DE3713279A1 - Verfahren zum erfassen von dimensionsfehlern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Dimensionsfehlern und/oder dem Verzug von mit Wasserzeichen versehenen Papieren, wie Formatpapieren, insbesondere aber Wertpapieren. Sie wird nachstehend als Beispiel für die Prüfung von Wertpapieren beschrieben, die zur Herstellung von Banknoten dienen sollen.

Bei der Herstellung von Banknoten geht man im allgemeinen von einem papier aus, das mit Wasserzeichen und Sicherheitsfäden versehen ist. In der fertigen Banknote sollen dabei die Sicherheitsfäden in einem bestimmten Bereich angeordnet sein, ebenso soll das oder die Wasserzeichen sich in einem bestimmten Bereich der Banknote befinden. Bereits beim Herstellen des Rohpapiers auf der Papiermaschine kann sich ebenso wie später beim Schneiden auf dem Rollenschneider sowie auf dem Querschneider ein gewisser Verzug des Papieres durch ungenaue Führung oder ein ungleichmäßiges Feuchtigkeitsprofil ergeben, d. h., daß Dehnungen in das Papier eingebracht wurden. Damit befinden sich die Wasserzeichen nicht mehr in der exakt vorgegebenen Position. Um hier eine Kontrollmöglichkeit zu haben, ist es bekannt, eine sogenannte tracking-line, also eine Strichpunktmarkierung in Form eines Wasserzeichens am Rande der Papierbahn und ggf. in der Mitte der Papierbahn bei der Herstellung einzubringen, desweiteren können quer zur Papierbahn Steuermarken für den Querschneider angeordnet sein.

Um Änderungen im Format oder einen Verzugsfehler zu finden, ist es derzeit üblich, nach dem Querschneiden die einzelnen Bogen von Hand mit einer Schnittkante oder einer Längskante auf eine transparente von unten beleuchtete Scheibe zu legen und mit dem Auge im Durchlicht zu überprüfen, ob die Position der Wasserzeichen und die Lage des Sicherheitsfadens mit der vorgegebenen Lage übereinstimmt. Wie üblich, enthält dabei jeder einzelne Bogen mehrere Nutzen, wobei sich die Steuermarken und die tracking-line außerhalb des Nutzens befindet. Bisher wird die Papierkante oder die tracking-line als Bezugskante beim Schneiden der Bahn im Längsroller und die Steuermarke beim Schneiden der Bahn im Querschneider benutzt. Für eine exakte Vermessung sind jedoch beide Markierungen ungeeignet.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, die bisher manuell durchgeführte Sichtprüfung von mit Wasserzeichen versehenen Papieren zu automatisieren und damit eine Prüfung des Papieres sowohl bei der Verarbeitung als auch auf der Papiermaschine zu ermöglichen, die Prüfgeschwindigkeit erheblich zu erhöhen, die Prüfgenauigkeit zu präzisieren und damit das Einhalten geringerer Toleranzen zu ermöglichen. Bei einem Verfahren zur Erfassung von Dimensionsfehlern und/oder dem Verzug von mit Wasserzeichen versehenen Papieren, wie Formatpapieren, insbesondere Wertpapieren, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei der Papierherstellung in der Naßpartie der Papiermaschine zusätzlich zu den vorgesehenen Wasserzeichen pro Bogenbereich mindestens zwei sich im Bogenzwischenbereich gegenüberliegende, punktförmige Meßmarken als Wasserzeichen angebracht werden, die fertige Papierbahn oder die Formatpapiere abgetastet, das reflektierte oder durchgelassene Licht über fotoelektrische Wandler erfaßt und die aus den Meßmarken herrührenden Impulse im Analogsignal von einem Meßmarkenrechner ausgewertet werden, die vom Meßmarkenrechner ermittelten Werte einem Auswerterechner übergeben werden, der die X-Y-Positionen der einzelnen Meßmarken miteinander vergleicht und daraus die Bogenlänge, die Bogenbreite und den Bogenverzug berechnet.

Unter Bogenbereich im Sinne der vorliegenden Erfindung wird der Bereich einer Papierbahn verstanden, der nach dem Zuschneiden auf ein Formatpapier den Bogen bildet. Im Normalfall handelt es sich um den Bereich, der zwischen zwei Querschneidersteuermarken liegt.

Die beiden punktförmigen Meßmarken, die im definierten Abstand zueinander angeordnet sind, ermöglichen durch die Messung dieses Abstands und Vergleich des Abstands mit einem vorgegebenen, festen Wert eine Aussage darüber, ob aufgrund einer Querdehnung ein Verzug des Bogens erfolgt ist. Analoges gilt für aufeinanderfolgende Meßmarken in Bezug auf die Änderung der Bogenlänge.

Wird beim Abtasten in einer Linie, also bei einem Scan nur eine Meßmarke in einem Bogenbereich ermittelt - wobei durchaus gleichzeitig mehrere Bogenbereiche verteilt über die Breite der Materialbahn abgetastet werden können -, wo ergibt sich daraus, daß der Bogen bzw. Bogenbereich verzogen ist. Dieser Verzug kann über die Bahnbreite der Materialbahn durchaus unterschiedlich sein, weshalb für jeden Bogenbereich bzw. Bogen eine Wertung und eine Aussage erforderlich ist. Die Zahl der Scans, bei denen nur eine Meßmarke im Bogenbereich erfaßt wird bzw. auch noch die Zahl der Scans, die bis zum Erfassen einer an anderer Position angeordneten Meßmarke, also eigentlich der zweiten Meßmarke, erfolgen, sind ein Maß für die Größe des Verzuges, d. h., daß er sich daraus exakt berechnen läßt.

Wesentlich für die Auswertung ist, daß die Meßmarken scharfkantig und kontrastreich sind, so daß dadurch ein scharfer Impuls geliefert wird. Die Meßmarken sind deshalb zweckmäßig in der Form von Vertiefungen mit quadratischer Grundfläche eingebracht, die eine Seitenlänge zwischen 2 und 5 mm aufweisen. Die obere Grenze dieser Quadrate ist dabei weniger kritisch als die Tatsache, daß die Quadrate scharfkantig und kontrastreich sein müssen, da bei der Auswertung vom sogenannten Kantenimpuls ausgegangen wird.

Die scharfe Kante ist deshalb erforderlich, um immer einen an exakt der gleichen Stelle sich befindlichen Kantenimpuls auslösen zu können. Lediglich durch das Vorhandensein dieser scharf örtlich begrenzten Markierungen ist eine exakte Messung und Auswertung möglich. Der weitere bedeutende Punkt ist der Kontrast. Ohne einen ausreichenden Kontrast, der sich genügend vom allgemeinen Rauschpegel abhebt, ist eine exakte Auswertung nicht möglich. Die Erfindung sieht deshalb vor, daß die Tiefe der Meßmarken 40 bis 80% der Papierdicke beträgt. Diese Angabe ist besonders bei der Prüfung in Transmission von Bedeutung, ergibt aber auch in der Remissionsprüfung brauchbare Werte.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Abtastung durch einen fliegenden Lichtpunkt erfolgt, der gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung einen Durchmesser zwischen 500 und 1200 µm aufweist. Je näher dabei am unteren Lichtpunktdurchmesser gearbeitet wird, desto größer ist die Genauigkeit, die bei der Auswertung erzielt werden kann.

Bei der Festlegung des Durchmessers des fliegenden Lichtpunktes ist zu beachten, daß selbstverständlich auch die Wolkigkeit des Papieres, also die Faserverteilung im Papier, in die Auswertung eingeht. Wird mit einem sehr kleinen Lichtpunkt gearbeitet und handelt es sich um ein stark wolkiges Papier, so ergibt bereits die Wolkigkeit einen hohen Stör- oder Geräuschpegel, da ein nur kleiner Bereich erfaßt wird, also hier ein starker unterschied im reflektierten oder transmittierten Licht zu einem entsprechenden Ausschlag bzw. Impuls führt. Bei stark wolkigen Papieren empfiehlt es sich deshalb, mit einer Lichtpunktgröße zu arbeiten, die mehr im oberen Bereich, beispielsweise bei 1000 µ liegt.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Abtastung einzelner Bereiche mit unterschiedlicher Empfindlichkeit erfolgt. Diese Ausgestaltung ist deshalb so wesentlich, weil bei der Prüfung von Wertpapieren außer den Wasserzeichen auch noch Sicherheitsfäden vorhanden sind. Dabei liefern sowohl die Wasserzeichen als auch die Sicherheitsfäden Impulse, deren Amplitude deutlich über dem Velinbereich liegt und die dann bei der Auswertung als Fehler interpretiert wird. Unter dem Begriff Velinbereich wird bei Wertpapieren der Bereich verstanden, in dem das Rohpapier keinerlei Markierungen, Einlagerungen usw. aufweist. Dieser Bereich muß selbstverständlich auch geprüft werden, da er bei der Papierherstellung ebenfalls mit Fehlern behaftet sein kann. Durch die Vorgabe, die Bereiche, in denen sich Wasserzeichen, Meßmarken oder Sicherheitsfäden befinden, mit einer geringeren Empfindlichkeit abzutasten, können die Impulse, die von Sicherheitsfäden, Wasserzeichen und Meßmarken herrühren, so niedrig gehalten werden, daß sie unterhalb der Schwelle liegen, die zu einem Fehlersignal führt. Bei der Fehlerauswertung werden diese Impulse also unterdrückt. Alternativ ist es natürlich möglich, stattdessen die Bereiche, in denen keine Meßmarken sind bzw. erwartet werden, mit einer höheren Empfindlichkeit abzutasten. Um dabei nicht stets auf bestimmte Bereiche festgelegt zu sein, sieht eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Bereiche der abzutastenden Fläche, die mit höherer oder niedrigerer Empfindlichkeit abgetastet werden sollen, wählbar sind. Die Meßmarken sind daher auch gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in Bereichen außerhalb der Sicherheitsfäden und der vorgesehenen Wasserzeichen, also im Bogenzwischenbereich, angeordnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen schematisch in perspektivischer Darstellung Prüfvorrichtungen, wobei Fig. 1 die Reflexionsmessung, Fig. 2 die Transmissionsmessung zeigt,

Fig. 3 zeigt in starker Vergrößerung eine perspektivische Vorderansicht eines Wertpapieres im Schnitt,

Fig. 4 die kombinierte Transmission-Reflexionsmessung.

Die auf der nicht dargestellten Papiermaschine gefertigte Papierbahn (3) weist Wasserzeichen (1) und ebenfalls in Form von Wasserzeichen eingebrachte Meßmarken (2) auf. Diese Papierbahn (3) wird in der Papiermaschine zu sogenannten Tambouren aufgewickelt, die nach Längen- und Breitenunterteilung auf einem Rollenschneider zu Mutterrollen umgewickelt werden und als solche in die Wertpapierfabrikation gelangen. Je nach Art des zu fertigenden Wertpapieres werden sie hier über einen Querschneider bereits in Nutzen (16) unterteilt, d. h. zu Formatpapieren geschnitten, die dann als solche bedruckt werden oder vorher im Rotationsdruck bedruckt und dann über einen Querschneider zu Nutzen (16) geschnitten.

Sowohl die endlose Bahn, also die Papierbahn (3), als auch der Nutzen (16) enthält eine Vielzahl von Wasserzeichenbereichen (13), von denen mindestens eines später im fertigen Geldschein wiederzufinden ist, ebenso ist mindestens ein Sicherheitsfaden (11) in einem Sicherheitsfadenbereich (12) angeordnet, der sich auch später in der fertigen Banknote wiederfinden läßt.

Sowohl das Einbringen des Sicherheitsfadens (11) als auch das Einbringen der Wasserzeichen (1) geschieht im Naßteil der Papiermaschine, also zu einem Zeitpunkt, wo die Bildung der Papierbahn (3) noch nicht abgeschlossen ist, d. h., daß es durch Faserbewegungen zu einer Verschiebung des Sicherheitsfadens (11) und zu einer Beeinträchtigung der Klarheit der Wasserzeichen (1) kommen kann. Aus diesem Grunde müssen Toleranzfelder festgelegt werden, innerhalb deren sowohl die Wasserzeichen (1) als auch andererseits der Sicherheitsfaden (11) in der Papierbahn (3) vorhanden sein muß. Diese Toleranzfelder werden als Sicherheitsfadenbereich (12) bzw. Wasserzeichenbereich (13) bezeichnet.

Da die Papierkanten (15) so, wie sie auf der Papiermaschine entstehen, immer etwas fließend sind, können sie bloß für grobe Steuerungen als Ausgangslinie dienen. Bei der Wertpapierfertigung hat es sich daher eingebürgert, in der Papierbahn (3) längs eine Bezugslinie vorzusehen, die ebenfalls wie die Wasserzeichen (1) durch das die Papierbahn (3) formierende Sieb der Papiermaschine oder einen darauf laufenden Egoutteur eingebracht wird. Diese Bezugslinie wird als tracking line (14) bezeichnet. Sie kann nahe am Längsrand der Papierbahn (3) angeordnet sein, also in der Nähe der Papierkante (15), es ist aber auch möglich, sie weiter in das Innere der Papierbahn zu verlegen, so daß sie zwischen zwei Nutzen (16) verläuft.

Außer dem Einbringen der tracking line (14) sah der Stand der Technik das Einbringen von Steuermarken (17) vor. Die tracking line (14) diente bisher der Steuerung der Rollenschneider, also der Aggregate, die eine Längsaufteilung des Tambours bzw. der Mutterrollen vornahmen, die Steuermarke (17) dient zum Steuern des Querschneiders, der bei jeder Steuermarke (17) einen Schnitt vornimmt. Ist das Papier gedehnt, so ergeben sich dadurch Bögen (33), die eine Bogenlänge (8) aufweist, die über der geforderten Länge liegt und damit nicht verwandt werden kann. Ist das Papier geschrumpft, so ergibt sich dementsprechend ein zu kurzer Bogen (33). Diese Steuerungen reichen jedoch für eine exakte Vermessung eines Nutzen (16) auf Bogenlänge (8) und Bogenbreite (9) nicht aus, so daß die einzelnen Nutzen (16) bisher von Hand auf Länge, das Vorhandensein von Wasserzeichen (1) und Sicherheitsfaden (11) sowie auf die Anordnung der Wasserzeichen (1) im Wasserzeichenbereich (13) und das Vorhandensein des Sicherheitsfaden (11) im Sicherheitsfadenbereich (12) überprüft werden mußten, wobei auch evtl. Fehler im Papier mit überprüft wurden, da auch eine maschinelle oder mechanische Papierprüfung als solche aufgrund der eingebrachten Wasserzeichen (1) und Sicherheitsfäden (11) nicht möglich war.

Durch das Einbringen von scharfkantigen Meßmarken (2) in die Papierbahn (3) wird die Grundlage für eine elektronische, automatische Prüfung geschaffen.

Aus einem in einem Meßkopf (6) angeordneten Laserstrahler (21) wird der Laserstrahl (24) auf das Spiegelrad (22) gerichtet, das durch den Spiegelradmotor (23) angetrieben wird. Der von den Facetten (27) des rotierenden Spiegelrades (22) reflektierte Abtaststrahl (25) bildet auf der Papierbahn (3) aufgrund der Bewegung des fliegenden Lichtpunktes (10) eine Abtastlinie (20), die sich über die gesamte Breite der Papierbahn (3) erstreckt.

Das von der Papierbahn (3) reflektierte Licht gelangt als Reflexionsstrahl (26) bzw. als Transmissionsstrahl (26′), wenn im Durchlichtverfahren gearbeitet wird, auf die fotoelektrischen Wandler (4) bzw. (4′) und wird von diesem über die Meßleitung (28, 28′) dem Meßmarkenrechner (5) zugeführt, der über die Verbindungsleitung (29) mit dem Auswerterechner (7), in den ein Monitor (18) integriert ist, verbunden ist.

Der Auswerterechner (7) ist ferner über eine Impulsleitung (30) mit dem Meßkopf (6) verbunden, dem ein nicht dargestellter Taktstab angeordnet ist. Dieser Taktstab liefert Impulse, durch die unter Berücksichtigung des jeweiligen Winkels des Abtaststrahles (25) die Breite der Papierbahn in gleichgroße kleine Felder aufgeteilt wird, wodurch die jeweilige Position des fliegenden Lichtpunktes (10) auf der Papierbahn (3) definiert werden kann.

Werden, wie in Fig. 2 dargestellt, einzelne Bögen (33), die mehrere Nutzen (16) enthalten, geprüft, so sind diese auf Förderbändern (34) angeordnet, die, geführt durch Walzen (35), die über einen Elektromotor (36) angetrieben werden, die Bögen (33) über die Abdeckung (37) des zwischen den Förderbändern (34) unterhalb der Papierbahn (33) angeordneten Meßkopfes (6′) fördern, wobei dieser Meßkopf (6′) in seiner Abdeckung (37) mit einem sich über die volle Papierbahnbreite erstreckenden, durch eine Glasplatte (39) abgedeckten Schlitz (38), versehen ist. Der Abtaststrahl (25) tritt durch die zu prüfende Papierbahn (33) hindurch, passiert den Schlitz (38) und die Glasplatte (39), wird von dem fotoelektrischen Wandler (4′) erfaßt und über die Meßleitung (28′) dem Meßmarkenrechner (5) zugeführt, der seinerseits mit dem Auswerterechner (7) verbunden ist. Die Lage der Bögen (33) auf dem Förderband (34) kann durch Vergleich der X-Y-Koordinaten der Meßmarken (2) mit Impulsen, die über die Taktleitung (32) vom Taktgeber (31) an den Auswerterechner (7) gelangen, ermittelt werden.

Über dem im Auswerterechner (7) integrierten Monitor (18) kann das Ergebnis der Prüfung sichtbar gemacht werden, d. h., daß Abweichungen in Bezug auf Bogenlänge (8), Bogenbreite (9), Lage der Wasserzeichen (1) oder des Sicherheitsfaden (11) sowie ein evtl. vorhandener Verzug grafisch oder in Form von Tabellen sichtbar gemacht werden. Durch Vergleich mit vorgegebenen Konstanten, die wählbar sind, und durch wählbare Toleranzfelder zu diesen Konstanten, kann zwischen guten und nicht verwendungsfähigen Nutzen (16) unterschieden werden. Daraus resultierende Signale können zur Markierung der auszusortierenden Bogen (33) bzw. direkt zum Ausschleusen der einzelnen Bogen (33) über eine Taktweiche genutzt werden.

Die Fig. 3 zeigt in stark vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch ein Wertpapier (19), in dem sich eine Meßmarke (2) befindet. Diese Meßmarke (2) besteht aus einer pyramidenstumpfförmigen Vertiefung, die eine quadratische Grundfläche mit einer Seitenlänge von 2 mm aufweist und bei der Formierung der Papierbahn (3) im Naßteil der Papiermaschine eingebracht worden ist. Wie klar ersichtlich, weist dieser Bereich der Papierbahn (3) wesentlich weniger Fasern (40), aus denen die Papierbahn (3) aufgebaut ist, auf als der übrige Bereich. Trifft also der Abtaststrahl (25) auf eine Meßmarke (2), so ändert sich sowohl die Lichtstärke des reflektierten Lichtes als auch die Lichtstärke des durchgelassenen Lichtes. Da die Meßmarke (2) - abweichend von üblichen Wasserzeichen - durch einen von scharfen Kanten begrenzten Körper erzeugt wurde und eine relativ große Tiefe aufweist, ergibt sich in dem Moment, wenn der Abtaststrahl (25) die Meßmarkenkante (41) passiert, ein sehr starker Kantenimpuls, dem an der zweiten Meßmarke (41′) im Mikrosekundenbereich ein zweiter, gleichstarker Impuls folgt. Diese Impulse sind auch dann noch sehr gut auswertbar, wenn es sich um relativ starke Papiere handelt, die in Transmission geprüft werden oder um solche mit schlecht reflektierenden Oberflächen, da sich der Kantenimpuls deutlich, weil er schlagartig auftritt, von der ggf. ungleichmäßigen Verteilung der Fasern (40) innerhalb der Papierbahn (3), der sogenannten Wolkigkeit des Papieres, unterscheidet und sich auch von den üblichen Wasserzeichen (1), die zur Kennzeichnung in Wertpapieren (19) angeordnet sind, abhebt.

Um jegliche Überschneidungen zu vermeiden, sind die Meßmarken (2) im Zwischenbereich (42) zwischen den einzelnen Nutzen (16) angeordnet, also in einem Bereich, der nach dem Zuschneiden des bedruckten Bogens (33) lediglich als Abfall anfällt.

Claims (10)

1. Verfahren zum Erfassen von Dimensionsfehlern und/oder dem Verzug von mit Wasserzeichen versehenen Papieren, wie Formatpapieren, insbesondere Wertpapieren, dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Papierherstellung in der Naßpartie der Papiermaschine zusätzlich zu den vorgesehenen Wasserzeichen pro Bogenbereich mindestens zwei, sich im Bogenzwischenbereich gegenüberliegende, punktförmige Meßmarken als Wasserzeichen eingebracht werden,
die fertige Papierbahn oder die Formatpapiere abgetastet, das reflektierte oder durchgelassene Licht über fotoelektrische Wandler erfaßt und die aus den Meßmarken herrührenden Impulse im Analogsignal von einem Meßmarkenrechner ausgewertet werden,
die vom Meßmarkenrechner ermittelten Werte einem Auswerterechner übergeben werden, der die X-Y-Positionen der einzelnen Meßmarken miteinander vergleicht und daraus die Bogenlänge, die Bogenbreite und den Bogenverzug berechnet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß scharfkantige, kontrastreiche Meßmarken eingebracht werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßmarken Vertiefungen mit quadratischer Grundfläche mit einer Seitenlänge von 2 bis 5 mm eingebracht werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Meßmarken 40 bis 80% der Papierdicke beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung mit einem fliegenden Lichtpunkt erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der fliegende Lichtpunkt einen Durchmesser zwischen 500 und 1200 µ aufweist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kantenimpulse der Meßmarken ausgewertet werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung einzelner Bereiche der Papierbahn bzw. des Formatpapieres mit unterschiedlicher Empfindlichkeit erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche der abzutastenden Fläche, die mit höherer oder niedrigerer Empfindlichkeit abgetastet werden sollen, wählbar sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmarken in Bereichen außerhalb der Sicherheitsfäden und außerhalb der vorgesehenen Wasserzeichen angeordnet werden.