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Optischer MUnzprüfer
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Zusatzpatent zu Hauptpatent Nr. ... (Anm.-Nr. P 26 40 891.3) Die Erfindung
bezieht sich auf einen optischen Münzprüfer der im Patentanspruch des Hauptpatentes
bezeichneten Art.
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Ein solcher Münzprüfer enthält ein optisches Element, welches bewirkt,
dass von einer Strahlungsquelle ausgehende und am Prüfling reflektierte Prüfstrahlen
auf eine Detektorfläche eines Strahlungsempfängers hin konvergieren, wenn die örtliche
Verteilung der Reliefneigungswinkel des Prüflings mit jener einer Referenzmünze
übereinstimmt. Es wurde vorgeschlagen, als optisches Element ein Hologramm, ein
Kinoform oder eine Linsen-, Prismen- oder Spiegelmatrix zu verwenden, was allerdings
hohe fertigungstechnische Anforderungen stellt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Münzprüfer der eingangs
genannten Art zu schaffen, der auf einfache Weise hergestellt werden kann und sich
dennoch durch ein hohes Nutzzu Störsignalverhältnis auszeichnet.
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Die Erfindung besteht in den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1
bezeichneten Merkmalen.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen
näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Münzprüfers,teilweise
im Schnitt, Fig. 2 und 3 Darstellungen von Lichtwegen des Münzprüfers nach der Fig.
1 und Fig. 4 eine weitere Prinzipdarstellung eines Münzprüfers.
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In der Fig. 1 bedeutet M' einen Prüfling. In möglichst geringem Abstand
über der zu prüfenden Fläche dieses Prüflings M' ist eine Abdruckfolie A angeordnet,
die als teildurchlössiger Spiegel ausgebildet ist und eine dem Prägerelief einer
Referenzmünze entsprechende Reliefstruktur aufweist. Vorzugsweise sind solche Bereiche
der Abdruckfolie A, die zur Diskrimination des Prägeprofils ungeeignet sind, maskenartig
abgedeckt.
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Die Abdruckfolie A ist vorteilhaft sehr dünn im Vergleich zur Profilhöhe
des Prägereliefs. Sie besteht vorzugsweise aus transparentem thermoplastischem Material,
auf welches das Prägeprofil der Referenzmünze unter Anwendung von Druck und Wärme
abgeformt ist. Vorzugsweise wird auf dieses thermoplastische Material z.B. durch
Aufdampfen eine teildurchlässige Reflexionsschicht aufgetragen, um einen optimalen
Reflexionsgrad der Abdruckfolie A zu erzielen. Dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich,
da der in der Grössenordnung von einigen Prozent liegende Reflexionsgrad eines transparenten
thermoplastischen Materials an sich bereits ausreichen kann, um ein genügend hohes
Messignal zu erzielen.
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Anstelle der dünnen Abdruckfolie A kann auch ein vergleichsweise dicker
teildurchlässiger Spiegel verwendet werden, dessen eine Fläche die dem Prögerelief
der Referenzmünze entsprechende
Reliefstruktur aufweist und dessen
andere Fläche plan ist.
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In grösserem Abstand über dem Prüfling M1 und der Abdruckfolie A ist
ein Retroreflexionsschirm Re angeordnet, der die besondere Eigenschaft aufweist,
einfallendes Licht weitgehend unabhängig vom Einfallswinkel praktisch in zur Einfallarichtung
entgegengesetzter Richtung zurückzuwerfen. Eine Oberfläche mit diesen Eigenschaften
kann mit geeigneten handelsüblichen Selbstklebefolien oder Farben erzeugt werden
(beschrieben in The Journal of Photographic Science, Vol. 23, 1975, S. 91). Sie
bestehen z.B. aus einer Trägerschicht Ts und aus einer Vielzahl sehr kleiner Glaskugeln
Gl, die einen hohen Brechungsindex aufweisen und auf ihrer an der Trägerschicht
Ts anliegenden Seite verspiegelt sind.
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Im dargestellten Beispiel weist der Retroreflexionsschirm Re die Form
eines koaxial zum Prüfling M' und zur Abdruckfolie A angeordneten Kegelmantels auf.
Dies ergibt besonders kurze Lichtwege der Prüfstrahlen in den äusseren Bereichen
der Prüfanordnung, wodurch sich Abweichungen der Retroreflexionseigenschaften des
Retroreflektors Re von der theoretischen Idealform weniger stark auswirken können.
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Im Bereich der Kegelspitze des kegelförmigen Retroreflexions schirms
Re ist ein Sender-Empfänger SE angeordnet, der einen Lichtsender Ls, einen Lichtempfänger
Le und eine dem Lichtsender und dem Lichtempfänger gemeinsame Emissions- und Detektoröffnung
Oe mit einer Linse Li zur Strahlaufweitung aufweist.
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Diese ist auf einer zum Prüfling M' senkrechten und durch dessen Zentrum
verlaufenden Achse angeordnet, die mit der Kegelachse des Retroreflektors Re zusammenfällt.
Im dargestellten Beispiel enthält der Sender-Empfänger SE einen Strahlenteiler St.
Ein Teil des vom Lichtsender Ls erzeugten Lichtes fällt durch den Strahlenteiler
St und die Linse Li in Richtung zur Abdruckfolie A und zum Prüfling M', während
ein Teil des durch die Oeffnung Oe in den Sender-Empfänger SE zurückfallenden
Lichtes
vorn Strahlenteiler St zum Lichtempfänger Le abgelenkt wird. Anstelle des Strahlenteilers
St könnte z.B.
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auch eine Lichtleiter-Weiche verwendet werden, die aus einer Vielzahl
von Lichtleitern besteht, deren eines Ende in der Oeffnung Oe mündet und die in
einen zum Lichtsender Ls und in einen zum Lichtempfänger Le führenden Strang aufgefächert
sind.
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Bei der Prüfung des Prüflings M' wird entweder die Abdruckfolie A
oder der Prüfling M' um die Achse des Prüflings rotiert. Koinzidiert das Prägerelief
des Prüflings M' mit der Reliefstruktur der Abdruckfolie A, so entsteht, wie im
folgenden gezeigt wird, am Lichtempfänger Le ein Korrespondenzsignal, das in bekannter,
hier nicht näher erläuterter Weise detektiert und zur Abgabe eines Ja-Signals ausgewertet
werden kann.
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In der Fig. 2 sind zum Verständnis der Wirkungsweise des beschriebenen
Münzprüfers einige bei Koinzidenz der Reliefstrukturen im Münzprüfer auftretende
Lichtwege dargestellt.
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Aus Gründen der Uebersichtlichkeit sind in der Fig. 3 einige der möglichen
Lichtwege nochmals gesondert aufgezeichnet.
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Aus dem Kontinuum aller vom Lichtsender Ls innerhalb eines Kegels
in Richtung zum Prüfling M' ausgesandten Strahlen ist ein repräsentativer Teilstrahl
1 ausgewählt. Dieser Teil-0 strohl 1 wird einerseits bei jedem Durchgang durch die
teil-0 durchlässige Abdruckfolie A in einen nach dem Reflexionsgesetz reflektierten
Strahl und einen winkelmössig unveränderten durchgelassenen Strahl aufgeteilt, andererseits
am Prüfling M' nach dem Reflexionsgesetz reflektiert und am Retroreflexionsschirm
Re in zur Einfallsrichtung entgegengesetzter Richtung zurückgeworfen, so dass schliesslich
eine Vielzahl von Teilstrahlen entstehen. Ein Teilstrahl I1 (Fig. 3a) entsteht durch
Reflexion an der Abdruckfolie A, am Retroreflexionsschirm Re und am Prüfling M',
ein Teilstrahl I2 (Fig. 3b) durch Reflexion am Prüfling M', am Retroreflexionsschirm
Re und an der Abdruckfolie A, ein Teilstrahl 13 (Fig. 3c) durch
Reflexion
an der Abdruckfolie A, am Retroreflexionsschirm Re und wiederum an der Abdruckfolie
A und schliesslich ein Teilstrahl 14 (Fig. 3d) durch Reflexion am Prüfling M', am
Retroreflexionsschirm Re und nochmals am Prüfling M'. Es ist leicht ersichtlich,
dass die aus dem Teilstrahl 1 entstehenden Teil-0 strahlen Ii und I2 zum Sender-Empfänger
SE zurückkehren, wenn der Reliefneigungswinkel an der betreffenden Stelle des PrUflings
M' mit jenem der Abdruckfolie A übereinstimmt und der Abstand zwischen der Abdruckfolie
und der Oberfläche des PrUflings genügend klein ist.
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Die Teilstrahlen I3 und 14 gelangen unabhängig davon, ob das Progerelief
des Prüflings M' mit der Reliefstruktur der Abdruckfolie A koinzidiert oder nicht,
zum Lichtempfänger Le des Sender-Empfängers SE und erzeugen dort bei rotationssymmetrischer
Justierung der optischen Bauteile des MünzprU-fers ein konstantes, vom jeweiligen
Drehwinkel des Prüflings M' bzw. der Abdruckfolie A unabhängiges Signal.
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Teilstrahlen 15 und 16 (Fig. 2), die an der Abdruckfolie A bzw. am
Prüfling M' nicht in Richtung zum Retroreflexionsschirm Re reflektiert werden, treffen
im allgemeinen nicht beim Lichtempfänger Le ein und können wegen ihrer verhältnismössig
geringen Intensität vernachlässigt werden. Das gleiche gilt für die in der Fig.
2 punktiert gezeichneten Teilstrahlen mit mehrfachen Reflexionen.
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Koinzidieren die Reliefstrukturen von Abdruckfolie A und Prüfling
M' nicht, so treffen nur die Teilstrahlen 13 und 14 beim Lichtempfänger Le ein,
während die Teilstrahlen I1 und I2 im allgemeinen in eine andere Richtung reflektiert
werden.
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Die Teilstrahlen I3 und 14 erzeugen also trotz Rotation des Prüflings
M' oder der Abdruckfolie A im Lichtempfänger Le nur Gleichstromsignale, während
bei Uebereinstimmung des Progeprofils des Prüflings M' mit der Reliefstruktur der
Abdruckfolie A je Umdrehung ein impulsförmiges, wechselstrommässig detektierbares
und diskriminierbares Korrespondenzsignal auftritt.
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Das Korrespondenzsignal beruht auf dem nichtdiffusen Anteil der am
Prüfling M' reflektierten Strahlung. Um auch bei verhältnismässig stark diffus reflektierenden
Prüflingen ein genügendes Korrespondenzsignal zu erhalten, wird vorteilhaft dafür
gesorgt, dass der Strahlenweg zwischen der Oberfläche des Prüflings und der effektiven
optischen Eintrittsöffnung des Lichtempfängers Le möglichst kurz ist, ohne den beleuchteten
Bereich des Prüflings dadurch zu verringern. Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel,
bei welchem diese Forderung auf optimale Weise erfüllt ist.
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In der Fig. 4 weisen gleiche Bezugszeichen wie in der Fig. 1 auf gleiche
Teile hin. Zwischen dem Prüfling M' und einem hier planen Retroreflexionsschirm
Re' ist wiederum die Abdruckfolie A angeordnet. Der Retroreflexionsschirm Re' besitzt
konzentrische kreisringförmige Fenster F. Eine Kollimationslinse Ko und eine Toroidlinse
To befinden sich zwischen dem Retroreflexionsschirm Re' und dem Sender-Empfänger
SE.
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Jeder der konzentrischen Brennkreise der Toroidlinse To liegt innerhalb
eines der Fenster F des Retroreflexionsschirms Re.
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Der Prüfling M' wird durch die Fenster F hindurch beleuchtet und detektiert.
Im Gegensatz zur Lösung nach der Fig. 1 erfolgt also hier die Beleuchtung und Detektion
des Prüflings M' nicht nur von einem Punkt auf der Achse des Prüflings M' aus, sondern
auch von den kreisförmigen, um die Achse des Prüflings konzentrischen Fenstern F
aus.
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Anstelle der Toroidlinse To und der kreisringförmigen Fenster F können
z.B. auch eine Facettenlinse (fly's-eye lens) und den Facetten entsprechende kreisförmige
Fenster im Retroreflektor Re' angeordnet werden. Ferner kann die Kollimationslinse
Ko und die Toroidlinse To durch eine Lichtleiteranordnung ersetzt werden.
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Der beschriebene Münzprüfer ist sehr einfach und gestattet eine zuverlässige
Erkennung von Münzen aufgrund ihres Prägeprofils. Es ist auch möglich, mit dem Münzprüfer
verschiedene Prägeprofile zu erkennen, wenn anstelle einer einzigen Abdruckfolie
A
zwei oder mehrere Abdruckfolien mit verschiedenen Reliefstrukturen übereinander
angeordnet werden. Beispielsweise können zwei Abdruckfolien vorgesehen werden, die
das Prögeprofil je einer Seite einer Referenzmünze wiedergeben, so dass im Münzprüfer
das Vorhandensein einer echten Münze unabhängig von der geprüften Seite festgestellt
werden kann.