-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührenden Messung der Dicke von
Blattgut, insbesondere von Banknoten, oder von Dickenunterschieden
in Blattgut.
-
Die
berührende
Dickenmessung von Blattgut erfolgt im allgemeinen durch die Bestimmung
der Auslenkung eines auf dem zu vermessenden Blattgut aufliegenden
Abtastelements. Die europäische
Patentschrift
EP 0
222 741 B1 beschreibt eine Vorrichtung, bei welcher ein
axial gelagertes und mit einer Schraubenfeder vorgespanntes Abtastelement
gegen das zu vermessende Blattgut drückt und von diesem im wesentlichen
senkrecht zur Ebene des Blattguts gelenkt wird. Die Auslenkung des
Abtastelements wird mit Hilfe eines elektromechanischen Wandlers
in elektrische Signale umgewandelt.
-
Der
beschriebene Abtastmechanismus ist allerdings nur zur Messung geringer
Auslenkungen ausgelegt und daher lediglich für die Messung geringer Dicken
oder Dickenunterschiede geeignet. Bei Auftreten von Überdicken,
z. B. in Form von Mehrfachabzügen,
Z-Falten oder Fremdkörpern
auf dem Blattgut, wird der Abtastmechanismus automatisch aus der
Transportebene des Blattguts herausgeschwenkt, um eine Beschädigung des
Abtastmechanismus zu verhindern. Das nicht vermessene Blattgut muß dann im
allgemeinen per Hand nachbearbeitet und der Dickenmessung erneut
zugeführt
werden.
-
Bei
dem beschriebenen Abtastmechanismus wird außerdem die Rückstellbewegung
des ausgelenkten Abtastelements durch Reibungskräfte gedämpft, die bei der axialen Lagerung
desselben auftreten. Hierdurch kann das Abtastelement den im Blattgut
vorhandenen Dickenänderungen,
insbesondere bei hohen Transportgeschwindigkeiten des Blattguts,
nicht schnell genug folgen, so daß die räumliche Auflösung bei
der Messung von Dickenunterschieden begrenzt ist. Die Reaktionsgeschwindigkeit
eines solchen Abtastmechanismus hängt auch von der Resonanzfrequenz
ab, die sich aus der bewegten Masse des Abtastelements und der Anpreßkraft der
Schraubenfeder ergibt. Da die Masse des Abtastelements nur in einem
begrenzten Umfang verringert werden kann, muß die Schraubenfeder bei hohen
Transportgeschwindigkeiten sehr steif dimensioniert werden. Dies
wiederum hat negative Auswirkungen auf die Wahrscheinlichkeit eines
Transportstaus und den Verschleiß des Abtastmechanismus.
-
Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben,
welche den genannten Stand der Technik verbessert und insbesondere
eine berührende
Dickenmessung mit hoher Meßgenauigkeit
und Auflösung
ermöglicht.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur berührenden
Messung der Dicke von Blattgut, insbesondere von Banknoten, oder
von Dickenunterschieden in Blattgut, zeichnet sich durch zwei Rollen
aus, die starr zueinander angeordnet sind, wobei die erste Rolle
zumindest teilweise aus einem elastischen Material besteht, das
in Abhängigkeit
von der Dicke des zu messenden Blattguts verformbar ist.
-
Durch
die Messung der Verformung oder der sich aus der Verformung ergebenden
Kraft wird erreicht, daß die
Dicke des Blattguts sicher gemessen werden kann, wobei auch geringste
Dickenänderungen
des Blattguts erfaßt
werden, da diese ausreichen, das elastische Material zu verformen.
Diese Verformung erfolgt auch ohne nennenswerte Einschwingvorgänge, da
im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen
keine Massen bewegt werden müssen,
weil die zwei Rollen starr zueinander angeordnet sind, so daß die Dicke des
Blattguts bzw. eine Dickenänderung
innerhalb eines Stücks
Blattgut auch dann sicher gemessen werden kann, wenn das Blattgut
mit hoher Geschwindigkeit durch die Vorrichtung transportiert wird.
Auch das Auftreten von Mehrfachabzügen, Z-Falten und Fremdkörpern kann
ohne Probleme bewältigt
werden. Die dabei gewonnenen Meßergebnisse
für die Dicke
können
dazu verwendet werden, diese Problemfälle zu erkennen und zu unterscheiden.
-
Weitere
Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der
nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand von Figuren.
-
Es
zeigt:
-
1 den prinzipiellen Aufbau
einer ersten Ausführungsform
einer Vorrichtung zur berührenden Messung
der Dicke von Blattgut,
-
2 die Vorrichtung nach 1, bei der Messung von Blattgut,
-
3 den prinzipiellen Aufbau
einer zweiten Ausführungsform
einer Vorrichtung zur berührenden Messung
der Dicke von Blattgut,
-
4 die Vorrichtung nach 3, bei der Messung von Blattgut,
-
5 den prinzipiellen Aufbau
einer dritten Ausführungsform
einer Vorrichtung zur berührenden Messung
der Dicke von Blattgut,
-
6 die Vorrichtung nach 5, bei der Messung von Blattgut,
und
-
7 eine Abwandlung der ersten
Ausführungsform
nach 1.
-
1 zeigt eine erste Ausführungsform
einer Vorrichtung 10 zur berührenden Messung der Dicke von
Blattgut, insbesondere von Banknoten, oder von Dickenunterschieden
in Blattgut, mit einer ersten Rolle 30 und einer zweiten
Rolle 20, wobei die Rollen 20 und 30 starr
oder weitgehend starr zueinander angeordnet sind.
-
Die
erste Rolle 30 besteht beispielsweise aus einem Lager 32,
z. B. einem Kugellager, welches mit einem Ring 33 aus elastischem
Material, z. B. Gummi, umgeben ist. Das Lager 32 weist
eine Achse 31 auf, welche starr befestigt ist, beispielsweise
an einem Gehäuseteil 15 eines
die Vorrichtung aufnehmenden Gehäuses,
z. B. einer Banknotenbearbeitungsmaschine. Die zweite Rolle 20 weist
einen Rollenkörper 22 aus
einem festen, im wesentlichen nicht verformbarem Material, z. B.
Metall, Kunststoff usw., auf. Der Rollenkörper 22 ist über eine
Achse 21 ebenfalls starr mit einem Gehäuseteil 15 verbunden. Die
Achse 21 der zweiten Rolle 20 kann ebenfalls kugelgelagert
sein, die zweite Achse 21 oder der Rollenkörper 22 kann
auch von einem Motor angetrieben werden, um zu messendes Blattgut
transportieren zu können.
-
Durch
die starre Befestigung der ersten Rolle 30 sowie der zweiten
Rolle 20 ergibt sich eine definierte Lage der beiden Rollen 20 und 30 zueinander. Wegen
der Verformbarkeit des elastischen Materials 33 der ersten
Rolle 30, kann abhängig
von der Befestigung der beiden Rollen 20 und 30 zueinander
bereits eine geringe Verformung des elastischen Materials 33 vorliegen,
wenn die Rollen 20 und 30 mit einer Kraft F1 vorgespannt werden. Dazu wird z. B. der Abstand
der Achsen 31 und 21 derart festgelegt, daß der Abstand
geringfügig
kleiner ist als die Summe der Radien der Rollen 20 und 30.
-
In 2 ist die oben im Zusammenhang
mit 1 beschriebene Vorrichtung
bei der Messung der Dicke eines Stücks Blattgut BN dargestellt.
Die Dicke des Blattguts BN bewirkt dabei eine Verformung 40 des
elastischen Materials 33 der ersten Rolle 30,
da erste Rolle 30 und zweite Rolle 20 starr zueinander angeordnet
sind. Da das Material des Rollenkörpers 22 der zweiten
Rolle 20 vom Blattgut BN nicht verformt werden kann, ist
die Verformung des elastischen Materials 33 der ersten
Rolle 30 ein Maß für die Dicke
des gemessenen Blattguts BN.
-
Es
hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn eine erste Rolle 30 verwendet
wird, deren Breite im Vergleich zur Breite der zweiten Rolle 20 kleiner
ist. Die erste Rolle 30 bzw. das elastische Material 33 weisen
dabei vorteilhaft eine Breite von 3 – 6 mm auf, wobei 4 mm besonders
bevorzugt sind. Falls die erste Rolle 30 nicht vollständig aus
elastischem Material 33 besteht, ist es bevorzugt vorgesehen,
daß das elastische
Material 33 eine Höhe
von 3 – 10
min aufweist, wobei 4 mm besonders bevorzugt sind. Um die Dicke
des Blattguts BN während
des Transports über die
gesamte Breite bzw. die gesamte Länge des Blattguts BN ermitteln
zu können,
kann es auch vorgesehen sein, daß mehrere erste Rollen 30 nebeneinander
angeordnet sind, um die Dicke des Blattguts BN an mehreren Stellen
der Länge
bzw. Breite des Blattguts BN gleichzeitig zu messen, wenn das Blattgut
BN durch die ersten Rollen 30 und die zweite Rolle 20 transportiert
wird. Dabei kann es vorgesehen sein, daß ebenfalls mehrere zweite
Rollen 20 verwendet werden bzw. eine Rolle 20,
welche sich über die
gesamte Länge
bzw. Breite des Blattguts BN erstreckt.
-
Wie
oben bereits beschrieben, kann die Dicke des Blattguts anhand, der
Reaktionskraft aus der Verformung der ersten Rolle 30 ermittelt
werden. Dazu wird ein Einrichtung 34 verwendet, die als
Kraftmesser, beispielsweise als Piezoelement oder Dehnungsmesser,
ausgelegt sein kann, und mit der Achse 31 der ersten Rolle 30 verbunden
ist. Auf diese Weise kann eine Kraftänderung aus dem Signal des Piezoelements 34 abgeleitet
werden, wenn durch die Dicke eines zu messenden Blattguts BN eine
Verformung 40 des elastischen Materials 33 erfolgt.
Dazu kann eine Auswerteeinrichtung 34a, z. B. ein Komparator,
das Signal des Piezoelements 34 auswerten. Da die Verformung 40 – wie oben
beschrieben – proportional
zur Dicke des Blattguts BN ist, ist auch eine durch die starre Anordnung
der Rollen 20 und 30 entstehende Kraft F2 proportional zu der Verformung bzw. der
die Verformung auslösenden
Dicke des Blattguts BN. Wie in den 1 und 2 angegeben, ist dabei die
Kraft F2 größer als die Kraft F1, welche herrscht, wenn kein Blattgut BN
zwischen den Rollen 20 und 30 durchtransportiert
wird. Je nach Auslegung der Einrichtung 34, d. h. des Kraftmessers,
ist eine gewisse Nachgiebigkeit bei einer Krafteinleitung zu beobachten.
Diese Nachgiebigkeit beträgt
nur einen sehr geringen Bruchteil der Dicke des Blattguts, so daß nur sehr
kleine Bewegungen erfolgen, weshalb die Resonanzfrequenz der Vorrichtung 10 zur
berührenden
Messung der Dicke von Blattgut sehr groß ist.
-
3 zeigt eine zweite Ausführungsform
einer Vorrichtung 10 zur berührenden Messung der Dicke von
Blattgut BN. Die zweite Ausführungsform entspricht
im wesentlichen der anhand der 1 und 2 beschriebenen ersten Ausführungsform,
mit dem Unterschied, daß die
Verformung des elastischen Materials 33 der ersten Rolle 30 mittels
eines Kapazitätsmessers 35 ermittelt
wird, um daraus die Dicke von zu messendem Blattgut abzuleiten.
Dazu ist das elastische Material 33 inkompressibel oder
zumindest weitgehend inkompressibel, damit aus der Verformung auf
die Dicke des zu überprüfenden Blattguts
BN geschlossen werden kann. Der Kapazitätsmesser 35 ist dazu
beispielsweise in der Form eines Kondensators im Bereich des elastischen
Materials 33 angeordnet.
-
4, welche die Vorrichtung
nach 3 bei der Messung
von Blattgut BN darstellt, zeigt, daß die Platten des Kondensators 35 im
Bereich des elastischen Materials 33 der ersten Rolle 30 so
angeordnet sind, daß das
elastische Material 33 einen wesentlichen Bestandteil des
Dielektrikums des Kondensators 35 bildet. Wie aus 4a ersichtlich, weist das
elastische Material 33 eine bestimmte Breite a auf, wenn
das elastische Material 33 direkt am Rollenkörper 22 der
zweiten Rolle 20 anliegt und z. B. mit der oben beschriebenen
ersten Kraft F1 vorgespannt ist. Aus 4b ist ersichtlich, daß sich eine zweite,
größere Breite
b des elastischen Materials 33 für den Fall ergibt, in dem ein
Stück Blattgut
BN für die
Bestimmung der Dicke zwischen erster und zweiter Rolle 30 und 20 durchtransportiert
wird. Schließlich
ist aus 4c entnehmbar,
daß sich
eine dritte, nochmals größere Breite
c für das
elastische Material 33 ergibt, wenn die Dicke des Blattguts
BN zunimmt, beispielsweise weil ein Klebestreifen T auf der Oberfläche des
Blattguts BN angebracht ist. Durch die Veränderung der Breite des elastischen
Materials 33, welches – wie
beschrieben – einen
wesentlichen Teil des Dielektrikums des Kondensators 35 bildet, ändert sich
die Kapazität
des Kondensators durch die Veränderung
der Breite des elastischen Materials. Mittels einer Auswerteeinrichtung 36 kann
die veränderte
Kapazität
des Kondensators 35 und damit die Dicke des Blattguts BN
bzw. eine Dickenänderung
ermittelt werden. Als Auswerteeinrichtung 36 sind beispielsweise
Brücken-
oder Schwingkreisschaltungen geeignet.
-
5 zeigt eine dritte Ausführungsform
einer Vorrichtung zur berührenden
Messung der Dicke von Blattgut BN, welche im wesentlichen der oben anhand
der 1 und 2 beschriebenen ersten Ausführungsform
entspricht. Der wesentliche Unterschied der in 5 dargestellten dritten Ausführungsform
besteht darin, daß zur
Ermittlung der Dicke des Blattguts BN ein Längenmesser 37, 38 verwendet
wird, der eine durch die Verformung der ersten Rolle 30 bzw.
des elastischen Materials 33 verursachte Änderung
der Breite der ersten Rolle 30 bzw. des elastischen Materials 33 ermittelt.
Dazu ist das elastische Material 33 inkompressibel oder
zumindest weitgehend inkompressibel, damit aus der Verformung auf
die Dicke des zu überprüfenden Blattguts
BN geschlossen werden kann.
-
Wie
in der 5 dargestellt,
kann der Längenmesser 37, 38 aus
einer Lichtquelle 37 und einem optischen Sensor 38 bestehen.
-
Aus 6 ist die Wirkungsweise
des Längenmessers 37, 38 ersichtlich.
Der Längenmesser 37, 38,
der im Bereich des elastischen Materials 33 angebracht
ist, beleuchtet mittels der Lichtquelle 37 das elastische
Material 33. In 6a ist
der Fall dargestellt, daß erste
Rolle 30 und zweite Rolle 20 direkt aneinander
liegen, d. h. es befindet sich kein Blattgut zwischen den Rollen.
In diesem Fall weist das elastische Material 33 eine geringe
Breite auf, so daß das Licht
der Lichtquelle 37 vom elastischen Material 33 innerhalb
eines gewissen Bereichs a abgeschattet wird, der mittels des optischen
Sensors 38, welcher aus Sichtrichtung der Lichtquelle 37 hinter
dem elastischen Material 33 angeordnet ist, bestimmt werden kann.
In 6b ist der Fall dargestellt,
daß ein
Stück Blattgut
BN zur Bestimmung der Dicke zwischen den beiden Rollen 20 und 30 durchtransportiert
wird. In diesem Fall wird das elastische Material 33 so
verformt, daß es
aus der Blickrichtung der Lichtquelle 37 eine größere Breite
aufweist. Diese größere Breite des
elastischen Materials 33 bewirkt einen größeren Schattenwurf
b, welcher mittels des optischen Sensors 38 ermittelt wird.
In 6c ist schließlich ein
zur 4c analoger Fall dargestellt,
bei dem die Dicke des Blattguts BN beispielsweise durch einen Klebestreifen
T vergrößert wird.
In diesem Fall nimmt die Verformung des elastischen Materials 33 ebenfalls zu,
so daß der
optische Sensor 38 einen nochmals vergrößerten Schattenwurf mit einer
Breite c feststellt. Mittels einer Auswerteeinrichtung 39 kann
der an dem optischen Sensor 38 jeweils auftretende Schattenwurf
bestimmt werden und daraus die Dicke des Blattguts BN bzw. eine
Dickenänderung
abgeleitet werden. Beispielsweise kann die Auswerteeinrichtung 39,
z. B. einen Mikrocomputer, Bildpunkte des optischen Sensors 38 zählen, die
abgeschattet sind und/oder Bildpunkte, die beleuchtet sind.
-
Die
beschriebenen Vorrichtungen zur Messung der Dicke von Blattgut ermöglichen
eine Erkennung von lokal begrenzten Dickenunterschieden auf dem
Blattgut. Dabei kann es sich um Sicherheitselemente von Banknoten
wie z. B. Wasserzeichen, einen eingebetteten Sicherheitfaden oder
andere herstellungsbedingte Dickenunterschiede des Blattguts, z.
B. aufgrund des Druckprozesses oder der Applikation von zusätzlichen
Sicherheitselementen handeln. Die Messung der Dicke ermöglicht aber
auch die Erkennung von Klebestreifen, Falten oder Eselsohren und
damit eine Bewertung des Zustands und des Verschleiß der Banknote.
Aufgrund der weitgehenden Linearität der beschriebenen Vorrichtung
ist auch eine Bestimmung der Anzahl der Blätter möglich, insbesondere eine sichere
Unterscheidung, ob ein, zwei oder mehr als zwei Blätter durch
die Meßvorrichtung
transportiert werden.
-
Es
ist offensichtlich, daß abweichend
von den bisher beschriebenen Ausführungsformen eine Vielzahl
von Änderungen
möglich
ist, ohne den der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden wesentlichen
Gedanken zu verlassen.
-
So
ist es beispielsweise möglich,
daß sowohl erste
Rolle 30 als auch zweite Rolle 20 aus verformbarem
Material gebildet werden. Dies hat aber den Nachteil, daß die oben
beschriebenen Einrichtungen zur Ermittlung der Dicke des Blattguts
nicht nur für die
erste Rolle 30 vorgesehen werden müssen, sondern auch für die zweite
Rolle 20.
-
Ebenso
ist es offensichtlich, daß die
als Rollen beschriebenen Bestandteile der Vorrichtung auch von Walzen
oder ähnlichen
kreisrund geformten Gegenständen
gebildet werden können.
Es ist auch möglich,
daß das
zu prüfende
Blattgut durch die Rollen oder Walzen mittels eines Transportsystems
geführt
wird, welches beispielsweise aus Riemen besteht, zwischen die das
zu prüfende
Blattgut BN eingeklemmt ist. Die Riemen laufen an den Rollen vorbei,
oder werden in Nuten geführt,
welche sich in den Rollen oder Walzen für die Transportriemen befinden.
-
Da
das elastische Material 33 bei seiner Benutzung Alterungs-,
Verschmutzungs- und Verschleißerscheinungen
unterworfen ist, werden sich mit der Zeit Fehler bei der Messung
der Dicke des Blattguts einstellen. Diese Fehler können vermieden
werden, wenn die durch Alterung und/oder Verschmutzung und/oder
Verschleiß verursachten
Erscheinungen bei der Messung berücksichtigt und kompensiert
werden. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß bei Leerlauf,
d. h. zu Zeitpunkten zu denen sich kein Blattgut zwischen der ersten
und zweiten Rolle 30 und 20 befindet, die Verformung
des elastischen Materials 33 laufend, in regelmäßigen Abständen oder unter
bestimmten Betriebsbedingungen, z. B. Initialisierung oder Leerlauf,
ermittelt wird. Aus den für
den Leerlauf ermittelten Veränderungen
der Verformung kann ein Korrekturfaktor gewonnen werden, welcher von
der Auswerteeinrichtung benutzt wird, um die aufgetretenen Alterungs-
und/oder Verschmutzungs- und/oder Verschleißeffekte bei der Messung der
Dicke von Blattgut BN zu berücksichtigen.
Dieser Korrekturfaktor kann zeitliche Verläufe aufweisen, um z.B. die
Unrundheit oder Fertigungstoleranzen der Rollen 20 und 30 sowie
des elastischen Materials 33 auszugleichen.
-
7 zeigt eine Variante der
Ausführungsform
gemäß 1. Dabei steht die Einrichtung 34 zur
Kraftmessung über
einen Hebel 17 mit der ersten Rolle 30 in Verbindung.
Eine Achse 31a des Hebels 17 ist starr zur Achse 21 der
zweiten Rolle 20 gelagert, z. B. in einem Gehäuseteil 15.
Die Achse 31 der ersten Rolle 30 ist mit dem Hebel 17 verbunden.
Je nach Positionierung des Kraftmessers 34 entlang des
Hebels 17 ergibt sich eine Verstärkung oder Abschwächung der
gemessenen Kraft F1. Dies erlaubt eine optimale
Abstimmung zwischen den Eigenschaften der ersten Rolle 30 mit
elastischem Material 33 und den Eigenschaften des Kraftmessers 34,
z. B. dessen Meßbereich.