ITRM20130579A1 - Metodo per l¿acquisizione della firma naturale per mezzo di tavoletta digitalizzatrice del tipo ¿touch screen¿. - Google Patents

Description

“METODO PER L’ACQUISIZIONE DELLA FIRMA NATURALE PER MEZ-ZO DI TAVOLETTA DIGITALIZZATRICE DEL TIPO “TOUCH SCREEN””

DESCRIZIONE

Settore della tecnica

La presente invenzione si riferisce in generale ad un sistema di autenticazione dei dati, più in particolare essa fa riferimento all’utilizzo della firma digitalizzata per l’identificazione immediata e accurata di una persona in relazione a delle transazioni di tipo bancario commerciale.

Stato dell’arte

Nel campo dell’hardware informatico, esistono da molti anni le tavolette digitalizzatrici per la raccolta della firma autografa.

Tali tavolette sono formate da una superficie digitalizzatrice sulla quale si firma per mezzo di un’apposita penna. I modelli più evoluti si differenziano significativamente dalle normali tavolette digitalizzatrici usate per il disegno, perché raccolgono in tempo reale non solo la forma grafica della firma, ma anche svariati dati grafometrici quali la velocità istantanea, la pressione istantanea esercitata dalla penna e la durata temporale dei tratti e delle pause. Tali modelli sono normalmente chiamati “Tavolette per firma biometrica” o meglio “Tavolette per firma grafometrica”.

La firma raccolta con una di queste tavolette, sotto forma di un insieme di dati digitali, ha la fondamentale caratteristica di potere essere usata, in caso di necessità, per la perizia svolta da un esperto grafologo. Infatti in essa sono registrate, come e meglio che sulla carta, le caratteristiche grafologiche che distinguono in modo univoco la firma di una persona. La firma grafometrica permette una stima migliore di quella su carta, perché le migliori tavolette raccolgono anche dati di temporizzazione (durata di ogni fase della firma e delle pause) che non sono ricavabili in nessun modo esaminando una firma apposta su carta.

L’uso della firma grafometrica presenta quindi grandi vantaggi economici (eliminazione della carta e della sua gestione) e di sicurezza (migliore affidabilità della perizia grafologica).

Tutte le tavolette realizzate prima della presente invenzione hanno alcune caratteristiche in comune.

La superficie di firma è in materiale plastico lucido (es. poliestere), in vetro lucido o in vetro con trattamento antiriflesso.

La penna ha la punta leggermente arrotondata in materiale plastico (es. metacrilato o policarbonato).

La tavoletta ha una certa altezza rispetto al piano del tavolo ed ha in molti casi la superficie superiore curva o bombata. Nei prodotti preesistenti – come il dispositivo riportato in Fig. 1 – la superficie di firma è incassata in una cornice con un dislivello di alcuni mm rispetto alla superficie superiore del dispositivo. Il dislivello, che in alcuni prodotti arriva a 8-10 mm, è comunque tale da obbligare ad impugnare la penna più in alto del normale.

Del resto anche se tutte le tavolette esistenti realizzano in modo efficace la digitalizzazione della firma, tutte presentano lo stesso inconveniente: la firma apposta non ha la stessa apparenza e non ha gli stessi dati grafometrici dell’equivalente firma su carta, per una serie di motivi, di cui i principali sono esposti di seguito.

La superficie della zona digitalizzatrice è troppo liscia e la penna vi scorre molto più facilmente che sulla carta. La conseguenza è che la forma, la velocità istantanea e la pressione istantanee risultano falsate rispetto a quelle di una equivalente firma su carta. La mano deve “trattenere” la penna nei tratti più rettilinei falsando il profilo di velocità, e allo stesso tempo “preme meno” in alcuni punti falsando il profilo di pressione.

La forma e l’inclinazione della superficie di firma sono tali da costringere il firmatario ad una posizione innaturale della mano. Questo avviene perché:

- la tavoletta è troppo alta rispetto al piano del tavolo e si è obbligati a firmare con la mano sospesa,

- la zona digitalizzatrice è incassata, più bassa del corpo della tavoletta: questo costringe a impugnare la penna più lontano dalla punta,

- la superficie è bombata, mentre la firma su carta sarebbe apposta in piano, - la superficie di firma e la punta della penna sono dure e non cedono alla pressione, mentre la carta presenta una certa cedevolezza (infatti il tratto su carta risulta più o meno incassato), anche questo rende la sensazione di firma più innaturale.

Le conseguenze di questi problemi sono notevoli.

La forma grafica della firma digitalizzata è diversa da quella della firma su carta; questo fa sorgere dubbi sull’autenticità di una firma, anche solo osservandone la forma grafica.

Il perito grafologo non è in grado di confrontare efficacemente una firma grafometrica digitalizzata con una preesistente firma su carta: deve limitarsi a confrontare tra loro firme della stessa natura. Questo problema è molto sentito, ad esempio, nelle applicazioni bancarie: infatti le banche dispongono sempre degli “specimen” di firma su carta dei clienti, ma debbono provvedere nuovamente alla raccolta degli specimen digitali quando adottano la firma digitalizzata.

Anche effettuando la perizia solo tra firme digitalizzate, il grafologo (benché in realtà dispone di maggiori dati quali le temporizzazioni) non può usare i criteri di valutazione a cui è abituato da lunga tradizione: certe regole non sono più rispettate. Ad esempio, nella firma su carta un aumento di pressione porta invariabilmente a una diminuzione di velocità dovuta allo sforzo, ma questo non è più vero per una superficie liscia con la quale lo sforzo è molto minore.

La mancanza di naturalezza della firma fa sentire a disagio le persone che la usano, e questo limita l’adozione della tecnologia digitale impedendo di usufruire dei vantaggi che procura.

Concludendo nelle tecnologie di riconoscimento adatte alla realizzazione di “Touch Screen” o “Schermi azionati dal tocco” (di un dito o di uno stilo), le variazioni ambientali su due dimensioni nella traccia eseguita dalla punta dello stilo, che costituiscono una firma manuale, sono già di per se stesse diverse ogni volta che la stessa persona va ad apporre la sua firma. Questa casualità chiaramente pone problemi di riconoscimento per l’apparato e rende difficile l’utilizzo di un dispositivo informatico che analizzi tali tecniche di autenticazione. Sono disponibili altre variabili – quali la velocità o l’accelerazione dello stilo – rispetto alle variazioni spaziali del tracciato dello stilo sullo schermo touch screen, per l’autenticazione della firma. Tali variabili possono essere derivate dalla dinamica della punta dello stilo con riferimento ai cambiamenti nel posizionamento dello stilo stesso nel tempo. Esse dovrebbero comunque fare riferimento alla pressione (forza per unità di superficie) esercitata dalla punta della stilo sulla superficie di firma e sulla tipologia di contatto che viene stabilito tra stilo e tavoletta grafica. È quindi uno scopo della presente invenzione quello di fornire una tecnica di acquisizione della firma in cui la mano e il polso appoggiano confortevolmente, rendendo la forma della firma più conforme a quella su carta e rendendo il tracciamento della firma un processo affidabile ed idoneo alle elaborazioni al computer ai fini dell’autenticazione.

Si vuole d’altra parte fornire un metodo per l’acquisizione di firme da “Touch Screen” che si basi su componentistica diffusa, – del tipo general purpose –, e sulle relative tecniche di utilizzo note realizzative delle funzionalità di rilevamento. Si prevede quindi di impiegare componenti meccaniche ed elettroniche standard, nel settore della acquisizione e della elaborazione dei segnali rilevati su schermo touch screen, al fine di rendere i nuovi dispositivi di acquisizione contenuti nei costi, di elevata affidabilità e di immediato utilizzo.

Questi scopi sono raggiunti da un apparato per l’acquisizione della firma naturale per mezzo di tavoletta digitalizzatrice del tipo “Touch Screen”, la quale si caratterizza in accordo con la rivendicazione 1 che seguirà. Le rivendicazioni subordinate permetteranno di delineare una serie di configurazioni opzionali del principio inventivo.

Breve descrizione dei disegni

L’invenzione verrà ora descritta in maggior dettaglio con riferimento ad un esempio di pratica attuazione, dato solo a titolo indicativo e non limitativo, illustrato nei disegni allegati in cui:

la figura 1 è una rappresentazione assonometrica di una tavoletta grafica secondo la tecnica nota;

la figura 2 è una rappresentazione schematica della punta della penna secondo la presente invenzione;

le figure 3a e 3b sono delle viste tridimensionali della penna, come essa si presenta rispettivamente all’esterno ed all’interno;

la figura 4 è una rappresentazione tridimensionale di un mobiletto di supporto secondo la presente invenzione;

la figura 5 è una rappresentazione tridimensionale in una vista posteriore di un mobiletto di supporto secondo la presente invenzione;

la figura 6 è una rappresentazione schematica del volume di incasso ricavato per il posizionamento nel mobiletto;

la figura 7 è una rappresentazione in pianta dello scasso impiegato per l’inserimento del mobiletto con relativa superficie di firma;

le figure 8a e 8b sono delle rappresentazioni di diverse realizzazioni della penna secondo la presente invenzione;

la figura 9 è una rappresentazione di una diversa configurazione del supporto superficie di firma.

Descrizione dell’invenzione

L’apparato e la tecnica secondo il trovato sono basati sulla derivazione di una serie di dati dallo scorrimento di uno stilo (1) su una tavoletta grafica (9) di tipo touch screen, e nell’elaborazione di tali dati in modo da fornire la direzione di un vettore in un sistema di assi cartesiani, in tempo reale. Lo scopo è un confronto con un predeterminato riferimento o con le caratteristiche di una firma già memorizzata, al fine di stabilire un match cui segue l’acquisizione della firma naturale per mezzo di tavoletta digitalizzatrice del tipo “Touch Screen”.

La punta 5 della penna 1, presenta la forma ottimale che si può dedurre dalla figura 2, in sezione, e dalla vista tridimensionale di Fig. 3a e 3b. La punta è un cono di altezza 3,7 mm, diametro di base 3 mm, terminata da una semisfera di raggio 0,2 mm. Il materiale è metacrilato (Plexiglas). Il raggio di 200 micron della punta è molto maggiore della dimensione media (1,6 micron) della rugosità della superficie di firma. Questo permette uno scorrimento regolare pur con una certa resistenza; una punta più sottile avrebbe prodotto un effetto di “incagliamento” ed uno scorrimento irregolare, mentre una punta più grossa avrebbe eccessivamente diminuito la resistenza, tornando al problema della eccessiva scorrevolezza che invece si vuole eliminare.

La caratteristica della superficie superiore del dispositivo di firma, unica nel suo genere, è di essere perfettamente piana, come si può vedere delle viste tridimensionali di fig 4 e 5 che riportano delle immagini 3D del contenitore. La superficie di firma 9 è a filo con la superficie superiore 6 del mobiletto 8 e non ci sono soluzioni di continuità tra la zona di firma 9, sotto la quale è disposto il display con sensore touch panel, e il resto 6 della superficie superiore del dispositivo. Nei prodotti preesistenti (vedere ad esempio la Fig. 1) la superficie di firma 9 è incassata in una cornice 25 con un dislivello di alcuni mm rispetto alla superficie del dispositivo. Il dislivello che in alcuni prodotti arriva a 8-10 mm, è comunque tale da obbligare ad impugnare la penna 1 più in alto del normale.

Per quanto riguarda il supporto plastico utilizzato per la superficie di firma, il materiale di riferimento è il 3M 7962 che è un nastro adesivo transfert a doppia protezione. Più in particolare il componente utilizzato è lo Scotchmark™ 7952 MP - 7955 MP come adesivo che fissa il frontale in poliestere flessibile al mobiletto del dispositivo. La pellicola adesiva acrilica ad alta temperatura di tipo 200 MP – di cui è dotata ogni faccia – è protetta da un protettivo di carta kraft polietilenica. Lo spessore è disponibile in diverse misure che variano nell’ordine da 0.05 a 0.200 mm, con tre componenti fondamentali:

<a->Lo strato protettivo stampato con rivestimento kraft polietilenico con peso: 94,4 g/m<2>, oppure rivestimento kraft polietilene con peso: 140 g/m<2>

b- La componente Adesivo in acrilico "alta prestazione" del tipo 200 MP c- Il Protettivo in rivestimento kraft polietilinico con grammatura di 94,4 g / m<2>. Determinando uno spessore totale che va da 0.250 mm a 0.400 mm.

Le caratteristiche dell’adesivo di tipo 200 MP conferisce un assemblaggio resistente agli attacchi ambientali, cioè un eccellente comportamento dei nastri transfert a fronte di temperature elevate, umidità e sostanze chimiche. Inoltre l’elevata coesione dell'adesivo fornisce una buona resistenza alle pressioni ripetute dei tasti della tastiera.

Un’altra caratteristica della tavoletta è che la superficie di firma è sostituibile in caso di usura; persino, tutto il frontale dell’apparecchio è autoadesivo e può essere sostituito strappandolo via ed attaccandone uno nuovo. Questa prestazione è interessante perché il frontale, al di fuori della superficie di firma che ne rappresenta solo una parte, può essere stampato con il marchio dell’organizzazione che usa la tavoletta. Questa possibilità è interessante per il suo effetto pubblicitario e di immagine. La stampa è effettuata sul retro per serigrafia, anche a più colori. L’adesivo è scelto per il giusto compromesso tra l’adesività necessaria ad evitare un distacco accidentale soprattutto negli angoli e la necessità di permettere la rimozione.

Per il frontale viene utilizzato il materiale Mac Dermid Autotex F200. Si tratta di poliestere con spessore pari a 200 micron (0,2 mm). La superficie superiore è finemente goffrata: dimensione delle irregolarità pari statisticamente a 1,6 micron. La superficie inferiore è trattata con uno speciale primer indurito a raggi UV per permettere l’adesione dell’inchiostro di serigrafia e dello strato autoadesivo sottostante.

La misura dell’opacità è di 55%, mentre quella della riflessione è del 7%.

Il materiale Autotype Autoflex EB G180 è invece un esempio di materiale equivalente, con spessore di 180 micron e superficie superiore lucida, che è stato usato precedentemente e che presentava il problema di una eccessiva scorrevolezza, analogamente a quanto si riscontra per tutti i dispositivi di firma in commercio.

La tavoletta oggetto del presente brevetto permette due modalità di utilizzo: appoggiata sul piano di lavoro oppure incassata nel piano di lavoro.

Nel caso dell’appoggio sul piano, il fatto che la superficie A di firma 9 è collocata asimmetricamente e vicina al lato posteriore del mobiletto fa sì che rimanga, verso il lato anteriore del mobiletto, una vasta superficie B su cui appoggiare la mano durante la firma. Poiché non esiste alcun gradino tra il bordo anteriore e il piano del tavolo, se non è sufficiente l’appoggio della mano sulla tavoletta questo può continuare senza disagio anche sul piano del tavolo davanti alla tavoletta. L’angolo di inclinazione del piano della tavoletta rispetto al piano del tavolo è studiato per rendere confortevole questo appoggio, anche se esso è suddiviso tra due superfici angolate tra loro.

Nel caso dell’incasso nel piano, non esiste più alcuna soluzione di continuità tra la superficie di firma 9, la superficie superiore della tavoletta 6 e la superficie del tavolo; questa disposizione rende la firma con tavoletta identica a quella che si avrebbe con un foglio di carta appoggiato sul tavolo. Va notato che la possibilità di incasso è data dalla forma rettangolare della tavoletta 8, che permette di incassarla facendo nel piano un semplice foro rettangolare 11, e dalla presenza, tutto attorno al bordo superiore 8 della tavoletta, di un bordo sporgente 12 atto a coprire la fessura che rimane tra il piano del tavolo e la tavoletta 8 lungo il perimetro della zona tagliata.

Dai disegni 3D della tavoletta 8, 9 e dalla rappresentazione della foratura del lato inferiore del piano di Fig. 6 e del foro a due livelli, si notano i dettagli relativi alla foratura che deve essere effettuata nel piano di appoggio del tavolo per permettere l’incasso. Occorre notare che, nella parte posteriore 10 della tavoletta, c’è l’uscita 13 dei due cavi 14a e 14b (rispettivamente, quello USB di collegamento con il computer e quello di collegamento della penna). I due cavi, 14a e 14b, escono in basso e, tra la loro uscita e il piano superiore della tavoletta, c’è una distanza di circa 20 mm. Quindi, se il piano del tavolo ha uno spessore inferiore o uguale a 20 mm, i cavi escono al di sotto del tavolo e basta praticare un foro rettangolare, di 157 x 142 mm, con un raccordo del raggio di 2 mm negli angoli. Questo foro può essere praticato anche con un normale seghetto alternativo, avendo cura di praticare prima quatto fori con il trapano in corrispondenza degli angoli.

Nel caso in cui lo spessore del piano sia superiore a 20 mm, i cavi 14 andrebbero ad interferire con il piano del tavolo nella zona in cui escono dal mobiletto della tavoletta. In tal caso, come si vede nel disegno di Fig. 7 che riporta la foratura-da sotto, è opportuno praticare il foro per mezzo di una fresa e ricavare uno scasso, dal lato inferiore del piano, delle dimensioni di circa 40 x 40 mm e di profondità tale da lasciare 20 mm di materiale tra il fondo dello scasso e la superficie superiore del piano. In caso d’incasso il cavetto 14b che collega la penna alla tavoletta, e che esce sotto il piano, viene fatto passare attraverso il piano del tavolo per mezzo di un foro protetto da un normale passacavo in gomma.

Per quanto riguarda la molla 2 presente all’interno della penna, dalla rappresentazione di Fig. 3, si vede che lavora a compressione. Il suo modulo di elasticità è di 3,52 N/mm; la sua corsa massima, limitata da un apposito anello di fermo ricavato nella fusione in plastica che realizza il corpo della penna, è di 0,7 mm. La forza massima alla quale cessa l’elasticità della molla è quindi pari a circa 2,5 N; al di sopra di questa forza la penna si comporta come un corpo rigido.

Le caratteristiche costruttive della molla sono:

• Diametro esterno 4,8 mm

• Diametro filo 0,8 mm

• Lunghezza libera 28 mm

• Materiale: acciaio armonico per molle.

Il rilievo dato a tali parametri numerici funzionali della molla è significativo per quanto già sottolineato precedentemente. Le variazioni spaziali del tracciato dello stilo 1 sullo schermo 9 possono essere derivate dalla dinamica della punta dello stilo con riferimento ai cambiamenti nel posizionamento dello stilo stesso nel tempo. Esse comunque fanno riferimento alla pressione (forza per unità di superficie) esercitata dalla punta della stilo sullo schermo e sulle tipologie di contatto che viene stabilito tra stilo 1 e tavoletta grafica 9.

Sotto questo aspetto la soluzione escogitata prevede che la tavoletta 8, 9 con la penna 1, realizzate secondo la presente invenzione, presentino le seguenti caratteristiche.

• La superficie di firma 9 è realizzata in materiale plastico finemente goffrato, con una superficie opaca simile a quella di un foglio di carta. Questa caratteristica rende la superficie meno scorrevole, la firma risulta più naturale e le caratteristiche grafometriche risultano molto simili a quelle della firma su carta.

• La superficie superiore 6 della tavoletta è completamente piana e la superficie digitalizzatrice 9 è allo stesso livello di tale superficie, senza alcun incasso.

• La superficie superiore 6 della tavoletta presenta, rispetto al piano del tavolo, una inclinazione studiata per rendere naturale la posizione della mano durante la firma; in particolare, permette di appoggiare il polso in parte sulla tavoletta e in parte sul piano del tavolo, secondo le dimensioni della mano.

• La punta 5 della penna non è rigida, ma è sospesa ad una molla 2, interna al corpo della penna, con una costante di forza ed una corsa massima studiate per simulare la cedevolezza della carta: quindi, anche se la superficie digitalizzatrice è poco cedevole, il leggero cedimento della punta 5 della penna 1 rende l’esperienza di firma più naturale.

• La tavoletta può essere facilmente incassata nel piano del tavolo, praticandovi prima un semplice foro rettangolare. In tal modo la superficie di firma raggiunge la massima naturalezza, perché esattamente in piano rispetto al tavolo, come avviene appoggiandovi un foglio di carta.

• La cedevolezza della penna è simile a quella della carta.

In una realizzazione preferita della presente invenzione – relativa alla rappresentazione di figura 8 – viene proprio ottimizzato questo principio del leggero cedimento della punta della penna. La cedevolezza può assumere un rilievo significativo nel caso si consideri anche una condizione di disturbo o di distorsione nel rilevamento. Va quindi considerata l’entità della forza di appoggio della penna 1 in base alla sollecitazione cui è sottoposta la molla 2. Non v’è chi non veda che l’appoggio di una penna su di un foglio, in generale, è diverso da persona a persona, il posizionamento potendo essere tra i più svariati. Se si ha come riferimento l’asse della penna disposta approssimativamente perpendicolare rispetto al piano è evidente che la sollecitazione sul piano 9, della superficie di firma della tavoletta digitalizzatrice, può cambiare da persona a persona e la stessa persona potrebbe trovarsi ad assumere una posizione inusuale – rispetto alla esecuzione di una firma su carta – avendo a disposizione un mezzo digitale che sta usando per la prima volta.

È ben chiaro che se una persona ha la penna 1 perpendicolare al piano della tavoletta 9 la forza è massima. Man mano che l’asse dello stilo si abbassa/si piega la forza che interviene sul piano della tavoletta diventa meno rilevante pur permettendo di ricavare un tracciato a minore attendibilità. In sintesi le condizioni operative possono essere oltremodo aleatorie, i disturbi e le eventuali distorsioni sono fattori costituenti un’insidia continua nel rilevamento di un segnale sufficientemente fedele. Per questi motivi sono da evitare condizioni operative in cui la molla 2 non è appropriatamente tarata. Di qui una serie di strumenti illustrati di seguito con l’ausilio delle Figg. 8a e 8b, che permettono di far si che la penna 1 possa periodicamente essere sottoposta ad un’attività di ricalibratura per mezzo di apposito microsensore 15, con regolazione micrometrica attraverso visualizzatore dedicato.

Nella presente invenzione viene utilizzato un rilevatore alquanto comune di forza, vale a dire un microsensore di forza di tipo ottico a riflessione (rileva lo spostamento della punta in base all'accorciamento della molla), così come potrebbero anche essere usati altri tipi di rilevatori quali i sensori piezoelettrici. Sorprendentemente si rilevava che il parametro fondamentale su cui stabilire una correlazione, di fatto lineare, con la forza esercitata per la traslazione della penna, era la forza esercitata in base all’elasticità della molla con riferimento alla sua corsa massima. Anche questa caratteristica ha costituito motivo di scelta nei confronti del microrilevatore di forza del tipo ottico a riflessione che rileva lo spostamento della punta proprio in base all'accorciamento della molla.

In pratica è stata predisposta una rondella graduata millimetrica 18 nel corpo della penna 1 in corrispondenza del sensore 15, in serie alla terminazione della molla 2.

L’inserimento della rondella 18 su una filettatura cilindrica 26 fa si che la molla 2 venga compressa in misura più o meno significativa, in relazione a un valore ottimale di riferimento valutato intorno ai 10 millinewton.

È importante rilevare come funzionalmente secondo la presente invenzione siano presenti due sezioni operative specifiche che interlavorano per la realizzazione degli scopi enunciati:

a- una prima sezione di tipo elettronico/digitale preposta ad attuare la taratura ottimale della forza rilevata caricata sulla molla 2;

b- una seconda sezione elettrico-meccanica preposta al rilevamento della firma secondo il tracciato apposto sulla tavoletta digitale 9.

Del resto le dimensioni di tale microsensore 15 sono dell’ordine del millimetro vale a dire dell’ordine di grandezza di una punta di matita, tale caratteristica fa si che possa essere inserito in spazi ridottissimi e fa sì che sia ideale per l’applicazione negli interspazi lasciti liberi all’interno della penna.

Tale costruzione permette la taratura del dispositivo di rilevamento in modo accurato e riproducibile. Per la traduzione del segnale rilevato in un segnale elettrico, solitamente viene utilizzato un ponte di resistenze di Wheastone che dà in uscita un segnale sensibile e proporzionale in modo lineare alla forza stessa. Le tecniche di impianto e di preset del sensore di forza di tipo ottico a riflessione 15, possono essere le più svariate. Esse sono rilevabili direttamente dai data-sheet della casa costruttrice, per questo motivo non sono oggetto di ulteriore approfondimento in questa sede.

In questa diversa configurazione realizzativa la penna 1 viene a essere dotata di una serie di componenti dedicati alle operazioni di taratura. In particolare sarà presente un pulsante di hold 17, un display 16, un sensore di forza 15 di tipo ottico a riflessione, una rondella micrometrica 18, e un cappuccio a scorrimento 19 per avere accesso alla rondella micrometrica stessa.

La conformazione interna della penna 1 in tale realizzazione preferita che prevede la taratura in tempo reale, quindi comprende il regolatore manuale ad anello 18 con filettatura interna che avanza o è ritirato su madrevite 26 per effetto della rotazione come micro-rondella accessibile internamente alla penna, all’uten te, una volta sollevato il cappuccio 19 a manicotto scorrevole. L’avanzamento o il ritiro della rondella micrometrica 18 rispetto alla molla 2 permette di caricare il sensore di forza 15 di tipo ottico a riflessione fornendo direttamente la misura della forza di compressione esercitata sulla punta 5 oggetto di regolazione.

È prevista, per la taratura, una procedura di azzeramento. Nel corso del tempo il valore di ‘0’ visualizzato dal display 16 potrebbe deviare di qualche cifra. Ciò è causato da deformazioni della molla 2 oppure della punta 5 della penna, così come da variazioni di temperatura, tensione di batteria e altri fattori di invecchiamento. Solitamente questa piccola variazione non è significativa per rilevamenti di firme autografe tipiche, è comunque utile ottimizzare la procedura minimizzando l’effetto dei segnali spuri. Per rimuovere l’errore la fase di calibratura prevede di scoprire l’accesso alla vite micrometrica 18 sollevando il cappuccio 19 e sempre mantenendo il contatto con il piano della superficie digitalizzatrice 9, produrre un segnale di prova che va regolato attraverso la rondella micrometrica 18, allo stesso tempo producendo uno scorrimento dello stilo 1 sulla tavoletta 9.

Contestualmente a tale operazione di trasporto dello stilo 1 sulla tavoletta 9 si esegue l’azzeramento dello strumento ruotando la rondella micrometrica 18 avanti o indietro finché il display non visualizza ‘0’. L’accesso alla rondella micrometrica 18 viene protetto da accessi involontari mediante il cappuccio 19 che viene disinserito al momento della taratura per poi tornare in posizione a proteggere il funzionamento dello stilo. Del resto la rotazione della rondella micrometrica 18 richiede l’applicazione di una forza significativa che non permetterebbe una rotazione accidentale per effetto di un banale sfregamento sulla rondella stessa.

In una ulteriore realizzazione preferita della presente invenzione è prevista una tavoletta tiltante o basculante che permette l’indexaggio simultaneo a 360°. Tale tavoletta tiltante è provvista di un elemento semisferico di supporto 30 in grado di fornire un’oscillazione calibrata riferita all’asse perpendicolare alla superficie digitalizzatrice 9. A tale tavoletta è associato un posizionamento molto preciso della superficie di firma 9 grazie a una misura in presa diretta, per mezzo di un sensore accelerometrico 22. Il vantaggio di questa configurazione è che si ricava un’alta precisione anche per le persone che dispongono la penna in modo inusuale.

D’altra parte ciò comporta come vantaggio un minor tempo di apprendimento in taratura, un minor tempo di preparazione e una maggiore flessibilità operativa. Questa gestione vettoriale, sui generis, permette di rilevare e di controllare quindi l’angolo di appoggio della penna 1 sulla superficie digitalizzatrice di firma 9. Dalle relative posizioni viene definito l’angolo con il quale la superficie stessa deve inclinarsi rispetto al punto di contatto sulla superficie 9 da parte della penna 1.

Il design integrato della tavoletta auto-basculante permette di definire una volta per tutte uno zero operativo. La compensazione geometrica ottenuta elimina la necessità di tarare volta per volta la forza esercitata dalla molla 2, se si modifica il diametro della punta 5 della penna 1 per effetto dell’usura o della sostituzione della stessa. L’operatore determina il punto di lavoro su cui settare la penna per ottenere una inclinazione superficiale specifica e prolungare in questo modo la durata della calibratura. Di qui si ricava anche vantaggiosamente la funzione di compensare l’usura della punta 5 senza la necessità di effettuare delle sostituzioni. Tale gestione vettoriale, come precisato in seguito, permette inoltre il controllo automatico dell’angolo di appoggio con cui l’utente deve inclinare la penna rispetto al punto di contatto sulla superficie.

Allo scopo si va a configurare il vincolo centrale di bascula mento, senza traslazione, della tavoletta, per mezzo di una semisfera di sostegno 30 – terminante superiormente con la superficie di firma rettangolare 9 – e dei contorni in rilievo 31’, 31” della superficie di firma 9 – figura 9 – rispetto allo spazio parallelepipedo di contenimento ricavato nel mobiletto 8.

Lo scopo di tale configurazione è quello di ottimizzare la disposizione della superficie di firma 9 della tavoletta rispetto all’inclinazione della penna 1 imposta dalla persona che sta firmando. Per ottenere un certo grado di libertà nello spostamento (comunque vincolato) della superficie digitalizzatrice 9 rispetto al supporto esterno 8, al contorno, è previsto un accoppiamento con lieve gioco tra le due sezioni, impercettibile all’utente che comunque rileva come la presenza di un adattamento alla forza diversamente applicata in base alle condizioni al contorno variabili. È sufficiente allo scopo permettere una minima possibilità di traslazione – verso il basso o verso l’alto – mantenendo fisso l’asse di riferimento tra la struttura di supporto 8 e la superficie di firma 9. Questo lieve gioco è comunque in grado di fornire uno spostamento angolare di 1°/2° sufficiente a fornire una condizione di incidenza ideale, in perpendicolare, tra penna e superficie.

Per ottenere questo basculamento – comunque vincolato e di ampiezza limitata –, partendo dal lieve gioco della posizione centrata, è sufficiente effettuare una pressione significativa su qualsiasi punto della superficie digitalizzatrice 9 fino a raggiungere una condizione di interferenza sui bordi terminali 31’, 31” della sezione traslante, che blocchi l’effetto tiltante.

In una diversa configurazione in cui la regolazione del caricamento sulla punta 5 è di tipo automatico, con controreazione, il segnale rilevato 22 per effetto del basculamento al momento dell’appoggio della penna sulla tavoletta è trasmesso a un processore dati 21 comprendente il firmware dedicato all’elaborazione e a fornire in uscita un segnale a sua volta suscettibile di essere reimmesso nel controllo a catena chiusa per effettuare – in relazione alle esigenze di rilevamento ottimale della firma – una regolazione interattiva della forza esercitata dalla punta 5, sulla tavoletta digitalizzatrice. Tale regolazione si basa sul movimento basculante della superficie di firma 9, come riferimento, per poi poter variare la forza della molla 2 sulla punta 5 comandando l’avanzamento o il ritiro della molla 2, ancora in automatico.

In questo modo si opera su un parametro indicativo delle condizioni operative della molla 2 in modo da regolarne il carico e, in ultima analisi, la resistenza della penna opposta alla rugosità della superficie della tavoletta.

Allo scopo di poter operare la regolazione a livello di controreazione/feedback tra la funzione di basculamento e la funzione di regolazione del carico sulla punta attraverso la molla 2 viene adoperato un microsensore accellerometrico 22 predisposto per fornire una misurazione allo stesso tempo precisa ed estremamente sensibile in relazione all’entità dell’appoggio iniziale effettuato dall’utente sulla superficie di rilevazione 9. Tale sensore permette di rilevare variazioni nell’inclinazione che variano dal grado fino al centesimo di grado. Allo stesso tempo esso è estremamente preciso e veloce nel produrre un segnale che permette di interlavorare con le misurazioni relative al rilevamento delle forze che sono in gioco nel tracciamento della firma sulla superficie 9.

Preliminarmente all’attività di tracciamento della firma è utile eseguire il monitoraggio della forza applicata cosicché la rilevazione possa essere effettuata con la massima precisione possibile.

La configurazione interna della penna 1 anche in questa realizzazione è predisposta per la taratura in tempo reale. Essa comprende un regolatore manuale ad anello 18 che avanza o è ritirato su vite filettata 26, per effetto della rotazione della rondella accessibile esternamente alla penna 1 da parte dell’utente.

L’avanzamento o l’indietreggiamento dell’anello della rondella micrometrica 18 rispetto alla molla 2 permette di caricare il sensore di forza 15 di tipo ottico a riflessione, fornendo direttamente la misura della forza di compressione esercitata sulla punta 5. Attraverso un ponte di Wheastone la misurazione viene convertita in segnale elettrico e digitalizzata per il visualizzatore.

Il dispositivo di regolazione 15 è impostabile (settabile) dall’operatore in base al tipo di tavoletta digitalizzatrice, nonché in base alla posizione della penna 1 per ogni caso particolare. I valori di forza accettabili sono derivabili da una tabella, memorizzati e gestiti dinamicamente per mezzo di un algoritmo associato al sensore di forza 15. Quest’ultimo si interfaccia con un programma per il controllo automatico – residente nell’unità processore 21 – che è in grado, per mezzo del trasduttore dedicato 15, di fornire le correzioni da attuare nel rilevamento della firma tramite una variazione della forza esercitata dalla molla 2. Difatti l’unità sensore di basculamento 22 fornisce in tempo reale un segnale indicativo della effettiva forza di carico esercitata dalla punta 5, sulla superficie di firma 9, nel processo di acquisizione della firma naturale tramite tavoletta digitalizzatrice. Il firmware residente presso l’unità di memoria – processore 21 da un lato acquisisce le informazioni dal sensore 22 sull’entità del basculamento e allo stesso tempo interviene sul processo di taratura, fornendo in modo interattivo, una variazione nel tempo della forza da applicare sulla molla 2 che fa pressione sulla punta 5.

Le funzionalità del sensore di forza 15 di tipo ottico a riflessione, secondo la presente invenzione, sono attivabili per fornire dei segnali indicativi di uno o più parametri associati con lo stato di pressione esercitato dalla molla 2.

In una particolare realizzazione sono acquisiti più segnali in modo simultaneo, sia dal sensore di basculamento 22 sia in base alla forza esercitata dalla molla 2 sulla punta 5, e gli stessi sono interrelati ed elaborati. Tali segnali direttamente rilevabili vengono riportati a un processore 21 che sulla base di un sistema tabellare e di un algoritmo dedicato è in grado di monitorare in modo interattivo l’avanzamento o meglio, in ultima analisi, il minore o maggiore incagliamento derivante dal basculamento e quindi l’entità della forza da esercitare sulla punta 5 per mezzo della molla 2.

In questa realizzazione per la taratura viene chiesto preliminarmente all’utente di tracciare un segno (di taratura) sulla tavoletta, in base al quale si ottiene la forza di riferimento con la quale ricavare:

− l’orientamento del piano basculante 9, e

− l’indicazione di ‘0’ su un display 16 di visualizzazione con il quale stabilire il riferimento baseline.

Vantaggi ed industrialità del trovato

Esaminando le caratteristiche della tavoletta per firma naturale, meglio chiarite anche dalle tavole, si vede che sono efficacemente risolti tutti i problemi elencati. Con una superficie simile a quella della carta, non occorre esercitare particolari accorgimenti per controllare il movimento della mano. Forma, velocità istantanea e la pressione istantanee risultano molto simili a quelle di una equivalente firma su carta e il grafologo può continuare ad usare i criteri di valutazione che ben conosce, oltre a quelli addizionali forniti dai dati di temporizzazione propri della firma grafometrica.

La mano e il polso appoggiano confortevolmente, rendendo la forma della firma più conforme a quella su carta e rendendo l’esperienza di firma più rilassante. Poiché la zona digitalizzatrice non è incassata, si può impugnare la penna all’altezza a cui si è abituati. Si firma su un piano, come nel caso di un foglio di carta appoggiato su di un piano. La forma grafica della firma digitalizzata è molto simile a quella della firma su carta, permettendo una buona prima valutazione anche all’osservazione generale di un operatore senza conoscenze grafologiche. Il perito grafologo, del resto, può anche confrontare, con una certa affidabilità, una firma grafometrica digitalizzata con una preesistente firma su carta.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Tavoletta digitalizzatrice del tipo Touch Screen per acquisizione della firma naturale composta da una sezione di tracciamento costituita da una penna (1) ed una sezione fissa costituita da un corpo di contenimento (8) di una superficie di firma (9), sotto la quale è disposto il display con sensore touch panel, caratterizzata dal fatto che la superficie superiore (6) del mobiletto (8) è completamente complanare con la superficie digitalizzatrice (9), a filo con la sezione superiore del mobiletto (8) priva di soluzioni di continuità tra la zona di firma (9), e il resto della superficie superiore del corpo (8) di contenimento, e dal fatto che la punta (5) della penna (1) è elasticamente sospesa ad una molla (2), interna al corpo della penna (1), con una costante di forza ed una corsa massima che simulano la cedevolezza della carta, detta penna (1) prevedendo una punta (5) sostituibile, con conformazioni più o meno arrotondate per permettere rispettivamente, una maggiore o minore scorrevolezza, l’utente adottando la punta (5) che ritiene più confortevole, in base alle modalità d’uso della tavoletta quali il posizionamento, su un tavolo, e al tipo di persone che dovranno firmare, detta tavoletta digitalizzatrice presentando due diverse strutturazioni e tipologie di posizionamento in cui: a- il mobiletto (8) con la superficie di firma (9) è incassato nel piano del tavolo, entrocontenuto in una foratura parallelepipeda predisposta con la superficie di firma (9) esattamente in piano rispetto al tavolo, oppure, b- la superficie superiore (6) della tavoletta è sollevata rispetto al piano del tavolo, e presenta una inclinazione che rende naturale la posizione della mano durante la firma, permettendo di appoggiare il polso in parte sulla tavoletta e in parte sul piano del tavolo, secondo le dimensioni della mano, il mobiletto (8) di contenimento essendo configurato come un corpo semiparallelepipedo ottenuto mediante bisezione di un parallelipedo rettangolo, con un piano di simmetria diagonale che conferisce alla struttura una conformazione inclinata con una zona posteriore (10) in rilievo ed una zona anteriore a rilievo nullo, in piano con il tavolo di appoggio.
2. 2. Tavoletta digitalizzatrice del tipo Touch Screen per acquisizione della firma naturale secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che la superficie di firma (9, A) è configurata asimmetricamente, in alto sul piano del corpo di contenimento (8) e vicina al lato posteriore (10) del corpo stesso facendo si che rimanga, verso il lato anteriore del mobiletto, una vasta superficie (B) su cui appoggiare la mano durante la firma.
3. 3. Tavoletta digitalizzatrice del tipo Touch Screen per acquisizione della firma naturale secondo ciascuna delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che la superficie di firma (9) è realizzata in materiale plastico finemente goffrato, con ciò rendendo la superficie meno scorrevole, la firma risultando più naturale e le caratteristiche grafometriche risultando molto simili a quelle della firma su carta.
4. 4. Tavoletta digitalizzatrice del tipo Touch Screen per acquisizione della firma naturale secondo ciascuna delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che tutto il frontale dell’apparecchio è di tipo autoadesivo, per essere sostituito strappandolo via ed attaccarne uno nuovo.
5. 5. Tavoletta digitalizzatrice del tipo Touch Screen per acquisizione della firma naturale secondo ciascuna delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che la punta (5) della penna (1) assume la forma di un cono preferibilmente, di altezza 3,7 mm, e diametro di base 3 mm, terminata da una semisfera di raggio 0,2 mm, tale raggio della punta risultando molto maggiore della dimensione media – 1,6 micron – della rugosità della superficie di firma (9).
6. 6. Tavoletta digitalizzatrice del tipo Touch Screen per acquisizione della firma naturale secondo ciascuna delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto di richiedere per il mobiletto la predisposizione di un incasso nel tavolo corrispondente alla forma parallelepipeda dello stesso mobiletto (8), permettendone l’inserimento a seguito dell’esecuzione di un semplice foro rettangolare (11), con la presenza, tutto attorno al bordo superiore (8) della tavoletta, di un bordo sporgente (12) atto a coprire la fessura che rimane tra il piano del tavolo e il mobiletto (8) lungo il perimetro della zona tagliata.
7. 7. Tavoletta digitalizzatrice del tipo Touch Screen per acquisizione della firma naturale secondo ciascuna delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che per il mobiletto di tipo a) nella parte posteriore 10 della tavoletta viene configurata, l’uscita di due cavi (14a e 14b) rispettivamente per il collegamento USB con il computer e per il collegamento della penna (1), detti due cavi (14a e 14b) essendo direzionati verso il basso prevedendo tra la loro uscita e il piano superiore della tavoletta, una distanza dell’ordine dei 20 mm.
8. 8. Tavoletta digitalizzatrice del tipo Touch Screen per acquisizione della firma naturale secondo la rivendicazione 7 precedente caratterizzata dal fatto che se il piano del tavolo ha uno spessore inferiore o uguale a circa 20 mm, i cavi escono al di sotto del tavolo per mezzo di un foro rettangolare, di dimensioni congrue.
9. 9. Tavoletta digitalizzatrice del tipo Touch Screen per acquisizione della firma naturale secondo la rivendicazione 7 caratterizzata dal fatto che nel caso in cui lo spessore del piano sia superiore a 20 mm, i cavi (14a e 14b) la tavoletta trova il proprio posizionamento per mezzo di uno scasso adeguato di profondità tale da lasciare 20 mm di materiale tra il fondo dello scasso e la superficie superiore del piano, il cavetto (14b) che collega la penna alla tavoletta, e che esce sotto il piano, essendo fatto passare attraverso il piano del tavolo per mezzo di un foro protetto da un normale passacavo in gomma.
10. 10. Tavoletta digitalizzatrice del tipo Touch Screen per acquisizione della firma naturale secondo ciascuna delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto di comprendere un piano di firma (9) tiltante e basculante, che permette l’indexaggio simultaneo a 360°, avente una conformazione (30) semisferica al fondo in grado di fornire un’oscillazione riferibile all’asse perpendicolare alla superficie digitalizzatrice (9), il basculamento senza traslazione del piano di firma (9), essendo delimitato dai contorni in rilievo (31’, 31”) rispetto ai bordi superiori del parallelepipedo di contenimento ricavato nel mobiletto (8), per ottenere un certo grado di libertà nello spostamento della superficie digitalizzatrice (9) rispetto al supporto esterno 8, al contorno, essendo previsto un accoppiamento con lieve gioco tra le due sezioni (8, 9) costitutive, che si esaurisce nell’interferenza di detti contorni in rilievo con i bordi superiori del parallelepipedo di contenimento ricavato nel mobiletto (8).
11. 11. Tavoletta digitalizzatrice del tipo Touch Screen per acquisizione della firma naturale secondo ciascuna delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che la penna di tracciamento (1) comprende un pulsante di hold (17), un display (16), un sensore di forza di tipo ottico a riflessione (15), una rondella micrometrica (18), e un cappuccio (19) per avere accesso alla rondella micrometrica stessa, la conformazione della penna (1) prevedendo la taratura in tempo reale, essendo compreso il regolatore manuale a rondella (18) che avanza o è ritirato su un alberino filettato (26) accessibile una volta sollevato il cappuccio (19), l’avanzamento e il ritiro della rondella micrometrica (18) rispetto alla molla (2) permette di caricare un sensore di forza di tipo ottico a riflessione (15) fornendo direttamente la misura della forza di compressione esercitata sulla punta (5).
12. 12. Tavoletta digitalizzatrice del tipo Touch Screen per acquisizione della firma naturale secondo ciascuna delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto di comprendere un microprocessore per la regolazione automatica, con controreazione, del segnale rilevato per effetto del basculamento al momento dell’appoggio della penna sulla tavoletta, per effettuare un rilevamento ottimale della firma attraverso una regolazione interattiva della forza esercitata sulla tavoletta digitalizzatrice in base al movimento basculante, per variare la forza esercitata dalla molla (2) sulla punta (5).