang 20. Der Abstand des Sensorε vom Codeträger ist im wesentlichen durch den Durchmesεer der abstrahlenden Sensorfläche bestimmt .
Anstelle von 19 kann beiεpielsweise auch ein Differenzverstärker verwendet werden, der daε von den oben er¬ wähnten, zusätzlichen Detektorεpulen 48 erzeugte Signal ver¬ stärkt . Dieses Signal gelangt zu einem Komparator, der dieses mit einem einstellbaren Referenzsignal vergleicht und abhängig von diesem ein Signal ( "bit " ) abgibt oder nicht . Die Auswertung erfolgt dann wieder in einer entsprechenden Logikschaltung (20 ) . Der Oεzillator 18 erzeugt mit εeiner Schwingkreiεspule ein elektromagnetisches HF-Feld 21, das aus der aktiven Fläche des Sensors austritt. Die Frequenz dieεeε Wechεelfeldeε legt die Eindringtiefe in einen metallischen Körper fest, wie es hier der Codeträger 22 darstellt. Im Codeträger werden durch das elektromagnetische Wechselfeld entsprechend den Maxwell¬ gleichungen schematisch mit 43 angedeutete wirbelströme er¬ zeugt, die so gerichtet sind, daß das Primärfeld abgeschirmt wird. Die Stärke dieser Wirbelströme hängt von der Frequenz deε Wechεelfeldeε, von der elektriεchen Leitfähigkeit, sowie im Falle eines magnetischen Werkstoffes auch von dessen Per¬ meabilität ab. Durch geeignete Wahl des Werkstoffes des Code¬ trägers kann die Empfindlichkeit des Gesamtεystems zwar prin¬ zipiell beeinflußt werden. Versuche zeigen jedoch, daß kommer¬ ziell erhältliche Wirbelstromεensoren im allgemeinen zu unempfindlich sind, um materialspezifiεch verwendet werden zu können. Durch die Entεtehung dieser Wirbelströme wird dem Oszillator Energie entzogen. Dies bewirkt am Ausgang des Oszillatorε eine Amplitudenänderung oder eine Änderung der Reεonanzfrequenz, die über den Trigger 19 und die Auεgangs- stufe 20 in ein Logiksignal umgesetzt wird.
Fig.9 zeigt wenigεtens eine zusätzliche Detektorspule 48. Vorteilhaft beεteht daε System auε mindeεtens zwei Spulen, die so gewickelt bzw. so angeordnet sind, daß das in ihnen erzeugte Induktionssignal antiparallel gleich iεt, d.h. einander aufhebt. Wird ein metallischer Codeträger in die Nähe des Oszillators gebracht, verändert er Stärke und Richtung des Wirbelfeldes. Dadurch wird die Symmetrie des Detektorspulenεyεtemε verändert und es entsteht ein vom Codeträger verursachteε Signal. Auf dieεe Weiεe kann die Empfindlichkeit, mit der beispielsweiεe ein Loch in einer metallischen Folie festgestellt wird, bedeutend erhöht werden.
Die Stärke dieser wirbelströme und damit die Stärke dieser Be¬ dämpfung hängt weεentlich vom Abεtand Senεor - Metall ab. Liegt die Empfindlichkeitsgrenze s so, daß Teile einer geome- triεchen Form, die den Code darεtellt, diese Grenze über- bzw. unterschreiten, können die so abgetasteten Teile als Code um¬ gesetzt werden (siehe z.B. Fig.8). Auf diese Weise können bei¬ spielweise Rippen oder Erhöhungen auf einem metallischen Codeträger detektiert werden (z.B. Fig.2, Fig.3, Fig.5 oder Fig.6). Auch dreidimensionale QuerSchnittsänderungen auf einem metallischen Codeträger können somit, wenn die Empfindlich¬ keitsgrenze durch diese Querschnittεvariation geht, alε Code mit einem Wirbelstromεensor detektiert werden. Eine andere Möglichkeit ist, daß das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Metalls erkannt wird, sofern sich dieses innerhalb der Empfindlichkeitsgrenze befindet. Auf diese Weise können z.B. Löcher in einer metallischen Folie detektiert werden, sofern der Lochdurchmesser etwa dem Sensordurchmesser entspricht. Mit zusätzlichen Detektorspulen lassen sich aber auch Löcher mit kleinerem Durchmesεer erfaεsen, wodurch inεgesamt die Informationεdichte erhöht werden kann. Infolge der geringen Eindringtiefe deε hochfrequenten Wechεelfeldes können sehr dünne, metallische Folien verwendet werden, was fertigungs¬ technisch besonders vorteilhaft ist. Es ist auch möglich, den Code durch elektriεch leitfähige Lacke oder Metallpulver, die in Kunεtεtoffe aufgeschlämmt sind, zu realisieren, und dann mittels Wirbelströme zu detektieren.
Damit möglichst viele bits pro Flächeneinheit untergebracht werden können, ist es vorteilhaft, mehrere Wirbelstromsenεoren nebeneinander anzubringen. Zwei bzw. n nebeneinander befind¬ liche Löcher können durch 2 bzw. n nebeneinander angeordnete Wirbelstromsenεoren detektiert werden, wobei der Mindeεtab- εtand der Senεoren etwa ihrem Durchmesser entsprechen soll.
Wirbelströme können zum Lesen des Codes nur verwendet werden, wenn in unmittelbarer Nachbarschaft deε Codeträgerε keine anderen Metalle im Produkt exiεtieren. Iεt dieε doch der Fall, müεεen der Codeträger innerhalb der Empfindlichkeitsgrenze s und alle anderen metallischen Komponenten außerhalb der Empfindlichkeitsgrenze s angeordnet εein. In dieεem Fall er¬ scheinen magnetiεch detektierbare Codeträger jedoch beεonderε vorteilhaft. Dieε bedeutet, daß der Code von εowohl weich- magnetiεchen alε auch hartmagnetiεchen Codeträgern durch andere metallische Werkstoffe, z.B. aus Aluminium, Kupfer usw. , hindurch detektiert werden kann.
Bei einem weichmagnetischen Werkεtoff kann der Code durch daε geometrieabhängige Streufeld des Codeträgers nach außen detek¬ tiert werden. Es gibt verschiedene technische Lösungεmöglich- keiten für daε Lesen des- Codes in einem weichmagnetischen Material. Nach dem durch die spezielle Formgebung erfolgten Codierverfahren wird der Codeträger durch ein von außen er¬ zeugtes erregendes Magnetfeld magnetisiert. Dieεeε Magnetfeld kann entweder ein Gleichfeld oder ein Wechselfeld sein.
Fig.10 zeigt eine Leseanordnung für magnetisch verursachte Streufelder mit einer Magnetisierung mit einem Gleichfeld, wobei Fig.11 ein derart erhalteneε Signal zeigt. Das Gleichfeld wird beispielsweise durch einen Permanentmagnet 23 erzeugt. Statt eines Permanentmagnets kann auch eine von Gleichstrom durchflossene Feldspule verwendet werden. Der Permanentmagnet oder die Feldspule sollte dabei so ausgelegt werden, daß das von ihr erzeugte Magnetfeld homogen über die Länge des Codeträgers ist. Besonders vorteilhaft erscheint es, wenn die Stärke des Magnetfeldeε H so gewählt wird, daß der höchste Wert der Permeabilität μmax des verwendeten Werkstoffes des Codeträgers erreicht wird. Dadurch kann eine wesentliche Verbesserung der Empfindlichkeit des Syεtemε erreicht werden. Das Produkt und mit ihm der Codeträger 24 wird in Richtung des Pfeiles 25 durch das Magnetfeld bewegt. Zufolge der hohen Permeabilität des Materials werden die Feldlinien des externen Magnetfeldε in einer Weise verzerrt, die εignifikant für die spezielle Form des Codeträgers ist. Ein Beispiel einer Feldlinienverteilung ist in Abb.12 schematisch dargestellt. Die Messung der formspezifischen Feldlinienverteilung über die Länge des Codeträgers erfolgt beispielsweise über Hallsonden 26. Anstelle der Hallsonden können auch andere entεprechende Sensoren, beiεpielεweise Feldplatten, Magnetowiderstandsεen- εoren etc., verwendet werden.
Zur Feεtstellung des Codes kann hier zusätzlich auch die Spannung herangezogen werden, die in zusätzlichen Pick-Up- Spulen induziert wird (z.B. Fig.13), wenn der Codeträger durch eine Pick-Up-Spule hindurchbewegt wird und auf diese Weise eine magnetiεche Flußänderung und dadurch ein Signal erzeugt wird. In Fig.12 iεt eine Feldspule mit 27 bezeichnet. In der Feldspule wird der Codeträger 28 bewegt, und es kommt zur Aus¬ bildung der dargestellten Magnetfeldlinien, die zum Lesen des Codes verwendet werden können. Hier sind vor allem übliche, entsprechend empfindliche Feldsensoren geeignet, wobei aller¬ dings die Größe des Sensorε (aktive Fläche) ungefähr der räum¬ lichen Auεdehnung der ein bit darεtellenden Auεnehmung, Erhöhung oder Querεchnittεänderung entεprechen muß.
Wird ein Wechεelfeld als Primärfeld verwendet, eignet sich eine sogenannte Pick-Up-Spule zum Lesen des Codes. Auch hier sollte die Feldspule dabei so ausgelegt werden, daß das von ihr erzeugte Magnetfeld homogen über die Länge des Codeträgers st. Besonders vorteilhaft erscheint es, wenn die Stärke des Magnetfeldes H so gewählt wird, daß der höchste Wert der Per¬ meabilität μma des verwendeten Werkstoffeε deε Codeträgerε er¬ reicht wird. Die Frequenz des Wechεelfeldeε soll relativ nieder sein (d.h. f < 10 kHz), um Abschirmeffekte über Wirbel- ströme zu vermeiden. Durch eine geschickte Wahl des Aussteuer¬ feldes und seiner Frequenz kann eine wesentliche Verbesserung der Empfindlichkeit des Systemε erreicht werden. Fig.13 stellt eine dafür geeignete Anordnung dar und Fig.14 zeigt schema¬ tisch das sich ergebende Leseεignal. Innerhalb der Primärspule 29, die ein Wechselfeld erzeugt, wird der Codeträger 30 in Richtung des Pfeiles 31 bewegt. In der (den) Pick-Up-Spule(n) 32 entsteht eine Spannung, deren Amplitude der Feldlinien¬ dichte und somit der speziellen Form des Codeträgers propor¬ tional ist. Vorteilhaft iεt die Verwendung eines
"kompensierten" Pick-up Systemε, daε εich dadurch auszeichnet, daß es kein Signal bei Abweεenheit eineε Codeträgerε abgibt, d.h. die Spannung ist nurmehr der Magnetisierung proportional. Alε einfachste Ausführungsform ergeben sich zwei antiparallel auf einer Achse gewickelte Spulen, wodurch das "reine" Feld¬ signal aufgehoben wird. Auf diese Weise können benachbarte Bits mit hoher Sicherheit ortsauflösend ohne Verwendung einer "Spur" erkannt werden. Besonderes Augenmerk muß der Ortsauf- lösung deε Pick-up Syεtemε geεchenkt werden. Je größer der mittlere Abεtand zwiεchen Codeträger und Pick-Up-Spulen ist, umεo schlechter ist im allgemeinen die Ortsauflösung. Eine hohe Ortsauflöεung kann dann durch eine εpezielle Formgebung der Pick-Up-Spulen erreicht werden. Eine hohe Ortεauflöεung weiεt ein Pick-up Syεte dann auf, wenn daε durch dieεe "fiktiv" erzeugte Magnetfeld am Ort des "bits" groß und außer¬ halb raεch gegen Null geht. Eine andere Anordnung wäre die Verwendung eineε dipolkompenεierten koaxialen Systems, das eine höhere Ortsauflöεung aufweiεt. Auch hier kann jedoch die Ortεauflöεung durch die Anordnung von zusätzlichen Spulen weiter verbesεert werden. Die Länge einer Pick-Up-Spule ist wiederum durch die räumliche Ausdehnung einer ein bit dar¬ stellenden Querschnittsveränderung maximal bestimmt - ein kürzeres System bietet auf alle Fälle mehr Ortsauflösung, jedoch geringere Empfindlichkeit. Die Verwendung eines periodischen Wechselfeldes ist meßtechnisch vorteilhaft, da durch die Verwendung von frequenz- und phasenempfindlichen Verstärker eine wesentliche Verbesserung des Signal-Rauεch- Verhältnisses des Codesignalε erhalten werden kann. Die Amplitude deε Codeεignalε verändert εich im Rythmus der Formvariation deε Codeträgers, so daß das Lesesignal den Code des Codeträgers wiedergibt. Besonderε vorteilhaft ist die Verwendung eines Integrators bei der Signalaufbereitung, wo¬ durch die Signalspannung unabhängig von der Frequenz deε Erregerfeldeε aber auch von einer Bewegung des Objektes wird. Bei der hier erforderlichen Integration muß der Integrator zwei Gegenkopplungen mit zwei verschiedenen Zeitkonstanten ti und t2 aufweisen. Die Zeitkonstante ti muß kleiner als die Periodendauer T sein, um die' periodische Wechselεpannung zu integrieren. Die Zeitkonεtante t2 muß groß gegen ti εein - sie soll die bei Integratoren sehr störende Integration von OffsetSpannung oder sonεtigen langzeitlich auftretenden StörSpannungen auεregeln. Ein Beispiel eines verwendbaren Integratorε ist ein Hysteresograph. Das Ausgangsεignal ist wiederum der Magnetisierung proportional und damit dem den Code darstellenden Querschnitt.
Anstelle der Pick-Up-Spulen kann auch hier beispielsweise eine Hallsonde eingesetzt werden, die das mit der Form variierende Streufeld mißt.
Besonderε vorteilhaft iεt die gleichzeitige Verwendung eineε Pick-up Syεtemε mit einem Senεor zur Meεsung des Streufeldes. Mit beiden Meßsyεtemen εind die entsprechenden Meßelektroniken verbunden. Nur wenn die beiden unabhängigen Systeme ein "bit" erkennen, wird es tatsächlich als dem Code zugehörig registriert. Auf diese Weise erhöht sich die Sicherheit deε Systems gegen Störeinflüsεe wesentlich.
Die Fig.15, 16 zeigen weiteren Ausführungen für das Lesever¬ fahren. Es wird hier ein weichmagnetiεcheε Joch 33, daε eine oder mehrere Meß- und Erregerspulen aufweist, verwendet. Der Codeträger kann aus einem weichmagnetischen oder aus einem permanentmagnetischen Material bestehen, das mit Rippen ver¬ sehen ist. Die Sequenz der Rippen stellt den Code dar. Die Rippen sind mit 34 und 35 bezeichnet. Der Codeträger wird partiell durch das Vorbeibewegen des magnetischen Jochs 33 magnetisiert, wenn der Codeträger weichmagnetisch ist. Im Falle eines permanentmagnetischen Codeträgerε magnetiεiert in umgekehrter Weiεe dieεer Codeträger daε weichmagnetische Joch. In beiden Fällen wird die Flußänderung durch wenigεtens eine Sekundärspule am gleichen Joch berührungsloε gemeεεen. Die Erregerεpule kann mit Gleich- und/oder Wechεelεtrom verεorgt werden. Welche Art von Strom gewählt wird, hängt wiederum vom verwendeten Senεor ab, mit dem die den Code darεtellende Streufeldänderung detektiert wird. Die Stärke deε Stroms wird hier durch das Material des Jochs bestimmt. Der Strom soll wiederum so eingestellt werden, daß die Geεamtpermeabilität deε Kreiεes maximal wird. Hier können auch andere magnetfeld¬ empfindliche Sensoren verwendet werden, wie beispielsweiεe Hallεonden und Feldmeßplatten. Dieεe befinden εich im Luftεpalt zwiεchen Codeträger, der im Produkt eingebaut iεt, und dem weichmagnetiεchen Joch. Der geleεene Code ergibt εich durch die Meεsung des in diesem Luftspalt variierenden, ortsauflösenden abgetasteten Magnetfelds bzw. Streufelds, welches eine Folge der durch die Rippen verursachten Variation des magnetischen Widerstandε ist. Es entsteht dabei ein Ausgangεεignal, deεεen Amplitude eine Bitfolge darstellt, die dem Code entspricht.
Versuche haben gezeigt, daß ein wie vorhin beschriebener Code problemlos durch eine Aluminiumplatte festgeεtellt werden kann. Die Verwendung eineε erregenden Wechεelεtromε von nicht zu hoher Frequenz (f < 10 kHz, besonderε aber unter 100 Hz) stellt kein Problem dar.
Es können auch an der Vorder- und an der Rückseite des Produk- teε zwei weichmagnetische Codeträger gleichzeitig unterge¬ bracht und gelesen werden (was die unterzubringende Bitdichte verdoppelt) . Ist der Abstand d der Codeträger voneinander größer als der Abstand y zwischen dem Codeträger und dem weichmagnetischen Joch so tritt keine Beeinflusεung auf (εiehe Fig.17) .
Besonderε vorteilhaft erεcheint, wie dieε in Fig.18 darge¬ stellt ist, die Verwendung eines kombinierten Meßsystems beεtehend auε Meßspulen 44 an den Schenkeln deε weichmagne- tiεchen Jochε 33 und die zusätzliche Verwendung von Feldsen- εoren, z.B. Hallεenεoren 26. Nur wenn beide Syεteme daε Vor- handenεein eineε bitε anzeigen, wird eε tatεächlich alε Code registriert. Dadurch wird wieder die Sicherheit des Systems gegen unerwünschte Störspannungen wesentlich erhöht. Die Primärspule ist dabei mit 45 bezeichnet und wird gleichzeitig mit Gleich- und Wechselstrom betrieben. Die Sekundärspulen 44 sind antiparallel gewickelt.
Die Verwendung eines permanentmagnetiεchen Codeträgers in Massenprodukten ist nur sinnvoll, wenn dieser sehr kosten¬ günstig ist. Denkbar wäre eine hartmagnetische Folie, wie sie auch auf Scheckkarten verwendet wird.
Codiert kann auf mehrere Arten werden:
a) Ein Streifen aus einer hartmagnetischen Folie 46 wird zuerst in einer Achse 47 voll aufmagnetisiert. Danach wird er durch Stanzen an seinen Rändern dem Code entsprechend bearbei¬ tet (siehe Fig.19). Der Code wird durch Mesεung des Streu¬ feldes an den Rändern (entmagnetisierendes Feld) registriert, wobei hier die Verwendung von entsprechend kleinen Hallsonden besonders vorteilhaft erscheint.
b) Ein Streifen aus einer hartmagnetischen Folie wird vor dem Einbau in daε Produkt mit dem Streufeld des Luftεpaltes eines weichmagnetischen Joches partiell in verschiedene Rich¬ tungen magnetisiert (siehe Fig.20) . Die Breite des magneti¬ sierten Bereiches ist hier durch den Luftspalt festgelegt. Das Streufeld dieser magnetisierten Bereiche kann nun von außen mit Feldsensoren (Hallsonde, Pick-up Syεte , Fe-Joch) registriert werden. Da bei den hier zu registrierenden Produk¬ ten der Code in größeren Abständen festgeεtellt und geleεen werden muß, müεεen auch entsprechend große Bereiche auf dem Codeträger magnetisiert werden. Die Breite des magnetisierten Bereicheε entεpricht etwa dem Abεtand in dem der Code noch ge¬ lesen werden kann. Hier wird die Taktinformation rechnerisch aus der Breite eines bits (N-S Streifen) beεtimmt.
c) Denkbar ist auch eine kombinierte Ausführung von a) und b) , wobei dann periodische Ausnehmungen beispielweise eine Taktspur darstellen und das Vorhandensein eines Nord- bzw. Südpols das bit "1" bzw. "0" bedeutet. Vorteilhaft bei dieser Ausführungsform wäre, daß nun die Geschwindigkeit mit der der Code räger (das Produkt) am Lesekopf vorbeibewegt wird, unwe¬ sentlich ist, wobei die Informationsdichte beispielεweiεe durch Weglaεεen der neutralen Zonen vergrößert werden kann.
In Fig.21 ist rein schematiεch ein Blockschaltbild einer Aus¬ werteelektronik der gemessenen Signale dargestellt. Die Steuerung 36 (HF-Sender, Erregerstrom, Hallεtrom) εteuert wenigεtenε einen Sensor 37 (Wirbelstromεenεor, Pick-Up-Spule, Hallplättchen) . Die von den Senεoren kommenden Signale werden im Verstärker 38 (Signalaufbereitung) verstärkt und in einem Analog-Digitalumsetzer 39 in digitale Signale umgewandelt und zum Rechner 40 (Codeerkennung, Auεwertung, Datenεpeicherung) weitergeleitet. Im Falle der Regiεtrierung des Codes mit Hilfe von Pick-Up-Spulen ist es besser, einen Hysteresographen zur Registrierung des Signalε zu verwenden, wie schon erwähnt, er- scheint die gleichzeitige Verwendung von mehreren Meßsyεtemen (z.B. Pick-Up-Spulen und Feldsensoren) besonderε günstig. Nur wenn mehrere Meßverfahren ein bit melden, wird es an den Rechner alε tatsächlich gelesen weitergeleitet. Im Rechner er¬ folgt die Codeerkennung, Auswertung und Datenspeicherung, über die Vorεchubεteuerung 41 wird wiederum die Anεteuerung der Senεoren 36 geregelt, gegebenenfallε unter Zwiεchenεchaltung der Poεitionserkennung 42.
Im folgenden werden einige wesentliche Gesichtspunkte der Er- fir.dung hervorgehoben: Die Erfindung dient zur Kennzeichnung (Codierung) von Produk¬ ten, die in größeren Stückzahlen hergestellt werden. Dieseε Verfahren ist hauptsächlich für die Überwachung des Produkti- onεablaufε, aber auch für Sicherheits-, Qualitäts- und Garan¬ tieleistungen vorgeεehen. Ein Merkmal ist die Unterbringung eines Codes auf einem Codeträger, der aus einem elektrisch leitfähigen Material (Metall) , aber auch aus einem magne¬ tischen (weich- oder permanentmagnetisch) oder magnetisierba¬ ren Werkεtoff beεtehen kann. Die Wahl deε Werkεtoffeε ist maß- gebendT für das oder die Leseverfahren, aber auch für die Les¬ barkeit des Codes. Der Code besteht aus Formvariation, Quer- schnittsveränderungen, Veränderungen der Umrisse, Rippen oder auch Ausnehmungen bzw. Löcher des Codeträgers oder auch aus einem mittels einer entsprechenden Metall-Kunstεtoff-Emulsion, z.B. "leitfähiger Lack", hergeεtellten Muε er, die über ihr von Wirbelεtrömen verurεachteε Streufeld oder auch über ihr geometriεch beεtimmteε, magnetisches Streufeld detektiert werden. Das entsprechend festgestellte, ortsabhängige analoge Meß-Signal, das durch die gleichzeitige Verwendung mehrerer unabhängiger Leseverfahren redundant wird, kann in eine digi¬ tale Information umgesetzt werden, die dem Code entspricht.
Das Codeelement soll bevorzugt mechanisch und thermisch robust und von außen unsichtbar bzw. abgedeckt sein und ist somit weitgehend unempfindlich gegen Umwelteinflüsse und vorzugs- weiεe im oder am Produkt unterzubringen und möglichεt untrenn¬ bar mit dieεe verbunden.
Der Codeträger kann beliebige Form aufweiεen. Die äußere Form kann der Form deε Produktes angepaßt sein. Die hohe Flexibili¬ tät in der Formgebung zeichnet die Erfindung ebenfalls aus. Es können aber auch Teile des Produktes, die aus elektrisch leit- fähigem bzw. magnetischem Material beεtehen, durch Änderungen deε Querεchnittε, der Umriεse, der Oberfläche oder auch durch Anbringung von Ausnehmungen beliebiger Form als Codeträger verwendet werden. Der Codeträger kann ch aus permanentmagnetischen Elementen, vorzugsweise einer hartmagnetischen Folie, Kunstεtoff-Magnet¬ pulver-Emulsion oder Metall-Kunstεtoff-Emulεion, bestehen. Vorteilhaft ist, daß ein magnetischer Codeträger auch bei Anweεenheit von elektrisch leitfähigen anderen Komponenten des Werkstücks detektierbar ist. Dies gilt auch, wenn dieεe un¬ mittelbar über oder unter dem Codeträger angeordnet εind.
Bei einer Anordnung zur Feststellung des Codes, bestehend aus einem oder mehreren Wirbelstromsenεoren, an denen daε Werk- εtück, daε den Codeträger enthält, vorbeibewegt wird, werden durch ein hochfrequenteε Wechεelfeld Wirbelεtröme erzeugt. Ob tatsächlich Wirbelεtröme entεtehen oder nicht, hängt εtark vom Abεtand zwiεchen Wirbelεtromkopf und metalliεchem Code¬ träger ab. Im Codeträger wird nun der Code durch eine spe- zielle Formgebung (Querεchnitt, Dicke, Löcher, etc.) reali¬ siert. Dadurch wird der Abstand zwischen Wirbelstromkopf und Codeträger so variiert, daß eine logische "O" (Abstand zu groß) oder eine "1" (Abstand genügend klein) entsteht. Die in¬ folge der so erzeugten Wirbelströme veränderten Eigenschaf en des Hochfrequenzschwingkreises werden somit als Signal zur Festεtellung deε Codeε verwendet.
Bei einer Anordnung zur Feststellung des in einem magnetischen Codeträger enthaltenen Codes wird in einem weichmagnetischen Werkstoff durch eine εpezielle Formgebung (Querschnitt, Ober¬ fläche, etc.) der Code erzeugt. Daε ortsabhängige Streufeld, daε den Code darstellt, wird mit Hilfe feldempfindlicher Sen¬ soren abgetastet.
Das ortsabhängige Streufeld, das den Code darstellt, kann durch die Bewegung des Produktes mit dem Codeträger durch ein Spulensystem mit Hilfe der so entstehenden Pick-Up-Spannung registriert werden. Daε magnetiεierende Magnetfeld kann ein periodiεcheε Wechεel- feld εein. Daε ortsabhängige Streufeld, daε den Code dar- εtellt, wird mit Hilfe eines ortεauflöεenden Pick-Up-Spulen- Systemε als periodische Wechεelεpannung detektiert. Vorteil¬ haft hiebei ist die Verwendung von frequenz- und phasen¬ empfindlichen Verεtärkern zur Signalaufbereitung, die ein besseres Signal-/Störverhältnis ergeben. Eine andere Möglich¬ keit stellt die Integration des Signals dar, wodurch die Frequenz des erregenden Feldes die Größe des Meßεignals nicht mehr beeinflußt.
Das ortsabhängige Streufeld, das den Code darstellt, kann auch mit magnetempfindlichen Sensoren, wie beispielεweise Hall- Sensoren oder Feldplatten, als periodische WechselSpannung detektiert werden. Die periodisch entstehende Wechselspannung macht die Verwendung eines frequenz- und phasenempfindlichen Verstärkers zur Signalaufbereitung besonders vorteilhaft. Es ergibt sich ein bessereε Signal-/Störverhältniε.
Der in einem weichmagnetiεchen Codeträger enthaltene Code, der durch εpezielle Formgebung feεtgelegt iεt, kann mit Hilfe eineε weichmagnetischen Jochε feεtgeεtellt werden. Der Code wird durch die Änderung des magnetischen Widerstandε entweder über eine Überwachung der Leiεtungεaufnahme der Primärεpule oder auch mit Hilfe zusätzlicher spezieller Sekundärspulen oder aber wieder mittels feldempfindlicher Sensoren festge¬ stellt werden, wobei letztere auf die Änderung des Streufeldes im Luftspalt ansprechen.
wenn der Codeträger permanentmagnetische Teile enthält, können die so ortεabhängig variierenden Streufelder, die vom durch entsprechende Formgebung oder Magnetisierung codierten Permanentmagnet hervorgerufen werden und somit den Code dar¬ stellen, mit Hilfe eines weichmagnetiεchen Jochε (auf dem εich Induktionεεpulen befinden) oder auch mit entsprechend kleinen Feldsenεoren (Hallεonden etc.) abgetaεtet werden. Die Anordnung der Detektorleseköpfe ist bevorzugt so, daß berührungsloε gelesen wird. Die Größe der Leseköpfe entspricht im allgemeinen etwa der räumlichen Ausdehnung des ein bit be¬ schreibenden Merkmalε, wie beiεpielεweiεe eine Querεchnitts- veränderung. Sonst kann die Anordnung der Köpfe der Geometrie des Codeträgers, sowie der des Produkteε angepaßt werden und ist somit frei wählbar. Der Abstand ist durch die geometrische Form eineε "bits" εowie deεεen Größe, aber auch durch die zu¬ grundeliegenden phyεikalischen Gesetze, beispielεweise die Abstandsabhängigkeit des Streufeldeε, bestimmt.
Die optimale Form der die "bits" darεtellenden Ausnehmungen oder Querschnittεveränderungen steht in direktem Zusammenhang mit der Form der aktiven Fläche des verwendeten Sensors.
Die Bestimmung des Codes des Codeträgers kann durch eine rela¬ tive Bewegung zwischen Codeträger und entsprechendem Senεor im weεentlichen längε der den Code enthaltenden Hauptachεe erfol¬ gen, wobei für eine entεprechende Auflöεung deε Codeε entweder die Geεchwindigkeit bekannt iεt oder eine "Taktεpur" Verwendung findet. Bei entεprechender Anordnung mehrerer Senεoren kann jedoch auch der geεamte Codeträger in einem Schritt abgetaεtet werden, εo daß bei einer der Informationsdichte entsprechenden Sensoranzahl auf eine Relativbewegung zwiεchen Codeträger und Senεor(en) verzichtet werden kann und die Zeit zum Auεleεen deε Codeε verkürzt wer¬ den kann.

Claims

Patentanεprüche:
1. Codeträger (1,4,6,8,10,12,22,24,28,30,35,46) für die Aus¬ wertung eines Codes zur Kennzeichnung von Produkten, welcher Codeträger unter einer Deckschicht angeordnet ist und aus magnetischem, magnetisierbaren und/oder elektrisch leitenden Material besteht, dadurch gekennzeichnet, daß für die Auswer¬ tung eines sich in einer Achse (2,15,25,31) einer Ebene parallel zur Hauptachse deε Codeträgerε ändernden Streufeldes der Codeträger Durchbrechungen, Ausnehmungen oder sich ändernden Querschnitt (3,5,9,9', 11,13,17,24,34) aufweist.
2. Codeträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Codeträger als Platte (4,6,10) bzw. Folie (8,16,46) ausgebil¬ det ist.
3. Codeträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Codeträger von einer auf einem Substrat aufgebrachten leit¬ fähigen Metall-Kunststoff-Emulsion oder Magnetpulver- Kunεtεtoff-Emulsion gebildet ist.
4. Codeträger nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Codeträger (8,10,24) in wenigstens zwei zur Hauptachse parallelen Ebenen Durchbrechungen, Ausnehmungen oder sich ändernden Querschnitt (9,9',11) aufweist und daß in einer Ebene die Durchbrechungen, Ausnehmungen oder der sich ändernde Querschnitt regelmäßig ausgebildet ist (sind) .
5. Codeträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Codeträger (1,4,6,8,10,12,22,24,28, 30,35,46) von außen unsichtbar angeordnet ist.
6. Codeträger nach einem der Anεprüche 1 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet, daß der Codeträger (1,4,6,8,10,12,22,24,28, 30,35,46) integraler Beεtandteil des Produktes iεt bzw. von Bestandteilen des Produktes gebildet iεt.
7. Verfahren zum Auεwerten der Informationen eineε unter einer Deckschicht eineε Produktes angeordneten Codeträgers (1,4,6,8,10,12,22,24,28,30,35,46), bei welchem der Codeträger auε magnetischem, magnetisierbaren und/oder elektrisch leit¬ fähigen Material besteht und eine den Code enthaltende geo¬ metrische Konfiguration aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektromagnetisches Feld erzeugt wird und daß das sich im wesentlichen parallel zu einer Hauptachse des Codeträgers
(1,4,6,8,10,12,22,24,28,30,35,46) ändernde Streufeld gemesεen und ausgewertet wird.
8. Verfahren nach Anεpruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Codeträger (22) einem hochfrequenten Wechselfeld (21) ausge¬ setzt wird und die durch die im Codeträger erzeugten Wirbelströme hervorgerufenen Änderungen des Hochfrequenzfeldeε über die Eigenschaften des Hochfrequenzεchwingkreiεes detek¬ tiert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Codeträger (24,28,30,35) aus weichmagnetiεchem Material einem Magnetfeld ausgesetzt wird und das entstehende ortsabhängige magnetische Streufeld mit Hilfe magnetempfindlicher Sensoren (26,32) gemessen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein periodisches, magnetisches Wechselfeld erzeugt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 biε 10, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß daε εich ändernde Streufeld deε Codeträgerε (1,4,6,8,10,12,22,24,28,30,35,46) im elektromagnetiεchen Feld mit wenigεtenε zwei voneinander unabhängigen Senεoren (26,32;26,44) gemessen wird und daß die gemesεenen Signale einer gemeinsamen Auswerteschaltung zugeführt werden. 12. Verwendung eineε Codeträgers (1,4,6,8,10,
12,22,24,28,30, 35,46) auε magnetischem, magnetisierbaren und/oder elektrisch leitfähigen Material mit definierter Formgebung, wie z.B. Aus¬ nehmungen, Durchbrechungen und/oder sich über eine Achse des Codeträgers veränderndem Querschnitt (3 , 5, 9 , 9 ' , 11, 13 , 17 , 24,34), zur Auswertung des sich in einem elektromagnetischen Feld ausbildenden Streufeldes zur Kennzeichnung deε Produkteε durch den unter einer Deckεchicht des Produktes angeordneten Codeträger.
13. Codiersystem für die Kennzeichnung von Produkten mit
a) wenigstenε einem Codeträger (1,4,6,8,10,12,22,24,28, 30,35,46) aus magnetischem, magnetisierbaren und/oder elektrisch leitfähigen Material mit definierter Formgebung, wie z.B. Ausnehmungen, Durchbrechungen und/oder sich über eine Achεe deε Codeträgerε veränderndem Querschnitt (3,5,9,9 ', 11,13, 17,24, 34) b) wenigstens einer Feldquelle (14,18,23,27,29,33) und c) wenigstens einem Feldεenεor (18,26,32) zur Messung des durch den Codeträger verursachten Streufeldes.
14. Codiersystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Codeträger als Platte (4,6,10) bzw. Folie (8,16,46) ausge¬ bildet ist.
15. Codiersystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Codeträger von einer auf einem Substrat aufgebrachten leitfähigen Metall-Kunstεtoff-Emulεion oder Magnetpulver- Kunststoff-Emulsion gebildet ist.
16. Codiersystem nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Codeträger (8,10,24) in wenigstenε zwei zur Hauptachse parallelen Ebenen Durchbrechungen, Auεnehmungen oder sich ändernden Querschnitt (9, ',11) aufweist und daß in einer Ebene die Durchbrechungen, Ausnehmungen oder der sich ändernde Querschnitt regelmäßig ausgebildet ist (sind) .
17. Codiersystem nach einem der Ansprüche 13 biε 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldquelle (14,18,23,27,29,33) ein re¬ lativ zum Codeträger verεchiebbareε elektromagnetiεcheε Feld erzeugt.
18. Codierεystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldquelle ein periodisches, magnetischeε Wechεelfeld (27,29,33) erzeugt.
19. Codiersystem nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldsensor von einer Hallsonde (26) oder Feldplatten gebildet ist.
20. Codiersyεtem nach einem der Anεprüche 13 biε 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldεenεor von einer Pick-Up-Spule (32) gebildet iεt.
21. Codiersyεtem nach einem der Anεprüche 13 biε 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Feldquelle und den Feldsenεor um¬ fassende Lesevorrichtung für den Code des Codeträgerε einen Oεzillator (18) für ein elektromagnetisches HF-Feld (21) zum Erregen von Wirbelströmen im Codeträger (22), einen Trigger (19) und eine Ausgangεεtufe (Logik 20) zur Umwandlung der von der geometrischen Form des Codeträgers (22) abhängigen Be¬ dämpfung des HF-Feldes in ein auswertbareε Codeεignal umfaßt.
22. Codierεystem nach einem der Anεprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Feldquelle und den Feldεensor um¬ fassende Leεevorrichtung für den Code deε Codeträgerε einen Oεzillator (18) für ein elektromagnetiεcheε HF-Feld (21) zum Erregen von Wirbelεtrömen im Codeträger (22) , ein Detektorspulenεystem (48), einen Differenzverstärker, einen Komparator und eine Ausgangεstufe (Logik 20) zur Umwandlung der von der geometriεchen Form deε Codeträgerε (22) abhängigen Bedämpfung deε HF-Feldeε in ein auεwertbareε Codeεignal um¬ faßt.
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