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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Prüfen von Münzen mit einer induktiv arbeitenden
Sensoranordnung nach dem Patentanspruch 1.
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Induktiv
arbeitende Meßanordnungen
für Münzprüfer nutzen üblicherweise
eine Sendespule und auf der gegenüberliegenden Seite der Münzlaufbahn
eine Empfängerspule.
Beim Durchlauf der Münze
durch das Magnetfeld wird die Empfangsspule bedämpft, und es ist möglich, durch
das Messen von z.B. Amplitude, Phase, Frequenz oder Real- oder Imaginärteil von
Strom oder Spannung des Ausgangssignals der Empfangsspule Falschmünzen zu diskriminieren.
Da das Magnetfeld die gesamte Münze
durchdringen muß,
ist es nicht möglich,
Inhomogenitäten
in der Materialtiefe der Münze
festzustellen. So kann beispielsweise bei einer bestimmten Münze das
magnetische Moment bestimmt werden, nicht jedoch, ob sich die magnetische
Schicht an der Oberfläche
oder in der Mitte in der Münze
befindet. Ein gleiches Problem ergibt sich bei plattierten Münzen. Es
kann nicht festgestellt werden, ob es sich um homogenes Material
oder um plattierte Münzen
handelt.
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Es
könnte
daran gedacht werden, das beschriebene Problem dadurch zu lösen, daß Sende- und
Empfangsspule, die z.B. von einem Oszillator betrieben werden, auf
einer Seite der Münzen
angeordnet werden. Eine präzise
Messung ist jedoch nicht ohne weiteres möglich, da es bei unruhigem
Münzlauf
zu Abstandsschwankungen zwischen Münze und Sende- und Empfangsanordnung
kommt. Besonders bei kleinen Meßsonden,
die erforderlich sind, um eine hohe örtliche Auflösung der
Messung zu erzielen, wirken sich derartige Abstandsschwankungen
verstärkt
aus.
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Aus
DE 197 26 449 C2 ist
ein Verfahren (Multifrequenztechnik) zur Prüfung von Münzen mit einer induktiv arbeitenden
Sensoranordnung bekannt geworden, bei dem die Sendespule mit einem
periodischen Sendesignal gespeist wird, das Harmonische enthält. Einem
periodisch wiederkehrenden Abschnitt des Sendesignals bzw. Empfangssignals
wird eine Anzahl von Schaltschritten zugeordnet. Aus den Werten
des Empfangssignals der einzigen Empfangsspule werden bei den jeweiligen
sich mit der Frequenz des Sendesignals wiederholenden Schaltschritten
Hüllkurven
gebildet. Eine Auswertevorrichtung bildet aus der Anzahl zeitgleich
erzeugter Hüllkurven
mindestens ein Kriterium zwecks Erzeugung des Annahme- oder Rückgabesignals.
Im Extremfall kann nur ein Schaltschritt zur Unterteilung des Sendesignals
verwendet werden. Auf diese Weise wird eine einzige Kurve mit einem
Maximum erhalten, daß das
Dämpfungsverhalten
für eine
be stimmtes Frequenzspectrum wiedergibt. Bekanntlich setzt sich das
Empfangssignal aus einer Vielzahl von einzelnen Frequenzen zusammen.
Jedem Schaltschritt entsprechen bestimmte Frequenzanteile. Die durch
das Sendesignal erzeugte, gedämpfte
Kurve des Ausgangssignals der Empfangsspule weist in der Regel einen
steilen Anstieg auf und nähert
sich einem Sättigungswert
(annähernd
e-Funktion). Die höheren Frequenzen
sind daher dem steileren Teil der Flanke zuzuordnen. Bei dem bekannten
Verfahren wird eine Höchstzahl
von störenden
Parametern ausgeschaltet, denen sonst mit erhöhtem Aufwand begegnet werden
müßte. Das
bekannte Verfahren benötigt
nur eine Sende- und Empfangsspule und einen unabhängig programmierbaren
Signalgenerator, der ohnehin Bestandteil eines Mikroprozessors ist,
der üblicherweise
für elektronische
Münzprüfer verwendet wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Prüfen von
Münzen
anzugeben, mit dem bei ausreichend hoher Auflösung eine Messung über die
Dicke der Münze
hinweg ermöglicht wird,
ohne daß sich
Abstandsschwankungen der Münze
nachteilig auswirken.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird von einer Meßtechnik
ausgegangen, wie sie in
DE 197
26 449 C2 beschrieben ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
werden jedoch nicht die Hüllkurven
zu den einzelnen Schaltschritten bzw. Meßzeitpunkten ausgewertet, vielmehr
wird während
eines vorgegebenen Meßintervalls
beim Durchlauf einer Münze
an mindestens drei unterschiedlichen Meßzeitpunkten jeweils der Amplituden wert
des Ausgangssignals der Empfangsspule gemessen. „Amplitude" meint hier nicht das Maximum einer
periodischen Kurve, sondern den quantitativen Meßwert zum jeweiligen Meßzeitpunkt.
Das Meßintervall,
innerhalb dem mindestens drei Amplitudenwerte zu unterschiedlichen
Zeitpunkten gemessen werden, ist außerordentlich kurz, zum Beispiel
50 Mikrosekunden. In diesem Zeitrahmen kann eine hindurchlaufende
Münze als
quasi stationär
betrachtet werden.
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Aus
den Amplitudenwerten wird nach einem Kurvenfitverfahren bei homogenen
Material eine Kurve bzw. eine mathematische Funktion durch Annäherung gebildet.
Diese kann z. B. eine e-Funktion sein. Diese bzw. die e-Funktion
ist charakteristisch für
die geprüfte
Münze,
d.h. für
deren Material. Bei homogenem Material ergibt sich z.B. eine charakteristische Zeitkonstante
der e-Funktion. Diese Zeitkonstante ist unabhängig von der Lage der Münze zur
Meßsonde. Bei
Schichtmaterial erhält
man je nach den zum Messen verwendeten Frequenzanteilen unterschiedliche Kurvenformen.
Die vorderen Zeitpunkte z.B. Ti...T3 (höhere Frequenzanteile) enthalten
Informationen über
das Material an der Münzoberfläche. Die
hinteren Zeitpunkte z.B. T6...T8 über das Münzmaterial von der Oberfläche bis
in die Tiefe der Münze.
Je nach den für
den Kurvenfit verwendeten Zeitpunkten ergeben sich also bei Schichtmetallmünzen unterschiedliche
Ergebnisse, die den Schichten des Materials zugeordnet werden können. Auch
hierbei ergibt sich eine lageunabhängige Messung. Die Qualität eines
Kurvenfit's (Störanfälligkeit
z.B. durch Rauschen) hängt
von der Anzahl der verwendeten Meßpunkte ab. Man kann bei der
erfindungsmäßigen Meßanordnung
zwischen guter örtlicher
Auflösung
in der Materialtiefe (Münzdicke)
und optimaler Meßqualität mit integrierter
Erfassung des Münzmaterials über die Materialtiefe
wählen.
Die Kurve(n) oder Funktion(en), die aus den Meßwerten eines Meßintervalls
gewonnen wird, werden mit der vorgegebenen Soll-Kurve oder Soll-Funktion verglichen.
Stimmt sie in einem oder mehreren Parametern mit der Soll-Kurve
oder Soll-Funktion überein,
kann ein Annahmesignal erzeugt werden. Mit diesem Verfahren ist
es daher möglich,
nicht nur eine zuverlässige
Diskriminierung von Falschmünzen
vorzunehmen, sondern auch das Münzmaterial
zu identifizieren. Es versteht sich, daß für jede Münzsorte eine oder mehrere Soll-Kurven oder
-Funktionen abgespeichert ist/sind.
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Mit
Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich
mithin eine abstandsunabhängige
Messung von Münzen
vornehmen. Sie ist daher insbesondere für Sondenanordnungen geeignet,
bei denen Sende- und Empfangsspule auf einer Seite der Münzlaufbahn
angeordnet sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht
hierauf beschränkt,
sondern kann auch auf herkömmliche
Sensoranordnungen angewendet werden.
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Die
zeitliche Lage des Meßintervalls
kann sich nach verschiedenen Kriterien richten. Vorzugsweise liegt
es im Maximum der Amplitudenwerte, bei denen die Münzen komplett
vor der Meßsonde
angeordnet ist. Während
des Durchlaufs einer Münze wachsen
die Amplitudenwerte in den einzelnen wiederkehrenden Abschnitten
des Empfangssignals mit zunehmender Dämpfung des Feldes durch die
Münze.
Die Dämpfung
erreicht ein Maximum bei maximaler „Abschattung" der Empfangsspule.
Dies läßt sich meßtechnisch
relativ leicht ermitteln, indem während des Münzdurchlaufs während der
wiederkehrenden Abschnitte des Empfangssignals zu den vorgegebenen
Meßzeitpunkten
die Amplitudenwerte von mindestens drei Meßzeitpunkten ermittelt werden.
Steigen die Amplitudenwerte fortlaufend an, liegt das Maximum noch
entfernt. Ändern
sich die Amplitudenwerte nicht mehr, ist die Dämpfung des Feldes im Maximum.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
geht die Dicke der Münze
nicht in das Meßergebnis
ein. Nur wenn Frequenzen gewählt
werden, bei denen das Magnetfeld eine Münze durchdringt, ergibt sich auch
eine Abhängigkeit
des Meßergebnisses
von der Dicke einer Münze.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand eines in Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
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1 zeigt
ein Diagramm eines Meßsignals, das
von einem Rechtecksignal erzeugt wird.
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2 zeigt
ein Amplitudendiagramm für
verschiedene Münzmaterialien über der
Zeit während
eines Meßintervalls.
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3 zeigt
in einem Diagramm unterschiedliche Dämpfungskurven der gleichen
Münze bei
zwei Einwürfen.
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4 zeigt
ein Diagramm der resultierenden nach Normierung identischen Kurven
für die
Amplituden während
eines Meßintervalls.
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Bei
der nachfolgenden Beschreibung wird ausdrücklich Bezug genommen auf das
Verfahren nach
DE
197 26 449 C2 (nur die Frequenzmessung).
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Das
Verfahren zur Prüfung
von Münzen
kann z.B. mit einer Spulenanordnung durchgeführt werden, bei der Sendespule
und Empfangsspule auf einem gemeinsamen Ferritkern angeordnet sind,
wobei die Empfangsspule von dem homogenen Feld der Sendespule durchdrungen
wird (einseitige Anordnung). Die Sendespule wird, wie in
DE 197 26 449 beschrieben,
mit periodisch wiederkehrenden Pulsen, z.B. in Rechteck- oder Dreieckform,
beaufschlagt. Die Dauer eines Pulses beträgt z.B. 50 Mikrosekunden und
wird in gleichen Zeitabständen (Millisekunden-Bereich)
periodisch wiederholt. Das Ausgangssignal der Empfangsspule ist
etwa in
1 dargestellt. Wie in
DE 197 26 449 C2 ausgeführt, können die
einzelnen Zeitpunkte T1 bis T8 des Ausgangssignals
10 bestimmten
Frequenzspektren zugeordnet werden. Das Signal
10 mit den
Schritten T1 bis T8 stellt ein Meßintervall dar, das periodisch
wiederholt wird. Das Meßintervall
hat, wie schon erwähnt,
beispielsweise eine Länge
von 50 Mikrosekunden.
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Werden
für die
einzelnen Meßzeitpunkte
T1 bis T3 während
des Münzdurchlaufs
die Amplitudenwerte aufgetragen, ergeben sich Dämpfungskurven, wie sie in 3 angedeutet
sind. Weicht die Position von der Idealposition (z. B. rechtes Diagramm
von 3) ab, ergeben sich unterschiedliche Kurvenverläufe, wie
ebenfalls in 3 zu erkennen (linkes Diagramm),
insbesondere abweichende Maxima. Würden allein die Maxima zugrunde
gelegt, kann eine präzise
Aussage aus der Münzmessung
nicht gewonnen werden.
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Bei
dem beschriebenen Verfahren werden für einen Meßzyklus die Meßpunkte
an mindestens drei Meßzeitpunkten
interpoliert und durch ein Kurvenfitverfahren eine dazugehörende Funktion
oder Kurve ermittelt. Dies ist in 4 angedeutet.
In 4 sind zu den Meßzeitpunkten T1 bis T3 jeweils
die gemessenen Amplituden für
z. B. eine Messingmünze aufgetragen.
Es ergeben sich durch ein Kurvenfitverfahren eine Kurve M1 für einen
ersten Entwurf und eine Kurve M2 für den zweiten Entwurf. Nach
einer Normierung der auf diese Weise gewonnenen Kurve oder Funktion
kann mit der Idealkurve, die vorher ermittelt und gespeichert wird,
verglichen werden. Derartige Idealkurven sind in 2 für sechs
Münzmaterialien
aufgetragen (siehe zu 2 gehörige Legende). Man erkennt,
daß die
unterschiedlichen Kurven, die den einzelnen Münzmaterialien zugeordnet sind, sich
im wesentlichen durch unterschiedliche Zeitkonstanten auszeichnen.
Diese sind aber im wesentlichen unabhängig davon, in welchem Abstand
sich eine Münze
von der Empfangsspule befindet. Daher können charakteristische Parameter
der gemessenen Funktionen oder Kurven mit den charakteristischen
Sollparametern verglichen werden. Auf diese Weise ist es möglich, Falschmünzen zu
diskriminieren bzw. festzustellen, aus welchem Material die eingeworfene
Münze besteht,
um den Münzwert
angeben zu können.
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Die
Kurve 1 von 2 zeigt den Meßzustand an,
bei dem sich keine Münze
innerhalb des magnetischen Feldes der Sensoranordnung befindet.
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Wird,
wie beschrieben, eine Meßpunktmenge
zu einer Kurvenform gefittet, findet automatisch eine Reduzierung
des Signalrauschens statt. Tests haben gezeigt, daß aus einer Schar
durch unruhigen Münzlauf
gestörter
Meßkurven
durch den beschriebenen Kurvenfit ein aussagekräftiger Meßwert erzeugt werden kann.