DE2752412C2 - Schaltungsanordnung zur dynamischen Prüfung von Banknoten nach ihrem Verschmutzungsgrad - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Auswertung des Signals einer Empfangseinheit zur optischen Kontrastmessung in einer Vorrichtung zur dynamischen Prüfung von Banknoten nach ihrem Verschmutzungsgrad, mit einem Integrator, welcher das Signal während des Durchlaufs der Banknote durch die Vorrichtung aufintegriert und mit einem Komparator, der das aufintegrierte Signal mit einem Schwellwert vergleicht.

Eine Schaltungsanordnung der obengenannten Art ist beispielsweise aus der DE-AS 23 10882 bekannt Hier wird ein Verfahren zur Messung des Verschmutzungsgrades von Banknoten beschrieben, bei dem ein der Verschmutzung proportionales Signal einer auswertenden Einheit zugeführt wird, die aus drei parallel geschalteten Schwellwertschaltungen, sich anschließenden Gewichtungsschaltungen und einem üblichen Integrator besteht

Zweck dieser Anordnung ist es, bei der automatischen Prüfung von Banknoten dem subjektiven Eindruck bei der Beurteilung einer Banknote möglichst nahe zu kommen. Dies soll dadurch erreicht werden, daß stärkere Verschmutzungen auch mit einem höheren Gewichtungsfaktor multipliziert werden als geringere so Verschmutzungen. Um die Gewichtung vornehmen zu können, ist eine Selektierung des Eingangssignals in Abhängigkeit von seiner Amplitude notwendig. Überschreitet die Eingangsamplitude einen der vorgegebenen Schwellwerte, wird das Signal mit einem, diesen Schwellwert zugeordneten Faktor gewichtet Das so bewertete Signal wird zeitproportional integriert Die Gewichtungsfaktoren sind in Form von Übertragungskonstanten in die für einen Integrator allgemein bekannte Übertragungsfunktion einbezogen. Das heißt, daß Änderungen des Eingangssignals, die sich durch Schwankungen in der Geschwindigkeit der Banknote relativ zur stationären Fotodiode ergeben, das Ergebnis des Integrators beeinflussen.

Das Ausgangssignal einer Fotodiode ist bei der Abtastung eines Kontrastsprunges, z. B. bei der Abtastung einer lokalen Verschmutzung, charakterisiert durch seine Amplitude, seine Flankensteilheit und seine zeitliche Ausdehnung. Die Amplitude ist dabei abhängig vom Schwärzungsgrad der Verschmutzung. Flankensteilheit und zeitliche Ausdehnung sind — abgesehen von den Abmaßen der Fotodiode und der örtlichen Ausdehnung der Verschmutzung — davon abhängig, mit welcher Geschwindigkeit der lokal verschmutzte Bereich der Banknote die Fotodiode passiert Das heißt daß ein und dieselbe Verschmutzung bei mehrfacher Abtastung, aber sich ändernder Abtastgeschwindigkeit zwar die gleiche Signalamplitude liefert, daß Flankensteilheit und zeitliche Ausdehnung des Signals aber entsprechend variieren.

Die in der DE-AS 23 10882 vorgeschlagene Schaltungsanordnung kommt also bei der Abtastung ein und derselben Verschmutzung bei unterschiedlichen Abtastgeschwindigkeiten zu unterschiedlichen Ergebnissen, weil auch hier eine »zeitabhängige« Integration vorgenommen wird, bei der das Ausgangssignal proportional der durch den Signalzug eingeschlossenen Fläche ist Grundsätzlich kann das Problem dadurch gelöst werden, daß die Abtastgeschwindigkeit, d. h. die Geschwindigkeit, mit der die Banknote die Prüfvorrichtung durchläuft, konstant gehalten wird. In der Praxis können jedoch Schwankungen im Transport der Banknote bei vertretbarem technischen Aufwand nicht vermieden werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Schaltungsanordnung vorzuschlagen, bei der Änderungen in der Transportgeschwindigkeit der Banknote das Meßergebnis nicht beeinflussen.

Diese Aufgabe wird durch die im geltenden Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst

Dadurch, daß lediglich die Signalflanken einer Polarität ohne Berücksichtigung der Flankensteilheit aufsummiert werden, liefert die Schaltungseinheit ein Ausgangssignal, das proportional der Amplitude eines beispielsweise durch eine lokale Verschmutzung hervorgerufenen Kontrastsprungs ist Das Signal ist dabei unabhängig von der Geschwindigkeit, mit welcher diese lokale Verschmutzung abgetastet wird. Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung lassen sich damit in hohem Maße reproduzierbare Ergebnisse erzielen. Das heißt, daß mit der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung eine Vorrichtung zur optischen Kontfastmessung von Banknoten auch bei Mehrfachabtastung derselben Banknote, aber variierender Abtastgeschwindigkeit zum gleichen Ergebnis kommt

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt F i g. 1 eine Ansicht der optischen Prüfvorrichtung, F i g. 2 eine schematische Darstellung zur Wirkungsweise der Prüfvorrichtung,

F i g. 2a, 2b, 2c die Abtastung einer Banknote mittels einer Einer-, Zweier- oder Dreieranordnung der Photodioden,

Fig.3 eine Schaltungsanordnung zur Aufbereitung der Photodiodensignale bei Verwendung von drei Photodioden,

Fig.4a—c die Signalverläufe aus der Schaltungsanordnung der F i g. 3,

F i g. 4d eine schematische Darstellung einer Banknote, versehen mit drei unterschiedlich starken Schmutzstreifen sowie dem Sicherheitsfaden,

Fig.5 eine Schaltungsanordnung zur Aufbereitung des Photodiodensignals bei Verwendung von einer Photodiode,

Fig.6 eine Schaltungsanordnung zur Auswertung der Photodiodensignale und

Fig. 7a—b die Signal verlaufe im Zusammenhang mit der Schaltungsanordnung in F i g. 6.

In F i g. 1 ist eine Prüfvorrichtung dargestellt, die in einem Gehäuse 1 untergebracht ist und aus einer Lichtquelle S mit einem Ellipsoidspiegel 6, einem Transportsystem für Banknoten 4 und einem Empfangssystem 7 besteht Das Gehäuse ist geschlossen und weist lediglich zur Einführung bzw. zur Ausgabe der Banknoten 4 einen schmalen Ein- bzw. Ausgabeschlitz 2 auf. Der Ellipsoidspiegel 6 konzentriert — wie durch den gestrichelt dargestellten Strahlengang der Lichtquelle angedeutet — die Strahlung der Lichtquelle 5 auf die Mitte des unteren Randes 14 der Banknote 4, die in dem Transportsystem mit Hilfe von gegeneinander versetzten Transportriemen 3 durch die Prüfvorrichtung geführt wird.

Das Empfangssystem 7 ist auf der Grundplatte 15 auf der der Lichtquelle 5 gegenüberliegenden Seite fest montiert. Es ist im Prinzip als Mikroskop ausgebildet, welches durch sein Linsensystem 8 die Bildpunkte des unteren Randes 14 der Banknote 4 vergrößert auf die an einer hinteren Abdeckplatte 16 befindliche Sensoreinheit 10 projiziert Die Sensoreinheit besteht, wie F i g. 2 zeigt, aus drei unmittelbar nebeneinanderliegenden Photodioden 10a, 10b, 10c In der F i g. 1 sind die einzelnen Photodioden senkrecht zur Zeichenebene hintereinander angeordnet. Eine zw ischen dem Linsensystem 8 und der Sensoreinheit 10 liegende Filterkombination 9 wählt aus der einfallenden Strahlung die spektralen Anteile des Lichts aus, die für eine Schmutzbewertung am günstigsten sind.

Eine im hinteren Teil des Empfangssystems 7 in der Nähe der Sensoreinheit 10 befestigte Leuchtdiode 11 dient der ständigen Überprüfung der Prüfvorrichtung.

Wie in F i g. 1 zu erkennen ist, sind die Lichtquelle 5 und die Empfangseinheit 7 in einem gewissen Winkel zueinander und zur Senkrechten auf die Banknotenebene geneigt angeordnet Dadurch wird erreicht, daß die Empfangseinheit 7 auch bei fehlender Banknote keine direkte Lichteinstrahlung erhält. Eine direkte Strahlung würde die noch zu erläuternde Schaltung, von der die Signale der Photodioden 10a, 10b, 10c ausgewertet werden, in den zwischen der Prüfung zweier Banknoten vorliegenden Lücken in die Sättigung führen und damit die Auswertegeschwindigkeit erheblich verlangsamen. Deshalb strahlt bei fehlender Banknote die Lichtquelle 5 mit einem in F i g. 1 strichliert gezeichneten Lichtkegelbereich 12 auf eine geschwärzte Platte 13, so daß nur wenig Strahlung auf das Empfangssystem reflektiert wird.

Wie schon erwähnt, wird in der obengenannten Prüfvorrichtung eine Kontrastmessung durchgeführt, bei der der Schmutz in den Knickstellen der Banknote relativ zu den unbeschmutzten Stellen beurteilt wird.

F i g. 2 zeigt einen Teil der zu prüfenden Banknote 4, bei dem eine beschmutzte Knickstelle 17 übertrieben groß dargestellt ist. Wie man aus der F i g. 2 erkennt, grenzt sich eine derartige Knickstelle 17 gerade am Banknotenrand 14 sehr gut von seiner Umgebung ab. Das schematisch dargestellte Linsensystem 8 ist so ausgelegt, daß die tatsächlich vorhandene, aus drei Photodioden 10a, 10b, 10c bestehende Sensoreinheit 10 so in ihrer Größe auf den Banknotenrand 14 transformiert wird, daß die einzelnen virtuell vorhandenen, in der F i g. 2 gestrichelt dargestellten Photodioden 10a', 10b', 10c' etwa die Breite der verschmutzten Knickstelle 17 aufweisen. Ein Sicherheitsfaden in der Banknote 4 ist mit 26 bezeichnet.

Bewegt sich nun der Banknotenrand in die durch den Pfeil 19 gekennzeichnete Richtung, so wird der untere Banknotenrand nach und nach von den Photodioden 10a' 106', 10c' überstrichen. Dabei nehmen die einzelnen Photodioden das von der Lichtquelle 5 durchscheinende Licht über das linsensystem auf und erzeugen entsprechend der empfangenen Lichtmenge ein elektrisches Signal Bevor das durchscheinende Licht auf die Sensoreinheit fäilt passiert es, wie erwähnt,

ίο eine in der F i g. 2 nicht dargestellte Filterkomfoination, die beispielsweise nur die spektralen Anteile des Lichts hindurchläßt, die vorwiegend im blauen Bereich des Spektrums liegen.

In der Fig.2 ist die Augenblickssituation dargestellt, in der gerade die mittlere der drei Photodioden lObbzw. 10b' von einer verschmutzten Knickstelle 17 fast ganz abgedeckt wird und somit eine wesentlich geringere Lichtmenge erhält als die benachbarten Photodioden 10a, 10c und daher auch ein wesentlich geringeres Ausgangssignal erzeugt Setzt man die Photodiodensignale, wie im Anschluß gezeigt, zueinander ins Verhältnis, erhält man ein Signal, das sich von dem einer unbeschmutzten Fläche eindeutig unterscheidet

Die Weiterverarbeitung der Photodiodensignale wird im folgenden anhand der Fig. 3—5 näher erläutert.

F i g. 3 zeigt eine Möglichkeit, bei der die Ausgangssignale der drei photodioden 10a, 10b, 10c so miteinander verknüpft werden, daß die Differenz zwischen der Summe der Signale der beiden äußeren Photodioden 10a und 10c und dem doppelten Signalwert der mittleren Photodiode 10b gebildet wird. Dabei werden die Signale der beiden äußeren Photodioden 10a, 10c über Widerstände 20a, 20b auf die beiden Eingänge einer Summierstufe 20 gegeben. Die Widerstände 21 a, 21 b einer Verstärkerstufe 21 sind so gewählt, daß das an diese Verstärkerstufe geführte Signal der mittleren Photodiode 106 verdoppelt wird. Die Ausgänge der Summier- und der Verstärkerstufe 20 und 21 werden daraufhin über Widerstände 22a, 22b den beiden Eingängen einer Subtrahierstufe 22 zugeführt.

Im folgenden sollen die Signalverläufe, die sich beim Durchlauf einer Banknote 4 durch die Prüfvorrichtung ergeben, anhand der F i g. 4a—d erläutert werden.
Dazu ist die in Fig.4d dargestellte Banknote der Einfachheit Iniber nur mit drei unterschiedlich stark verschmutzten Knickstellen 34, 35, 36 sowie mit dem Sicherheitsfaden 26 versehen.

Die beim Durchlauf dieser Banknote entstehenden Signalverläufe 23,24,25 am Ausgang der Verstärkerstufe 21, der Summierstufe 20 und der Subtrahierstufe 22 sind der Reihenfolge nach in den Fig.4a, 4b und 4c stark vereinfacht in Diagrammen der Spannung t/über der Zeit t aufgezeichnet Deutlich sind in den Signalverläufen 23, 24, 25 die von der Stärke der Verschmutzung in den Knickstellen abhängigen und daher unterschiedlich starken Signalschwankungen 24a, 35a, 36a zu erkennen. Der Sicherheitsfaden 26 dunkelt eine Photodiode vollständig ab und sorgt daher für eine entsprechend starke Signalschwankung 26a, wie das besonders aus der F i g. 4c ersichtlich wird.

Wie schon erwähnt, besteht eine weitere Möglichkeit, den Verschmutzungsgrad des Banknotenrandes zu messen, in der in F i g. 5 gezeigten Verwendung von nur einer Photodiode 10b. Dabei wird das gleiche Meßsignal einmal direkt über eine Leitung 28a und einmal über eine Verzögerungsschaltung 28 um einen bestimmten Betrag verzögert und über Widerstände 29a, 29b auf die beiden Eingänge einer Subtrahierstufe 29 gegeben. Das

■ Signal am Ausgang der Subtrahierstufe 29 entspricht im wesentlichen dem Signal in F i g. 4c.

Gegenüber der ersten Schaltungsmöglichkeit in F i g. 3 bietet diese Schaltung den Vorteil, daß nur eine Photodiode verwendet wird und die Sensoreinheit deshalb auf kleinstem Raum untergebracht werden kann. Andererseits ist der schaltungstechnische Aufwand durch die notwendige Verwendung einer Verzögerungsstufe erheblich größer als bei der Schaltungsmöglichkeit in F i g. 3.

Beide kurz erläuterten Schaltungsanordnungen liefern also ein Signal, welches lediglich die partiellen Kontraste am Banknotenrand berücksichtigt. Die von Banknote zu Banknote unterschiedlichen Papierhelligkeiten oder Opazitäten werden in beiden Fällen durch Subtraktion der Phoiozeiiensignale nicht bewertet.

Der bei beiden Schaltungsanordnungen jeweils am Ausgang der Subtrahierstufe 22 bzw. 29 anliegende Signalverlauf 25, welcher in einem Diagramm der Spannung U über der Zeit fin der Darstellung in F i g. 7a im Gegensatz zum Signalverlauf in Fig.4c die realen Gegebenheiten eines verschmutzten Banknotenrandes wiederspiegelt, wird nun der in Fig.6 dargestellten auswertenden Einheit zugeführt, die letztlich über die Brauchbarkeit oder Unbrauchbarkeit der Banknote 2s entscheidet

Die auswertende Einheit besteht aus einem Integrator 30, dem der in F i g. 7a dargestellte Signalverlauf 25 zugeführt wird, und einem Komparator 32, der das von der Stärke und der Anzahl der Schmutzzonen in den Knickstellen abhängige, nach Durchlauf der Banknote aufsummierte Ausgangssignal des Integrators 30 mit einem über Widerstände 32a, 32b einstellbaren Schwellwert vergleicht

Der in der F i g. 6 nicht näher spezifizierte Integrator 30 ist im übrigen als zeitunabhängiger Integrator aufgebaut der lediglich die Impulsflanken des zu untersuchenden Signalverlaufes 25 auswertet Dabei werden die Signalanteile nur einer Polarität — in F i g. 7a werden die negativen Signalwerte herangezogen — über eine kapazitive Koppelung an einen Operationsverstärker genutzt, um je nach ihrer Höhe einen im Rückkoppelungszweig eines Verstärkers liegenden Kondensator mehr oder weniger stark aufzuladen. Es ergibt sich der in Fig.7b in einem Diagramm der Spannung i/über der Zeit f dargestellte, stufenförmige Signalverlauf 31. Besonders deutlich ist die variierende Stufenhöhe aufgrund der aus der F i g. 4c bekannten Signalschwankungen 34a, 35a, 36a zu erkennen. Bleibt nun der stufenförmig aufsteigende Signalverlauf 31 unter einem eingestellten Schwellwertniveau des (Comparators 32, so ist die geprüfte Banknote als brauchbar und damit umlauffähig bewertet Im anderen Fall wird durch eine zu hohe Anzahl stark verschmutzter Knickstellen der Schwellwert überschritten und die Banknote als unbrauchbar bewertet

Bei jedem Durchlauf einer Banknote kann der Einfluß verschieden vorgegebener oder genau definierter Flächeneinheiten auf das Meßergebnis eliminiert werden, indem der auszuwertende Signalverlauf 25 von dem Integrator 30 ferngehalten wird. So werden beispielsweise, wie in Fig.7b durch schraffierte Bereiche angedeutet, der Bereich 33 um den Sicherheitsfaden 26 sowie die durch die Bereiche 37, 38 gekennzeichneten relativ starken Signalschwankungen beim Ein- bzw. Auslaufen der Banknote in bzw. aus der Prüfvorrichtung ausgeblendet. In den ausgeblendeten Bereichen wird die Spannung auf den zu Beginn des jeweiligen Bereiches erreichten Wert gehalten.

Mit dem oben ausführlich beschriebenen Prüfverfahren und der dazugehörigen Prüfvorrichtung wird zur Kontrastmessung eine Spur auf dem Banknotenrand ausgewertet. Prinzipiell kann, wie erwähnt, die Spur durch eine entsprechende Verschiebung der Prüfvorrichtung auch in den mittleren, größtenteils bedruckten Teil der Banknote gelegt werden, wobei zu beachten ist, daß in diesem Fall der Kontrast der Banknote und damit das Ausgangssignal des Integrators mit dem Grad der Verschmutzung fällt, so daß, im Gegensatz zur Messung am Banknotenrand, das Kriterium der Unbrauchbarkeit bzw. Nichtumlauffähigkeit einer Banknote dann erfüllt ist, wenn das Ausgangssignal des Integrators einen festgelegten Schwellwert unterschreitet

Der Vorteil der Kontrastmessung in der Banknotenmitte liegt darin, daß bezüglich der Spurführung größere Abweichungen zugelassen werden können als am Banknotenrand. Nachteilig ist jedoch bei der Messung in der Banknotenmitte, daß der zur Auswertung benötigte Vergleichspegel aufgrund unterschiedlicher Druckbilder vom Typ der Banknote abhängt, so daß zu allen Banknotentypen spezielle Schwellwerte benötigt werden, die jedoch — als Festwerte einmal eingestellt — relativ leicht zu realisieren sind. Die Messung am Banknotenrand dagegen ist unabhängig vom Banknotentyp.

In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen des Prüfverfahrens wurde die Sensoreinheit 10 einmal aus einer Anordnung von drei Photodioden 10a, 10Z», 10c sowie ein anderes Mal durch nur eine Photodiode 106 gebildet Prinzipiell sind auch Sensoreinheiten möglich, die noch andere Diodenkombinationen aufweisen. Neben Anordnungen mit mehreren nebeneinanderiiegenden Photodioden ist es daher beispielsweise auch möglich, die Sensoreinheit 10 (Fig.2b) durch zwei nebeneinanderliegende Photodioden 10a, iOb zu realisieren. Diese Kombination hat gegenüber der Verwendung von nur einer Photodiode 10b in der Sensoreinheit 10 den Vorteil, daß auf eine Verzögerungsschaltung verzichtet werden kann. Die Einer-, Zweier- sowie Dreieranordnung der Photodioden ist in den F i g. 2a, 2b und 2c nochmals gezeigt

Schließlich sei erwähnt, daß mittels der genannten Leuchtdiode 11, die sich neben der Sensoreinheit 10 befindet, eine Funktionsprüfung der schaltungstechnischen Vorrichtung durchgeführt wird. Jeweils zwischen der Prüfung zweier Banknoten blitzt die Leuchtdiode kurz auf. Erreicht das entstehende Signal der Photodioden, nachdem es die gesamte Schaltungsanordnung durchlaufen hat, einen bestimmten Schwellwert, so ist man sicher, daß die Vorrichtung auch für den folgenden Banknoten-Durchlauf funktionsbereit ist

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Auswertung des Signais einer Empfangseinheit zur optischen Kontrastmessung in einer Vorrichtung zur dynamischen Prüfung von Banknoten nach ihrem Verschmutzungsgrad, mit einem Integrator, welcher das Signal während des Durchlaufs der Banknote durch die Vorrichtung aufintegriert und mit einem Komparator, der das aufintegrierte Signal mit einem Schwellwert vergleicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator derart beschaltet ist, daß er die Signalimpulse einer Polarität ohne Rücksicht auf ihre zeitliche Länge und ihre Flankensteilheit nur nach ihrer Höhe und Anzahl aufintegriert

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennztichnet, daß der Integrator derart beschaltet ist, daß das Signal über eine Kapazität auf einen Operationsverstärker gelangt und mit den Anteilen einer Polarität eine im Rückkopplungsweg des Verstärkers liegende Kapazität auflädt