Способ и устройство для проверки свойств листового материала
Изобретение относится к средствам измерения физических свойств листового материала. Техническим результатом является обеспечение измерения как можно большего числа разных свойств листового материала с использованием компактной конструкции устройства. Сенсорное устройство для оптического измерения по меньшей мере двух разных физических свойств листовых материалов, в частности банкнот (100), имеет общее измерительное окно (2), на которое направлены по меньшей мере два источника (В1, В2) разных электромагнитных излучений, подходящих для измерения разных свойств. Один или несколько направленных на измерительное окно детекторов (D1-D3) детектируют отраженное, переизлученное, пропущенное излучение и/или флуоресцентное излучение. В частности, в измерительном окне можно разместить магнитооптический преобразователь (5) для детектирования магнитных свойств листового материала, который, имея дихроичное зеркальное покрытие (5с), отражает используемое для магнитооптических измерений излучение в одном диапазоне длин волн и пропускает излучение в другом диапазона длин волн. Подобное многофункциональное сенсорное устройство может быть выполнено компактным, обеспечивая при этом проверку самых разных физических свойств. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 10 ил.
Настоящее изобретение относится к способу проверки по меньшей мере двух разных физических свойств листового материала, такого как банкноты или чеки, а также к соответствующему сенсорному устройству, т.е., в частности, к многофункциональному детектору подлинности банкнот.
Для проверки физических свойств банкнот или иных защищенных от подделки ценных документов, таких как чеки, используются датчики разных типов в зависимости от того, какое конкретное рассчитанное на защиту от подделки свойство документа должно быть проверено. Под физическими свойствами в контексте настоящего изобретения подразумеваются, например, оптические свойства, которые могут быть измерены или зарегистрированы, например, путем измерений в проходящем и/или переизлученном свете, а также неоптические свойства, такие как электропроводность или магнетизм.
Оптические свойства могут проверяться или исследоваться, например, с целью проверки характеристик люминесценции, подтверждения отсутствия отбеливателей бумаги или проверки печатного изображения банкноты. Подобные измерения могут выполняться с использованием электромагнитного излучения в ультрафиолетовой, инфракрасной и/или видимой областях спектра. Так, например, для детектирования люминесцентных свойств, характеризующих содержащиеся в бумаге банкноты или в печатной краске печатного изображения предназначенные для защиты от подделки вещества, можно использовать как возбуждающее излучение, так и испускаемое излучение в инфракрасной, ультрафиолетовой и/или видимой областях спектра.
Неоптические свойства, такие как магнетизм или электропроводность, обычно регистрируются непосредственно с использованием соответствующих датчиков, например индуктивных магнитных головок для регистрации магнитных свойств. Однако подобные магнитные свойства можно также детектировать оптическими методами с использованием пригодных для этого (магнито- или электро-) оптических преобразователей. Для проверки банкнот, например, в заявках DE 19718122 А1 и DE 10103378 А1 предлагается помещать магнитные, соответственно намагниченные, участки банкноты рядом с магнитооптическим слоем, который под действием вызванных магнитными участками банкноты магнитных потоков рассеяния изменяет свои оптические характеристики таким образом, что направление поляризации проходящего через слой поляризованного светового луча поворачивается на угол, характерный для интенсивности магнитных потоков рассеяния. По выявленному изменению направления поляризации можно сделать вывод о магнитных свойствах банкнот.
Датчики, предназначенные для проверки свойств каждого из указанных, а при определенных условиях и других физических свойств, расположены независимо друг от друга рядом друг с другом и/или друг за другом вдоль измерительного участка, сквозь который пропускается проверяемый листовой материал. С разделением по времени последовательно хотя и регистрируется и проверяется один тот же участок листового материала, однако эти операции выполняются в разных местах измерительного участка через отдельные измерительные окна, за каждым из которых расположен соответствующий ему датчик. При этом в контексте настоящего изобретения под "измерительным окном" следует понимать участок или часть конструкции, сквозь которую датчик проверяет листовой материал. Поэтому измерительное окно определяет участок листового материала, в пределах которого датчик измеряет свойства этого листового материала. В контексте настоящего изобретения упомянутый выше магнитооптический слой, предназначенный для детектирования магнитных свойств, следует понимать как слой, "расположенный в измерительном окне".
До настоящего времени продолжают действовать ограничения, наложенные на размеры приборов, используемых для проверки листового материала, такого как банкноты или иные ценные документы, прежде всего на приборы, которые должны отличаться универсальностью применения, например, в кассах или в кассовых аппаратах. Кроме того, необходимо также соблюсти требование обеспечения проверки максимально возможного количества физических свойств тем же самым прибором, вследствие чего соответственно увеличивается объем таких приборов.
Исходя из вышеизложенного в основу настоящего изобретения была положена задача предложить сенсорное устройство, которое позволяло бы обеспечивать в малом объеме, т.е. в компактной конструкции, проверку или исследование как можно большего числа разных физических свойств листового материала, такого, например, как банкноты, а также разработать соответствующий способ.
Указанная задача решается в отношении сенсорного устройства и способа, охарактеризованных совокупностью признаков соответствующих независимых пунктов формулы изобретения. В зависимых от них пунктах формулы изобретения представлены предпочтительные варианты его осуществления.
Прежде всего с этой целью предусматривается, что проверка или исследование двух или нескольких разных физических свойств проверяемого листового материала осуществляется с использованием оптических средств. Благодаря тому, что для проверки каждого из этих свойств используются оптические средства, отдельные элементы сенсорного устройства благодаря их принципиальной схожести можно объединять или по меньшей мере сравнительно просто встраивать в общий корпус. Так, например, наиболее предпочтительно использовать общий детектор как для детектирования проходящего излучения и/или переизлучения, так и для детектирования излучения, направление поляризации которого было изменено магнитооптическим слоем. Для генерирования излучений, необходимых для обеспечения проверки разных свойств, можно также использовать общий источник излучения.
Помимо этого согласно изобретению предусмотрено общее измерительное окно для соответствующих измерений. В этом случае детектируется электромагнитное излучение, выходящее из измерительного окна в результате испускания излучения(-ий), направленного(-ых) на это измерительное окно. С этой целью используются один или несколько детекторов, непосредственно или опосредованно направленных на измерительное окно. При необходимости соответствующими средствами, такими, например, как мультиплексирование, можно дифференцировать составляющие принимаемого излучения для того, чтобы определить, которая доля зарегистрированного излучения вызвана тем или иным испускаемым излучением. После этого зарегистрированное излучение сравнивают с характеристиками испускаемого излучения и/или с заданными контрольными данными, чтобы на основе результатов сравнения получить возможность сделать вывод о свойствах листового материала. Таким путем можно создать компактное многофункциональное сенсорное устройство.
Особое преимущество изобретения проявляется при общей проверке оптических и неоптических свойств листового материала, поскольку согласно сложившейся практике для детектирования неоптических свойств обычно использовали неоптические средства и по этой причине соответствующие датчики обычно использовались в большинстве сенсорных устройств без связи друг с другом. Благодаря тому, что по меньшей мере отдельные неоптические свойства проверяются оптическим методом, например, магнитные свойства проверяются магнитооптическим датчиком, с включением других оптических датчиков для измерения оптических свойств можно создать компактное многофункциональное оптические сенсорное устройство, в котором отдельные датчики расположены предпочтительно вместе в одном модуле. При этом не требуется предусматривать, например, место на участке измерительного окна под индуктивные магнитные головки, обычно применяемые для непосредственного измерения магнитных свойств листового материала.
Так, в одном и том же измерительном окне целесообразно проверять как печатное изображение листового материала, так и его магнитные свойства, при этом, например, в измерительном окне расположен магнитооптический слой, на который направляется первое излучение, а второе излучение направляется через магнитооптический слой на печатное изображение. При этом пути прохождения лучей соответствующих излучений могут перекрещиваться и/или частично или полностью перекрываться. Далее излучение, выходящее из измерительного окна, детектируется общим (единым) или несколькими отдельными детекторами. Сказанное относится, соответственно, к одновременной проверке других физических свойств листового материала и дополнительно иллюстрирует обеспечиваемую изобретением возможность компактного расположения отдельных компонентов сенсорного устройства.
Печатное изображение может быть проверено обычным путем в одной или нескольких областях спектра, а именно в видимой (красной, зеленой, синей) и/или в инфракрасной, и/или в ультрафиолетовой областях. Для разных областей спектра можно использовать разные источники излучения или общий широкополосный источник излучения. Детекторы могут быть соответствующим образом расположены с возможностью детектирования проходящего излучения в светлом и/или темном поле и/или детектирования переизлученного и/или отраженного излучения.
Многофункциональное сенсорное устройство со встроенным магнитооптическим датчиком можно выполнить наиболее компактным в том случае, когда расположенный в измерительном окне магнитооптический слой выполнен частично прозрачным (дихроичным), т.е. прозрачным для того излучения, которое используется для проверки других физических свойств листового материала. Благодаря этому это другое излучение может проходить через магнитооптический слой, и измерительное окно можно выполнить соответственно малых размеров. Это другое излучение может использоваться, например, как указано выше, для регистрации печатного изображения и/или же для возбуждения люминесцирующих веществ, содержащихся в печатном изображении и/или в листовом материале.
Частично прозрачный магнитооптический слой можно выполнить в виде по меньшей мере одностороннего дихроичного зеркального покрытия на магнитооптическом слое. В любом случае граничащий с магнитооптическим слоем зеркальный слой и так входит в состав магнитооптического датчика (DE 10103378 А1), и поэтому зеркальный слой необходимо выбирать лишь таким образом, чтобы он отражал используемый при магнитооптическом измерении свет, обычно относящийся к красной области спектра (например, 600 нм), и оставался прозрачным для другого излучения.
Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг.1 - схематичный вид сенсорного устройства в относительно сложном исполнении, предназначенного для проверки разных физических свойств с применением нескольких разных источников излучения и нескольких разных детекторов,
на фиг.2 - вариант выполнения сенсорного устройства, в котором излучение, необходимое для проверки печатного изображения, с одной стороны, в видимой области спектра и, с другой стороны, в инфракрасной области спектра, генерируется с использованием двух отдельных источников В4 и В5,
на фиг.3 - вариант выполнения сенсорного устройства, в котором предусмотрена возможность проверки печатного изображения по меньшей мере в переизлученном свете во всей области спектра,
на фиг.4 - модификация показанного на фиг.3 сенсорного устройства, в которой детектор для проверки печатного изображения в проходящем инфракрасном излучении и детектор для проверки печатного изображения в переизлученном свете объединены в детекторе D6,
на фиг.5 - модификация варианта, показанного на фиг.4,
на фиг.6 - упрощенная модификация показанного на фиг.1 варианта, не предусматривающая применение детекторов D2, D3, при этом вместо цилиндрических линз L предусмотрены соответствующие световоды 7 для освещения измерительного окна,
на фиг.7 - еще одна модификация варианта, показанного на фиг.1, в которой имеется дополнительный детектор D7 для детектирования проходящего ультрафиолетового излучения,
на фиг.8 - схема, соответствующая показанной на фиг.7, но с тем отличием, что детекторная линейка на основе InGaAs не интегрирована в детектор D1, а согласно варианту по фиг.1 предусмотрена отдельно с противоположной стороны как детектор D3,
на фиг.9 - вариант сенсорного устройства, аналогичный представленному на фиг.8, и
на фиг.10 - вариант сенсорного устройства, в котором предусмотрена проверка только оптических свойств листового материала.
На фиг.1 схематично показано сенсорное устройство в относительно сложном исполнении, предназначенное для проверки разных физических свойств с применением нескольких разных источников B1, B2 излучения и нескольких разных детекторов D1-D3.
Схематично показано многофункциональное сенсорное устройство для проверки листового материала на примере банкноты 100, транспортируемой обычными транспортировочными устройствами в плоскости листового материала. Разные физические свойства банкноты 100 измеряются на участке, определяемом измерительным окном 2, которое в данном случае задается сквозным отверстием или проемом, выполненным в (верхнем) корпусе 20 сенсорного устройства. Банкнота 100 прижимается к нижней стороне верхнего корпуса 20 щетками 3, которые на фиг.1 лишь обозначены. Тем самым банкнота удерживается на определенном расстоянии от сенсорных элементов, расположенных в измерительном окне 2 или за ним, что имеет значение прежде всего для магнитооптических измерений, более подробно рассмотренных ниже. Прозрачное стекло, расположенное в измерительном окне 2, незначительно смещено внутрь по сравнению с охватывающей это стекло стенкой 1 корпуса, благодаря чему банкнота 100 направленно перемещается на определенном расстоянии от стекла и не может его поцарапать.
На схематичном изображении, приведенном на фиг.1, устройство в целом представлено в сечении сбоку. Это означает, с одной стороны, что измерительное окно 2, ширина которого в действительности может составлять примерно лишь несколько миллиметров, вытянуто перпендикулярно, или поперек, плоскости листового материала, и протяженность этого окна составляет, например, около 100 мм, благодаря чему свойства проверяемой банкноты 100 могут быть измерены предпочтительно по всей протяженности в этом направлении. Сказанное означает, с другой стороны, что в предпочтительном варианте источники B1, B2 излучения и детекторы D1-D3 могут выполняться предпочтительно в виде линеек, т.е., например, в виде ориентированных перпендикулярно плоскости листового материала светодиодных линеек и линеек кремниевых детекторов. В показанном на фиг.1 варианте устройства на пути падающих лучей между источниками B1, B2 излучения и измерительным окном 2 предусмотрены цилиндрические линзы L, например линзы Френеля, а на пути отраженных лучей между измерительным окном 2 и детекторами D1 и D3 предусмотрены самофокусирующиеся линзы S. Разумеется, что можно также использовать световоды, в частности, для обеспечения равномерного распределения излучения, испускаемого светодиодными линейками. Такие световоды могут иметь, например, рассеивающие элементы и/или могут быть выполнены как флуоресцирующие пластины.
В показанном на фиг.1 варианте банкнота 100 содержит в качестве проверяемого защитного признака намагничиваемый материал, который может намагничиваться четырьмя магнитами 4, расположенными с обеих сторон от плоскости листового материала и с обеих сторон от измерительного окна 2. В измерительном окне предусмотрен многослойный магнитооптический преобразователь 5, на оптические характеристики которого оказывают влияние магнитные потоки рассеяния намагниченных участков банкноты 100. Конструкция и принцип действия подобного магнитооптического преобразователя 5 применительно к проверке банкнот более подробно описаны в заявке DE 10103378 А1, которая в этом отношении в полном объеме включена в настоящее описание в качестве ссылки. Как указано в этой заявке, магнитооптический преобразователь 5 имеет, например, три слоя, а именно прозрачный слой-подложку 5а, выступающий в качестве основы для магнитооптического слоя 5b, который со своей другой стороны покрыт зеркальным слоем 5с. Излучение источника B1 падает на измерительное окно 2 и проходит при этом прозрачный слой-подложку 5а и магнитооптический слой 5b. Далее это излучение отражается от зеркального слоя 5с в направлении детектора D1, расположенного под углом брэгговского отражения или скольжения, и проходит при этом второй раз, но в обратной последовательности магнитооптический слой 5b и прозрачный слой-подложку 5а. Поляризатор Р1 поляризует падающее излучение, и после прохождения через второй поляризатор Р2 излучение, отраженное от зеркального слоя 5с, детектируется детектором D1. Благодаря вызываемому намагниченной банкнотой 100 изменению оптических характеристик преобразователя 5 характерным образом изменяются направление поляризации и соответственно интенсивность проходящего через магнитооптический преобразователь 5 излучения, детектируемого детектором D1. Таким образом оптическими средствами можно выявлять магнитные свойства банкноты 100.
Для проверки других физических свойств банкноты 100, таких, например, как печатное изображение, предусмотрены дополнительные источники В2 излучения, расположенные с противоположных сторон от плоскости 1 листового материала, а также дополнительные детекторы D2 и D3. Источники В2 излучения освещают то же самое измерительное окно 2, и их лучи частично проходят к детекторам D1-D3 через магнитооптический преобразователь 5. Вследствие этого зеркальный слой 5с выполнен как дихроичный зеркальный слой, прозрачный по меньшей мере для некоторых частей излучения от источников В2. Для освещения магнитооптического слоя 5b излучением источника В1 используется предпочтительно свет из красной области спектра (например, 600 нм), для которого зеркальный слой 5с является соответственно отражающим. Этот же слой является отражающим для излучения синей (включая ультрафиолетовую) и инфракрасной областей спектра, а для излучения на участке между синей и инфракрасной областями спектра является частично отражающим.
В соответствии со сказанным выше в варианте по фиг.1 источник В2, расположенный со стороны магнитооптического преобразователя 5, способен испускать излучение в зеленой, синей, инфракрасной, ультрафиолетовой областях спектра или же белый свет в целом. Помимо этого показанное на фиг.1 сенсорное устройство содержит также лазерные диоды или иные источники излучения, используемые для возбуждения так называемых защитных (предназначенных для защиты от подделки) веществ банкноты, заставляющего эти вещества люминесцировать, преимущественно в узкополосной области спектра. Противолежащий источник В2 может испускать то же самое излучение или излучать в отдельных интервалах спектра этого излучения.
Согласно показанному на фиг.1 варианту детектор D1 выполнен в виде детекторной линейки на основе кремния, чувствительной к излучениям в разных областях спектра, например к ультрафиолетовому излучению и видимому излучению. Поэтому детектор D1 используется для детектирования как отраженного от магнитооптического преобразователя 5 красного поляризованного излучения источника В1, так и света, переизлучаемого банкнотой 100 при ее освещении источником В2 в ультрафиолетовой и видимой областях спектра. Если сам источник В2 испускает излучение в красной области спектра, то эту часть излучения можно отфильтровывать соответствующими фильтрами или же источники В1, В2 излучения можно по-разному тактировать таким образом, чтобы кремниевый детектор мог последовательно выполнять соответствующие измерения. В альтернативном варианте детектируемое излучение можно также разлагать с использованием спектрального устройства, например призмы с углом 60°, на отдельные спектральные полосы и направлять на расположенные параллельно друг другу детекторные линейки, как это предлагается, например, в заявке DE 10159234 А1. Помимо этого считывание данных можно выполнять методом мультиплексирования, позволяющим последовательно считывать разные сигналы в разных областях спектра, полученные одним и тем же детектором. Описанные выше варианты пригодны по отдельности или же соответствующим образом в комбинации с ниже более подробно описанными вариантами для дифференцирования или различения отдельных спектральных полос.
Кроме того, в рассматриваемом варианте детектор D1 можно применять для измерения характеристик излучения, испускаемого нижним источником В2 и проходящего через банкноту 100. Поскольку относительно нижнего источника В2 излучения детектор D1 находится в темном поле, речь идет об измерении в темном поле. Сказанное означает, что детектор D1 регистрирует излучение от нижнего источника В2, рассеянное при прохождении через банкноту. Детектор D1, способный измерять характеристики проходящего излучения и переизлучения, можно использовать, например, для проверки печатного изображения, напечатанного на банкноте 100. Очевидно, что в процессе этой проверки полосы красной области спектра от печатного изображения не учитываются, поскольку зеркальный слой 5с непрозрачен для этого излучения.
1. Сенсорное устройство для измерения по меньшей мере двух разных физических свойств листового материала, такого как банкноты (100), имеющее
плоскость (1) листового материала для позиционирования листового материала,
измерительное окно (2), соотнесенное с определенным участком плоскости листового материала и таким образом определяющее участок расположенного в указанной плоскости листового материала, в пределах которого (участка) возможно измерение свойств листового материала,
по меньшей мере один источник (В1-В5) излучения, направленный на измерительное окно и испускающий по меньшей мере два разных электромагнитных излучения, подходящих для измерения разных свойств листового материала,
по меньшей мере один направленный на измерительное окно детектор (D1-D8) для детектирования электромагнитного излучения, выходящего из измерительного окна в результате испускания указанных разных излучений, причем к по меньшей мере двум разным физическим свойствам относятся оптическое свойство, такое как свойство люминесценции или свойство поглощения, и магнитное свойство, в частности магнетизм, в измерительном окне (2) для проверки магнитного свойства расположен магнитооптический слой (5b), а излучение, используемое для проверки оптического свойства, направлено таким образом, чтобы проходить через магнитооптический слой (5b).
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптическим свойством является печатное изображение.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что магнитооптический слой (5b) по меньшей мере с одной стороны имеет дихроичное зеркальное покрытие (5с).
4. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что в нем предусмотрен общий детектор (D1; D3; D4, D6), предназначенный для детектирования излучения, выходящего из измерительного окна (2) в результате испускания по меньшей мере двух разных излучений.
5. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что источники (В1-В5) излучения и детекторы (D1-D8) расположены вместе в одном модуле, имеющем по меньшей мере один или два корпуса (20, 21), расположенных с противоположных сторон от плоскости (1) листового материала.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что модуль (6) входит в состав сенсорного устройства как один из нескольких модулей, которые предпочтительно измеряют соответствующие разные физические свойства листового материала (100).
7. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что первый источник (В2) излучения и первый детектор (D1) для детектирования первого излучения расположены с одной стороны от плоскости (1) листового материала, второй источник (В2) излучения и второй детектор (D3) для детектирования второго излучения, отличающегося от первого излучения, расположены с другой стороны от плоскости (1) листового материала, а с противоположных сторон от плоскости (1) детектирования расположены третий источник (В6) излучения и специально сопряженный с ним третий детектор (D2), предназначенный, в частности, для детектирования флуоресцентного излучения.
8. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что сенсорное устройство входит в состав счетчика банкнот, и/или устройства для сортировки банкнот, и/или банкомата, такого как автомат для приема денег, и/или автомат для выдачи денег, и/или настольное контрольное устройство для проверки банкнот, и/или ручное контрольное устройство для проверки банкнот (100).
9. Способ проверки по меньшей мере двух разных физических свойств листового материала, такого как банкноты (100), при осуществлении которого
участок листового материала (100) позиционируют относительно измерительного окна (2),
облучают (В1-В5) измерительное окно (2) по меньшей мере двумя разными электромагнитными излучениями, выбранными как подходящие для измерения разных свойств листового материала,
детектируют электромагнитное излучение, выходящее из измерительного окна (2), посредством детекторов (D1-D8), направленных на измерительное окно, причем по меньшей мере два электромагнитных излучения выбирают таким образом, чтобы они подходили для проверки по меньшей мере одного оптического свойства листового материала, такого как свойство люминесценции или свойство поглощения, и магнитного свойства листового материала, такого как магнетизм, в измерительном окне для проверки магнитного свойства располагают магнитооптический слой (5b), a излучение, используемое для проверки по меньшей мере одного оптического свойства листового материала, направляют через магнитооптический слой (5b).
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что оптическим свойством листового материала является печатное изображение, напечатанное на листовом материале.
11. Способ по п.9, отличающийся тем, что магнитооптический слой (5b) покрыт дихроичным зеркальным покрытием.
12. Способ по одному из пп.9-11, отличающийся тем, что излучение, выходящее из измерительного окна (2) в результате испускания по меньшей мере двух разных излучений, детектируют общим детектором (D1; D3; D4; D6).
