DE10222771A1 - Verfahren und optische Meßeinrichtung zum Prüfen von Münzen oder münzähnlichen Gegenständen - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren und einer optischen Meßeinrichtung zur Münzprüfung ist vorgesehen, daß eine Münze mittels wenigstens einer Strahlungsquelle (1, 2) beleuchtet und von der Münze zurückgeworfene Strahlung mittels eines Empfängers (5) bezüglich seiner Intensität vermessen wird. Dieser Vorgang wird für verschiedene Positionen der Münze (4) relativ zu einer optischen Meßeinrichtung wiederholt und die Intensitätswerte werden in einem Mikrocontroller digitalisiert und abgespeichert. Aus dem Kurvenverlauf können Rückschlüsse auf die Beschaffenheit bzw. den Typ der geprüften Münze (4) gezogen werden. Die Intensität des zurückgeworfenen Lichtes kann auch getrennt in verschiedenen Wellenlängenbereichen vermessen werden, um die Zuverlässigkeit der Aussage über die geprüfte Münze zu steigern.

Description

• Die Erfindung kann auf dem Gebiet der automatischen Prüfeinrichtungen für Münzen oder münzähnliche Gegenstände wie Token usw. angewendet werden, wie z. B. Warenautomaten oder Zugangskontrolleinrichtungen.
• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Prüfen von Münzen oder münzähnlichen Gegenständen mittels einer optischen Meßeinrichtung, bei dem eine Münze mit elektromagnetischen Wellen im sichtbaren, infraroten und/oder ultravioletten Wellenlängenbereich bestrahlt und die Intensität der zurückgeworfenen Strahlung gemessen wird.
• Grundsätzlich werden Münzen oder Token in einer Form hergestellt, die es ermöglicht, auf rein optischem Wege, beispielsweise mittels des bloßen Auges verschiedene Typen zu unterscheiden. Diese Unterscheidung kann aufgrund unterschiedlicher optisch wahrnehmbarer Eigenschaften für Münzen oder Token erfolgen, beispielsweise durch unterschiedliche Größe, Farben oder Reflexionseigenschaften. Es ist auch üblich, einzelne Münzen oder Token aus unterschiedlich erscheinenden Teilen zusammenzusetzen, beispielsweise Geldstücke aus zwei konzentrischen verpreßten Ringen, die aus unterschiedlichen Legierungen bestehen.
• Diese grundsätzliche Eigenschaft der optischen Unterscheidbarkeit ermöglicht auch eine optische Analyse auf einem hohen Zuverlässigkeitsniveau durch Meßeinrichtungen.
• Ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Prüfen von Münzen ist beispielsweise aus der DE OS 100 02 644 bekannt.
• Gemäß der dortigen Beschreibung wird eine Münze jeweils mit Licht, insbesondere monochromatischem Licht bestrahlt und das von einer auf der Münzoberfläche angeordneten Gitterstruktur erzeugte Beugungsmuster detektiert. An den für bestimmte Münztypen erwarteten Stellen von Intensitätsmaxima des Beugungsmusters sind Öffnungen in einer Blende vorgesehen, durch die das Licht zu einem Detektor gelangen kann. Eine nennenswerte Lichtintensität wird daher nur dann nachgewiesen, wenn das erzeugte Beugungsmuster mit einem erwarteten Beugungsmuster übereinstimmt. Wird eine Münze ohne eine entsprechende Gitterstruktur oder mit einem nicht passenden Gitter geprüft, so erzeugt diese ein abweichendes Beugungsmuster, so daß kein Lichtstrahl durch die Öffnungen der Blende zu dem Sensor durchdringt.
• Bei der Herstellung von Münzen können diese somit durch Aufbringen unterschiedlicher Gitterstrukturen codiert oder sogar individualisiert werden.
• Das beschriebene System zur Münzprüfung hat den Nachteil, daß relativ empfindliche Strukturen auf die Münzoberflächen aufgebracht werden müssen, die durch Abnutzung oder Verschmutzung der Münzen leiden und dann keine brauchbaren Ergebnisse mehr liefern können. Außerdem ist die Herstellung jeder einzelnen Münze relativ aufwendig.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine optische Meßeinrichtung zum Prüfen von Münzen oder münzähnlichen Gegenständen zu schaffen, bei dem der Aufwand zur Herstellung der Münzen nicht erschwert und ein Meßergebnis möglichst unabhängig vom Erhaltungs- oder Verschmutzungszustand der Münzen zuverlässig erzielt wird. Es sollten auch bereits im Verkehr befindliche Münzen ohne größeren Aufwand erfaßbar sein.
• Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß im Zuge eine Relativbewegung der Münze gegenüber der optischen Meßeinrichtung verschiedenen Positionen jeweils wenigstens ein gemessener Intensitätswert der von der Münze zurückgeworfenen Strahlung zugeordnet wird.
• Im Folgenden soll der Begriff "Münze" immer auch münzähnliche Gegenstände wie Token oder andere als Zahlungs- oder Identifikationsmittel verwendete Gegenstände umfassen.
• Das erfindungsgemäße Verfahren liefert als Ergebnis einen Graph, in dem den verschiedenen Positionen der Münze relativ zu der optischen Meßeinrichtung unterschiedliche Intensitäten der zurückgeworfenen Strahlung zugeordnet werden. Aus diesem Graphen ergibt sich beim Passieren des Randes der Münze vor der optischen Meßeinrichtung eine steile Flanke der Intensität und es läßt sich aus dem absoluten Intensitätswert bereits feststellen, ob der geprüfte Gegenstand hell oder dunkel gefärbt, stark oder weniger stark reflektierend bzw. metallisch glänzend ausgebildet ist. Bei Kenntnis der Durchlaufgeschwindigkeit läßt sich der Durchmesser der Münze bestimmen. Außerdem läßt sich im Falle einer aus mehreren unterschiedlich gefärbten Bestandteilen zusammengesetzten Münze die Größe der einzelnen Bestandteile und das unterschiedliche Reflexionsverhalten durch Verhältnisse in etwa bestimmen. In Abhängigkeit von dem einen ausgewählten Wellenlängenbereich, mit dem der Gegenstand/die Münze bestrahlt wird, ist das Verfahren für die Unterscheidung bestimmter Metalle oder Legierungen besonders sensitiv.
• Im Normalfall wird ein gewisser Anteil der Oberfläche der zu prüfenden Münze gleichzeitig bestrahlt, so daß die gemessene Intensität sich aus der zu einem Zeitpunkt von unterschiedlichen Stellen der Münze zurückgeworfenen Strahlung zusammensetzt. Hierdurch wird eine gewisse Glättung der Messung erzielt, so daß Unebenheiten, die durch auf die Münze aufgeprägte Strukturen wie z. B. Symbole und Ornamente bedingt sind, keine allzu großen Streuungen der Meßwerte erzeugen. Eine weitere Glättung der Messung kann dadurch erfolgen, daß die über verschiedene benachbarte Positionen der Münze hinweg gemessene Intensität gemittelt wird.
• Somit kann durch Berücksichtigung verschiedener Größen wie der Reflexionsintensität, gegebenenfalls in bestimmten Wellenlängenbereichen, des Durchmessers der Münze und/oder des Durchmessers eines besonders gefärbten Münzkerns oder -rings bereits eine Aussage über den Typ der vorliegenden Münze getroffen werden.
• Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß der gemessene Intensitätswert durch Anteile der von der gesamten bestrahlten Oberfläche der Münze oder des münzähnlichen Gegenstandes zurückgeworfenen Strahlung bestimmt ist.
• Die Bestrahlung der Münze wird somit nicht auf einen annähernd punkt- oder linienförmigen Teil der Oberfläche beschränkt, sondern es wird wenigstens ein flächenhafter Ausschnitt der Münzoberfläche bestrahlt, wodurch Meßungenauigkeiten, die durch Unebenheiten der Münzoberfläche hervorgerufen werden, herausgemittelt werden. Es müssen somit auch keine besonderen Vorkehrungen für eine Lenkung des Strahlengangs bei der Bestrahlung getroffen werden.
• Vorteilhaft kann eine diffuse Bestrahlung erfolgen, die von einem flächenhaften Leuchtkörper ausgeht.
• Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Münze oder der münzähnliche Gegenstand mit elektromagnetischen Wellen unterschiedlicher Wellenlängen bestrahlt wird, und daß die Intensität der von der Münze zurückgeworfenen Strahlung jeweils in verschiedenen Wellenlängenbereichen gemessen und der jeweiligen Position zugeordnet wird.
• Durch diese Ausgestaltung der Erfindung können mehrere Anteile der zurückgeworfenen Strahlung getrennt voneinander bewertet werden, wie beispielsweise im sichtbaren Bereich verschiedene Farbwerte. Dadurch ergibt sich einerseits eine Erhöhung der Sicherheit bei der Identifikation der Oberflächenfarbe bzw. -beschaffenheit, andererseits können bei Bicolor- Münzen unterschiedliche Metalle oft in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen optimal erkannt werden. Die Identifikation der Münze ergibt sich aus der Kombination der mittels der Wellenlängen spezifisch gewonnenen Informationen.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiter dadurch ausgestaltet werden, daß zu jeder Position die verschiedenen in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen gemessenen Intensitäten durch Differenz- oder Quotientenbildung verknüpft und der jeweilige Differenz- oder Quotientenwert der jeweiligen Position zugeordnet wird.
• Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, daß die Intensität zu jeder Position in mehr als zwei Wellenlängenbereichen gemessen wird,
  daß jeweils zu einer Position mindestens zwei Quotientenwerte oder Differenzwerte von gemessenen Intensitätswerten gebildet werden und
  daß jedem der Quotientenwerte oder Differenzwerte durch Vergleich mit gespeicherten Referenzdaten eine Menge von möglichen Beschaffenheiten der Münze oder des münzähnlichen Gegenstandes zugeordnet wird und daß insbesondere aus den Mengen jeweils eine Schnittmenge gebildet wird.
• Bei der Vermessung der Intensitäten in mehreren verschiedenen Wellenlängenbereichen entlang der Positionen ergibt sich die Möglichkeit, durch Quotienten- oder Differenzbildung eine Skalierung der Intensitäten vorzunehmen. Beispielsweise können die Intensitätswerte durch Quotientenbildung normiert werden, beispielsweise dadurch, daß zu jeder Position zwei Intensitätsmeßwerte aus verschiedenen Wellenlängenbereichen auf einen dritten Intensitätswert aus einem dritten Wellenlängenbereich bezogen werden. Die durch die Messung gewonnene Information wird hierdurch verdichtet und Intensitätsschwankungen, die vom Wellenlängenbereich unabhängig sind, werden auf diese Weise herausgerechnet.
• Einen ähnlichen Effekt erzielt man durch punktweise Differenzbildung.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann außerdem vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, daß die den verschiedenen Positionen zugeordneten Intensitätswerte, Quotienten oder Differenzwerte jeweils durch einen Mittelwert aus einer bestimmten Anzahl von Werten benachbarter Positionen ersetzt werden.
• Auch wenn die Bestrahlung der Münze diffus ist, ist ein gemessener Intensitätswert von der momentanen Position der Münze abhängig. Eine erste Mittlung der Meßwerte findet dadurch statt, daß infolge der diffusen Beleuchtung gleichzeitig Strahlungsanteile von verschiedenen Oberflächenbereichen der Münze zu der optischen Meßeinrichtung gelangen. Durch die genannte rechnerische Mittelwertbildung wird die Messung weiter geglättet. Durch diese Mittelwertbildung wird somit ein optischer Diffusor mathematisch nachgebildet.
• Außerdem kann vorteilhaft vorgesehen sein, daß die Quotientenwerte oder Differenzwerte, die einer bestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Positionen zugeordnet sind, daraufhin überprüft werden, ob sie innerhalb eines Toleranzbandes liegen und insbesondere, ob ihnen wenigstens eine gemeinsame mögliche Beschaffenheit der Münze zugeordnet ist und daß in diesem Fall ein Bestätigungssignal erzeugt wird.
• Wenn aufgrund von Unregelmäßigkeiten der Münzoberfläche oder Störungen der Messung die gemessenen Intensitätswerte lokal stark streuen, ist es wichtig, daß nur dann eine Aussage über die Intensität oder Beschaffenheit der Münze getroffen wird, wenn die gemessenen Intensitätswerte zumindest für eine gewisse Anzahl aufeinander folgender Positionen eine zuverlässige Aussage ermöglichen. Dies kann dadurch sichergestellt werden, daß überprüft wird, ob die gemessenen Intensitätswerte innerhalb eines Toleranzbandes liegen oder dadurch, daß den einzelnen Intensitätswerten für jede Position zunächst eine Beschaffenheit der Münze zugeordnet und danach überprüft wird, ob eine gleiche Zuordnung für aufeinander folgende Positionen möglich ist.
• Zumindest sollten, wenn mehrere unterschiedliche Beschaffenheiten in Frage kommen, Schnittmengen der zuordenbaren Beschaffenheiten existieren, so daß der Messung insgesamt eine Münzbeschaffenheit zugeordnet werden kann.
• Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß aus dem Verlauf der den verschiedenen Positionen zugeordneten gemessenen Intensitätswerte oder aus den diesen zugeordneten Quotienten- oder Differenzwerten der Durchmesser der Münze ermittelt wird bzw. es läßt sich bei Bicolor-Münzen, d. h. Münzen mit konzentrisch unterschiedlichen Farben oder Legierungen das Verhältnis von Rand zu Kerndurchmesser bestimmen.
• Da sich während die Münze verschiedene Positionen durchläuft, die gemessene Intensität der zurückgeworfenen Strahlung insbesondere beim Passieren des Münzrandes vor der optischen Meßeinrichtung stark ändert, kann aus dem Graphen der gemessenen Intensitäten gegenüber den durchlaufenen Positionen der Durchmesser der Münze leicht bestimmt werden. Dieser kann schon ein wesentliches Indiz zur Identitätsbestimmung liefern.
• Es kann auch vorteilhaft vorgesehen sein, daß aus dem Verlauf der den verschiedenen Positionen zugeordneten gemessenen Intensitätswerte oder aus den diesen zugeordneten Verhältnis und/oder Differenzwerten der Durchmesser eines zentrischen Kerns der Münze ermittelt wird, der aus einem anders gefärbten Material besteht als der Rand.
• Ebenso wie der Durchmesser der gesamten Münze kann somit auch der Durchmesser eines abgesetzten zentrischen Kerns der Münze bestimmt werden.
• Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine optische Meßeinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei dem eine Lichtquelle für weißes Licht zum Bestrahlen der Münze oder des münzähnlichen Gegenstandes und mindestens zwei wellenlängenselektive Sensoren zur Messung der Intensität der zurückgeworfenen Strahlung in wenigstens zwei Wellenlängenbereichen vorgesehen sind. Der Begriff "weißes Licht" steht hier für elektromagnetische Strahlung, die im Wesentlichen gleichmäßig über einen großen Wellenlängenbereich verteilt ist.
• Alternativ kann auch eine optische Meßeinrichtung vorgesehen sein, die eine oder mehrere Strahlungsquellen aufweist, die in verschiedenen Wellenlängenbereichen betreibbar sind, und einen Lichtsensor, der in allen verwendeten Wellenlängenbereichen Strahlung nachweist sowie eine Steuereinrichtung zum aufeinander folgenden Betrieb der Lichtquelle (n) in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen und der entsprechenden Abspeicherung der verschiedenen gemessenen Intensitätswerte zu jeweils einer Position der Münze.
• Durch die beschriebenen optischen Meßeinrichtungen kann entweder in verschiedenen Wellenlängenbereichen gleichzeitig eine Bestrahlung erfolgen, dadurch daß weißes Licht gewählt wird, wobei die Wellenlängenselektion durch Filter vor dem oder den Sensoren erfolgt (Wellenlängenmultiplex) oder es wird die Münze nacheinander in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen bestrahlt, so daß eine Wellenlängenselektion beim Sensor entfallen kann und die Intensitäten der unterschiedlichen Wellenlängenbereiche nacheinander aufgenommen werden (Zeitmultiplex).
• Die Variante, bei der die Münze mit weißem Licht bestrahlt wird, erlaubt üblicherweise eine schnellere Messung, verlangt jedoch mehrere Sensoren oder einen Sensor, der wellenlängenselektiv mißt.
• Die Variante der Zeitmultiplexmessung erfordert eine aufwendige Steuerung und längere Meßzeiten, wobei jedoch möglicherweise ein einziger Sensor zur Intensitätsmessung ausreicht.
• Vorteilhaft kann bei der optischen Meßeinrichtung vorgesehen sein, daß zwischen der oder den Lichtquellen und der Münze oder dem münzähnlichen Gegenstand ein Diffusor angeordnet ist.
• Durch einen solchen Diffusor werden Meßverfälschungen, die auf Reflexionen an Unebenheiten der Münze zurückgehen, wenigstens teilweise weggemittelt.
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben.
• Dabei zeigt
• Fig. 1 schematisch den Aufbau einer optischen Meßeinrichtung,
• Fig. 2 eine Draufsicht der Einrichtung nach Fig. 1,
• Fig. 3 eine schematische Darstellung der Ansteuerung der optischen Meßeinrichtung,
• Fig. 4 ein typisches Meßergebnis einer Zeitmultiplexmessung,
• Fig. 5 eine weitere Ansteuerung einer optischen Meßeinrichtung,
• Fig. 6 bis Fig. 11 Graphen, in denen gemessene Intensitätswerte gegen Positionen der Münze aufgetragen sind bzw. durch Quotientenbildung normierte Graphen.
• Fig. 12 bis Fig. 14 Graphen, die durch Differenz- und nachfolgende Quotientenbildung auseinander hervorgehen,
• Fig. 15 ein Zuordnungsschema.
• Die Fig. 1 zeigt eine optische Meßeinrichtung mit zwei Lichtquellen 1, 2, beispielsweise LED, die weißes Licht abstrahlen. Das weiße Licht wird in einem Diffusor 3 gestreut und fällt danach auf die beispielhaft dargestellte Münze 4. Durch die von dem Diffusor ausgehenden Pfeile ist angedeutet, daß die Münze 4 im Wesentlichen vollständig und diffus ausgeleuchtet wird.
• Von der Münze wird Licht zu einem Empfänger 5 zurückgeworfen, der beispielsweise durch eine PIN-Diode oder einen Fototransistor gebildet ist. Durch die von der Münze 4 zu dem Empfänger 5 gerichteten Pfeile wird angedeutet, daß zurückgeworfenes Licht von unterschiedlichen Flächenbereichen der Münze gleichzeitig zu dem Empfänger 5 gelangt. Hierdurch findet eine gewisse Mittelung der Intensitätsmessung statt, das Meßergebnis bleibt jedoch abhängig von der Position der Münze, da je nach der eingenommen Position, verschiedene Bereiche der Münze, die sich dicht vor dem Empfänger 5 befinden, besonders stark gewichtet werden.
• In der Fig. 2 ist lediglich der Übersicht halber eine Draufsicht auf die optische Meßeinrichtung dargestellt.
• Die optischen Elemente wie Lichtquellen 1, 2 und der Empfänger 5 sind gemeinsam mit dem Diffusor 3 auf einer Basisplatte 6 angeordnet.
• In der Fig. 3 ist beispielhaft eine optische Meßeinrichtung dargestellt, bei der jede der Lichtquellen 1a, 2a durch eine dreifarbige Leuchtdiode gebildet ist. Jede der Leuchtdioden kann durch die unterschiedlichen Leistungstreiber R-G-B nacheinander in verschiedenen Wellenlängenbereichen (rot, grün, blau) betrieben werden. Anstelle der dreifarbigen Leuchtdioden sind auch mehrere einfarbige Leuchtdioden denkbar, die getrennt voneinander ansteuerbar sind. Die Intensitäten des zurückgeworfenen Lichts werden durch den Empfänger 5a nacheinander erfaßt und mittels eines Transimpedanzverstärkers 7 wie einem A/D- Wandler 8 eines Mikrocontrollers 9 zugeleitet. Dort werden die drei im Zeitmultiplex nacheinander gemessenen Intensitäten als Farbinformationen der aktuellen Position der Münze zugeordnet und abgespeichert.
• Ein mögliches Meßergebnis einer solchen Messung zu einer einzigen Position der Münze zeigt Fig. 4. Dort sind über die Zeit aufgetragen die nachgewiesenen Intensitäten in den unterschiedlichen Spektralbereichen. Die Zeitspanne, die für die drei Intensitätsmessungen erforderlich ist, ist so kurz, daß für die gesamte Messung von einer einheitlichen Position der Münze ausgegangen werden kann.
• Die Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform der optischen Meßeinrichtung, bei der zwei Lichtquellen 10, 11 für weißes Licht vorgesehen sind, beispielsweise weiße LEDs oder Glühbirnen, sowie drei Empfänger 12, 13, 14, die entweder durch ihre Beschaffenheit oder durch ein vorgeschaltetes Farbfilter jeweils nur für einen bestimmten Wellenlängenbereich empfindlich sind. Es kann sich dabei beispielsweise um einfache Rot-, Grün- und Blau-Filter oder auch um Ultraviolett- und Infrarotfilter handelt.
• Die Lichtquellen 10, 11 werden über Leitungen 15, 16 unter Zwischenschaltung von Leistungstreibern durch einen Mikrocontroller 17 angesteuert. Die von den Empfängern 12, 13, 14 erfaßten Strahlungsintensitäten werden entsprechend zu einem Analog/Digital-Wandler 18 des Mikrocontrollers 17 geleitet, dort digitalisiert und in einem Speicher 19 des Mikrocontrollers abgelegt.
• Die einzelnen Empfänger können einfache optische Empfänger wie Fototransistoren, PIN-Dioden, Fotodioden oder CCDs (Charge Coupled Devices) sein. Die in Fig. 5 dargestellte optische Meßeinrichtung erlaubt durch gleichzeitigen Betrieb der Empfänger 12, 13, 14 in unterschiedlichen Spektralbereichen eine sehr schnelle Intensitätsmessung. Im Gegensatz dazu hat die in der Fig. 3 dargestellte Meßeinrichtung den Vorteil, daß die Auswertung der von dem Empfänger 5 gewonnenen Meßwerte für unterschiedliche Spektralbereiche über denselben Meßverstärker geschieht und somit alle Spektralbereiche mit einer reproduzierbaren und gleichbleibenden Sensitivität gemessen werden.
• Bei der Meßeinrichtung gemäß Fig. 5 ist im Übrigen eine konstante und gleichmäßige Verteilung der Lichtleistung über den Spektralbereich durch die Verwendung von weißen Lichtquellen annähernd gewährleistet.
• Bei der Meßeinrichtung gemäß Fig. 3 wird der Weißabgleich in den verschiedenen Wellenlängenbereichen durch Regelung der Sendeleistung der verwendeten LEDs vorgenommen.
• Es ist auch denkbar, mittels eines Differenzverstärkers gleichzeitig gewonnene Meßergebnisse aus zwei unterschiedlichen Wellenlängenbereichen derart auszuwerten, daß nur die Differenz der unterschiedlichen Farbwerte dem Mikrocontroller zugeführt wird. Diese Betriebsart ist insbesondere für die Erkennung von Bicolor-Münzen vorteilhaft und führt mit geringem Auswertungsaufwand zu einem Ergebnis.
• In der Fig. 6 ist ein typischer Graph dargestellt, der durch Auftragen der unterschiedlichen Farbintensitäten des zurückgeworfenen Lichts gegenüber den Positionen der Münze entstanden ist. Im vorliegenden Fall wurden die Intensitäten in den Bereichen des sichtbaren Lichts mit den Farben Rot, Grün und Blau gemessen. Die Messung kann sowohl durch eine optische Meßeinrichtung gemäß Fig. 3 als auch durch eine solche gemäß Fig. 5 durchgeführt werden.
• Bei Verwendung verschiedener Sendedioden für die unterschiedlichen Farben wird zunächst ein Weißabgleich dadurch herbeigeführt, daß der Ansteuerstrom der einzelnen Sendedioden so geregelt wird, daß der Empfänger bei Reflexion an einer weißen Fläche für jeden Wellenlängenbereich 78% des maximalen Spannungswertes erreicht. Damit wird der Arbeitspunkt der optischen Meßeinrichtung so eingestellt, daß auch Spannungsüberhöhungen keine Verzerrungen verursachen.
• Trotz Einsatz eines optischen Diffusors, der die Messungen empfindlicher gegen Unebenheiten auf der Münzoberfläche macht, bleiben im Meßergebnis möglicherweise noch Unregelmäßigkeiten, die auf ungewollten Reflexionen beruhen. Diese werden durch eine nochmalige Bereinigung der Meßergebnisse verringert. Als besonders geeignet hat sich die Filterung durch gewichtete Mittelwertbildung erwiesen. Dabei wird das Signal aus vorlaufenden sowie nachlaufenden Werten gemittelt, d. h. es findet eine Mittlung von gemessenen Intensitätswerten benachbarter Münzpositionen statt. Durch die Auswahl des Mittlungsfensters, d. h. die Anzahl der Werte über die gemittelt wird, bestimmt sich eine Größe, die der Fläche eines alternativ mit gleichem Ergebnis eingesetzten optischen Diffusors entspricht.
• Der Fig. 6 ist zu entnehmen, daß die gemessenen Intensitäten für alle Wellenlängenbereiche zunächst stark ansteigen (ca. ab Position 30). In diesem Bereich kommt der erste Rand der Münze in den Erfassungsbereich der optischen Meßeinrichtung. Bei dieser Position beginnt die eigentliche Meßwerterfassung. Einige Positionen später wird ein sogenannter Umkehrpunkt passiert, bei dem ein erstes Intensitätsmaximum des zurückgeworfenen Lichtes liegt (vergleiche Pfeil 25). Dieses Maximum erklärt sich durch einen Prägungsrand der Münze, der durch seine Erhabenheit eine geringere Entfernung zu dem/den Empfänger(n) und gegebenenfalls durch Blankreiben der Münze einen hohen Reflexionsgrad aufweist.
• Nach dem Durchlaufen des Umkehrpunktes bewegen sich die einzelnen Farbintensitäten im Wesentlichen auf einem Plateau, um nach dem Passieren des zweiten Randes der Münze vor der optischen Meßeinrichtung und dem Durchlaufen des zweiten Umkehrpunktes wieder abzufallen.
• Aus der Entfernung der beiden Umkehrpunkte voneinander kann auf den Durchmesser der Münze rückgeschlossen werden.
• In der Fig. 7 ist ein Graph gezeigt, der aus einem Graphen ähnlich dem in der Fig. 6 gezeigten durch gewichtete Mittelwertbildung entstanden ist. Dadurch ergibt sich eine größere Regelmäßigkeit des Kurvenverlaufs.
• Durch Verschmutzungen der Münze können sich Änderungen im Reflexionsverhalten ergeben, die jedoch im Wesentlichen nur die Luminanz, d. h. die Intensität des zurückgeworfenen Lichts betreffen, nicht aber die Chrominanz, d. h. das Verhältnis der Farbintensitätswerte.
• Daher ist es sinnvoll, zur Auswahl der Farbinformationen die einzelnen Farbintensitäten zu normieren bzw. zueinander ins Verhältnis zu setzen.
• Dazu wird zunächst ermittelt, in welchem Wellenlängenbereich die stärkste und in welchem Wellenlängenbereich die schwächste Reflexion auftritt sowie welcher Bereich die mittlere Intensität des zurückgeworfenen Lichts liefert. Danach wird zu jeder Position der Münze die Intensität der am schwächsten reflektierten Farbe durch die Intensität der am stärksten reflektierten Farbe an derselben Position dividiert. Ebenso wird die Intensität der in mittlerer Intensität zurückgeworfenen Farbe auf die Intensität der am intensivsten zurückgeworfenen Farbe normiert.
• Es ergeben sich zwei normierte Kurven für die Intensität der insgesamt mittelmäßig reflektierten Farbe (Y1) und die Intensität der insgesamt mit geringster Intensität zurückgeworfenen Farbe (Y2), jeweils bezogen auf die positionsweise gemessene Intensität der am stärksten zurückgeworfenen Farbe (vergleiche Fig. 8).
• Die Information der Luminanz ist durch diese Operation aus dem Meßergebnis eliminiert und die gemessene Chrominanz tritt um so deutlicher hervor. Die einzelnen Intensitätsmessungen werden typischerweise mit einer Auflösung von 8 Bit, d. h. in Schritten von 0 bis 255 digital aufgelöst, was zu einer ausreichenden Genauigkeit bei geringem Rechenaufwand führt.
• Nach der Normierung gemäß Fig. 8 ist im Vergleich zu der Darstellung in Fig. 7 deutlich zu erkennen, daß es sich bei der vermessenen Münze um eine Bicolor- Münze handelt. Es wird deutlich, daß nach Durchlaufen des Umkehrpunktes zunächst im Randbereich der Münze ein anderes Farbverhältnis vorherrscht (insbesondere zwischen Positionen 50 und 90 sowie zwischen 200 und 220) als im zentralen Bereich der Münze (im Wesentlichen zwischen den Positionen 90 und 190). Dies wird insbesondere an der unteren Kurve (Y2) deutlich, die die Meßwerte der am schwächsten zurückgeworfenen Farbe (blau) dividiert durch die jeweiligen Meßwerte der am stärksten zurückgeworfenen Farbe (rot) darstellt. Dies bedeutet, daß in dem durch Y2 repräsentierten Wellenlängenbereich das Reflexionsverhalten der unterschiedlichen Materialien der Bicolor-Münze am stärksten unterschieden ist.
• In der Fig. 9 sind dagegen in zwei verbundenen Graphen die Meßergebnisse für eine einfarbige Münze dargestellt. Im oberen Bereich sind zunächst die drei Graphen für die unterschiedlichen Farben Rot, Grün und Blau erkennbar. Rot wird mit der stärksten Intensität zurückgeworfen, Grün mit mittlerer Intensität und Blau mit der schwächsten Intensität. Dementsprechend werden die für Grün und Blau gemessenen Intensitäten jeweils positionsweise auf den Meßwert im roten Bereich durch Quotientenbildung bezogen. Die Skala der Ordinate erstreckt sich von 0 bis 255, was 8 Bit entspricht. Die Chrominanz bleibt für die Positionen zwischen den Umkehrpunkten, die durch die senkrechten, die Diagramme übergreifenden Linien dargestellt sind, im Wesentlichen innerhalb eines Toleranzbandes konstant. Ebenfalls ergeben sich keine bezüglich der Mitte der Münze symmetrischen signifikanten Abweichungen, wie dies bei einer Bicolor-Münze der Fall wäre.
• Üblicherweise ist bei der Identifikation einer Münze nur mit einer begrenzten Anzahl von möglichen Farbtönen zu rechnen, beispielsweise werden beim gängigen Euromünzensatz drei typische Metallfarben auftreten, nämlich nordisch Gold (messingfarben), Kupfer (rotbraun) und Kupfer-Nickel (weiß, silberfarben). Diesen Farbtönen können bestimmte zur erwartende Verhältnisse von Rot zu Grün bzw. Rot zu Blau oder Grün zu Blau zugeordnet werden. Die gemessenen Intensitätsverhältnisse, wie sie beispielsweise aus der Fig. 9 hervorgehen, können dann positionsweise daraufhin überprüft werden, ob sie auf einen bestimmten Farbton hindeuten oder ob mehrere Farbtöne möglich sind. Deutet eine der Kurven auf mehrere möglich Farbtöne hin und die andere Kurve auf nur einen möglichen Farbton, so ergibt sich der vorliegende Farbton aus der Schnittmenge der in Frage kommenden Farbtöne.
• Die Fig. 10 zeigt hierzu ein Beispiel. Der Wert von Y1 deutet im Wertebereich zwischen 200 und 250 auf den Farbton "silberfarben" hin, während der Wert von Y2 im Wertebereich zwischen 150 und 200 auf den Farbton silberfarben hindeutet.
• Wenn auch der Graph Y2 teilweise außerhalb des für den Farbton silberfarben gültigen Wertefensters liegt, dominiert doch die eindeutige Aussage, die aufgrund des Graphs Y1 getroffen werden kann, so daß aus den Meßwerten auf das Vorliegen einer einheitlich silberfarbenen Münze geschlossen werden kann.
• In der Fig. 11 ist ein Meßergebnis dargestellt, aus dem sich das Vorliegen einer Bicolor-Münze ergibt. In dem Bereich zwischen den Positionen 45 und 90 (X- Achse) liegt der Graph Y1 in dem Wertebereich zwischen 201 und 250, der auf einen Silber- oder einen Messington hinweist. In demselben Bereich (auf der X- Achse) liegt der Graph Y2 im Wertebereich zwischen 0 und 150, der auf einen Messing- oder einen Kupferfarbton hinweist. Insgesamt deutet die Schnittmenge der in Frage kommenden Farbtöne darauf hin, daß im Randbereich der Münze diese messingfarben ist.
• Im zentralen Bereich der Münze zwischen den Positionen 90 und 199 liegt der Graph Y1 im Wertebereich zwischen 201 und 250, was auf einen Silber- oder einen Messingfarbton hinweist. Der Graph Y2 liegt im Wertebereich zwischen 150 und 200, der auf einen silbernen Farbton schließen läßt. Insgesamt ergibt sich in diesem Bereich das Vorliegen eines silbernen Farbtons. Insgesamt läßt die Messung den Schluß zu, daß es sich um eine Münze handelt, die im mittleren Bereich silbern und im Randbereich messingfarben ist.
• Es können nacheinander die einzelnen Positionen einer Messung derart ausgewertet werden, daß jeder Position durch Auswertung der entsprechenden Punkte der verschiedenen Graphen eine Farbe zugeordnet wird. Es liegt dann im Speicher des Mikrocontrollers ein Farbcodierungs-String vor, d. h. für jede Position ist wenigstens ein in Frage kommender Farbwert (gegebenenfalls auch mehrere Alternativen) gespeichert. Dieses Ergebnis kann dann dadurch weiter verarbeitet werden, daß die Plausibilität der gewonnenen Aussage geprüft wird, indem die Konstanz der Farbinformation über gewisse Flächenbereiche der Münze (entspricht einer Menge benachbarter Positionen) geprüft wird. Eine zuverlässige Aussage ist nur dann möglich, wenn bis auf die Stellen eindeutiger Materialübergänge jeweils benachbarten Positionen auch gleiche Farbtöne zugeordnet werden können.
• Im Folgenden wird anhand der Fig. 12. 13, 14 und 15 eine weitere Methode für die Auswertung der Meßdaten dargestellt. Zunächst werden aus den drei vorliegenden Graphen für Rot, Grün und Blau zwei neue Graphen berechnet dadurch, daß für jede Position der Meßwert der am schwächsten zurückgeworfenen Farbe (Blau) von jedem der anderen beiden Meßwerte subtrahiert wird. Es ergeben sich zwei Graphen, mit "R-B" und "G-B" bezeichnet, die jeweils die Differenzwerte Rot - Blau bzw. Grün - Blau darstellen (Fig. 13).
• In einem zweiten Schritt können die Intensitäten dieser so erhaltenen Werte positionsweise ins Verhältnis gesetzt werden, dadurch daß die Intensität der dominanten Farben Rot, Grün, jeweils vermindert um die Intensität der am schwächsten zurückgeworfenen Farbe (Blau) zueinander als Quotient ins Verhältnis gesetzt werden (Fig. 14).
• Damit ergibt sich ein einziger Graph (Fig. 14). Dieser Graph wird so skaliert, daß sie ausschließlich Werte in einem Bereich von 0 bis 84 aufweist (in der Fig. 14 ist dieser Wertebereich versetzt, so daß der Wert 0 in der Mitte liegt).
• Der Graph (Fig. 14) enthält nicht mehr die Information, welche der Farben in der ursprünglichen Messung dominant waren. Da diese Information in dem Mikrocontroller der optischen Meßeinrichtung noch vorliegt, kann sie codiert und dem Datensatz hinzugefügt werden. Dies geschieht beispielsweise dadurch, daß in Abhängigkeit von den in jedem Einzelfall dominierenden Farben zu den Werten der Kurve ein fester Offsetwert hinzugezählt wird, der den Wertebereich in ein bestimmtes Intervall zwischen 0 und 255 transformiert. Es können hier beispielsweise drei Intervalle (der Breite 85) vorgesehen sein, wobei Werte von 0 bis 84 bedeuten, daß der Quotient der dominanten Farbe Rot und Grün aufgetragen ist, Werte zwischen 84 und 170, daß der Quotient zwischen Rot und Blau aufgetragen ist und Werte von 170 bis 255, daß der Quotient von Blau und Grün aufgetragen ist. So läßt sich aus der codierten Information eines einzigen Graphen sowohl ablesen, welche der Farben dominant sind, als auch die Form des berechneten Graphen erkennen.
• Dabei bedeutet, wenn ein Wert auf der ordinate in der Mitte eines der genannten Teilintervalle liegt, daß die beiden in diesem Intervall ins Verhältnis gesetzten Farbintensitätswerte an diesem Punkt gleich sind. Werte oberhalb der Mitte des Intervalls und unterhalb der Mitte des Intervalls bedeuten, daß entweder die eine oder die andere Farbe an dieser Position dominiert.
• Somit steht am Ende der Auswertung eine Kurve zur Verfügung, die durch ihre Form und den vorhandenen Offset einen Rückschluß auf die dominierenden Farben zuläßt und der durch Ermittlung der Münzränder und gegebenenfalls eines Materialwechsels ein Durchmesser der Münze und ein Durchmesser des Münzkerns bzw. ein Verhältnis derselben zugeordnet werden kann. Damit stehen genügend Parameter zur Verfügung, um die Münze eindeutig zu identifizieren. Es können in einfacher Form auch andere aussagekräftige Größen wie Verhältnis V = Breite des Randbereichs dividiert durch den Durchmesser des Kernbereichs der Münze berechnet werden.
• In der Fig. 15 wird beispielhaft die Zuweisung einer Identität zu zwei vermessenen Gegenständen, einer ersten Münze und einem Token beschrieben. Das Meßergebnis für die erste Münze ist mit 20 bezeichnet, das Meßergebnis für den Token mit 21. Für die Münze 20 ergibt sich ein Verhältnis der dominanten Farben Rot und Grün zueinander von 59. Dies kann einerseits auf das Vorliegen einer Münze 23 hindeuten, deren Rot- Grün-Verhältnis von 55 bis 64 variieren kann, andererseits auf das Vorliegen einer Münze 22, deren Rot- Grün-Verhältnis von 55 bis 63 variieren kann. Die möglichen Zuordnungen sind jeweils durch durchgehende oder gestrichelte Pfeile repräsentiert.
• Das Verhältnis V von Randbreite zu Kerndurchmesser der Münze 20 wird mit 35 gemessenen. Dies spricht eindeutig gegen das Vorliegen einer Münze 22, deren Verhältnis V von 10 bis 25 variieren kann. Das Verhältnis V = 35 paßt jedoch zum Vorliegen einer Münze 23, deren Verhältnis V von 30 bis 63 variieren kann. Insgesamt ergibt sich die Aussage, daß eine Münze des Typs 23 vorliegt.
• Für den Token mit dem Meßergebnis 21 ergibt sich ein Verhältnis von Rot zu Blau = 55 und ein Verhältnis V von Randbreite zu Kerndurchmesser von 40. Dies kann auf ein Vorliegen des Tokens 24 hindeuten, der ein Verhältnis V von 35 bis 63 zuläßt oder das Vorliegen einer Münze 23, deren Verhältnis V von 30 bis 63 variieren kann. Als Rot-Blau-Verhältnis des Tokens 21 ergibt sich ein Wert von 55. Dieser liegt in dem für den Token 24 zulässigen Fenster von Rot zu Blau, das sich von einem Wert von 52 bis zu 60 erstreckt.
• Für eine Münze des Typs 23 ergibt sich, daß dort Rot und Grün die dominierenden Farben sind, so daß ein Vorliegen einer Münze 23 nicht in Frage kommt. Der vorliegende Token 21 kann somit als vom Typ des Tokens 24 identifiziert werden.
• Zusammenfassend ist festzustellen, daß sich aus den für verschiedene Positionen der Münze gewonnenen Meßdaten und ihr Verhältnis zueinander bzw. entsprechende Differenzen von Meßwerten zuverlässige Aussagen über die Oberflächenbeschaffenheit einer Münze oder eines Tokens bzw. des Vorliegen eines bestimmten Typs einer Münze oder eines Tokens gewinnen lassen.
• Unabhängig davon ist es jedoch auch denkbar, die beschriebenen Intensitätsmessungen an zurückgeworfener Strahlung in verschiedenen Wellenlängenbereichen auch nur punktuell bei einer bestimmten Position der Münze durchzuführen und dabei integral einen möglichst großen Bereich der Münze zu bestrahlen, um dann aus den verschiedenen Intensitätswerten für unterschiedliche Wellenlängen durch Vergleich und Quotienten- bzw. Differenzbildung Aussagen über die Farbe bzw. die Farben der vorliegenden Münze zu gewinnen. Insbesondere in Zusammenhang mit zusätzlichen Informationen über das Gewicht oder den Durchmesser der Münze läßt sich auch so ohne eine Auflösung nach verschiedenen Positionen eine Münze zuverlässig identifizieren. Insoweit können die hier beschriebenen Meß- und Auswerteverfahren jeweils auch ohne eine Auflösung nach verschiedenen Positionen der Münze durchgeführt werden. Das beschriebene Verfahren mit einer Auflösung nach verschiedenen Positionen der Münze führt jedoch zu einer noch höheren Zuverlässigkeit bei der Identitätsbestimmung.
• Die Bewegung der Münze zwischen verschiedenen Positionen wird im Normalfall durch das Vorbeirollen bzw. Rutschen der Münze an der optischen Meßeinrichtung in einem Schacht bestimmt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß verschiedene Positionen der Münze unterschiedliche Winkelstellungen der Münze zu der optischen Meßeinrichtung bedeuten oder daß die Münze durch andere Mittel als die Schwerkraft, beispielsweise einen gezielten Antrieb, an der optischen Meßeinrichtung vorbeigeführt wird.

Claims (12)

1. Verfahren zum Prüfen von Münzen oder münzähnlichen Gegenständen mittels einer optischen Meßeinrichtung (1, 2, 3), bei dem eine Münze (4) mit elektromagnetischen Wellen im sichtbaren, infraroten und/oder ultravioletten Wellenlängenbereich bestrahlt und die Intensität der zurückgeworfenen Strahlung gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge eine Relativbewegung der Münze gegenüber der optischen Meßeinrichtung (1, 2, 3) verschiedenen Positionen jeweils wenigstens ein gemessener Intensitätswert der von der Münze (4) zurückgeworfenen Strahlung zugeordnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gemessene Intensitätswert durch Anteile der von der gesamten bestrahlten Oberfläche der Münze oder des münzähnlichen Gegenstandes zurückgeworfenen Strahlung bestimmt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Münze (4) oder der münzähnliche Gegenstand mit elektromagnetischen Wellen unterschiedlicher Wellenlängen bestrahlt wird, und daß die Intensität der von der Münze zurückgeworfenen Strahlung jeweils in verschiedenen Wellenlängenbereichen gemessen und der jeweiligen Position zugeordnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu jeder Position die verschiedenen in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen gemessenen Intensitäten durch Differenz- oder Quotientenbildung verknüpft und der jeweilige Differenz- oder Quotientwert der jeweiligen Position zugeordnet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität zu jeder Position in mehr als zwei Wellenlängenbereichen gemessen wird,
daß jeweils zu einer Position mindestens zwei Quotientenwerte oder Differenzwerte von gemessenen Intensitätswerten gebildet werden und
daß jedem der Quotientenwerte oder Differenzwerte durch Vergleich mit gespeicherten Referenzdaten eine Menge von möglichen Beschaffenheiten der Münze oder des münzähnlichen Gegenstandes zugeordnet wird und
daß insbesondere aus den Mengen jeweils eine Schnittmenge gebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die den verschiedenen Positionen zugeordneten Intensitätswerte, Quotienten oder Differenzwerte jeweils durch einen Mittelwert aus einer bestimmten Anzahl von Werten benachbarter Positionen ersetzt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Quotientenwerte oder Differenzwerte, die einer bestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Positionen zugeordnet sind, daraufhin überprüft werden, ob sie innerhalb eines Toleranzbandes liegen und insbesondere, ob ihnen wenigstens eine gemeinsame mögliche Beschaffenheit der Münze zugeordnet ist und daß in diesem Fall ein Bestätigungssignal erzeugt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Verlauf der den verschiedenen Positionen zugeordneten gemessenen Intensitätswerte oder aus den diesen zugeordneten Quotienten- oder Differenzwerten der Durchmesser der Münze (4) ermittelt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Verlauf der den verschiedenen Positionen zugeordneten gemessenen Intensitätswerte der Durchmesser eines zentrischen Kerns der Münze ermittelt wird, der aus einem anders gefärbten Material besteht als der Rand.

10. Optische Meßeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (10, 11) für weißes Licht zum Bestrahlen der Münze oder des münzähnlichen Gegenstandes und mindestens zwei wellenlängenselektive Sensoren (12, 13, 14) zur Messung der Intensität der zurückgeworfenen Strahlung in wenigstens zwei Wellenlängenbereichen.

11. Optische Meßeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine oder mehrere Strahlungsquellen (1, 2), die in verschiedenen Wellenlängenbereichen betreibbar sind und durch einen Lichtsensor (5), der in allen verwendeten Wellenlängenbereichen Strahlung nachweist sowie eine Steuereinrichtung (9, 17) zum aufeinanderfolgenden Betrieb der Lichtquelle(n) (1, 2) in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen und der entsprechenden Abspeicherung der verschiedenen gemessenen Intensitätswerte zu jeweils einer Position der Münze.

12. Optische Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der der oder den Lichtquellen (1, 2) und der Münze (4) oder dem münzähnlichen Gegenstand ein Diffusor (3) angeordnet ist.