AT398497B - Codiersystem und codeträger - Google Patents

Description

AT 398 497 B

Die Erfindung betrifft ein Codiersystem für die Kennzeichnung von Produkten mit einem Codeträger und einer Einrichtung zum Auswerten des Codes des Codeträgers sowie einen Codeträger für die Auswertung eines Codes zur Kennzeichnung von Produkten, welcher Codeträger unter einer Deckschicht angeordnet ist und aus magnetischem, magnetisierbaren und/oder elektrisch leitenden Material besteht zur Verwendung in einem Codiersystem.

Viele industrielle Produkte werden in großer Stückzahl hergestellt, 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 anderer Produktionsfehler rechtzeitig erkennen zu können.

Auf diese Weise können Herstellungsprozesse 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 entsprechenden 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 kann eine Kostenoptimierung des Herstellungsablaufes erleichtern.

Systeme zur Registrierung von Produkten bzw. 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 Massenprodukten im Verkauf verwendet, in der Fertigung von Produkten ergeben sich jedoch Probleme beim Lesen des Strichcodes, da es zu Verschmutzungen kommen kann, oder der Strichcode bei der Fertigung abgedeckt werden kann.

Elektronische Systeme zum Markieren bestehen aus einer elektronischen Logikschaltung, in die Informationen berührungslos, z.B. über Infrarot oder auch induktiv, ein- oder ausgelesen werden können. Wohlbekannt sind hier die sogenannten "Chip-Karten", die für Hochsicherheitssysteme, aber auch zur Fertigungsüberwachung verwendet werden. Hier steht die Information in einem programmierbaren Speicher-Chip, der dann über HF ein- und ausgelesen werden kann. Dies ist ein intelligentes System, das sehr vielseitig verwendbar ist. Dazu gibt es Lese- und Schreibfunktionen, die durch ein entsprechendes Protokoll geschützt werden können. Als Nachteil ergibt sich, daß derartige Systeme für eine Produktion 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, da dieses System nicht genügend robust ist.

Aus der DE-OS 32 22 789 ist eine magnetoresistive Wandlervorrichtung zum Auslesen von codierten Informationen für Frankiermaschinen bekannt. Hierbei wird der Code durch die bekannte Änderung eines elektrischen Widerstandes in einem Magnetfeld ("Magnetowiderstand") realisiert, wobei die Anordnung von Magnetowiderständen und sogenannter weichmagnetischer Fokussiereinheiten den Code darstellt. Hierbei spielt die Form des Codeträgers sowie seine Magnetisierung keine Rolle. Nachteilig bei diesem System ist, daß es infolge seiner Anordnung sowie seines Platzbedarfs nicht zur Codierung von Massenprodukten geeignet ist. Die Messung des Magnetowiderstandes ist außerdem kontaktlos kaum möglich.

Aus der DE-OS 37 29 740 ist ein Identifikationssystem für Module, die entlang einer Transportbahn bewegt werden, bekannt. Hierbei wird der magnetische Code durch eine Anordnung von Permanentmagneten realisiert, wobei der Code durch die Nord- bzw. 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 abgegebene Hallspannung ist sehr abstandsabhängig und verringert sich etwa mit der dritten Potenz des Abstandes, so daß eine Messung nur bei Einhaltung enger Abstandstoleranzen reproduzierbare Aussagen ergibt. Die Magnete können auch nicht sehr nahe beieinander angeordnet werden, da sie sich sonst beeinflussen. Derartige Module, die Permanentmagnete enthalten, sind weder billig herstellbar noch leicht in jedes Massenprodukt integrierbar.

Aus der DE-OS 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) eingeschrieben. Ein induktiv arbeitendes System, bestehend aus einem speziellen Überträger, dient sowohl zur Energieversorgung des EPROM als auch zur Datenübertragung. Nachteilig hierbei ist, daß die Verwendung eines EPROM für viele Massenprodukte 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 wesentlichen Einschränkungen führt. 2

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Aus der DE-OS 27 12 016 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung und Identifizierung von mit codierten Etiketten versehenen Gegenständen bekannt. Ziel dieses bekannten Standes der Technik ist das Erleichtern der automatischen Sortierung von Paketen und Postsäcken. Hierbei besteht der Code aus dünnen Magnetstreifen oder -drähten. Der Code wird durch Unterteilung dieser Magnetstreifen oder durch gruppenweises Zusammenfassen mehrerer derartiger Magnetstreifen realisiert. Eine andere Möglichkeit ist es, Materialien mit verschiedenen Koerzitivfeldstärken zu verwenden. Nachteilig dabei ist wiederum, daß dieser Code fertigungstechnisch kaum so preiswert realisierbar ist, daß er in Massenprodukten verwendbar ist. Die bekannte Leseeinheit besteht aus einer wechselstromversorgten Erregerspule, die in bekannter Weise auch Helmholtzgeometrie aufweisen kann, um ein homogeneres Feld zu erzeugen. Der Code wird mit Hilfe abgeglichener Detektorspulen durch Messung der durch Induktion entstehenden Spannungsamplituden, oder Phasenverschiebungen, im Falle von Codematerialien mit verschiedenen Hy-steresisschleifen, detektiert. Bei diesem System ist das gemessene Signal abhängig von der Geschwindigkeit des bewegten Gegegnstandes. Es ist daher beispielsweise für ein auf einem Förderband bewegtes Produkt nur bedingt geeignet.

Aus der DE-OS 24 37 547 ist ein Verfahren zur Darstellung und Auswertung eines mit ferromagnetischem 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 Codeträgers für Massenprodukte zu kompliziert ist. Das Vorhandensein 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.

Aus de DE-OS 30 07 182 ist eine Codeerkennungsvorrichtung bekannt geworden, wobei in einem codierten Instrument, beispielsweise einem Schlüssel, an einer Vielzahl von Codeplätzen magnetische Codes vorgesehen sind. Zur Auswertung wird das den Code aufweisende Element beispielsweise unter einer Hall-Effekt-Einrichtung hindurch bewegt, wodurch ein Ausgangssignal erzeugt wird, welches davon abhängig ist, weiche Seite des Magneten der Hall-Effekt-Einrichtung zugewandt ist. Derart ist eine Auswertung des Codes möglich

Aus der AT-PS 309 111 ist es bekannt, an einen zu kennzeichnenden Körper einen ferromagnetischen Träger anzubringen und diesen aus der Entfernung magnetisch zu codieren, um den Code mit einem Lesekopf zu lesen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist die Anbringung eines magnetischen Trägers, der ohne entsprechende Vorsichtsmaßnahmen leicht gestört werden kann.

Einige Patentschriften beschäftigen sich mit der Codierung von Schiern, was der Codierung eines Massenprodukts entspricht. So ist es bekannt geworden, die Flächen von Schiern mit unter UV-Strahlung sichtbar werdenden Markierungen zu bedrucken. Nachteilig hierbei ist vor allem, daß diese Markierungen bei bestimmten Bearbeitungsvorgängen, wie Schleifen, gelöscht werden, wie dies auch bei der zur Produktkennzeichnung üblichen Verwendung von sogenannten Barcodes der Fall ist.

Aus der AT-PS 390 005 ist bekannt, Schier dadurch zu codieren, daß auf den aus ferromagnetischen Material (Eisen) bestehenden Kanten magnetisch ein Code aufgebracht wird ("Magnetische Bereiche"). Nachteilig dabei ist wiederum, daß dieser Code leicht gestört oder entmagnetisiert werden kann, wenn nicht besondere Werkstoffe verwendet werden. Außerdem kann dieser Code bei jedem Schleifvorgang der Kanten vernichtet werden. Für viele Zwecke wäre ein preiswertes Codiersystem, das mit jedem einzelnem Produkt fest verbunden ist und bleibt, wünschenswert. Vorteilhaft ist es auch, wenn das Codierelement im Produkt verdeckt, d.h. nicht direkt sichtbar angeordnet werden kann. Damit kann auch noch der Werdegang des Produktes nach seinem Verkauf kontrolliert werden, was z.B. bei Garantiefällen aber auch Diebstählen vorteilhaft sein kann.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein Codiersystem der eingangs genannten Art zu schaffen, das robust ist, um z.B. den Produktionsvorgang zu überstehen, das einfach in möglichst vielen verschiedenen Produkten integriert und das gegebenenfalls darin verdeckt sein kann und auch kostengünstig hergestellt und codiert werden kann, um vor allem für Massenprodukte verwendbar zu sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Codiersystem im wesentlichen gekennzeichnet durch wenigstens einen 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, wenigstens eine Feldquelle und wenigstens einen Feldsensor zur Messung des durch den Codeträger verursachten Streufeldes.

In bevorzugter Weise ist das Codiersystem so ausgebildet, daß die Feldquelle ein relativ zum Codeträger verschiebbares elektromagnetisches Feld erzeugt, wobei bevorzugt die Feidquelle ein peridi-sches magnetisches Wechselfeld erzeugt. In bevorzugter Weise ist hiebei der Feldsensor von einer 3

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Hallsonde oder Feldplatten oder einer Pick-up-Spule gebildet.

Mit dem erfindungsgemäßen Codiersystem können grundsätzlich zwei physikalisch verschiedene Leseverfahren durchgeführt werden: das Wirbelstromverfahren und das induktive Verfahren. Für das Wirbelstromverfahren ist das erfindungsgemäße Codiersystem im wesentlichen so aufgebaut, daß es eine die Feldquelle und den Feldsensor umfassende Lesevorrichtung für den Code des Codeträgers einen Oszillator für ein elektromagnetisches HF-Feld zum Erregen von Wirbelströmen im Codeträger, ein Detektorspulensystem, einen Differenzverstärker, einen Komparator und eine Ausgangsstufe zur Umwandlung der von der geometrischen Form des Codeträgers abhängigen Bedämpfung des HF-Feldes in ein auswertbares Codesignal umfaßt. Hiebei wird in einem metallischen Leiter durch ein hochfrequentes Wechselfeld Wirbelströme erzeugt. Für das induktive Verfahren ist das erfindungsgemäße Codiersystem im wesentlichen so aufgebaut, daß es eine die Feldquelle und den Feldsensor umfassende Lesevorrichtung für den Code des Codeträgers einen Oszillator für ein elektromagnetisches HF-Feld zum Erregen von Wirbelströmen im Codeträger, ein Detektorspulensystem, einen Differenzverstärker, einen Komparator und eine Ausgangsstufe zur Umwandlung der von der geometrischen Form des Codeträgers abhängigen Bedampfung des HF-Feldes in ein auswertbares Codesignal umfaßt. Beim induktiven Verfahren wird eine magnetische Flußänderung nach dem Induktionsgesetz gemessen.

Das Lesen der Information des Codeträgers erfolgt immer berührungslos, da er sich im Inneren des Produktes befindet, und in bevorzugter Weise nicht an der Oberfläche liegt, wobei letzterer Fall aber nicht ausgeschlossen ist.

Der Code des Codeträgers kann auf verschiedene Weise detektiert werden. Das anzuwendende Leseverfahren hängt vom Werkstoff des Codeträgers und dessen Umgebung ab. So kann ein elektrisch leitfähiger Codeträger wie z.B. aus Kupfer, mittels Wirbelströmen abgetastet werden. Besteht der Codeträger aus einem weichmagnetischen oder ferromagnetischen Werkstoff wie Eisen oder Permalloy, kann die Formvariation und damit der Code des Codeträgers induktiv abgetastet werden. Dieses Verfahren bringt den Vorteil mit sich, daß der Code auch in Anwesenheit anderer Metalle detektiert werden kann.

Bei der Wirbelstromabtastung eignet sich als Codeträger jedes Metall. Bevorzugt handelt es sich dabei um einen guten elektrischen Leiter. Der Codeträger kann auch weichmagnetisch sein.

Die Erfindung zielt weiters darauf ab einen Codeträger der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher hinreichende mechanische Stabilität besitzt und von außen gegebenenfalls unsichtbar ist, d.h. nur mit speziellen Geräten detektierbar ist, um gegen Manipulationen und gegen Umwelteinflüsse sicher zu sein.

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 bzw. Leserichtung des Codeträgers ändernden Streufeldes der Codeträger Durchbrechungen, Ausnehmungen oder sich ändernden Querschnitt aufweist.

Der Codeträger ist jenes Element, welches die Information enthält. Das Material des Codeträgers ist bevorzugt ele„ktrisch leitfähig, d.h. ein Metall. Weichmagnetisches Verhalten und metallische Leitfähigkeit sind hiebei besonders günstig. Sehr gut geeignet erscheinen gute Leiter, wie z.B. Kupfer. Das Material des Codeträgers kann jedoch auch nur magnetisch sein. Besondere Bedeutung kommen hier extrem weichmagnetischen Werkstoffen, aber auch permanentmagnetischen Werkstoffen zu. Die Wahl des Werkstoffes hängt vom gewählten Leseverfahren ab.

Die Codeinformation ist in einer Variation des Querschnittes, oder allgemeiner in einer speziellen Formgebung des Codeträgers gespeichert. Der Code ist hiebei die Änderung der Form, wie z.B. des Querschnitts, des Profils oder der Oberfläche, wobei Durchbrechungen, Ausnehmungen oder ein sich ändernden Querschnitt besonders bevorzugt sind entlang wenigstens einer Raumachse, insbesondere der Hauptachse des Codeträgers.

In besonders vorteilhafter Weise ist hiebei der Codeträger als Platte bzw. Folie ausgebildet, wobei in besonders bevorzugter Weise der Codeträger von einer auf einem Substrat aufgebrachten leitfähigen Metali-Kunststoff-Emulsion oder Magnetpulver-Kunststoff-Emulsiongebildet ist. Weiters weist der Codeträger in wenigstens zwei zur Hauptachse parallelen Ebenen Durchbrechungen, Ausnehmungen oder sich ändernden Querschnitt aufweist und in einer Ebene die Durchbrechungen, Ausnehmungen oder der sich ändernde Querschnitt regelmäßig ausgebildet ist (sind).

Die optimale Form der Durchbrechungen bzw. Ausnehmungen soll an die Form und Art des Sensors angepaßt werden, der zum Lesen der Codeinformation verwendet werden soll. Eine Metallfolie mit gestanzten Löchern kann als besonders preiswerter Codeträger verwendet werden.

Um unerwünschte Mainpulationen des Codeträgers mit Sicherheit auszuschalten, wird die Ausbildung mit Vorteil so getroffen, daß der Codeträger von außen unsichtbar angeordnet ist. Der Codeträger wird hiebei in das Werkstück einfach und von außen nicht sichtbar integriert wobei der Code wird zu Beginn der 4

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Herstellung einmal festgelegt werden kann und in der Folge nicht verändert werden kann und soll. Nur durch Zerstörung des Elementes selbst ist der Code zu zerstören. Dabei ergibt sich jedenfalls eine sichtbare Beschädigung des Produktes, sodaß die Veränderung des Codeträgers ebenfalls sichtbar ist. Unerwünschte Manipulationen, oder solche in betrügerischer Absicht, können damit leicht entdeckt werden.

Die Erfindung wird im Nachfolgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figuren 1 bis 6 zeigen schematische Ansichten verschiedener Codeträger. Die Fig. 7 und 8 zeigen schematisch das Lesen zweier Codeträger und Fig. 9 ein Schaltbild. Die Fig. 10 bis 16 veranschaulichen verschiedene Lesevorgänge, teilweise mit zugehörigen Signaldiagrammen. Fig. 17 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Auswerteelektronik.

Beispiele für die Formgebung des Codeträgers sind in den Fig.1 bis 6 dargestellt. Fig. 1 zeigt eine Metaliplatte 1, entlang deren Raumachse 2 eine Codierung in Form von Vorsprüngen 3 angebracht ist. Die Codierung liegt hier somit in der räumlichen Anordnung der Vorsprünge 3 entlang der Raumachse 2. Ein sich darauf abieitendes Bitmuster ist eingezeichnet.

Gemäß Fig. 2 ist der Codeträger ein Metallkörper 4, dessen Oberfläche Rippen 5 in einer Anordnung aufweist, die den Code bedeutet. Fig. 3 zeigt im Querschnitt eine Metallplatte 6 die zur Codierung in bestimmten Abständen Auswölbungen 7 aufweist.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform für derartige Codeträger kann z.B. durch eine Metallfolie 8 gebildet sein, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Diese besteht aus einem guten Leiter wie z.B. Kupfer. Die Codierung ergibt sich aus der Anordnung der Löcher 9. Die Löcher sind in Fig. 4 kreisförmig, können aber auch jede andere Form haben.

Fig. 5 zeigt eine andere Form eines Codeträgers ähnlich jenem von Figur 1. Die Metallplatte 10 ist von beiden Seiten mit Vorsprüngen 11 versehen und so codiert. Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Codeträger aus hintereinander geschalteten Scheiben 12 besteht. Jede Scheibe trägt Fortsätze 13, deren Anordnung den Code darstellt.

Als Codeträger müssen nicht unbedingt getrennt eingesetzte Bauteile dienen. Es können auch bereits vorhandene Bauteile des Produktes für die Aufnahme des Codes verwendet werden, indem sie in ihrer äußeren Form entsprechend abgeändert und damit codiert werden.

In Fig.7 ist schematisch eine Leseanordnung dargestellt. Es wird entweder der Lesekopf 14 in Richtung des Pfeiles 15 am Codeträger 16 vorbeigeführt, oder, es ist der Codeträger 16, der am feststehenden Lesekopf vorbeibewegt wird. Die Fig. 7b ist eine Aufsicht auf die Meßanordnung gemäß Fig. 7 in Richtung des Pfeiles VII b. Mit dem Bezugszeichen 17 sind Löcher im Codeträger 16 bezeichnet, deren Anordnung den Code darstellt.

Fig. 8 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 7, wobei der Codeträger aus einer Metallplatte mit seitlichen Fortsätzen besteht, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.

Fig.9 zeigt schematisch den prinzipiellen apparativen Aufbau für ein Lesegerät nach dem Wirbelstromverfahren. Das Prinzip der Abtastung beruht auf berührungslosen elektronisch arbeitenden Näherungssensoren. Im wesentlichen besteht das Lesegerät aus einem Oszillator, einem Trigger, sowie einem verstärkenden Schaltausgang.

Der Oszillator 18 erzeugt mit seiner Schwingkreisspule ein elektromagnetisches Wechselfeld 21, das aus der aktiven Fläche des Sensors austritt. Die Frequenz dieses Wechselfeldes legt die Eindringtiefe in einen metallischen Körper fest, wie es hier der Codeträger darstellt. Die Eindringtiefe ist ein Parameter, der dem Verwendungszweck angepaßt sein muß. Im Codeträger werden durch das elektromagnetische Wechselfeld entsprechend den Maxwellgleichungen Wirbelströme erzeugt, die so gerichtet sind, daß das Primärfeld abgeschirmt wird. Die Stärke dieser Wirbelströme hängt von der Frequenz des Wechselfeldes, von der elektrischen Leitfähigkeit, sowie im Falle eines magnetischen Werkstoffes auch von dessen Permeabilität ab. Durch geeignete Wahl des Werkstoffes des Codeträgers kann die Empfindlichkeit des Gesamtsystems beeeinflußt werden. Durch die Entstehung der Wirbelströme wird dem Oszillator Energie entzogen. Dies bewirkt am Ausgang des Oszillators eine Amplitudenänderung, die über den Trigger 19 und die Ausgangsstufe in ein Logiksignal umgesetzt wird Logik 20. Das HF-Feld ist mit 21 und der Codeträger mit 22 bezeichnet.

Die Stärke dieser Wirbelströme und damit die Stärke der Bedämpfung hängt unter anderem von der geometrischen Form des Metalls ab, wodurch die Existenz der Codeelemente, nämlich Löcher, Rippen, etc. festgestellt werden kann.

Es können mehrere Leseköpfe parallel angeordnet werden, um so mehrere Codespuren parallel zu lesen.

Bei der induktiven Abtastung besteht der Codeträger in erster Linie aus einem weichmagnetischem Werkstoff. Der Code wird durch das geometrieabhängige Streufeld des Codeträgers nach außen übermittelt. Es gibt hier verschiedene technische Lösungsmöglichkeiten für das Lesen des Codes. 5

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Nach dem Magnetisierverfahren wird der Codeträger durch ein von außen erzeugtes erregendes Magnetfeld magnetisiert. Dieses Magnetfeld kann entweder ein Gleichfeld oder ein Wechselfeld sein.

Fig.10 zeigt eine Leseanordnung nach dem Verfahren der Magnetisierung mit einem Gleichfeld. Das Gleichfeld wird durch den Permanentmagnet 23 erzeugt. Statt eines Permanentmagnets kann auch eine von Gleichstrom durchflossene Feldspule verwendet 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 Magnetfeldes verzerrt, und zwar in einer Weise, die signifikant für die spezielle Form des Codeträgers ist. Ein Beispiel der Feldlinienverteilung ist in Abb. 12 schematisch dargestellt. Die Messung der formspezifischen Feldlinienverteilung über die Länge des Codeträgers erfolgt über die Halisonden 26. Anstelle der Hallsonden können auch andere entsprechende Sensoren verwendet werden wie z.B. Feldplatten.

Zur Feststellung des Codes kann hier auch die Spannung herangezogen werden, die in Pick-Up-Spuien induziert wird, wenn der Codeträger durch eine Pick-Up-Spule hindurchbewegt wird und auf diese Weise eine magnetische Flußänderung und dadurch ein Induktionssignal erzeugt wird. In Fig. 12 ist die Feldspule mit 27 bezeichnet. In ihr wird der Codeträger 28 bewegt, und es kommt zur Ausbildung der dargestellten Magnetfeldlinien, die zum Lesen des Codes verwendet werden können.

Wird ein Wechselfeld als Primärfeld verwendet, eignet sich das Induktionsgesetz und damit eine sogenannte Pick-Up-Spule zum Lesen des Codes. Fig. 13 stellt eine dafür geeignete Anordnung dar und Fig.14 zeigt schematisch das sich ergebende Lesesignal. Innerhalb der Primärspule 29, die ein Wechselfeld erzeugt, wird der Codeträger 30 in Richtung des Pfeiles 31 bewegt. In der Pick-Up-Spule 32 entsteht gemäß dem Induktionsgesetz eine Induktionsspannung, deren Amplitude der Feldliniendichte und somit der speziellen Form des Codeträgers proportional ist. Die Verwendung eines periodischen Wechselfeldes ist meßtechnisch vorteilhaft, da durch die Verwendung von frequenz- und phasenempfindlicher Verstärkern eine wesentliche Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses des Codesignals erhalten werden kann. Die Amplitude des Codesignals verändert sich im Rythmus der Formvariation des Codeträgers, sodaß das Lesesignal den Code des Codeträgers wiedergibt.

Anstelle der Pick-Up-Spule kann auch hier z.B. eine Hailsonde eingesetzt werden, die das mit der Form variierende Streufeld mißt.

Die Fig. 15, 16 zeigen weitere Ausführungen für das Leseverfahren. Es wird hier ein Eisenjoch 33 verwendet. Der Codeträger kann ein weichmagnetisches, aber auch ein permanentmagnetisches Material sein, das mit Rippen versehen ist. Die Sequenz der Rippen stellt den Code dar. Die Rippen sind mit den Bezugszeichen 34, 35 bezeichnet. Der Codeträger wird partiell durch das Vorbeibewegen des magnetischen Jochs 33 magnetisiert, wenn der Codeträger weichmagnetisch ist. Im Falle eines permanentmagnetischen Codeträgers magnetisiert in umgekehrter Weise dieser Codeträger das weichmagnetische Joch, ln beiden Fällen wird die Flußänderung durch eine Sekundärspule am gleichen Joch berührungslos gemessen. Auch hier können andere magnetfeldempfindliche Sensoren verwendet werden wie z.B. Hallsonden und Feldmeßplatten. Der gelesene Code ergibt sich durch die Messung des ortsauflösend abgetasteten Streufelds, welches eine Folge der durch die Rippen verursachten Variation des magnetischen Widerstands ist. Es entsteht dabei ein Ausgangssignal, dessen Amplitude eine Bitfolge darstellt, die dem Code entspricht.

In Fig. 17 ist rein schematisch ein Blockschaltbild der Auswerteelektronik der gemessenen Signale dargestellt. Die Steuerung 36 steuert die Sensoren 37. Die von den Sensoren kommenden Signale werden im Verstärker 38 verstärkt und in einem Analog-Digitalumsetzer 39 in digitale Signale umgewandelt und zum Rechner 40 weitergeleitet. Im Rechner erfolgt die Codeerkennung, Auswertung und Datenspeicherung. Über die Vorschubsteuerung 41 wird wiederum die Ansteuerung der Sensoren 36 geregelt, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung der Positionserkennung 42.

Im folgenden werden noch einige wesentliche Gesichtspunkte der Erfindung hervorgehoben:

Das Codiersystem dient zur Kennzeichnung (Codierung) von Produkten, die in größeren Stückzahlen hergestellt werden. Es ist hauptsächlich für die Überwachung des Produktionsablaufs, aber auch für Sicherheits-, Qualitäts- und Garantieleistungen vorgesehen. Ein Merkmal ist die Unterbringung eines Codes auf einem Codeträger, der aus einem elektrisch leitfähigen Material (Metall), aber auch aus einem magnetischen (weich- oder permanentmagnetisch) oder magnetisierbaren Werkstoff bestehen kann. Die Wahl des Werkstoffes ist maßgebend für das Leseverfahren, aber auch für die Lesbarkeit des Codes. Der Code besteht aus Formvariationen, Querschnittsveränderungen, Veränderungen der Umrisse, Rippen oder auch Ausnehmungen (Löcher), die mittels Wirbelströmen oder auch über ihr geometrisch bestimmtes magnetisches Streufeld detektiert werden. Das entsprechend festgestellte ortsabhängige analoge Meß-Signal kann in eine digitale Information umgesetzt werden, die dem Code entspricht. 6

Claims (12)

1. AT 398 497 B Das Codeelement soll bevorzugt mechanisch und thermisch robust und von außen unsichtbar sein und ist somit weitgehend unempfindlich gegen Umwelteinflüsse und vorzugsweise im oder am Produkt unterzubringen, ja möglichst untrennbar mit diesem verbunden. Der Codeträger kann beliebige Formen aufweisen. Die äußere Form kann der Form des Produktes angepaßt sein. Die hohe Flexibilität in der Formgebung zeichnet die Erfindung ebenfalls aus. Es können aber auch Teile des Produktes, die aus elektrisch leitfähigem bzw. magnetischem Material bestehen, durch Änderungen des Querschnitts, der Umrisse, der Oberfläche oder auch durch Anbringung von Ausnehmungen beliebiger Form als Codeträger verwendet werden. Der Codeträger kann auch aus permanentmagnetischen Elementen bestehen. Vorteilhaft ist, daß ein magnetischer Codeträger auch bei Anwesenheit von elektrisch leitfähigen anderen Komponenten des Werkstücks detektierbar ist. Dies gilt auch, wenn diese unmittelbar über oder unter dem Codeträger angeordnet sind. Bei einer Anordnung zur Feststellung des Codes, bestehend aus einem (oder mehreren) Wirbelstromsensoren, an denen das Werkstück, das den Codeträger enthält, vorbeibewegt wird, werden durch ein hochfrequentes Wechselfeld Wirbelströme erzeugt. Diese Wirbelströme sind abhängig von der Form (Querschnitt, Dicke, Löcher, etc.) des Codeträgers. Die infolge der so erzeugten Wirbelströme veränderten Eigenschaften des Hochfrequenzschwingkreises werden als Signal zur Feststellung des Codes verwendet. Bei einer Anordnung zur Feststellung des in einem magnetischeh Codeträger enthaltenen Codes wird in einem weichmagnetischen Werkstoff durch eine spezielle Formgebung (Querschnitt, Oberfläche, etc.) der Code erzeugt. Der Codeträger wird in einem Gleichfeld aufmagnetisiert. Das ortsabhängige Streufeld, das den Code darstelit, wird mit Hilfe feldempfindlicher Sensoren abgetastet. Wenn der Codeträger permantentmagnetische Teile enthält, wird das ortsabhängige Streufeld dieser permanentmagnetischen Teile mit Hilfe feldempfindlicher Sensoren 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. Das magnetisierende Magnetfeld kann ein periodisches Wechselfeld sein. Das ortsabhängige Streufeld, das den Code darstellt, wird mit Hilfe einer Pick-up-Spule als periodische Wechselspannung detektiert. Vorteilhaft hierbei ist die Verwendung von frequenz- und phasenempfindiichen Verstärkern zur Signalaufbereitung, die ein besseres Signal- Störverhältnis ergeben. Das ortsabhängige Streufeld, das den Code darstellt, kann auch mit magnetempfindlichen Sensoren (Hallsensoren, Feldplatten, etc.) 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 besseres Signal-Störverhältnis. Der in einem weichmagnetischen Codeträger enthaltene Code, der durch spezielle Formgebung festgelegt ist, kann mit Hilfe eines Eisenjochs festgestellt werden. Der eode wird durch die Änderung des magnetischen Widerstands entweder mit Hilfe einer speziellen Spule oder aber wieder mittels feldempfindlicher Sensoren festgesteiit. Wenn der Codeträger permanentmagnetische Teile enthält, können diese mit Hilfe eines Eisenjochs abgetastet werden. Der Code wird durch die Änderung des magnetischen Widerstands entweder mit Hilfe einer speziellen Spule oder aber wieder mittels feldempfindlicher Sensoren festgestellt. Die Anordnung der Detektorleseköpfe ist bevorzugt so, daß berührungslos gelesen wird. Sonst kann die Anordnung der Köpfe der Geometrie des Codeträgers, sowie der des Produktes angepaßt werden und ist somit frei wählbar. Der Abstand ist durch die geometrische Form eines "bits", sowie dessen Größe, aber auch durch die zugrunde liegende Physik (Abstandsabhängigkeit des Streufeldes) bestimmt. Die optimale Form der "bits” (z.B. Löcher) steht in direktem Zusammenhang mit der Form der aktiven Fläche des verwendeten Sensors. Patentansprüche 1. Codiersystem für die Kennzeichnung von Produkten mit einem Codeträger und einer Einrichtung zum Auswerten des Codes des Codeträgers, gekennzeichnet durch wenigstens einen Codeträger (1,4,6,8,10,12,22,24,28,30,35,48) 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 (3,5,9,9',11,13,17,24,34), wenigstens eine Feldquelle (14,18,23,27,29,33) und wenigstens einen Feidsensor (18,26,32) zur Messung des durch den Codeträger verursachten Streufeldes. 7 AT 398 497 B
2. 2. Codiersystem nach Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldquelie (14,18,23,27,29,33) ein relativ zum Codeträger verschiebbares elektromagnetisches Feld erzeugt.
3. 3. Codiersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldquelle ein periodisches, magnetisches Wechselfeld (27,29,33) erzeugt.
4. 4. Codiersystem nach Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldsensor von einer Haiisonde (26) oder Feldplatten gebildet ist.
5. 5. Codiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldsensor von einer Pick-Up-Spule (32) gebildet ist.
6. 6. Codiersystem nach Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Feldquelle und den Feldsensor umfassende Lesevorrichtung für den Code des Codeträgers einen Oszillator (18) für ein elektromagnetisches HF-Feld (21) zum Erregen von Wirbelströmen im Codeträger (22), einen Trigger (19) und eine Ausgangsstufe (Logik 20) zur Umwandlung der von der geometrischen Form des Codeträgers (22) abhängigen Bedämpfung des HF-Feldes in ein auswertbares Codesignal umfaßt.
7. 7. Codiersystem nach Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Feldquelle und den Feidsensor umfassende Lesevorrichtung für den Code des Codeträgers einen Oszillator (18) für ein elektromagnetisches HF-Feld (21) zum Erregen von Wirbelströmen im Codeträger (22), ein Detektorspulensystem (48), einen Differenzverstärker, einen Komparator und eine Ausgangsstufe (Logik 20) zur Umwandlung der von der geometrischen Form des Codeträgers (22) abhängigen Bedämpfung des HF-Feldes in ein auswertbares Codesignal umfaßt.
8. 8. Codeträger für die Auswertung eines Codes zur Kennzeichnung von Produkten, welcher Codeträger unter einer Deckschicht angeordnet ist und aus magnetischem, magnetisierbaren und/oder elektrisch leitenden Material besteht zur Verwendung in einem Codiersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für die Auswertung eines sich in einer Achse (2,15,25,31) einer Ebene parallel zur Hauptachse bzw. Leserichtung des Codeträgers ändernden Streufeldes der Codeträger (1,4,6,8,10,12,22,24,28,30,35,46) Durchbrechungen, Ausnehmungen oder sich ändernden Querschnitt (3,5,9,9M 1,13,17, 24,34) aufweist.
9. 9. Codeträger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Codeträger als Platte (4,6,10) bzw. Folie (8,16,46) ausgebildet ist.
10. 10. Codeträger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Codeträger von einer auf einem Substrat aufgebrachten leitfähigen Metall-Kunststoff-Emulsion oder Magnetpulver-Kunststoff-Emuision gebildet ist.
11. 11. Codeträger nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, 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).
12. 12. Codeträger nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Codeträger (1,4,6,8,10,12,22,24,28,30, 35,46) von außen unsichtbar angeordnet ist. Hiezu 7 Blatt Zeichnungen 8