DE19726449A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Prüfung von Münzen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Prüfung von Münzen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt, induktive Anordnungen zur Münzprüfung zu verwenden. Ein typischer induktiver Sensor besteht aus einer Primärspule und einer Sekundärspule, durch deren Magnetfeld die Münzen hindurchlaufen. Je nach Beschaffen­ heit der Münze findet eine Dämpfung des Primärsignals statt. Die Dämpfung ist auch abhängig von der gewählten Frequenz des Primärsignals. Bei einer hohen Frequenz und einem weitgehend unmagnetischen Material findet bei einer relativ hohen Frequenz ein sogenannter Skineffekt statt, und die bei einem derartigen Signal verursachte Dämpfung läßt eine Aussage über die Oberflächenbeschaffenheit einer Münze zu. Bei niedrigen Frequenzen dringt das Feld weiter in die Münze ein, so daß eine Aussage getroffen werden kann über die Art des Materials im Inneren der Münze, aber auch über ihre Dicke. Für jedes Sendesignal ist eine eige­ ne Spulenanordnung erforderlich. Eine Mehrzahl von Spulen- oder Sondenanordnungen erfordert einen entsprechenden Platz im Münzprüfer, der häufig nicht zur Verfügung steht. Außerdem ist eine aus vielen Sensoren bestehende Münzprüf­ anordnung naturgemäß aufwendig. Deshalb werden bei bekann­ ten Münzprüfern üblicherweise nur zwei Sonden verwendet, von denen eine mit hoher und die andere mit niedriger Fre­ quenz betrieben wird.

Es ist bekannt, eine Sondenanordnung mit Signalen unter­ schiedlicher Frequenz zu speisen, die zeitlich versetzt sind. Aus der EP 0 336 018 ist auch bekannt, die Primär­ spule einer Sondenanordnung mit einem Sendesignal zu spei­ sen, das geradzahlige oder ungeradzahlige Harmonische ent­ hält. Die Sekundärspulenanordnung besteht aus einer Mehr­ zahl von Sekundärspulen, denen Frequenzfilter zugeordnet sind. Dadurch werden gleichzeitig auftretende Ausgangssig­ nale unterschiedlicher Frequenz erhalten. Damit ist es möglich, eine genauere Aussage über die Beschaffenheit der zu Prüfenden Münzen zu erhalten. Nachteilig ist jedoch, daß eine Mehrzahl von Sekundärspulen erforderlich ist, welche wiederum einen Platzbedarf haben und auch einen entsprechenden Aufwand verursachen. Schließlich ergibt sich durch die Aufspaltung des Sendesignals in die ver­ schiedenen Frequenzanteile eine Verschlechterung des Meß­ ergebnisses im Hinblick auf seinen Pegel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Prüfen von Münzen anzugeben, das befriedigende Meß­ ergebnisse zur Folge hat, ohne daß der mechanische und Platzaufwand ins Gewicht fällt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Wie bei dem weiter oben beschriebenen bekannten Verfahren wird die Primärspule einer Spulenanordnung mit einem Sende­ signal gespeist, das eine Mehrzahl von geradzahligen oder ungeradzahligen Harmonischen enthalten kann. Dies ist zum Beispiel der Fall bei einer Rechteck- oder einer Dreieck­ spannung. Ein derartiges Sendesignal wird von einer Münze in charakteristischer Weise gedämpft. Die Dämpfung ist je doch frequenzabhängig, wie oben erläutert. Die Frequenzen der Oberschwingungen sind abhängig davon, in welchem Be­ reich des Primärsignals man sich befindet. Diese Tatsache wird bei der Erfindung ausgenutzt, indem ein Abschnitt, vorzugsweise eine halbe oder ganze Periode des Sendesig­ nals in einzelne, zeitlich vorzugsweise gleich beabstan­ dete Schaltschritte unterteilt wird. Die Meßwerte des Se­ kundärsignals zu einem bestimmten Schaltschritt werden mit Hilfe geeigneter schaltungstechnischer Maßnahmen zu einer Kurve verbunden, die auch als Hüllkurve bezeichnet werden kann. Ist eine Unterteilung in zehn Schaltschritte vorge­ nommen, ergeben sich entsprechend zehn Hüllkurven. Für die Durchführung des Verfahrens ist die Frequenz des Sendesig­ nals so zu wählen, daß in der Zeit, welche eine Münze be­ nötigt, zwischen Primär- und Sekundärspule hindurchzulau­ fen, eine Vielzahl von Perioden als Sendesignal erzeugt wird. Die auswertbare Zeit beträgt 60 ms oder mehr. Daher läßt sich auch für diese relativ kurze Zeit bei entspre­ chender Frequenz des Primärsignals eine Vielzahl von Meß­ werten pro Zeitschaltschritt ermitteln.

Die auf diese Weise erhaltenen Hüllkurven sind charakteri­ stisch für die Beschaffenheit einer Münzen und können in entsprechender Weise ausgewertet werden. So ist zum Bei spiel das Verhältnis der Amplituden der Hüllkurven ein charakteristisches Maß. Ferner können Flächenintegrale von den Hüllkurven gebildet werden, welche dann mit entspre­ chenden Sollwerten verglichen werden. Ferner können die Quotienten aus zwei oder mehr Hüllkurven ermittelt werden. Diese Art der Auswertung ist möglich, weil alle Meß- oder Hüllkurven absolut zeitgleich auftreten.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auch eine gute Unabhangigkeit von der Laufruhe der Münze erhalten. Be­ kanntlich besteht die Gefahr, daß eine Münze während des Durchlaufs auf der Laufbahn durch die Spulenanordnung nicht absolut erschütterungsfrei rollt, sondern in Vibra­ tionen versetzt wird, was sich nachteilig auf das Meßsig­ nal auswirken kann. Bei dem erfindungsgeinäßen Verfahren werden schädliche Folgen derartiger Phänomene weitgehend ausgeschaltet.

Die Zahl und/oder die Lage der Schaltschritte kann ver­ ändert werden, und zwar nach Maßgabe der jeweils durchlau­ fenden Münze, wobei die erste Durchlaufphase dazu dient, eine Grobbestimmung vorzunehmen (z. B. ferromagnetisch - nicht magnetisch) , um ggf. nach entsprechender Änderung in der zweiten Phase eine Feinbestimmung durchzuführen. Al­ ternativ können vorgeschaltete Meßsysteme mit ihrem Signal vorgeben, mit welcher Art von Schaltschritten eine Messung erfolgen soll. In beiden Fällen findet die Umstellung oder Veränderung verzögerungsfrei statt, weil weder das Sende­ signal noch das Empfangssignal geändert wird.

Bei der Erfindung wird nur eine Sondenanordnung und eine Grundfrequenz benötigt. Eine gegenseitige Beeinflussung von Systemen mit mehreren Sonden und Frequenzen findet nicht statt, obwohl eine Vielzahl von Frequenzen des Empfangssignals physikalisch ausgewertet wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß der Durchmesser der Sonde relativ klein gewählt werden kann, was besonders günstig für die Prüfung von Bicolor-Münzen ist. Die Meßaussage ist bei der Erfindung nicht abhängig von der Größe der Induktivität.

Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens sieht einen Taktgeber vor, der einen Kurvengenerator ansteuert. Der Kurvengenerator erzeugt das Primär- oder Sendesignal, das auf die Primärspule gegeben wird. Eine Frequenzteilerstufe dient zur Unterteilung des Taktsignals in einer Anzahl von Schaltschritten. Die Fre­ quenzteilerstufe wird daher mit einer Signalverarbeitungs­ einheit verbunden, welche das Ausgangssignal der Sekundär­ spule den Schaltschritten wiederkehrend zuordnet zwecks Bildung von Hüllkurven, wie dies oben beschrieben wurde. In welcher Weise die Hüllkurven ausgewertet werden, ist letztlich davon abhängig, welche Methode zu den besten Ergebnissen führt.

Die Signalverarbeitungseinheit kann zum Beispiel eine Sample & Hold-Schaltung sein, die von einem Multiplexer angesteuert wird, der als Schalter fungiert zwecks Zuord­ nung der Meßwerte des Sekundär- oder Meßsignals zu den einzelnen Schaltschritten. Alternativ kann auch ein soge­ nannter Prozessor verwendet werden, der in der beschriebe­ nen Art und Weise eine digitale Signalverarbeitung vor­ nimmt. Er steuert sowohl die Primär- als auch die Sekundär­ spule, d. h. erzeugt das Eingangssignal von gewünschter Kurvenform und verarbeitet das Empfangssignal der Sekun­ därspule.

Bei der Erfindung ist eine Höchstzahl von störenden Para­ metern ausgeschaltet, denen sonst mit erhöhtem Aufwand be­ gegnet werden mußte. Sie benötigt keinen Schwingkreis, der naturgemäß außer der Spule mindestens einen Kondensator und einen Widerstand enthält. Diese Bauteile beeinflussen bekanntlich die Meßwerte. Außerdem vergrößern sie die Ein­ schwingzeit für das Sensorsystem. Die Erfindung benotigt nur eine Spule und einen unabhängig programmierbaren Sig­ nalgenerator, der ohnehin Bestandteil eines eingesetzten Mikroprozessors ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen nä­ her erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Diagramm für ein Meßsignal, das von einer Rechteckspannung erzeugt wird.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 3 zeigt eine Anzahl von Meßkurven, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine 2-DM-Münze erzeugt worden sind.

Fig. 4 zeigt eine Anzahl von Meßkurven, die mit einer Bi­ colormünze erzeugt worden sind.

Wird auf eine Spulenanordnung, die aus einer Primärspule und einer Sekundärspule besteht, ein relativ periodisches Signal gegeben, das Rechteckform hat und wird dieses Sig­ nal durch eine Münze im Feld der Spulenanordnung gedämpft, ergibt sich zum Beispiel eine Kurve 10 in Fig. 1. Man er­ kennt, daß eine starke Dämpfung des Signals an den Flanken des Rechtecks auftritt, während zwischen den Flanken die Dämpfung relativ klein ist. Eine derartige Dämpfung ist zum Beispiel typisch für eine unmagnetische Münze, die einem Feld bestimmter Frequenz ausgesetzt ist.

Bei einer Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ist die Primär­ spule mit 12 und die Sekundärspule mit 14 bezeichnet. Zwi­ schen den Spulen 12, 14 ist eine Münze 16 angedeutet. Die Rechteckspannung wird im Kurvenformgenerator 18 erzeugt, der von einem Taktgeber 20 angesteuert wird. Der Taktgeber 20 bestimmt die Frequenz und der Kurvengeber 18 die Form des Spannungssignals, das auf die Primärspule 12 gegeben wird.

Eine Frequenzteilerstufe 22 unterteilt das Taktsignal in eine Reihe von Schritten, beispielsweise acht, wie in Fig. 1 dargestellt. Die Frequenzteilerstufe 22 ist mit einem Multiplexer 24 verbunden. Der Multiplexer 24 schaltet mit­ hin das Ausgangs- bzw. Sekundär- bzw. Meßsignal im Takt der Zeitschaltschritte t1 bis t8 durch auf eine Sample & Hold-Schaltung 26. Diese ist mit einem Analog-Digitalwand­ ler verbunden. Somit werden die Meßwerte, die jeweils einem Zeitschaltschritt zugeordnet sind, zu einer Kurve geformt, die mit Hilfe des A/D-Wandlers wiederum in digi­ tale Signale umgewandelt werden kann. In den Fig. 3 und 4 sind zwei Beispiele für derartige Kurvenformen darge­ stellt.

Fig. 3 zeigt die Hüllkurven für eine 2-DM-Münze, welche bekanntlich zu 75% aus Kupfer und 25% aus Nickel besteht, wobei der Kern aus Nickel ist. Entsprechend den Zeitschalt­ schritten t1 bis t8 nach Fig. 1 sind acht Hüllkurven er­ zeugt, die zeitgleich auftreten und sich durch einen un­ terschiedlichen Verlauf auszeichnen. Die Hüllkurven zeigen, daß eine unterschiedliche Dämpfung besteht je nachdem, welcher Abschnitt einer Periode oder einer halben Periode des Sendesignals betrachtet wird. Wie ohne weiteres er­ sichtlich, ermöglichen die Hüllkurven vielfältige Auswer­ tungsmöglichkeiten, wie Auswertung der absoluten Ampli­ tuden, Vergleich von einzelnen Amplituden der Hüllkurven miteinander, Flächenintegrale der einzelnen Hüllkurven bzw. Kombination einzelner Flächenintegrale, Quotienten aus zwei oder mehr Meßkurven und dergleichen mehr. Die jeweils zugrunde gelegten Kriterien werden mit entspre­ chenden im Münzprüfer gespeicherten Referenzwerten vergli­ chen zur Bildung eines Annahme- oder Rückgabesignals in bekannter Weise.

Fig. 4 zeigt eine Anzahl von Meß- oder Hüllkurven für eine sogenannte Bicolormünze, deren Kern aus einem anderen Ma­ terial besteht als der um den Kern herum angeordnete Ring. Auch hierbei läßt sich eine Auswertung vornehmen, wie sie oben angedeutet wurde.

Statt einer Rechteckspannung als Primärsignal läßt sich auch eine Dreieckspannung verwenden. Bekanntlich führen Rechteckspannungen zu ungeradzahligen Harmonischen und Dreieckspannungen zu geradzahligen Harmonischen. Die Aus­ wahl der Kurvenform hängt naturgemäß von dem gewählten Auswerteverfahren, der Art der Münze und möglicherweise auch von der Signalverarbeitung ab.

Claims (7)

1. Verfahren zur Prüfung von Münzen mit einer induktiv ar­ beitenden Sensoranordnung, die eine Primärspule und eine Sekundärspule aufweist, deren Feld von einer Münze durchquert wird, bei dem die Primärspule mit einem periodischen Sendesignal gespeist wird, das vorzugs­ weise Harmonische enthält und bei dem eine Auswertevor­ richtung die Signale der Sekundärspule auswertet zwecks Erzeugung eines Annahme- oder Rückgabesignals, gekenn­ zeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• - Einen periodisch wiederkehrenden Abschnitt des Sende­ signals wird in eine Anzahl von Schaltschritten zu­ geordnet
• - Aus den Werten des Empfangssignals der einzigen Se­ kundärspule werden bei den jeweiligen sich mit der Frequenz des Sendesignals wiederholenden Schalt­ schritten Hüllkurven gebildet und
• - Die Auswertevorrichtung bildet aus der Anzahl der zeitgleich erzeugten Hüllkurven mindestens ein Kri­ terium zwecks Erzeugung des Annahme- oder Rückgabe­ signals.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl und/oder die Lage der Schaltschritte veränder­ bar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß eine ganze oder eine halbe Periode des Sende­ signals oder ein Abschnitt davon jeweils in einer An­ zahl von zeitlich gleich beabstandeten Schaltschritten unterteilt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Änderung während des Durchlaufs der Münze erfolgt und abhängig ist von dem durch die Auswertevor­ richtung gebildeten Kriterium in der ersten Durchlauf­ phase der Münze, vorzugsweise bis zur Hälfte des Durch­ laufs.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem von einem Taktgeber (20) angesteuerten Kurvengenerator (18) , der mit einer Primärspule (12) verbunden ist, einer Fre­ quenzteilerstufe (22) , die einen Abschnitt der Periode des Taktgebersignals in eine Anzahl von Schaltschritten (t1 bis tn) unterteilt, einer mit einer einzigen Sekun­ därspule (14) verbundenen Signalverareitungseinheit (26), die Werte des Ausgangssignals der Sekundärspule (14) den Schaltschritten wiederkehrend zuordnet und daraus pro wiederkehrendem Schaltschritt (t1 bis tn) eine Hüllkurve bildet und eine Auswerteeinheit die Werte der Hüllkurve mit Referenzwerten vergleicht zur Erzeugung eines Annahme- oder Rückgabesignals.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Signalverarbeitungseinheit von einem von der Frequenzteilerstufe (22) gesteuerten Multi­ plexer (24) aufweist, an den eine Sample & Hold-Schal­ tung angeschlossen ist.

7. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß mit der Primärspule und der Sekundärspule ein Mikroprozessor verbunden ist zur Bildung des Sendesig­ nals mit vorgegebener Kurvenform und des gewünschten Zeitrasters für die Schaltschritte sowie zur Digita­ lisierung der Hüllkurven.