-
Vorrichtung zur automatischen, berührungsfreien Prüfung von
-
Münzen auf Echtheit und/oder Nennwert und/odti zur rechnergeführten
Parameterauswertung.
-
Die Erfindung betrifft eine Kombination elektronischer Sensoren mit
nachgeordneten Schaltungen, durch die Istwerte aller eine Münze kennzeichnender
Parameter an der bewegten Münze berührungsfrei ermittelt, mit frei progranunierbaren
Sollwerten dieser Parameter verglichen, über eine in der Sensorlogik erfolgende
Differenzwertbildung bewertet oder in einer Rechnerstufe ausgewertet werden.
-
Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise in Warenautomaten dazu
verwendet, Mißbrauch durch gefälschte, verfälschte oder ungültige Münzen zu verhindern
und den Gesamtwert jeweils eingegebener Münzen festzustellen. Solche Vorrichtungen
sollen den mechanischen Kontakt zwischen Münze und Prüfmittel vermeiden und ermöglichen,
die Münze während ihrer natürlichen Bewegung zu prüfen, ohne sie anhalten oder abbremsen
zu müssen. Di aus den Einzelprüfungen hergeleitete Bewertung muß mit hoher Sicherheit
auch geringfügige Fehler und Mängel der Münze berücEsichtigen und innerhalb eines
engen Toleranzbereichs exakt reproduzierbar sein. Zunehmende Ubereinstimmung einiger
kenllzechnender Parameterdaten an Münzen unterschiedlicher Wahrungen sowie verfeinerte
Fälschungsmethoden zwingen dazu, in die Münzprüfung auch solche Parameter einzubeziehen,
die bisher nicht beachtet wurden oder mit bisher bekannten Vorrichtungen nur ungenau
bewertet werden konnten. Ein wichtiger technischer und wirtschaftlicher Faktor ist,
daß eine solche Vorrichtung trotz komplizierter und präzise Funktion eine kleine
Baugroße haben und unter extremen Betriebsbedingungen ohne außergewöhnlichen Wartungs-und
Justageaufwand einwandfrei arbeiten muB.
-
Es sind bereits berührungsfreie Münzprüfer bekannt (deutsche Offenlegungsschrift
1 774 448), bei denen die Prüfung der Münzparameter in einem elektrischen und/oder
magnetischen Feld vorgenommen wird. Hierzu sind im allgemeinen so viele Sensoren
erforderlich wie unterschiedliche Parameter geprüft werden sollen, und jedem Sensor
muß eine eigene Auswerteschaltung nachgeordnet sein. Schon gröbere Abweichungen
der Ist- von den Sollwerten erfordern Amplituden- und/oder Frequenzfilter extrem
schmaler, nur mit sehr hohem Aufwand realisierbarer Durchlaßbandbreite, wobei die
Filterfunktionen stark von Umgebungsbedingungen beeinflußt werden, so daß entweder
die Prüfergebnisse in nicht vorherbestimmbarer unkontrollierter Weise verfälscht
werden oder aber aufwendige, komplizierte Kompensationsmaßnahmen unerläßlich sind.
-
Es ist ferner bekannt (deutsche Offenlegungsschrift 1 623 109), elektronische,
kapazitive oder induktive Näherungsinitiatoren zur Prüfung von Werkstoffparametern
einzusetzen, womit jedoch eine bei der Münzprüfung notwendige Genauigkeit der Prüfaussage
unerreichbar ist, weil die Fehlerwahrscheinlichkeit auf diese Weise gebildeter Aussagen
von statistisch nicht erfaßbaren Zufällen bestimmt wird.
-
Es sind auch Münzprüfer bekannt, bei denen durch Ausnutzen des Hall-Effekts
jener Einfluß ermittelt wird, den die Münze auf das Quer feld des Hall-Sensors ausübt;
sie haben den physikalisch prinzipiell bedingten Nachteil nur grober Auflösung.
-
Es ist ferner mehrfach vorgeschlagen worden, Doppel-T-Schaltungen
als Rückkopplungsnetzwerke in RC-Oszillatorkreisen auch für Zwecke der Münzprüfung
einzusetzen, die als Vierpol-Brückenschaltungen bei der Sperrfrequenz eine Spannungsübersetzung
gleich Null haben, die sich bei Verändern einer Kapazität in einem der Brückenzweige
nach Betrag und Phase ändert (A.E.U.", feld. 14, 1960, Nr. 7, S. 317 bis 324; deutsche
Offenlegungsschrift 1 623 109). Solche Anordnungen sind konzipiert unter der Annahme,
daß die aktive Filterschaltung selbst schwingt und daher schon
geringfügige
Änderungen der elektrischen Daten kreisbestimmender Elemente ein auswertbares Nutzsignal
bewirken, was jedoch gerade in dem bei der Münzprüfung interessierenden Bereich
der sperrfrequenznahen Verstimmungsfrequenzen wegen des unerläßlichen zusätzlichen
Mitkopplungszweiges niemals der Fall ist, da die Ortskurve des Übertragungsfaktors
der Rückkopplungsschaltung in einer solchen Anordnung nicht durch den Koordinatenursprung
geht ( s. "Frequenz", Bd. 26, 1972, Nr. 10, S. 282).
-
Es wurde auch schon vorgeschlagen, induktive Sensoren in Münzprüfern
als Segmentspulen auszuführen, um erstens jeweils nur bestimmte Teilbereiche der
Münze erfassen zu können, was insbesondere bei der Prüfung der Relieftiefe nützlich
wäre, und um zweitens die Genauigkeit des Prüfergebnisses zu erhöhen. Bei einer
solchen Anordnung sind aber die einzelnen Spulenrestspannungen prinzipiell kleiner
als das Fehlersignal, so daß nur gröbere Fehler erkannt werden können oder aber
die Restspannung eines jeden Spulensegments separat kompensiert werden muß, was
einen untragbar hohen zusätzlichen Aufwand erfordert; außerdem muß außer der Feld-
noch eine Meßspule vorhanden sein (s. "messen+prüfen", 1975, Nr. 3/4, S. 93).
-
Schließlich wiederholt vorgeschlagen wurde, die zu prüfende Münze
als Reaktanz in einen Schwingkreis einzuführen, um dessen Eigenfrequenz zu ändern.
Das hat den Nachteil, daß ein komplizierter Frequenzdetektor erforderlich ist, der
die frequenzmodulierte Träger-HF in amplitudenmodulierte Schwingungen wandelt, daß
bei der erforderlichen starken Gegenkopplung wilde Schwingungen auftreten können,
und daß ein umfangreiches Netzwerk nötig ist, um einen verlustfreien Kondensator
oder eine verlustfreie Spule elektrisch nachzubilden. Außerdem muß die zu prüfende
Münze mit dem Prüfmittel elektrisch leitend verbunden sein.
-
Bei allen bekannten Münzprüfern, die berührungsfrei arbeiten, werden
im wesentlichen nur geometrische Daten der Münze erfaßt und mit ausreichender Genauigkeit
bewertet, während andere wichtige Parameter gar nicht oder nur unzureichend ermittelt
werden.
Bestimmte Parameter, beispielsweise die Masse (das Gewicht) der Münze, können nicht
ohne zusätzliche Anwendung mechanischer Mittel (beispielsweise Taster, Fühler) oder
dynamischer Meßwerke genau genug bestimmt werden. Die Möglichkeit gezielter Beeinflussung
der Sensoren von außen her ist bei den bekannten berührungsfrei arbeitenden Münzprüfern
nicht sicher ausgeschlossen. Keiner der bekannten Münzprüf er nutzt die durch die
extrem kurzen Schaltzeiten elektronischer Sensoren und Schaltkreise gegebene Möglichkeit,
mit ein und demselben Sensor sequentiell mehrere unterschiedliche Parameter prüfen
und messen zu können, wodurch Doppel- und Mehrfachmessungen vermieden und Zwischenspeicher
wegfallen würden, weil einige Münzparameter direkt oder invers proportional sind
wenigstens einem anderen Parameter (beispielsweise Masse zu geometrischen Abmessungen
und spezifischer Dichte).
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur automatischen,
berührungsfreien Prüfung aller, eine bestimmte Münze kennzeichnender Form-, Werkstoff-
und Oberflächen-Parameter zu schaffen, wobei die Meßstrecke sehr kurz, die Lage
der Münze relativ zur Position des Prhfmittels in weiten Grenzen unkritisch, eine
Mehrfachnutzung ein und desselben Sensors bzw. Schaltkreises möglich, eine von außen
her bewirkte Beeinflussung des Prtfergebnisses ausgeschlossen, und das diskriminierende
Ausgangssignal mit hoher Sicherheit gegen Nichterkennen einer nicht akzeptablen
Münze gebildet ist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zu prüfende
Itlinze gleichzeitig in mehrere elektrische und/oder -agnetische Felder gebracht
wird, die auf Grund ihrer bestimmten räumlichen Verteilung einerseits und auf Grund
einer besti ten koibinatorischen Anordnung der auf Veränderungen dieser Felder ansprechenden
Sensoren andererseits sich in exakt definierter Weise gegenseitig so beeinflussen,
daß die einzelnen meßdaten bereits während des sehr kurzen Meßvorgangs miteinander
verglichen werden können, sowie daß die zu prüfende Münze quasi gleichzeitig auch
in den Strahlengang optisch wirkender
Geber und Sensoren geführt
wird, die zueinander so angeordnet sind, daß auf Grund der daraus hergeleiteten
geoanetrischen Beziehungen eine sehr genaue, auf Abstandsmarken bezogene Streckenmessung
entlang einer für alle Münzen konstanten Bezugs linie und gleichzeitig eine Messung
der Prägetiefe (Relief) der Münze erfolgt, und daß schließlich alle einzelnen Prüfergebnisse
zu einem in einer Rechnerstufe auswertbaren diskriminierenden Ausgangssignal zusammengefaßt
werden.
-
Um eine solche Vorrichtung zur Prüfung der Münzen einer beliebigen
Währung verwenden zu können, ist nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der
Erfindung die Auswerteschaltung so aufgebaut, daß einzelne Sensoren und/oder Schaltkreise
ohne Beeinträchtigung der Funktionssicherheit und ohne Notwendigkeit neuerlicher
Justage einfach gegeneinander austauschbar sind.
-
Die mit der Erfindung bewirkten Vorteile bestehen vor allem darin,
daß statt nur weniger Parameter alle eine Minze kennzeichnenden Parameter mit hoher
Genauigkeit geprüft werden, und daß auch solche Parameter berührungsfrei erfaßbar
sind, die bisher nicht oder nicht genau genug oder nur unter zusätzlicher Anwendung
mechanischer Prüfmittel bewertet werden konnten. Da mit jedem zusätzlich bewerteten
Parameter die Wahrscheinlichkeit der Erkennung fehler- oder mangelhafter Münzen
multiplikativ größer wird, bedeutet die Bewertung aller kennzeichnenden Parameter
die größtmögliche Sicherheit der Prüfaussage. Dabei kann in Kauf genommen werden,
daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Nennwert der jeweils geprüften Münze
nicht in Teilen oder Vielfachen der Währungseinheit, sondern als Stückzahl der Münzen
des jeweiligen Nennwerts in der Ausgangsinformation gegeben wird, da dieses Signal
in bekannter Weise zur Ansteuerung bekannter Bauteile, beispielsweise Zahler, Addierer,
Schieberegister, dienen kann. Die Anordnung aller Geber und Sensoren innerhalb eines
räumlich sehr engen Bereichs und der Vergleich der einzelnen Prüfdaten untereinander
schon während des Prüfvorgangs bedeutet einen weiteren Vorteil der Erfindung, weil
dadurch eine genaue Messung und eine exakte Ergebnisbildung
auch
dann gewährleistet sind, wenn durch äußere Einflüsse, beispielsweise Beschleunigungskräfte
und/oder Erschütterungen, eine relative Verlagerung von Münze und Prüfmittel auftritt,
denen die Münze auf Grund ihrer Massenträgheit innerhalb der sehr kurzen Dauer des
gesamten Meßvorgangs noch nicht folgen kann. Ein weiterer Vorteil der Erfindung
ist, daß wegen der Verringerung der Anzahl der Sensoren, des Wegfalls komplizierter
und störanfälliger Sensorlogiken, des Vorhandenseins nur einer Auswertelogik, sowie
weitgehend einfacher Justage der Sensoren und unkritischen Abgleichs der elektronischen
Kreise, die Fertigungs- und Wartungskosten im Vergleich zu den Kosten bekannter
Vorrichtungen dieser Art wesentlich gesenkt werden können; die genannten Vereinfachungen
bedeuten zugleich erhöhte Funktions- und Betriebssicherheit.
-
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der Figuren in Ausführungsbeispielen
beschrieben. Es zeigt Fig. 1 die geometrische Anordnung der Sensoren zur Streckenmessung;
Fig. 2 eine Blockschaltung zur Auswertung der Signale der Sensoren nach Fig. 1;
Fig. 3 einen Impulsplan der Blockschaltung nach Fig. 2; Fig. 4 die geometrische
Anordnung der Sensoren zur Streckenmessung bei Prüfung von mehr als einer Münzensorte;
Fig. 5 eine Anordnung von Gebern und Sensoren zur Prüfung des Prägezustands einer
Münze; Fig. 6 eine Blockschaltung zur Auswertung der Signale der Sensoren nach Fig.
5;
Fig. 7 eine Anordnung der induktiven und kapazitiven Sensoren;
Fig. 8 eine Block- und Detailschaltung der Logik der Sensoren in der Anordnung nach
Fig. 7; Fig. 9 eine Block- und Detailschaltung der Auswerte- und Steuerlogik Fig.
10 und Fig. 11 einen Teil von Fig. 8 in zwei weiteren Ausführungen; Fig. 12 einen
Teil von Fig. 9 in einer weiteren Ausführung; Fig. 13 eine Block- und Detailschaltung
der Münzweichensteuerung.
-
Nach Fig. 1 sind die Sensoren 2 und 3 auf der zur Ebene a parallelen
Bezugslinie c angeordnet; Sensor 4 liegt auf Bezugslinie d, die durch den Mittelpunkt
des Sensors 3 geht und auf Ebene a senkrecht steht. In ihrer Bewegung auf Ebene
a in Richtung b erreicht die Münze 1 eine definierte Position, in der sie Sensor
2 so weit abdeckt,daß dessen elektrisch wirksame Ansprechschwelle überschritSn ist.
Bei weiterer Bewegung der Münze 1 in Richtung b erreicht sie eine zweite definierte
Position, in der sie Sensor 3 und Sensor 4 so weit abdeckt, daß deren elektrisch
wirksame Ansprechschwelle überschritten, zugleich jedoch Sensor 2 so weit frei gibt,
daß dessen Ansprechschwelle wieder verlassen ist. Der Abstand zwischen Sensor 2
und Sensor 3 einerseits und der Abstand zwischen Sensor 3 und Sensor 4 andererseits
entspricht exakt den zwei Strecken, die bei einer als ideal vorgestellten Münze
1 entlang Bezugslinie c und entlang Bezugslinie d als Sollwerte gegeben sind, wenn
Münze 1 auf Ebene a steht. Bei ihrer fortschreitenden Bewegung in Richtung b erreicht
die Münze 1 eine dritte definierte Position, in der sie die Sensoren 3 und 4 so
weit frei gibt, daß deren Ansprechschwelle verlassen ist. Die Sensoren 2, 3 und
4 sind optoelektronische Empfänger, die von je einer eigenen oder von einer gemeinsamen,
nicht dargestellten Lichtquelle beleuchtet werden sie sind zum Zwecke der Einengung
ihrer Ansprechschwelle
in bekannter und üblicher Weise mit nicht
dargestellten Strichgittern abgedeckt. Die physikalisch bedingte Hysterese zwischen
der Hell/Dunkel-Schwelle und der Duntel/Hell-Schwelle der Sensoren 2, 3 und 4 kann
durch geeignete Maßnahmen in der nachgeordneten Sensorlogik innerhalb einer gewissen
Grenze eingestellt werden, so daß auf solche Weise zugleich eine kontrollierte Toleranz
eingeführt wird. Nur dann, wenn die geometrische Abmessung der Münze 1 entlang der
Bezugs linien c und d nicht mehr als mit der durch Hysterese eingestellten Toleranz
vom Sollwert abweicht, ist die Voraussetzung dafür erfullt, daß zu einem bestimmten
Zeitpunkt gleichzeitig die Hell/Dunkel-Schwelle der Sensoren 3 und 4 sowie die Dunkel/Hell-Schwelle
des Sensors 2 soweit angeschnitten sind, daß diese Schaltschwellen elektrisch gleichzeitig
wirksam werden können. Ferner gilt das gleiche in bezug auf jenen Zeitpunkt, in
dem Münze 1 die Dunkel/Hell-Schwelle der Sensoren 3 und 4 so weit anschneidet, daß
deren Schaltschwellen elektrisch gleichzeitig wirksam verden können. Diese geometrische
Anordnung der Sensoren 2, 3 und 4 zueinander läßt somit eine sehr genaue Streckenmessung
an der Münze 1 zu, deren Genauigkeit im wesentlichen nur von der Justage der Sensoren
2, 3 und 4 sowie von der eingestellten Hysterese abhängt, also exakt und einfach
beherrschbar ist. Diese geoetrische Anordnung bedeutet zugleich, daß Rundlauffehler
(Unrundheit) der Münze 1 innerhalb der gleichen Toleranzbreite erkannt werden, die
in bezug auf die Streckenmessung eingestellt ist, was für etwa 5/7 des Münzenumfangs
gilt, da entlang der Bezugslinie d zwei zeitlich versetzte Messungen erfolgen und
die Länge des Neßintervalls von der Bewegung der Münze 1 besti-t ist Da ferner die
Abbildung einer etwa ein- oder beidseitig gewblbten Münze in eine Ebene keine exakte
Kreisfläche mehr ist, werden mit der beschriebenen Anordnung zugleich auch Abweichungen
von der Planform der Münze 1 als Unrundheit erkannt. Folglich werden in ein und
demselben Prüfvorgang mittels ein und derselben Sensoranordnung drei Münzenparameter
geprüft, nämlich Abmessung, Rundheit und Planform. In einer vorteilhaften Ausbildung,
die nicht dargestellt ist, können die Sensoren 2, 3 und 4 sowie ggf. weitere Sensoren
entsprechend ihrer Sollpositionen
in bezug auf die Münzensorten
einer bestimmten Währung in einer starren Aufnahme vorgefertigt angeordnet sein,
so daß die bei bisher bekannten Münzprüfern unerläßliche mechanische Justage der
Prüfmittel ganz wegfällt.
-
Nach Fig. 2 sind Schwellwertschalter und Impulsformer so angeordnet,
daß Eingang e an den Ausgang des Sensors 3, Eingang f an den Ausgang des Sensors
2 und Eingang g an den Ausgang des Sensors 4 (Fig. 1) angeschlossen ist. Nach Eingang
e wird das Eingangssignal sowohl an der positiven als auch an der negativen Flanke
angeschnitten und über Differentiation in einen positiven Nadelimpuls umgeformt,
während nach Eingang f nur die negative Signalflanke als positiver Nadelimpuls,
die positive Signalflanke jedoch als positiver Rechteckimpuls einstellbarer Breite
dargestellt wird. Nach Eingang g erfolgt die Impulsbildung mit inverser Polarität
in bezug auf die Signalflanken.
-
Drei der Ausgänge der Impulsformerstufen werden im Gatter 20 invers
konjugiert, so daß am Ausgang h nur dann ein Nullimpuls entsteht, wenn an den drei
Gattereingängen gleichzeitig positive Impulse anstehen. Die Ausgänge h, i und k
werden auf die Auswerte- und Steuerlogik (Fig. 9) gegeben.
-
Nach Fig. 3 sind in einem Impulsplan die logischen Momentanzustände
der Anordnung gemäß Fig. 2 dargestellt. Zeitspanne tl entspricht der Dauer der Bewegung
der Münze 1 von Sensor 2 bis Sensor 3; Zeitspanne t2 entspricht der Dauer der Bedeckung
des Sensors 3 durch Münze 1. Der in der Auswerte- und Steuerlogik (Fig. 9) als Gut-Aussage
bewertete Nadelimpuls h kann also nur dann auftreten, wenn Nadelimpuls m in die
Breite der Rechteckimpulse n und p fällt und diese sich im Moment des Auftretens
des Nadelimpulses m decken.
-
Nach Fig. 4 ist als Erweiterung der Anordnung nach Fig. 1 eine Anordnung
dargestellt, die der Prüfung von drei unterschiedlichen Münzen dient. Bezugs linie
c liegt oberhalb des Durchmessers der Münzen 1, 5 und 6, und die den Münzen 5 und
6 zugeordneten Sensoren 7 und 8 liegen wie die Sensoren 2 und 3 auf dieser Bezugslinie
c. Ebenso liegen die den Münzen 5 und 6 zugeordneten Sensoren 9 und 10 wie die Sensoren
3 und 4 auf der Bezugslinie d.
-
Folglich gelten die in bezug auf Münze 1 an Hand der Fig. 1 beschriebenen
Beziehungen auch für die Münzen 5 und 6, da Sensor 3 der für die Münzen 1, 5 und
6 gemeinsame Schaltpunkt ist. Durch Hinzufügen weiterer Sensoren entlang den Bezugslinien
c und d kann die Prüfung an beliebig vielen Münzen unterschiedlichen Durchmessers
ausgeführt werden.
-
Nach Fig. 5 ist eine Anordnung zur Prüfung des Präge zustands der
Münze 11 dargestellt. Das aus Geber 13 mit Strichgitter 17 und Sensor 12 mit Strichgitter
16 bestehende Prüfsystem ist dem aus Geber 15 mit Strichgitter 19 und Sensor 14
mit Strichgitter 18 bestehenden Prüfsystem funktionell identisch, so daß die Beschreibung
eines der zwei Systeme genügt. Geber 13 sendet Licht (zweckmäßig Wechsellicht im
Infrarotbereich) aus, das als enges Bündel das Strichgitter 17 durchsetzt, von der
Oberfläche der Münze 11 reflektiert wird, und durch Strichgitter 16 auf den optoelektronischen
Sensor 12 fällt. Die Strichgitter 17 und 16 sind so justiert, daß bei definiertem
Abstand der Münze 11 von den Strichgittern und einer als ideal glatt angenommenen
Oberfläche der Münze 11 die offenen Felder des Strichgitters 17 in bezug auf den
reflektierten Lichtstrahl mit den geschlossenen Feldern des Strichgitters 16 korrespondieren,
so daß Sensor 12 keinen Lichtanteil erhält, der ausreicht, um Sensor 12 durch dessen
Ansprechschwelle zu steuern. Veränderungen des Abstands zwischen der reflektierenden
Oberfläche der Münze 11 und den Srichgittern 17 und 16 bewirken, daß die Korrespondenz
der offenen Felder des Strichgitters 17 mit den geschlossenen Feldern des Strichgitters
16 innerhalb der halben Strichbreite zwischen ganz fehlender und ganz vorhandener
Deckung schwankt, was den Momentanpegel der Ausgangsspannung des Sensors 12 beeinflußt.
Diese Schwankungen erfolgen relativ langsam. Ist die Oberfläche der Münze 11 jedoch
nicht glatt, sondern durch Prägung oder in anderer Weise verformt, so wird nicht
mehr nur ein enges Lichtbündel reflektiert, sondern es treten zusätzlich Streureflektionen
auf, die wegen der sich bewegenden Münze 11 als Freqwizspektrum in der Ausgangsspannung
des Sensors 12 erscheinen; bei Verwendung von Wechsellicht treten außerdem meßbare
Phasenverschiebungen
auf. Jeder spezifischen Oberflächenbeschaffenheit der Münze 11 kann somit auch ein
dafür charakteristisches Ausgangssignal des Sensors 12 zugeordnet werden.
-
Beispielsweise äußern sich Risse, Kerben und ähnliche Beschädigungen
im Ausgangssignal des Sensors 12 als Spannungsspitzen großer Amplitude, während
beispielsweise Löcher oder ähnliche Durchbrüche zumindest kurzzeitig den Anstieg
der Ausgangsspannung auf den Maximalpegel bewirkt. Eine geordnete Prägung der Oberfläche
der Münze 11 dagegen bewirkt im Ausgangssignal des Sensors 12 ein in bezug auf eben
diese Prägung charakteristisches Rauschen. Eine gleiche Anordnung aus Geber 15,
Sensor 14 und den Strichgittern 18 und 19 prüft in gleicher Weise die Randbeschaffenheit
der Münze 11, so daß sich das Ausgangssignal des Sensors 14 in charakteristischer
Weise ändert, je nachdem ob der Münzenrand mit einer gleichmäßigen Rändelung, mit
einer Prägung oder mit Beschädigungen versehen ist oder glatt ist.
-
Verschmutzungen der Münze 11 bleiben bedeutungslos, weil sich dadurch
lediglich die Amplitude des Ausgangssignals ändert, die Charakteristik des Frequenzspektrums
jedoch erhalten bleibt.
-
Bei Anordnen von Spiegeln in bekannter und nicht dargestellter Weise
können beide Prüfungen, die auf Oberflächen- und die auf Randbeschaffenheit, auch
mit nur einem Geber, einem Sensor und zwei Strichgittern nach der erfindungsgemäßen
Anordnung ausgeführt werden. Das Ausgangssignal des Sensors 12 und/oder des Sensors
14 wird in der Auswerte- und Steuerlogik (Fig. 9) berücksichtigt,und zwar in der
nach Durchlaufen der Schaltung gemäß Fig. 6 bereitstehenden Form.
-
Nach Fig. 6 wird das Ausgangssignal des Sensors 12 (Fig. 5) in einem
Frequenzsieb 21 in den Frequenzanteil und den Gleichspannungsanteil getrennt, danach
der Gleichspannungsanteil durch ein Amplitudensieb und der Frequenzanteil durch
mindestens einen Hochpaß und einen Bandpaß geführt, und schließlich die das Amplitudensieb
passierende Gleichspannung im Komparator 22 mit einem fest programmierten Pegel,
die jeweils einen Bandpaß passierende Frequnz im Komparator 23 mit fest programmierten
Frequenzen verglichen, woraus in der Digitalstufe 24 Signale gebildet werden, die
in der Auswerte- und Steuerlogik (Fig. 9) verwertbar sind.
-
Nach Figur 7 sind zwei Kerne 25 und 26 so angeordnet, daß die Mittelpunkte
der Stirnflächen in den Begrenzungslinien eines Rechtecks liegen und die zwei Kondensatorplatten
32 und 33 etwa in Höhe des unteren Schenkels des Kerns 25 stehen; die Stirnflächen
der Kerne 25 und 26 sowie die Kondensatorplatten 32 und 33 befinden sich in einer
Ebene. Dieser Ebene gegenüber ist in einem Abstand,der den ungehinderten Durch lauf
der zu prüfenden, nicht dargestellten Münze gestattet, die Kondensatorplatte 34
angeordnet. Die zwei Schenkel des Kerns 26 tragen die Spulen 30 und 31, der obere
Schenkel des Kerns 25 die Spule 27, der untere Schenkel des Kerns 25 die zwei Spulen
28 und 29. Die räumliche Ausdehnung dieser Anordnung ist zweckmäßig so gewählt,
daß die Stirnflächen des Kerns 26 innerhalb des Abstands zwischen den Sensoren 2
und 3 (Fig. 1) liegen und sich die Stirnflächen des Kerns 25 innerhalb des Abstands
zwischen den Sensoren 3 und 4 (Fig. 1) befinden, das heißt, daß die Position der
Stirnflächen der Kerne 25 und 26, sowie auch die Kondensatorplatten 32, 33 und 34
innerhalb der Flache liegt, die von der kleinsten zu prüfenden Münze eingenosen
wird.
-
Damit ist erreicht, daß der gesamte Prüf- und Meßbereich keine größere
Ausdehnung hat als die Fläche der kleinsten zu prE-fenden Münze. Außerdem ist durch
diese Anordnung die Voraussetzung dafür geschaffen, daß die elektrischen und magnetischen
Felder gegenseitig so definiert beeinflussen, wie es für die Funktion der in Fig.
8 dargestellten Sensorlogik erforderlich ist.
-
Nach Fig. 8 ist ein Ausführungsbeispiel der Sensorlogik gegeben. Die
zu prüfende, nicht dargestellte Münze wird zwischen den Stirnflächen des Kerns 26
und den Stirnflächen der Kerne 36 und 38, zwischen den Stirnflächen des Kerns 25
und den einwindigen Spulenschleifen 39 und 40, sowie zwischen den goodensatorplatten
32 und 33 und der Kondensatorplatte 34 durchgefahrt. Alle Stirnflächen sind mit
einer dünnen Schicht elektrisch nicht leitenden, magnetisch neutralen Werkstoffs
belegt.
-
Die Spulen 27, 28, 29, 30 und 31 sind Geber, die Spulen 35 mrd 37
sind Sensoren. Bei dieser Definition sind rückwirkende Felder nicht berücksichtigt.
Die einwindigen Spulenschleifen 39
und 40 bilden zusammen mit Abgleichkapazitäten
den Eingangskreis des multiplikativen Mischer/Oszillator-Kreises 55. Die Spulen
35 und 37 bilden zusammen mit einer Abgleichkapazität den die Oszillatorfrequnz
bestimmenden Teil des multiplikativen Mischer/Oszillator-Kreises 55. Die Spulen
30 und 31 stellen zusammen mit einer Kapazität einen über Eingang 51 fremderregten
Resonanzschwingkreis dar. Da dieser Eingangskreis induktiv abgestimmt ist, wird
die Eingangsfrequenz dem Mischer über die als Auskoppelwicklung wirkenden einwindigen
Spulenschleifen 39 und 40 symmetrisch zugeführt, da über den Mischerteil des Mischer/Oszillator-Kreises
55 auch die Spulen 27, 28 und 29 erregt werden. Daraus folgt, daß schon extrem geringfügige
Frequenzänderungen am Mischereingang die Ausgangsfrequenz stark beeinflussen, so
daß sich die Frequenz des zwischen den Kondensatorplatten 32 und 33 einerseits und
der Kondensatorplatte 34 andererseits bestehenden Wechselfeldes ebenso stark ändert,
da dieses Wechselfeld mit der jeweiligen Differenzfrequenz schwingt.
-
Bei freiem Luftspalt zwischen den Stirnflächen des Kerns 25 und den
einwindigen Spulenschleifen 39 und 40 besteht ein nahezu homogenes Feld und die
Mischereingangsfrequenz ist symmetrisch.
-
Wird die zu prüfende Münze in den Spalt gebracht, so ändert sich die
Permeabilität des Kreises und folglich auch die Induktivität der Spule 27. Durch
Abgleich des die Oszillatorfrequenz bestimmenden Kreises auf einen aus den Einflußfaktoren
aller zu prüfendn Münzen gebildeten Mittelwert einerseits und durch während der
Meßzeitspanne erfolgendes multiplexes Umschalten auf eine der Anzahl der zu prüfenden
unterschiedlichen Münzen gleiche Anzahl verschiedener Frequenzen am Eingang 51 wird
für jede Münze eine extrem schmalbandige Meßvoraussetzung geschaffen.
-
Entsprechen alle elektrisch und/oder magnetisch wirksamen Faktoren
der Münze denen einer akzeptablen Münze, so wird das bislang homogene Feld in definiertem
Maße inhomogen und die Schwingungen werden in definiertem Maße asymmetrish. Entspricht
einer dieser Faktoren nicht dem einer akzeptablen Münze, so tritt am Ausgang 52
eine sehr große Frequenzabweichung auf.
-
Bei der Münzprüfung mittels dieser Anordnung werden im einzelnen folgende
Münzenparameter erfaßt:
1) Permeabilität: eine im Spalt zwischen
Kern 25 und einwindigen Spulenschleifen 39 und 40 befindliche akzeptable Münze bekannter
Permeabilität verstimmt den Mischerkreis nur innerhalb der eingestellten Grenzwerte,
so daß auch die Frequenz am Ausgang 52 die zugelassenen Toleranzgrenzen nicht unter-
bzw. überschreitet. Weicht die Permeabilität der Münze jedoch außer zugelassener
Toleranz ab, wird der Mischerkreis zunehmend exponentiell so stark verstimmt, daß
im Mischerteil vorhandene, übliche, nicht dargestellte Frequenzbandfilter und Amplitudensiebe
die nunmehr stark vom Sollwert abweichende Zwischenfrequenz sperren, so daß keine
Differenzfrequenz mehr an den Ausgang 52 gelangt.
-
Besteht die Münze aus einem ferromagnetischen Werkstoff, so erfolgt
über die Spulen 35 und 37 zugleich eine Feststellung der Hystereseverluste, weil
dem Wechselfeld im Spalt zwischen Kern 26 und Kernen 36 und 38 Energie entzogen
wird, so daß die Ansprechschwelle des nicht dargestellten Amplitudensiebes nicht
erreicht wird.
-
2) Ohmscher Widerstand: liegt der ohmsche Widerstand der Münze außer
zugelassener Toleranz, so daß die Leitfähigkeit einen bestimmten Grenzwert, der
einstellbar ist, unterschreitet, so geht die Amplitude der Schwingungen gegen ihren
maximal möglichen Wert, weil die Kreisbedämpfung fehlt oder sehr gering ist. Um
die Eingangs frequenz auf den für größte Selektivität des Amplitudensiebes optimalen
Wert zu bringen, wird zu Zwecke der Prüfung des ohmschen Widerstands die Frequenz
am Eingang 51 kurzzeitig auf diesen Wert gebracht.
-
3) Relieftiefe: besitzt die Münze zwar einen innerhalb der zugelassenen
Toleranz liegenden Wert der Permeabilität, aber beispielsweise kein oder eingterk
eingeebnetes Relief, so erfolgt die Änderung der Schwingfrequenz zwar mit etwa gleichem
Betrag, wie bei der Prüfung der Permeabilität, aber die Amplitudenmodulation fehlt
oder ist sehr gering; bei Vorhandensein von Kerben, Löchern oder ähnlichen Beschädigungen
an der Münze tritt dagegen eine zu starke Amplitudenmodulation auf, was in der Auswertelogik
erkannt und bewertet wird.
-
Über Analogschalter 50 können die Spulenschleifen 39 und 40 vom Mischereingang
getrennt und an einen Vierpol gelegt werden, so daß nach einer Transistor-Verstärkerstufe
das Signal in drei diskriminierende Zweige geführt wird, wobei das Signal unter
verschiedenen Kriterien bewertet wird. Im ersten Zweig wird das Signal nach Gleichrichtung
bestimmter Signalanteile durch eine Bandsperre und ein Amplitudensieb geführt; im
ersten Zweig kann zusätzlich noch ein nicht dargestellter Größt/Kleinstwert-Begrenzer
angeordnet sein. Im zweiten Zweig durchläuft das Signal einen Bandpaß und wird danach
in einem Spannungskomparator mit dem Signal verglichen, das im dritten Zweig einen
Tiefpaß passiert hat; der Ausgang des Spannungskomparators liegt an einem Umsetzer.
Im dritten Zweig wird das Signal nach Passieren eines Tiefpasses in einem Amplitudensieb
bewertet. Nur wenn die Ausgänge aller drei Zweige durchschalten, steht am Gatterausgang
53 ein Signal mit Nullpegel an.
-
Nach Fig. 9 ist eine Ausführungsform der Auswerte- und Steuerlogik
dargestellt. In dieser Logik werden die Signale der Ausgänge g, k und h (Fig. 2
und 3), des Ausgangs s (Fig. 6) und der Ausgänge 52 und 53 (Fig. 8) unbedingt, die
der Ausgänge 56 und 58 (Fig. 10 und 11) wahlweise, verarbeitet und bewertet.
-
Das am Eingang g anstehende Signal wird über einen Schwellwertglied
nach Differentiation einer Impulsformerstufe zugeführt; die Impulsbreite ist einstellbar.
Dieses Rechtecksignal wird mit dem Signal an Eingang k zusammengefaßt, so daß dann,
wenn beide Signale gleichzeitig positiv sind, ein Flipflop gesetzt wird. Das Signal
an Eingang h wird direkt, das Signal an Eingang s nach Invertierung je einem Flipflop
zugeführt. Die Signale an den Eingängen 52 und 53 werden getrennt von Frequenz auf
Digitalsignal umgesetzt, in einem Gatter zusammengefaßt und auf ein weiteres Flipflop
gegeben. Da die Signale an den Eingängen 56 und 58 nicht zugleich mit den Signalen
an den Eingängen 52 und 53 anstehen können, weil sie aus Schaltungen (Fig. 10 und
11) geliefert werden, die als weitere vorteilhafte Ausbildungen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung anstelle der Anordnung nach Fig.8 angewendet werden können, werden diese
Signale an den Eingängen 56 und 58 ebenso zusammengefaßt wie die Eingangssignale
52 und 53, die Ausgänge der zwei zugehörigen Flipflops jedoch miteinander
UND-verknüpft,
so daß ohne neuerliche Justage der diskriminierenden Kreise die Sensoren und/oder
Sensorlogiken gegeneinander austauschbar sind, was insbesondere dann vorteilhaft
ist, wenn ein und dieselbe Bauart der Vorrichtung wahlweise zum Prüfen von Münzen
unterschiedlicher Währungen verwendbar sein soll.
-
Nach Zusammenfassung der Ausgänge der Flipflops wird das die Endaussage
GUT oder SCHLECHT darstellende Signal über einen Leistungstransistor dem Ausgang
59 zugeführt, der bei GUT-Aussage die Masse durchschaltet. Das an der Basis dieses
Leistungstransistors stehende Signal wird mit dem Ausgang des ersten Flipflop verknüpft,
differenziert und zu einem Nadelimpuls positiver Polarität umgeformt; dieser Nadelimpuls
tritt nur dann auf, wenn eine Münze als GUT erkannt ist. Wird die beschriebene Verknüpfung
in der gleichen Weise so oft vorgenommen, wie unterschiedliche Münzen geprüft werden,
und ferner, wird jede dieser Verknüpfungen einer Münze bestimmten Nennwerts zugeordnet,
dann kann der Nadelimpuls einem Digitalzähler als Takt zugeführt werden, um die
Anzahl der guten Münzen eines bestimmten Nennwerts zu zählen, das heißt, Ausgang
60 liefert den Zähltakt für einen digitalen Vor- oder Rückwärtszähler. Die miteiander
verknüpften Signale an den Eingängen g und k setzen ein Monoflop, das nach Ablauf
einer einstellbaren Verzögerungszeit am Ausgang q einen Rückstellimpuls positiver
und/oder negativer Polarität liefert; dieser Rückstellimpuls erscheint folglich
nach Abschluß der Prüfung und Messung jeder einzelnen Münze, und er kann daher zum
Rücksetzen beliebig vieler Funktionen verwendet werden, beispielsweise auch zum
Setzen oder zum Rücksetzen eines an Ausgang 60 angeschlossenen digitalen Zählers.
-
Nach Fig. 10 ist ein Teil der Anordnung nach Fig. 8 in einer weiteren
vorteilhaften Ausbildung der Erfindung dargestellt.
-
Der Oszillatorteil schwingt mit einer konstanten Frequenz.
-
Über die der Pegelanpassung dienenden Dioden gelangt diese Frequenz
auf einen Transistor und steuert diesen durch. Kommt eine Münze in den Spalt des
Kerns 26, so kommt der Osziallator außer Tritt, die Resonanzfrequenz des Schwingkreises
ändert sich und die Schwinguigenwerden kleiner; im Extremfall reißen sie ganz ab.
-
Wegen der starken Mitkopplung wird der Kreis bei schwächer werdenden
Schwingungen zunehmend instabil, so daß der Ausgangstransistor pulst. Diese Anordnung
ist daher vorteilhaft, wenn eine Grenzfallbewertung bei sehr eingeengter Toleranz
gewünscht wird. Am Ausgang 56 steht ein Signal zur Verfügung, das einen oberen und
einen unteren Pegel hat, die die obere und die untere Toleranzgrenze charakterisieren,
und das mit einer Pulsfrequenz getaktet ist, die umso höher wird, je näher sich
der Istwert der für den Sollwert zugelassenen Toleranzgrenze nach oben oder nach
unten nähert.
-
Nach Fig. 11 ist eine weitere vorteilhafte Ausbildung eines Teils
der Anordnung nach Fig. 8 dargestellt. Die an Eingang 51 eingespeiste Festfrequenz
wird durch den Wert der Meßspannung und der Meßfrequenz der Spulenschleifen 39 und
40 derart stark beeinflußt, daß ein handelsüblicher integrierter AM-Empfänger verwendet
werden kann, um das diskriminierende Ausgangssignal am Ausgang 58 zu erzeugen; obwohl
diese Anordnung keine so genaue Aussage liefert wie beispielsweise die nach Fig.
8, ist sie dennoch vorteilhaft da, wo die Genauigkeit ausreicht und eine billige,
technisch einfache Anordnung gewünscht wird.
-
Nach Fig. 12 ist eine weitere vorteilhafte Ausbildung eines Teils
der Anordnung nach Fig. 9 dargestellt. Die Signale t, u, w und z (Fig. 9) werden
UND-verknüpft, das Gatterausgangssignal wird differenziert und zu einem Nadelimpuls
positiver Polarität umgeformt, der als Takt auf den digitalen Zähler 61 geführt
wird.
-
Über Eingänge 62 kann dieser Zähler 61 auf einen bestimmten Wert eingestellt
werden; die Ausgänge 63 geben den jeweiligen ZähK stand BCD-codiert an. Diese Anordnung
ist vorteilhaft, wo der momentane Stand des Gesamtbetrags der eingegebenen guten
Münzen beispielsweise in einem Display angezeigt werden soll. über Eingang q kann
der Zähler gesetzt oder rückgestellt werden.
-
Nach Fig. 13 ist das Prinzip der Münzweichensteuerung dargestellt.
-
Leistungsschalter 67 schaltet auf Grund des logischen Pegels der Eingänge
66 die positive Versorgungsspannung für das Münzweichenrelais 69 durch oder sperrt
sie; die Eingänge 66 sind frei, werden also nicht mit Signalen aus dem Münzprüfer
belegt.
-
Leistungsschalter 68 wird von einer beliebigen münzprüferexternen
Logik 65 angesteuert. Wenn Leistungsschalter 68 nicht durchgeschaltet ist, bleibt
auch Leistungsschalter 67 gesperrt. Eingang 59 des Münzweichenrelais 69 wird mit
Gut-Aussage der Anordnung nach Fig. 9 (Ausgang 59) an Masse gelegt, so daß Stellglied
70 betätigt wird.