Способ определения жесткости бумажного листа и устройство для его осуществления

Настоящее изобретение относится к устройству и способу определения жесткости листового материала, например банковских билетов(банкнот). Такого типа устройство известно из европейской заявки ЕР-0073133. В этом известном устройстве листовой материал пропускаетСЯ МСЖДУ ДВУМЯ ПЛОСКИМИ рСМНЯМИ И ОТКЛОНЯется сдвоенным коническим роликом на 180.При этом одновременно имеет место деформация листа в продольном и поперечном направлениях. Возникающие в этом процессе шумы воспринимаются мшсрофоном. Затем по этим шумам блок обработки данных определяет жесткость листового материала.Таким образом, известный способ определения жесткости бумажного листа, описанный в заявке ЕР-0073133 и являющийся наиболее близким аналогом заявленного способа, включает создание шума бумажным листом, детектирование возникающего шума и определениеуровня шума. Известное устройство для определения же сткости бумажного листа, описанное в заявке ЕР-0073133 и являющееся наиболее близким аналогом заявленного устройства, содержит средство колебания бумажного листа для создания шума, детектор для восприятия создаваемого шума и блок определения уровня шума.Недостаток указанного известного способа и устройства для его осуществления состоит в ТОМ, ЧТО СОЗДЗВЗСМЫС ШуМЫ СУЩССТВСННО СНИжаются, если жесткость листа измеряется многократно. Жесткость листового материала при каждом измерительном процессе уменьшается из-за деформаций, связанных с процессом измерения.Таким образом, в основу изобретения была положена задача создать такие устройство и способ измерения жесткости листового материала, которые практически не изменяют жесткость листового материала.Данная задача решается за счет того, что в устройстве для определения жесткости бумажного листа, содержащем средство колебания бумажного листа для создания шума, детектор для восприятия создаваемого шума и блок определения уровня шума, согласно настоящему изобретению средство (30, 34, 40, 41, 50, 60, 70,80, 81) колебания бумажного листа (10) представляет собой узел, осуществляющий периодический контакт с бумажным листом.В качестве узла, осуществляющего периодический контакт с бумажным листом, устройство может содержать вращающийся многогранный барабан (30, 34) с гранями, располоЖСННЫМИ СИММСТрИЧНО ОТНОСИТСЛЬНО ОСИ враЩеНИЯ.В качестве узла, осуществляющего периодический контакт с бумажным листом, устройство может содержать в другом варианте исполнения вращающийся барабан (40), по периметрукоторого расположены щетки (41) симметрично относительно оси вращения.Целесообразно, чтобы устройство было снабжено транспортирующим механизмом (11,12) для перемещения бумажного листа, при этом приводная ось (31) вращающегося барабана (30, 34, 40) располагается поперечно к направлению движения (Т) этого бумажного листа.Транспортирующий механизм предпочтительно выполняется так, что окружная скорость барабана (30, 34, 40) больше или равна скорости движения бумажного листа, а вектор окружной скорости совпадает с направлением движенияТранспортирующий механизм может содержать верхние и/или нижъше транспортирующие ремни (11, 12), которые опираются на ролши (32, 33), с возможностью свободного вращения на приводной оси (31).Возможно выполнение устройства, при котором транспортирующий механизм содержит направляющую пластину (13) с окном (14), через которое барабан (30, 34, 40) контактирует с бумажным листом (10).В качестве узла, осуществляющего периодический контакт с бумажным листом целесообразно использование электромагнита (50),который Шиеет возможность контактировать с бумажным листом посредством упругой пластины (53).В качестве узла, осуществляющего периодический контакт с бумажным листом, в устройстве может использоваться пьезоэлементВ качестве узла, осуществляющего периодический контакт с бумажным листом, предпочтительно использование пьезоэлемента (60),который через рычажную систему (70) имеет возможность контактировать с бумажным листом.В качестве узла, осуществляющего периодический контакт с бумажным листом в устройсгве может также использоваться электромагнит(50), который через подвижный сердечник (81) шиеет возможность контактировать с бумажным листом.В качестве узла, осуществляющего периодический контакт с бумажным листом, возможно применение биморфного пьезоэлемента (60).Указанная выше задача решается также за счет того, что при осуществлении способа определения жесткости бумажного листа путем создания шума этим бумажным листом, детектирования возникающего шума и определения уровня шума, согласно настоящему изобретению создание шума производят путем периодического контакта с бумажным листом.Преимущество заявленной труппы изобретений состоит в том, что жесткость листового материала практически остается неизменной. Даже при многочисленных измерениях жестко сти листового материала интенсивность создаваемого шума по существу остается постоянной. Воспроизводимость интенсивности создаваемото шума составляет в среднем, по меньшей мере, 95%.Другие отличительные признаки изобретения представлены в зависимых пунктах формулЬ 1 изобретения. Ниже описаны различные примеры выполнения изобретения со ссылкой на чертежи, на которых показано:на фиг. 1 - принципиальная схема предпочтительного варианта выполнения изобретения;на фиг. 2 - вид снизу принципиальной схеМЫ ПрСДПОЧТИТСЛЬНОГО варианта ВЬППОЛНСНИЯ С транспортирующими ремнями;на фиг. 3 - вид снизу принципиальной схеМЫ ПрСДПОЧТИТСЛЬНОГО варианта ВЬППОЛНСНИЯ С транспортирующими ремнями;на фиг. 4 - вид снизу принципиальной схеМЫ ПрСДПОЧТИТСЛЬНОГО варианта ВЬППОЛНСНИЯ С транспортирующими ремнями и направляющей пластиной;на фиг. 5 - принцршиальная схема модифиКЗЦИИ ПРСДПОЧТИТСЛЬНОГО варианта ВЫПОЛНСНИЯ устройства согласно настоящему изобретению;на фиг. 6 - принципиальная схема второго варианта выполнения устройства;на фиг. 7 - принципиальная схема третьего варианта выполнения устройства;на фиг. 8 - принципиальная схема четвертого варианта выполнения устройства;на фиг. 9 - принцршиальная схема модификации четвертого варианта выполнения устройства;на фиг. 10 - принципиальная схема пятого варианта выполнения устройства.На фиг. 1 изображен вид сбоку принципиЗЛЬНОЙ СХСМЫ ПрСДПОЧТИТСЛЬНОГО варианта ВЫполнения изобретения. Листовой материал 10 перемещается в направлении движения Т через устройство, например, транспортирующими ремнями, которые на чертеже не показаны. В качестве механического средства для генерирования шумов на фиг. 1 показан вращающийся барабан 30 с шестью углами, расположенными симметрично относительно оси вращения. Приводная ось 31 вращающегося барабана расположена поперечно направлению движения Т листового материала.Направление вращения барабана 30 совпаДЗСТ С НЗПРЗВЛСНИСМ ДВИЪКСНИЯ Т ЛИСТОВОГО материала. Частота вращения барабана 30 выбирается таким образом, что зависящая от этой частоты и радиуса барабана 30 окружная скорость последнего больше или равна скорости движения листового материала. За счет соответствующего выбора частоты вращения и направления вращения можно предотвратить удар перемещаемого листового материала об угол барабана и тем самым его притормаживание. Такое притормаживание увеличивало бы опасность"затора" из листового материала в системе транспортировки. В принципе функционирование устройства может быть также обеспечено при измененных направлении вращения, соответственно частоты вращения барабана 30.При вращении барабана 30 его углы периодически контактируют с листовым материалом 10 и таким образом вызывают колебания. При этом листовой материал в зоне барабана 30приподнимается на некоторую высоту Н. Эта высота Н является мерой громкости создаваемого шума.Радиус барабана 30, число углов Ы и частота вращения барабана 30 представляют собой ПЗРЭМСТРЫ, ЯВЛШОЩИССЯ ОПТИМЗЛЬНЫМИ ДЛЯ ПрСДПОЧТИТСЛЬНОГО варианта ВЫПОЛНСНИЯ ИЗОбретения касательно их согласования с соответствующими конструктивными ограничительНЪ 1 МИ УСЛОВИЯМИ, как, например, МЗКСИМЗЛЬНЫС габариты устройства, прежде всего его длина. Частота контактирования барабана 30 с листовым материалом 10 является произведением частоты вращения на число углов. Высота подъема Н зависит от выбора радиуса описанной окружности барабана и числа углов.На фиг. 2 и 3 показаны соответственно виДЬ 1 сбоку и снизу предпочтительного варианта выполнения транспортирующего механизма,причем транспортирующий механизм интегрирован в шестиугольный барабан 30. Транспортирующий механизм имеет три верхних 11 и два нижних 12 транспортирующих ремня, между которыми зажициается и транспортируется через устройство листовой материал 10.С целью избежания взаимодействия между вращающимся барабаном 30 и транспортирующими верхними ремнями 11, соответственно нижними ремнями 12 в барабане 30 предусмотрены свободно вращающиеся ролики 32, 33,служащие опорой для соответствующих транспортирующих ремней. Эти ролики могут быть установлены на приводной оси 31, например, в СООТВСТСТВУЮЩИХ шарикоподшипниках ТЗКШИ образом, что транспортирующие ремни 11 и 12 независимо от окружной скорости барабана 30 могут перемещаться с постоянной скоростью. Радиус свободно вращающихся ролшов 32 предпочтительно равен радиусу вписанной окружности барабана 30. Радиус свободно вращающихся роликов 33 выбирается предпочтительно меньше радиуса вписанной окружности шестиугольного барабана 30. При отсутствии листового материала 10 верхние кромки нижнего транспортирующего ремня 12 и нижние кромки верхнего транспортирующего ремня 11 смыкаются с барабаном 30 в положении последнего согласно верхней части фиг. 1. Контактирование барабана 30 с листовым материалом 10 происходит в зонах между транспортирующими ремнями 11 и 12.На фиг. 4 представлен вид снизу предпочТИТСЛЪНОГО варианта ВЫПОЛНСНИЯ С ВСрХНШИИтранспортирующими ремнями 11 и направляющей пластиной 13. По своей функции направляющая пластина 13 заменяет нижние транспортирующие ремни 12 по фиг. 3. При транспортировке через устройство листовой материал 10 перемещается верхними транспортирующими ремнями 11 по направляющей пластине 13. В данном случае транспортирующие ремни 11 также с помощью свободно вращающихся роликов 32 размыкаются от барабана 30. В направляющей пластине 13 предусмотрено окно 14, через которое барабан 30 контактирует с листовым материалом 10.На фиг. 5 показана модификация предпочТИГСЛЬНОГО варианта ВЬТПОЛНСНИЯ С ЧСТЬТРСХугольным барабаном 34. В противоположность показанному на фиг. 1 шестиугольному барабану 30 высота подъема Н четырехугольного барабана 34 больше высоты подъема Н шестиугольного барабана 30. При постоянстве других параметров создаваемые четЬ 1 реХугольнЬ 1 м барабаном 34 шумы тем самым громче создаваемых шестиугольным барабаном 30. С целью обеспечения постоянной частоты контактироваНИЯ В ОбОИХ вариантах ВЬТПОЛНСНИЯ ЧЗСТОТУ вращения четырехугольного барабана 34 необходимо соответственно увеличить по сравнению с шестиугольным барабаном 30. Однако частота вращения ограничивается МСХЗНИЧССКИМИ ПрООЛСМЗМИ, ВОЗНИКЗЮЩИМИ на ВЫСОКИХ частотах ВРЗЩСНИЯ, И МОЖСТ варьироваться ТОЛЬКО В ОПределенных пределах, поэтому необходима оптимизация параметров, чтобы при предварительно заданной частоте контактирования создавать достаточно громкие шумы.На фиг. 6 показан второй вариант вЬ 1 полнения изобретения, в котором на вращающемся барабане 40 симметрично относительно оси вращения расположены щетки 41. Предпочтительно каждую из этих щеток 41 выполнить подвижной на ее собственной оси таким образом, чтобы щетки 41 раскрывались под действием центробежной силы, возникающей при вращении барабана 40. Шумы, необходимые для определения жесткости листового материала, в данном пршиере создаются при периодическом касании щетками 41 листового материала 10. ОПИСЗННЬТС ВЬТШС ДЛЯ ПрСДПОЧТИТСЛЬНОГО варианта параметры, равно как и изображенные модификации ТЗКЭКС ПрШИСНИМЬТ И К ЭТОМУ варианту выполнения, поэтому подробно не описаны.На фиг. 7 показан третий вариант вЬ 1 полнения изобретения, в котором в устройстве для создания шумов в качестве механического средства предусмотрен электромагнит 50 с ярмом 51, катушкой 52 и подвижным язычком 53. При ПрИЛОЖСНРШ ПСрСМСННОГО напряжения К катушке 50 подвижный язычок 53 начинает колебаться. Шумы создаются за счет периодического контактирования язычка 53 с листовым материалом 10. Частота колебаний подвижного язычка 53 соответствует при этом частоте при 000237ложенного переменного напряжения. Высота подъема Н может изменяться за счет максиМЗЛЬНОЙ рЗЗНОСТИ ПРИКЛЗДЬТВЗСМОГО ПСрСМСННОго напряжения.На фиг. 8 показан четвертый вариант вь 1 полнения изобретения, в котором механическое средство для генерирования шумов представляет собой пьезоэлемент 60. При приложении переменного напряжения может происходить объемное расширение пьезоэлемента 60 в направлении, перпендикулярном плоскости листа. Частота расширения пьезоэлемента 60 соответствует частоте прикладываемого переменного напряжения. Степень расширения пьезоэлемента 60 зависит от максимальной разности переменного напряжения, однако лишь несущественно. В результате высота подъема Н листового материала 10 является лишь незначительной,и тем самым громкость создаваемого шума также является небольшой.Метод увеличения высоты подъема Н листового материала 10 показан на фиг. 9, который заключается в том, что предусмотрена дополнительная рычажная система 70, функционально связанная с пьезоэлементом 60 и с помощью которой расширение пьезоэлемента усиливается таким образом, что достигается требуемая вЬ 1 сота подъема Н.Альтернативно этому могут применяться,например, так называемые биморфные пьезоэлементы 60, что позволяет увеличить высоту подъема Н листового материала 10. В таких биморфных пьезоэлементах 60 жестко соединены друг с другом, по меньшей мере, два пьезоэлемента 60, а расширение пьезоэлемента 60 преобразуется в его изгиб. При использовании таких биморфных пьезоэлементов 60 высота ПОДЪСМЗ Н МОЖСТ ДОСТИГЗТЬ НССКОЛЬКИХ МИЛЛИметров.На фиг. 10 показан пятый вариант вЬ 1 полнения изобретения, в котором в качестве механического средства для создания шума используют катушку 80 с подвижным магнитным сердечником 81. Если к катушке приложено переменное напряжение, то подвижный магнитный сердечник 81 совершает колебания с частотой переменного напряжения. Шумы возникают за СЧСТ ПСрИОДИЧССКОГО контактирования магнитного сердечника 81 с листовым материалом 10. На размах колебаний подвижного сердечника 81 И ТСМ СЗМЬПИ на ВЫСОТУ ПОДЪСМЗ Н ЛИСТОВОГО материала 10 можно влиять с помощью максиМЗЛЬНОЙ рЗЗНОСТИ ПРИКЛЗДЬТВЗСМОГО ПСрСМСННОго напряжения.ДОПОЛНИТСЛЬНО К ОПИСЗННЫМ ВЫШС вариантам выполнения для специалиста в данной области техники с учетом основной идеи изобретения очевидны различные усовершенствоВЗНИЯ ИЛИ модификации ОПИСЗННЬТХ вариантов ИЛИ ДЗЖС НОВЬТС фОрМЫ ВЫПОЛНСНИЯ, КОТОрЫС основаны на данном изобретении. В частности транспортирующий механизм, поясненный напримере ПрСДПОЧТИТСЛЬНОГО варианта ВЫПОЛНСНИЯ, МОЖСТ ТЗКЖС ИСПОЛЬЗОВЗТЬСЯ И В ДрУГИХ вариантах.Для оценки детектируемых шумов могут применяться все известньте методы аналоговой и соответственно цифровой обработки сигналов.1. Устройство для определения жесткости бумажного листа, содержащее средство колебания бумажного листа для создания шума, детектор для восприятия создаваемого шума и блок определения уровня шума, отличающееся тем,что средство (30, 34, 40, 50, 60, 70, 80, 81) колебания бумажного листа (10) представляет собой узел, осуществляющий периодический контакт с бумажным листом.2. Устройство по п.1, отличающееся тем,что в качестве узла, осуществляющего периодический контакт с бумажным листом, оно содержит вращающийся многогранный барабан (30,34) с гранями, расположенными симметрично относительно оси вращения.3. Устройство по п.1, отличающееся тем,что в качестве узла, осуществляющего периодический контакт с бумажным листом, оно содержит вращающийся барабан (40), по периметру которого расположены щетки (41) симметрично относительно оси вращения.4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что оно снабжено транспортирующим механизмом (11, 12) для перемещения бумажного листа, при этом приводная ось (31) вращающегося барабана (30, 34, 40) расположена поперечно к направлению движения (Т) этого бумажного листа.5. Устройство по п.4, отличающееся тем,что транспортирующий механизм выполнен так,что окружная скорость барабана (30, 34, 40) больше или равна скорости движения бумажного листа, а вектор окружной скорости совпадает с направлением движения (Т) бумажного листа.6. Устройство по п.4, отличающееся тем,что транспортирующий механизм содержит верхние и/или нижние транспортирующие ремни (11, 12), которые опираются на ролики (32,33) с возможностью свободного вращения на приводной оси (31).7. Устройство по п.6, отличающееся тем,что транспортирующий механизм содержит направляющую пластину (13) с окном (14), через которое барабан (30, 34, 40) контактирует с бумажным листом (10).8. Устройство по п.1, отличающееся тем,что в качестве узла, осуществляющего периодический контакт с бумажным листом, оно содержит электромагнит (50), который шиеет возМОЖНОСТЬ КОНТЗКТИрОВЗТЬ С буМБКНЫМ ЛИСТОМ посредством упругой пластины (53).9. Устройство по п.1, отличающееся тем,что в качестве узла, осуществляющего периодический контакт с бумажным листом, оно содержит пьезоэлемент (60).10. Устройство по п.1, отличающееся тем,что в качестве узла, осуществляющего периодический контакт с бумажным листом, оно содержит пьезоэлемент (60), который через рЬтчажную систему (70) шиеет возможность контактировать с бумажным листом.11. Устройство по п.1, отличающееся тем,что в качестве узла, осуществляющего периодический контакт с бумажным листом, оно содержит электромагнит (50), который через подвижный сердечник (81) имеет возможность контактировать с бумажным листом.12. Устройство по п.1, отличающееся тем,что в качестве узла, осуществляющего периодический контакт с бумажным листом, оно содержит биморфньтй пьезоэлемент (60).13. Способ определения жесткости бумажного листа путем создания шума этим бумажным листом, детектирования возникающего шума и определения уровня шума, отличающийся тем, что создание шума осуществляют путем периодического контакта с этим бумажНЪ 1 М ЛИСТОМ.