JP2002525627A - シート材料の超音波検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、シート材料を所定の方向に搬送する装置と、上記シート材料を音波にさらす送信素子および上記シート材料を通過して伝送された音波部分を検出する受信素子とを備えた少なくとも１つのトランスデューサ対とを有し、送信素子と受信素子とが搬送面に対して互いに斜めに配置されてなる、シート材料特に紙幣の検査装置に関するものである。本発明の装置は、トランスデューサから放射された音波が、音波照射の間上記シート材料が内部を移動せしめられる搬送通路内を通過し、上記シート材料で反射した音波部分が、上記シート材料に対する音波照射の間上記受信素子に到達することが不可能なように、上記搬送通路によって伝播を制限されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、シート材料を所定の方向に搬送する装置と、上記シート材料を音波
にさらす送信素子および上記シート材料を通過して伝送された音波部分を検出す
る受信素子を備えた少なくとも１つのトランスデューサ対とを有し、送信素子と
受信素子とが搬送面に対して互いに斜めに配置されてなる、シート材料特に紙幣
の検査装置に関するものである。

【０００２】 上述した種類の装置は、例えばヨーロッパ特許公開第0 167 010 号により知ら
れている。音波送信素子は移動するシート材料に超音波を放射し、シート材料を
通して伝送された音波部分は受信素子により検出されて検査される。検出された
音波の強度は、シート材料の厚さおよび／または単位面積当りの質量を検査する
ための測定値として評価される。送信素子と検査される材料と受信素子とは、上
記部材で反射した音波部分が送信素子と受信素子との間のビーム通路（測定通路
）の外に向けられるように、互いに斜めに配置される。サウンドトラップやサウ
ンドミラーのような付加装置は、除外された音波部分が測定通路に戻ることを確
実に不可能にする。しかしながら、このような付加装置を用いることは、比較的
複雑になり、かつ余計な空間を必要とする。

【０００３】 本発明は、少ない技術的努力で良好な信号生成を可能にし、かつコンパクトな
構成を有するシート材料検査装置を提案する課題に基づくものである。本発明に
よれば、この課題は、独立請求項の特徴部分に記載された要旨によって解決され
る。

【０００４】 本発明の基本的なアイデアは、トランスデューサから放射された音波が、音波
照射の間、検査されるべきシート材料が移動せしめられている搬送通路内に注入
され、シート材料で反射した音波部分は、この音波部分がシート材料に対する音
波照射の間は受信素子に到達しないようにその伝播が搬送通路によって制限され
る。トランスデューサは狭い開口角（aperture angle）を持った音波ローブを生
成させて、このトランスデューサから放射された音波が音波を反射させる搬送通
路内表面に直接当らないようにするのが好ましい。搬送通路を備えていることに
より、測定に寄与しない迷走音波による測定信号への妨害が防止される。搬送通
路は、サウンドトラップやサウンドミラーのような付加装置を必要としないから
、少ない技術的努力でこれが達成できる。さらに、搬送面に音波吸収材料を設け
なくともよいから、送信素子と受信素子とを比較的近接して配置することができ
るように搬送通路を狭くすることができる。トランスデューサから放射された音
波の大部分は検査される材料で反射せしめられ、僅かな部分（数パーセントの範
囲）のみが、伝送測定検査をされる材料を通過し、送信素子と受信素子との間の
狭い間隔によって高い測定信号出力が得られる。これにより背景雑音が一定の場
合、信号対雑音比が増大し、これにより、測定信号の評価が容易になる。

【０００５】 検査はシート材料の幅全体に亘って行なわれ、長手方向に移動せしめられるシ
ート材料が、搬送方向と直角な複数の測定トラックで走査されるのが好ましい。
これにより、紙幣の状態の検査において重要である、例えば紙幣に貼られた粘着
テープ、または紙幣の千切れまたは孔、または皺または折れを突き止めることが
可能になる。マルチトラック検査装置においては、トランスデューサ対（送信素
子と受信素子）は、内表面間の間隔、すなわち搬送通路の高さに比較して広い間
隔を保って配置される。シート材料で反射した音波部分が上記内表面とシート材
料との間で数回反射して、反射回数が増えると音波の強度が著しく減衰し、これ
により、隣接する測定トラックに入り込む可能性のある音波部分の勢力を無視す
ることができるように、搬送通路の内表面間の間隔が選択されるのが好ましい。
この条件は、例えば搬送通路の内表面の表面状態や、音波の最大放射角度または
音波吸収材料の反射率のような多くの因子によって異なるので、この条件はガイ
ドラインとして示すことができるだけであるが、隣接する２個の測定トラック間
の間隔は搬送通路の高さの少なくとも５倍は広くとるべきである。

【０００６】 上記トランスデューサは、適切に励起された振動体がハウジングへの取付けに
よって減衰を受けず、かつ送信素子の音波軸が正確に受信素子に整列するように
、弾性体によってハウジング内に位置決めされている。かくして、より低パワー
の小型トランスデューサを用いても、十分な信号出力が得られる。シート材料の
マルチトラック検査では、トランスデューサが例えば発泡材料のような共通の弾
性体上に配置されているのが好ましい。例えば上記弾性体は、そのトランスデュ
ーサ側に面しない側で基台上に配置されており、トランスデューサの結線は、例
えば発泡材料を通って案内される電気導体を通じて上記基台と接続されている。
これらトランスデューサは、それらの位置を画定するハウジングに囲まれており
、このハウジングは上記基台に取り外し可能に連結されている。これによって、
超音波トランスデューサを簡単に交換することができ、保守が容易になる。

【０００７】 本発明のさらなる利点および発展は、図面を参照した下記の記載および本発明
の実施の形態のみでなく従属請求項から明らかになるであろう。

【０００８】 図１は、本発明の装置の機能的原理を概略的を示す図である。シート材料１例
えば紙幣は、搬送通路１０内部のコンベアローラ１４によって、搬送通路の下方
と上方にそれぞれ配置された送信素子２０と受信素子３０の間を通って特定の方
向２に移動せしめられる。送信素子および受信素子は、送信素子によって矢印３
の方向に発信された音波が、搬送通路の開口部１３を通って、送信音波の衝突点
における垂線８に対してゼロでない角度でシート材料１に当たるように配置され
ている。送信素子２０は、例えば１５０〜２５０ｋＨｚの範囲の動作周波数が好
ましい振動周波数で動作することができる。上記振動領域での動作は、送信測定
に有利な、狭い周波数スペクトルを持った高出力音波の発生を可能にする。シー
ト材料で反射した送信音波の一部分４は、反射条件（入射角＝反射角）に応じて
搬送通路の内表面に当たり、そこで反射して再びシート材料に当たる。かくして
音波部分４は、搬送通路内表面１１とシート材料との間で管理された態様で数回
反射する。各反射の度毎に音波部分４が分散され、その結果、音波部分４の強度
は反射回数とともに大きく減衰し、無視可能になる。したがって、音波部分４が
伝送測定を妨げることはない。例えば厚さおよび／または単位面積当たりの質量
に関するシート材料の検査のために、シート材料を通った音波部分５は、受信素
子３０で検出され、図示しない装置で評価される。説明のために、図１において
は、受信素子で反射した音波部分６が音波部分５と方向を異にするように、受信
素子３０は音波部分５の方向に対して傾斜している。受信素子で反射した音波部
分６はシート材料に当たり、反射条件（入射角＝反射角）に応じて反射して、そ
の結果、音波部分６が搬送通路の内表面１２に当たり、音波部分４について既述
したのと同様に、搬送通路内表面とシート材料との間で数回反射する。搬送通路
があるために、音波部分４，６が受信素子に到達することはない。さらに、上記
搬送通路は、外部の検査装置からの妨害がこの検査に何等かの影響を与えないよ
うに遮蔽を備えている。音波部分６は無視できるが、シート材料の低い透過率が
原因で、好ましくない音波部分４は例えば数パーセントの範囲になる。シート材
料が低い透過率（例えばシート材料は、送信素子によって放射された音波に対し
て、受信素子で検出される音波を４０ｄＢ減衰させる）を有するために、送信素
子および受信素子は、測定結果に誤りが生じないように、互いに平行に配置する
ことができる。

【０００９】 図２は、図示しない搬送方向と直角に搬送通路１０に沿って配置された複数の
送信素子２０および受信素子３０を備えた装置を示す。送信素子２０はすべて同
じ放射特性を有し、かつ他の点でも同様である。このことは受信素子３０にも適
用される。左方の送信素子２０は、対向する受信素子３０とともに第１の測定ト
ラックの第１のトランスデューサ対を形成する。ここでは２個の測定トラックが
例示されているが、勿論、３個又は４個またはそれ以上の測定トラックを設ける
こともできる。これは、検査装置が利用できる空間およびシート材料の寸法によ
って異なる。測定トラックによって画定される検査装置の検出領域は、多重刷り
、シート材料に貼られた粘着テープ、皺および千切れ等が認められるシート材料
に応じて選択されるべきであることは明らかである。搬送通路１０の開口部１３
に面するトランスデューサ２０，３０の面上には、層２１，３１がそれぞれ設け
られている。層２１，３１は、例えばデッドニング材料からなり、かつ随意的で
、生じる可能性のある定在波をさらに減衰させる役目をする。振動体は、例えば
図示しない回路によって電気的に励起されて超音波を発振させる圧電セラミック
とすることができる。音波３は、実質的に層２１の側からのみ放射される。マル
チトラック検査装置においては、測定のための十分な出力または感度を確保しな
がら、できるだけ寸法の小さいトランスデューサが選択されるべきである。トラ
ンスデューサの寸法は、動作周波数およびトランスデューサの材料によって一般
に与えられる。超音波トランスデューサの寸法は、トランスデューサの音波放射
面のサイズおよび形状をも決定し、これにより、音波経路の効果的な幾何学的寸
法のみでなくトランスデューサの音波放射面の形状が、生成される音波ローブの
開口角を実質的に画定する。送信素子２０によって放射される音波３の開口角は
、もし可能であれば、放射される直接音波３のみが狭いローブをもって受信素子
３０に到達するように狭くされるべきである。搬送通路１０の音波通過開口部１
３は、例えば搬送通路に単にドリルで孔を開けることによって、搬送通路と同じ
材料で作成することができる。さらに、開口部１３の壁にはデッドニング材料１
５を取り付けることができる。これにより、開口部の壁からの反射を抑圧するこ
とができる。デッドニング材料１５の取付けは必須ではないが、送信素子から放
射される音波ローブのの開口角、および制限面１１，１２の厚さおよび限定面間
の間隔１６によって異なる。特に伝送測定においては、送信素子と受信素子との
間の距離が増大すると測定感度または信号出力が低下するので、搬送通路１０の
制限面１１，１２間の間隔は、搬送通路内でのシート材料のトラブルのない搬送
を確保しながら、できるだけ狭くされるべきである。勿論、制限面間の間隔１６
は、検査されるシート材料の厚さによって異なる。紙幣の検査については、この
間隔は、例えば１ｍｍから５ｍｍにすることができる。搬送通路が狭い構成では
、シート材料で反射した音波部分が、搬送通路内表面１１と図示しない検査され
るべき材料との間で数多く反射することになる。この搬送通路内に残留した音波
部分は、反射の度毎に分散されるために、音波の強度は反射回数に伴って減衰す
る。一つの測定トラックから他の測定トラックに洩れる可能性のある音波部分の
出力は、測定結果に関しては無視することができ、したがって測定結果に悪影響
を与えることはない。理想的な測定結果を得るためには、トランスデューサ対間
すなわち測定トラック間の間隔１７は、搬送通路の高さ１６に比較して大きくす
るべきであり、隣接トラック間の間隔は、例えば搬送通路の高さの少なくとも５
倍にすべきである。

【００１０】 図３ａ，３ｂは、図１および図２で説明したシート材料検査装置に関連して使
用可能な、本発明の超音波トランスデューサ・アセンブリの一つの実施の形態を
示す。図３ａは、上記トランスデューサ・アセンブリの実施の形態の平面図を示
し、送信トランスデューサ２０のための、検査面に向かって開口するキャビティ
５１を有するハウジング５０を備えている。各トランスデューサはそれぞれノブ
５２によって所定位置に固定されている。

【００１１】 図３ｂは、上記トランスデューサ・アセンブリの断面図である。切断線Ａ−Ａ
が図３ａに示されている。ハウジング５０は、図示しない留め金を介して基台４
０に取外し可能に連結されている。この超音波トランスデューサ・アセンブリは
、好ましくは互いに等間隔に配置された複数のトランスデューサ２０を備えてい
る。図示の実施の形態においては、例えば４個の送信素子が共通の弾性体４１上
に配置されている。勿論、各送信素子２０が１個の弾性体４１、例えばスプリン
グ上に配置されていてもよい。双方の場合とも、互いに対向する音波放射側また
は音波受信側のトランスデューサが弾性体上に配置される。音波放射側のトラン
スデューサ２０は、さらに図示しないデッドニング層を備えることができる。こ
のデッドニング層は随意的であり定在波を避ける役目をする。トランスデューサ
２０は、送信素子の音波軸が図示しない受信素子に対し正確に整列するように、
固定ノブ５２と弾性体４１との間に位置決めされる。キャビティ５１は、トラン
スデューサの側壁に接触していない。このキャビティは、トランスデューサの外
径よりも大きい内径を有する中空の円筒形状を有する。この構成によれば、トラ
ンスデューサは例えばその重量の５倍に相当する力でほぼ自由に振動するように
支持されるので、トランスデューサ２０が動作時に取付け構造による減衰を受け
ない利点がある。このトランスデューサの取付け構造は、トランスデューサによ
って共鳴領域で放射される音波出力を無視できる程度に減衰させることを可能に
する。かくして、小型のトランスデューサを用いた伝送測定において、良好な信
号出力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 シート材料を検査する装置の機能的原理の説明図

【図２】 複数の測定トラックを備えた装置の実施の形態を示す図

【図３】 送信素子アセンブリの実施の形態を示す図

【符号の説明】

１ シート材料 ３ 音波 ４，５，６ 音波部分 １０ 搬送通路 １３ 開口部 １４ コンベアローラ １５ デッドニング材料 ２０ 送信素子 ３０ 受信素子 ４０ 基台 ４１ 弾性体 ５０ ハウジング ５１ キャビティ ５２ 固定ノブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ， ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，Ｌ Ｃ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ， ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，Ｔ Ｊ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 シャンダ，ウルリヒ ドイツ連邦共和国 Ｄ−83607 ホルツキ ルヒェン フィンケンヴェーク 24 Ｆターム(参考） 2G047 AB04 AD04 AD18 BA01 BB02 GA13

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シート材料（１）を所定の方向（２）に搬送する装置（１４
   ）と、前記シート材料（１）を音波（３）にさらす送信素子（２０）および前記
   シート材料を通過して伝送された音波部分（５）を検出する受信素子（３０）を
   備えた少なくとも１つのトランスデューサ対（２０，３０）とを有し、送信素子
   と受信素子とが搬送面に対して互いに斜めに配置されてなる、シート材料特に紙
   幣の検査装置において、 開口部（１３）を備えた搬送通路（１０）が設けられ、前記送信素子（２０）
   によって前記開口部（１３）を通じて放射された前記音波（３）が、前記搬送装
   置（１４）によって前記搬送通路（１０）内を移動せしめられる前記シート材料
   に当たり、かつ該シート材料を通過して伝送された音波部分（５）が前記受信素
   子（３０）に到達し、前記シート材料（１）で反射した音波部分（４）は、前記
   シート材料に対する音波照射中は前記受信素子（３０）に到達しないように、一
   定の間隔（１６）を保って平行に配置された、音波を反射させる搬送通路内表面
   （１１，１２）の少なくとも一方によってその伝播が制限されることを特徴とす
   るシート材料検査装置。
2. 【請求項２】 前記送信素子（２０）は、前記音波（３）が該音波を反射さ
   せる搬送通路内表面（１１，１２）に直接当たらないように、狭い開口角を備え
   た音波（３）を放射することを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 前記搬送装置（１０）が該搬送通路内に突出するコンベアロ
   ーラ（１４）を備え、該コンベアローラ（１４）により前記シート材料が前記搬
   送通路（１０）内で移動せしめられることを特徴とする請求項１記載の装置。
4. 【請求項４】 複数のトランスデューサ対（２０，３０）が、前記搬送通路
   （１０）に沿って前記搬送方向と直角に互いに一定の間隔（１７）を保って並ん
   で配置され、各トランスデューサ対が、測定トラックを画定する送信素子（２０
   ）および受信素子（３０）を備えていることを特徴とする請求項１または２また
   は３記載の装置。
5. 【請求項５】 前記シート材料（１）で反射した音波部分（４）が前記搬送
   通路（１０）内で数回反射し、かつ前記音波部分（４）が各反射の度毎に分散し
   て音波の強度が著しく減衰し、その結果、隣接するトランスデューサ対（２０，
   ３０）の測定トラックに入り込む音波部分（４）の勢力が測定結果に関して無視
   可能なように、隣接する２つのトランスデューサ対（２０，３０）間の間隔（１
   ７）が前記搬送通路内表面（１１，１２）間の間隔（１６）に比較して広くとら
   れていることを特徴とする請求項４記載の装置。
6. 【請求項６】 前記内表面（１１，１２）間の間隔（１６）が１ｍｍないし
   ５ｍｍであることを特徴とする請求項５記載の装置。
7. 【請求項７】 前記隣接する２つのトランスデューサ対（２０，３０）間の
   間隔（１７）が、前記搬送通路（１０）の内表面（１１，１２）間の間隔（１６
   ）の少なくとも５倍広いことを特徴とする請求項６記載の装置。
8. 【請求項８】 少なくとも１個のトランスデューサ（２０）を備えた、請求
   項１に記載の装置のための超超音波トランスデューサ・アセンンブリにおいて、 前記トランスデューサ（２０）が、該トランスデューサの音波放射側または音
   波受信側とは反対側において弾性体（４１）上に配置され、かつハウジング（５
   ０，５２）に囲まれており、該トランスデューサが前記弾性体と前記ハウジング
   によって画定された位置に保持されていることを特徴とする超超音波トランスデ
   ューサ・アセンンブリ。
9. 【請求項９】 前記ハウジング（５０）が、前記トランスデューサを受容す
   るための、検査面に向いた少なくとも１個のキャビティ（５１）と、前記トラン
   スデューサを位置決めするためのノブ（５２）とを備えていることを特徴とする
   請求項８記載の超超音波トランスデューサ・アセンンブリ。
10. 【請求項１０】 前記キャビティ（５１）が、前記トランスデューサ（２０
    ）の外形よりも大きい内径を有する中空の円筒形に構成され、前記ハウジング（
    ５０）が、前記トランスデューサを所定位置に固定するために、前記検査面に面
    する側において前記キャビティ（５１）内に突出するノブ（５２）を備えている
    ことを特徴とする請求項９記載の超超音波トランスデューサ・アセンンブリ。
11. 【請求項１１】 前記弾性体（４１）が、前記トランスデューサ（２０）側
    ００しない側で基台（４０）上に配置され、前記トランスデューサの結線が前記
    基台と電気的に接続されていることを特徴とする請求項８記載の超超音波トラン
    スデューサ・アセンンブリ。
12. 【請求項１２】 前記ハウジング（５０）が前記基台（４０）に取外し可能
    に結合されていることを特徴とする請求項１１記載の超超音波トランスデューサ
    ・アセンンブリ。
13. 【請求項１３】 複数個のトランスデューサ（２０）が、前記ハウジング（
    ５０）に一定の間隔を保って並んで隣接配置されていることを特徴とする請求項
    ８記載の超超音波トランスデューサ・アセンンブリ。
14. 【請求項１４】 前記複数個のトランスデューサ（２０）が、共通の１個の
    弾性体（４１）または個々の複数の弾性体（４１）によって前記ハウジング内に
    位置決めされていることを特徴とする請求項１３記載の超超音波トランスデュー
    サ・アセンンブリ。