DE19951458B4 - Vorrichtung zum Zählen und/oder Sortieren von Münzen - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Zählen und/oder Sortieren von Münzen (1), die in regelloser Folge mit dem Rand (2) an einer Führungskante (3) anliegend auf einer Führungsbahn (4) gefördert werden, mit einer Münzerkennungseinheit (5) aufweisend optische Mittel zur Bestimmung von Münzdurchmessern (d),
wobei die optischen Mittel eine Lichtquelle (6) sowie, bezogen auf eine Münzenhauptfläche, der Münze (1) gegenüberliegend lichtempfindliche Sensormittel (7), welche einfallendes Licht in elektrische Signale umwandeln, aufweisen, wobei das Sensormittel (7) als CCD-Element (7) ausgebildet ist,
wobei die Lichtquelle (6) eine Emissionsquelle (8) sowie optische Elemente zur Erzeugung eines parallelen und orthogonal zu einer Münzenhauptfläche stehenden Lichtstrahlenbündels aufweist, wobei die Emissionsquelle (8) im Brennpunkt (B) eines Parabolspiegels (11) liegt oder in den Brennpunkt (B) des Parabolspiegels (11) abgebildet ist, wobei die laterale Erstreckung des Lichtstrahlenbündels sowie die Anordnung des CCD-Elements (7) nach Maßgabe zu erkennender Münzendurchmesser (d) so eingerichtet sind, daß durch eine zu erkennende Münze (1) lediglich ein...

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zählen und/oder Sortieren von Münzen, die in regelloser Folge mit dem Rand an einer Führungskante anliegend auf einer Führungsbahn gefördert werden, mit einer Münzerkennungseinheit aufweisend optische Mittel zur Bestimmung von Münzdurchmessern, wobei die optischen Mittel eine Lichtquelle sowie, bezogen auf eine Münzenhauptfläche, der Münze gegenüberliegend lichtempfindliche Sensormittel, welche einfallendes Licht in elektrische Signale umwandeln, aufweisen.
• Eine Vorrichtung des eingangs genannten Aufbaus ist bekannt beispielsweise aus der Literaturstelle DE-25 47 685 C2 . Bei der insofern bekannten Vorrichtung erfolgt die Beleuchtung der Münze mittels einer oder mehrerer diffuser Lichtquellen. Auf der der beleuchteten Hauptfläche der Münze gegenüberliegenden Seite der Münze ist ein Sensormittel eingerichtet, welches eine Vielzahl von Lichtleitfäden aufweist, welche im wesentlichen entlang einer senkrecht zur Förderrichtung verlaufenden Linie angeordnet sind. Die Lichtleitfäden sind jeweils mit einer Fotozelle optisch verbunden. Überfährt nun eine Münze die Linie der Lichtleitfäden, so überdeckt sie und schattet ab maximal eine bestimmte Anzahl von Lichtleitfäden. Aus dem bzw. den abgeschatteten Lichtleitfäden läßt sich daher die Information erhalten, daß die durchlaufende Münze einen Durchmesser aufweist, dessen Wert zwischen dem Abstand des äußersten abgeschatteten Lichtleitfadens von der Führungskante und dem Abstand des innersten nicht abgeschatteten Lichtleitfadens von der Führungskante aufweist. Das so gewonnene und ausgewertete Signal läßt sich dann zum Sortieren der durchlaufenden Münzen verwenden.
• Die insofern bekannte Vorrichtung hat sich in der Praxis hervorragend bewährt, ist jedoch hinsichtlich des apparativen Aufwandes verbesserungsfähig. Einerseits ist die Fertigung eines Lichtleitfadenhalters mit einer Mehrzahl von exakt zu positionierenden Lichtleitfäden aufwendig. Weiterhin läßt sich eine solche Vorrichtung nicht ohne weiteres zum Zählen von verschiedensten Währungen verwenden. Dies liegt darin begründet, daß letztendlich kein Durchmesser bestimmt wird, sondern ein Durchmesserbereich. Verschiedene Währungen weisen jedoch verschiedene Münzen mit diversen Durchmessern auf, so daß in der Regel mit einem Lichtleitfadenhalter allenfalls zwei oder drei Währungen abgedeckt werden können, da zu jedem einzelnem "erlaubten" Durchmesser ein oder zwei zugeordnete Lichtleitfäden eigerichtet werden müssen. Die Literaturstelle WO 97/44760 A1 beschreibt eine Münzprüfvorrichtung mit einer Laserdiode und mehreren optischen Elementen zur Erzeugung paralleler Lichtstrahlen.
• Demgegenüber liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung zum Zählen und/oder Sortieren von Münzen anzugeben, welche weniger aufwendig baut und dennoch für eine Vielzahl von Währungen ohne Änderung von baulichen Einrichtungen verwendet werden kann.
• Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung eine Vorrichtung nach Anspruch 1. Als CCD-Element ist im Rahmen der Erfindung jedes optoelektronische Element bezeichnet, welches eine Mehrzahl von unabhängigen lichtempfindlichen Pixels aufweist, welche jeweils individuell elektronisch auslesbar sind. Die Pixels können eindimensio nal (gerade oder gekrümmt) oder zweidimensional (eben oder eindimensional oder zweidimensional gekrümmt) angeordnet sein.
• Durch den Einsatz eines CCD-Elements läßt sich mit wenig Aufwand eine sehr hohe Auflösung, bspw. 15 Pixels bzw. "dots" je mm, erzielen. Mit der insofern vergleichsweise sehr hohen Auflösung werden zwar in Strenge ebenfalls nur Durchmesserbereiche und keine exakten Durchmesser bestimmt, diese verkleinerten Durchmesserbereiche im Rahmen einer Messung sind jedoch so klein, daß diese praktisch einem diskreten Durchmesserwert zugeordnet werden können. Im Ergebnis kann praktisch der Durchmesser jeder beliebigen Münze mit ein und demselben CCD-Element bestimmt werden. Daher können die verschiedensten Währungen lediglich durch Ergänzung oder Austausch einer Auswertungssoftware bearbeitet werden. Die mit der Erfindung erreichte hohe Genauigkeit bei der Erfassung von Durchmessern beruht jedoch nicht allein auf den Einsatz eines CCD-Elements. Vielmehr ist hierfür ebenso wichtig, daß, im Gegensatz zum Stand der Technik, die Beleuchtung der Münze mit einem parallelen Lichtstrahlenbündel erfolgt. Denn diffuses Licht würde zu "weichen" Übergängen in der Abschattung im Bereich des Münzenrandes führen aufgrund der räumlichen Erstreckung der Münze in Richtung orthogonal zur Münzenhauptfläche.
• Baulich besonders einfach und kostengünstig auszuführen ist eine Ausführungsform der Erfindung, in welcher die Emissionsquelle als LED, vorzugsweise im Wellenlängenbereich 640 bis 980 nm emittieren, ausgebildet ist.
• Erfindungsgemäß ist das CCD-Element eine orthogonal zur Förderrichtung angeordnete CCD-Zeile, deren Erstreckungslinie in einer zu einer Münzenhauptfläche parallelen Fläche angeordnet ist. Der Parabolspiegel ist als einfach parabolisch gekrümmte Fläche mit einer, bezogen auf die Krümmung, lateralen Er streckung von weniger als 10 mm, vorzugsweise weniger als 5 mm, höchst vorzugsweise als 3 mm, eine gemäß der Erstreckung der CCD-Zeile ausgerichtete Lichtlinie entsprechender Breite bilden, ausgeführt.
• Störende Abschattungen und/oder Emissionen durch die Emissionsquelle lassen sich dadurch vermeiden, daß der Krümmungsverlauf des Parabolspiegels einem Segment eines Parabelastes folgt, i. e. nicht den Basispunkt einschließt.
• Erfindungsgemäß läßt sich die Lichtlinie noch weiter verschmälern, wenn im Bereich einer Lichtaustrittsöffnung der Lichtquelle eine parallel zur Lichtlinie angeordnete Stablinse vorgesehen ist. Man erhält so eine Fokussierung des Lichtstrahlenbündels in einer durch die Förderrichtung und die optische Achse des Lichtstrahlenbündels definierten Ebene. In einer hierzu orthogonalen und parallel zur optischen Achse des Lichtstrahlenbündels verlaufenden Ebene bleibt dagegen die Parallelität erhalten. Durch die insofern erreichbare Verschmälerung der Lichtlinie können Randeffekte beim Durchlaufen von Münzen verringert werden. Optimale Ergebnisse werden erhalten, wenn der Brennpunkt der Stablinse etwa im Bereich einer Mittenebene zwischen den beiden Münzenhauptflächen liegt. Es ist aber auch möglich, den Brennpunkt der Stablinse in dem Bereich des CCD-Elements vorzusehen.
• Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann auf die verschiedensten Weisen weitergebildet sein. So ist es möglich, im unmittelbaren Bereich des CCD-Elements, beispielsweise unmittelbar davor, bezogen auf die Förderrichtung, ein Stoppelement zum Abblocken der Münzenfolge einzurichten, wobei das Stoppelement als durch einen bistabilen Magneten angetriebener Sperrstift ausgebildet ist, welcher in einer Stellung des Magneten die Führungsbahn freigibt und in der anderen Stellung des Magneten blockiert. Weiterhin kann der Münzenerkennungseinheit ein Ablenkelement zum Aussortieren von Münzen mit von einem vorgegebenen Durchmesserwert abweichendem Durchmesser fördertechnisch nachgeschaltet sein, wobei das Ablenkelement mittels eines bistabilen Magneten angetrieben wird. Solche Ablenkelemente sind aus dem Stand der Technik in Verbindung mit einer Auswurföffnung bekannt und insofern wird darauf verwiesen.
• Der vorstehend beschriebene Einsatz von bistabilen Magneten weist als Vorteil auf, daß gegenüber monostabilen Magneten mit Rückstellfeder vergleichsweise geringe elektrische Leistungen zur Betätigung benötigt werden. Zudem sind die Ansprechzeiten kurz und unabhängig von eventuellen Alterungsprozessen in Federelementen.
• Der Sperrstift kann im wesentlichen stabförmig sein mit einer Hauptachse orthogonal zur Führungsbahn. Die Betätigung durch den Magneten erfolgt dann der Gestalt, daß der Stift in Richtung seiner Hauptachse bewegt wird, wobei er nur in einer seiner beiden Stellungen in die Führungsbahn hineinragt. Beim Einsatz eines bistabilen Magneten ist insofern auch vorteilhaft, daß der Haltestrom in der Blockierstellung gleichsam einer Feder wirkt. Dies hat zur Folge, daß eine über dem aktivierten Sperrstift befindliche Münze nicht aus ihrer Führungsbahn geworfen wird. Vielmehr gleitet diese auf dem Sperrstiftende entlang und der Sperrstift schwenkt erst dann in die Führungsbahn, wenn die Münze diese frei gibt. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann der Sperrstift ein in Richtung der Hauptachse des Sperrstifts druckfederbeaufschlagtes Sperrelement aufweisen, welches eine entsprechend dem Vorstehenden ausgeübte Funktion bewirkt.
• Im Falle des Ablenkelements versteht es sich, daß in einer Auswerteelektronik der Zeitraum berücksichtigt wird, welcher zwischen der Erfassung eines ungewünschten Durchmessers durch die optischen Mittel und dem Erreichen der betreffenden Münze des Ablenkelements liegt. Diese Zeitspanne wird im wesentlichen von der Fördergeschwindigkeit bestimmt und kann mit dieser entsprechend variieren.
• Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Bestimmung von Münzendurchmessern, wobei Münzen in regelloser Folge mit dem Rand an einer Führungskante anliegend auf einer Führungsbahn durch eine Münzerkennungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5 gefördert werden, wobei die CCD-Zeile bei Durchlauf einer einzelnen Münze mehrfach ausgelesen wird, wobei bei jeder Auslesung ein Abschattungsgrad bestimmt und eine Abschattungsgradfolge für die einzelne Münze in einem Speicherelement abgespeichert wird, wobei bei abnehmenden Abschattungs grad im Zuge des Durchlaufs einer Münze der zuvor bestimmte maximale Abschattungsgrad als Durchmesserwert aus dem Speicherelement abgerufen und als Eingangsgröße einer Sortierfunktion verwendet wird. Eine besonders hohe Störsicherheit bei der Messung und Auslesung der CCD-Zeile ist möglich, wenn die Lichtquelle während des Auslesezyklus dunkel geschaltet wird.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine schematische Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Bereich der optischen Mittel zur Bestimmung von Münzendurchmessern und
• 2a + b einen Querschnitt im Bereich der Lichtquelle (a) bzw. eine perspektivische Darstellung der Lichtquelle (b).
• In der 1 erkennt man eine Vorrichtung zum Zählen und/oder Sortieren von Münzen 1, die in regelloser Folge mit dem Rand 2 an einer Führungskante 3 anliegend auf einer Führungsbahn 4 gefördert werden. Dies geschieht mit Hilfe des Förderbandes 19. Hierzu wird ergänzend auf eine vergleichende Betrachtung mit der 2a verwiesen. Vor gesehen sind eine Münzenerkennungseinheit 5 aufweisend optische Mittel zur Bestimmung von Münzendurchmessern d. Die optischen Mittel weisen eine Lichtquelle 6 sowie, bezogen auf eine Münzenhauptfläche, der Münze gegenüberliegend lichtempfindliche Sensormittel 7, welche einfallen Licht in elektrische Signale umwandeln, auf. Das Sensormittel 7 ist im Ausführungsbeispiel als orthogonal zur Förderrichtung angeordnete CCD-Zeile 7, deren Erstreckungslinie in einer zu einer Münzenhauptfläche parallelen Fläche angeordnet ist, ausgebildet. Die CCD-Zeile 7 ist un mittelbar unter einer Lichtdurchtrittsöffnung 16 in der Führungsbahn 4 angeordnet, beispielsweise auf einer Leiterplatte 17 mit weiteren elektronischen Bauteilen. Im Ausführungsbeispiel wurde eine CCD-Zeile des Typs TSL140 der Firma Texas Instruments verwendet, welche in gradliniger Anordnung 256 × 1 Sensorelemente (Dots bzw. Pixels) mit einer Dichte von 400 Dots je 25,4 mm aufweist. Ergänzend wird auf das Datenblatt SOES035 aus Juli 1998 verwiesen.
• In einer vergleichenden Betrachtung der 1 und 2 erkennt man, daß die als LED ausgebildete Emissionsquelle 8 über eine Zylinderlinse 18 in den Brennpunkt B eines Parabolspiegels 11 abgebildet wird. Zwischen der Zylinderlinse 18 und dem Parabolspiegel 11 kann zusätzlich eine (in den Figuren nicht gezeigte) Lochblende vorgesehen sein, um Abbildungsfehler aufgrund der nicht punktförmigen Emissionsquelle sowie der Zylinderlinse 18 zu minimieren. Im Ausführungsbeispiel ist der Parabolspiegel 11 als einfach parabolisch gekrümmte Fläche (i. e. kein Flächensegment eines Rotationshyperboloyds) mit einer, bezogen auf die Krümmung, lateralen Erstreckung von weniger als 5 mm, eine gemäß der Erstreckung der CCD-Zeile ausgerichtete Lichtlinie entsprechender Breite bildend ausgeführt. Es versteht sich, daß die dargestellte Lichtquelle 6 in der Praxis beidseitig geschlossen und innenwandig (mit Ausnahme der optischen Elemente) schwarz ausgeführt ist. In den Figuren ist lediglich zum Zwecke des besseren Verständnisses ein Seitendeckel weggelassen worden. Man erkennt, daß der Krümmungsverlauf des Parabolspiegels 11 einem Segment eines Parabelastes folgt. Die Ausrichtung des Parabolspiegels 11 ist dabei so getroffen, daß die optische Achse der Emissionsquelle 8 im wesentlichen orthogonal zur optischen Achse der Lichtaustrittsöffnung 12 steht. Im Bereich der Lichtaustrittsöffnung 12 kann eine parallel zur Lichtlinie angeordnete Stablinse 13 eingerichtet sein, welche die Breite der Lichtlinie im Bereich einer zu erkennenden Münze 1 reduziert.
• In der 1 erkennt man weiterhin ein Stoppelement 14 zum Abblocken der Münzenfolge, wobei das Stoppelement 14 als durch einen bistabilen Magneten 15 angetriebener Sperrstift 14 ausgebildet ist, welcher in einer Stellung des Magneten 15 die Führungsbahn 4 frei gibt und in der anderen Stellung des Magneten 15 blockiert. In dem dargestellten Betriebszustand ist die Führungsbahn 4 freigegeben.
• Im Ausführungsbeispiel erfolgt die Bestimmung eines Münzendurchmessers wie folgt. Beim Durchlauf einer einzelnen Münze 1 wird die CCD-Zeile 7 mehrfach ausgelesen. Bei jeder Auslesung wird ein Abschattungsgrad bestimmt. Die so entstehende Abschattungsgradfolge für eine einzelne Münze wird in einem Speicherelement abgespeichert. Bei abnehmenden Abschattungsgrad im Verlauf dieser Abschattungsgradfolge im Zuge des Durchlaufs einer Münze 1 wird der zuvor bestimmte maximale Abschattungsgrad als Durchmesserwert d aus dem Speicherelement abgerufen und als Eingangsgröße einer Sortierfunktion verwendet. Es versteht sich, daß die Sortierfunktion einen oder mehrere vorgegebene bzw. einstellbare Durchmesserwerte gespeichert enthält und daß beispielsweise ein Ablenkelement nach Maßgabe eines Vergleiches eines aktuell gemessenen Durchmesserwertes d mit einem vorgegebenen Durchmesserwert aktiviert oder deaktiviert wird.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Zählen und/oder Sortieren von Münzen (1), die in regelloser Folge mit dem Rand (2) an einer Führungskante (3) anliegend auf einer Führungsbahn (4) gefördert werden, mit einer Münzerkennungseinheit (5) aufweisend optische Mittel zur Bestimmung von Münzdurchmessern (d), wobei die optischen Mittel eine Lichtquelle (6) sowie, bezogen auf eine Münzenhauptfläche, der Münze (1) gegenüberliegend lichtempfindliche Sensormittel (7), welche einfallendes Licht in elektrische Signale umwandeln, aufweisen, wobei das Sensormittel (7) als CCD-Element (7) ausgebildet ist, wobei die Lichtquelle (6) eine Emissionsquelle (8) sowie optische Elemente zur Erzeugung eines parallelen und orthogonal zu einer Münzenhauptfläche stehenden Lichtstrahlenbündels aufweist, wobei die Emissionsquelle (8) im Brennpunkt (B) eines Parabolspiegels (11) liegt oder in den Brennpunkt (B) des Parabolspiegels (11) abgebildet ist, wobei die laterale Erstreckung des Lichtstrahlenbündels sowie die Anordnung des CCD-Elements (7) nach Maßgabe zu erkennender Münzendurchmesser (d) so eingerichtet sind, daß durch eine zu erkennende Münze (1) lediglich ein Teil des CCD-Elements (7) abschattbar ist, wobei das CCD-Element (7) eine orthogonal zur Förderrichtung angeordnete CCD-Zeile (7), deren Erstreckungslinie in einer zu einer Münzenhauptfläche parallelen Fläche angeordnet ist, ist und wobei der Parabolspiegel (11) als einfach parabolisch gekrümmte Fläche mit einer, bezogen auf die Krümmung, lateralen Erstreckung von weniger als 10 mm eine gemäß der Erstreckung der CCD-Zeile (7) ausgerichtete Lichtlinie entsprechender Breite bildend, ausgeführt ist, und wobei im Bereich einer Lichtaustrittsöffnung (12) der Lichtquelle (6) eine parallel zur Lichtlinie angeordnete Stablinse (13) eingerichtet ist, welche die Breite der Lichtlinie im Bereich einer zu erkennenden Münze (1) reduziert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Emissionsquelle (8) als LED, vorzugsweise im Wellenlängenbereich 640 bis 980 nm emittierend, ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 wobei der Krümmungsverlauf des Parabolspiegels (11) einem Segment eines Parabelastes folgt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei im unmittelbaren Bereich der CCD-Zeile (7) ein Stoppelement (14) zum Abblocken der Münzenfolge eingerichtet ist, wobei das Stoppelement (14) als durch einen bistabilen Magneten (15) angetriebener Sperrstift (14) ausgebildet ist, welcher in einer Stellung des Magneten (15) die Führungsbahn (4) freigibt und in der anderen Stellung des Magneten blockiert.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Münzenerkennungseinheit (5) ein Ablenkelement zum Aussortieren von Münzen von einem vorgegebenen Durchmesserwert abweichendem Durchmesserwert fördertechnisch nachgeschaltet ist, wobei das Ablenkelement mittels eines bistabilen Magneten angetrieben wird.
6. Verfahren zur Bestimmung von Münzendurchmessern (d), wobei Münzen (1) in regelloser Folge mit dem Rand (2) an einer Führungskante (3) anliegend auf einer Führungsbahn (4) durch eine Münzerkennungseinheit (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 gefördert werden, wobei die CCD-Zeile (7) bei Durchlauf einer einzelnen Münze (1) mehrfach ausgelesen wird, wobei bei jeder Auslesung ein Abschattungsgrad bestimmt und eine Abschattungsgradfolge für die einzelne Münze in einem Speicherelement abgespeichert wird, wobei bei abnehmendem Abschattungsgrad im Zuge des Durchlaufs einer Münze (1) der zuvor bestimmte maximale Abschattungsgrad als Durchmesserwert (d) aus dem Speicherelement abgerufen und als Eingangsgröße einer Sortierfunktion verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Lichtquelle während des Auslesezyklus der CCD-Zeile (7) dunkel geschaltet wird.