DE3600022C2 - Münzunterscheidungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Münzunterschei­ dungsvorrichtung, welche umfaßt: einen Weg für einen Durchgang von zu überprüfenden Münzen, eine Sensorspule zur Bildung einer induktiven Kopplung mit zu über­ prüfenden Münzen während ihres Durchganges längs des Weges, wobei die Sensorspule in einen Resonanzschalt­ kreis geschaltet ist, und einen Amplitudendiskrimi­ nator, der bei Auftreten eines Schwingungungssignals anspricht, das durch den Resonanzschaltkreis hervor­ gebracht wird, wenn die zu überprüfende Münze an der Sensorspule vorbeigeführt wird und mit deren Indukti­ vität gekoppelt ist.

Im Stande der Technik, beispielsweise beim Modell EM5 Elektronischer Vielfachmünzen Annehmer, hergestellt durch Coin Controls Limited, Oldham, Lancashire, wird die Unterscheidung zwischen verschiedenen Benennungen der Münze mittels einer induktiven Prüfung erhalten. Zu überprüfende Münzen gehen längs eines vorbestimm­ ten Weges zwischen Sensorspulenpaaren hindurch. Jedes Sensorspulenpaar ist in seinen eigenen Oszillator­ schaltkreis geschaltet. Wenn die Münze zwischen den Spulenpaaren hindurchgeht, wird die Größe der Schwin­ gungen in den Spulen in Abhängigkeit von der Größe und den metallischen Eigenschaften der Münze bewirkt.

Aus der EP 00 16 696 A2 ist bereits eine Münzunter­ scheidungsvorrichtung bekannt, bei der Münzen entlang eines durchlaufenen Weges induktiv erfaßt werden. Es ist hierzu eine Sensorspule vorgesehen, die mit einem Oszillator verkoppelt ist. Die Sensorspule ist im Rück­ kopplungszweig des Oszillators angeordnet und bestimmt unmittelbar die Schwingungsfrequenz. Aus der jeweiligen Schwingungsfrequenz kann eine Meßinformation bezüglich der erfaßten Münze abgeleitet werden.

In der EP 01 64 110 A2 wird eine weitere Münzunter­ scheidungsvorrichtung beschrieben. Es sind eine Mehrzahl von Sensorspulen entlang eines durchlaufenen Weges der Münze angeordnet. Die Spulen auf der einen Seite des Weges sind über Verstärker und Gleichrichter an einen Multiplexer angeschlossen. Die Sensorspulen auf der anderen Seite des durchlaufenen Weges sind direkt mit einem Oszillator gekoppelt, dessen Ausgangs­ signal ebenfalls über einen Gleichrichter an einen Multiplexer angeschlossen worden ist. Über eine Aus­ wertung der jeweils vorliegenden Oszillatorfrequenz kann eine Aussage über eine jeweils detektierte Münze gemacht werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Münz­ unterscheidungsvorrichtung derart zu konstruieren, daß ein einfacher und zuverlässiger Aufbau bereitgestellt wird, dessen Detektionssignale in einfacher Weise aus­ zuwerten sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen separaten Oszillator (VCO) zur Erregung des Resonanz­ schaltkreises und einen Regelkreis zum Regeln der Schwingungsfrequenz des separaten Oszillators (VCO) in der Weise, daß der Resonanzschaltkreis stets in Re­ sonanz erregt wird.

Die Impedanz der Sensorspule besteht aus einer "realen" (ohmschen) und einer "imaginären" (induktiven) Komponente. Andere bekannte Einrichtungen sind auf die Messung der induktiven Komponente ausgerichtet bzw. konzentriert. Bei der vorliegenden Erfindung liefert jedoch die Amplitudenänderung des Oszillarsignals ein Mittel zum Überwachen bzw. Kontrollieren der ohmschen Komponente. Gem. der Erfindung ist erkannt worden, daß diese ohmsche Komponente sich ändert, wenn eine Münze an dem Sensorspulenmittel vorbeigeht, u. z. doppelt so viel wie die induktive Komponente. Somit ist es durch die vorliegende Erfindung möglich, die von der Spule erhaltene Information zu maximalisieren, was zur Folge hat, daß die Unterscheidung zwischen Münzen verbessert und die Störungen vermindert werden.

Die Sensorspule kann in einen parallen kapazitiven/induktiven Resonanzschaltkreis geschaltet sein. Bei der Resonanzfrequenz haben derartige Parallelschaltkreise rein ohmsche Eigenschaften und eine hohe elektrische Impedanz, wobei deren Größe durch die ohmsche Komponente der Sensorspulen­ impedanz sehr stark beeinflußt wird. Die Vorrichtung ist so aufgebaut, daß der Resonanzschaltkreis, wenn die Münze am Sen­ sorspulenmittel vorbeigeht, in Resonanz durch Änderung der Frequenz der Oszillatoreinrichtung gehalten wird. Das wird vor­ zugsweise aber nicht notwendigerweise durch eine phasenstarre Schleife (PLL) erreicht. Die Amplitude der Schwingung, die über dem Resonanzschaltkreis hervorgebracht wird, ändert sich somit, wenn die Münze an der Sensorspule vorbeigeht. Dieses Signal wird vorzugsweise demoduliert und digitalisiert, um Signale zu schaffen, die weiter verarbeitet werden können, um die Benennung und die Echtheit der überprüften Münze bestimmen zu können.

Die digitalisierten Signale können mit gespeicherten vorbestimm­ ten Werten verglichen werden, die charakteristisch für echte Münzen unterschiedlicher Benennungen sind. Diese vorbestimmten Werte können in einem programmierbaren Speicher gespeichert wer­ den. Der programmierbare Speicher kann einen elektronisch lösch­ baren programmierbaren Lesespeicher umfassen, der nachfolgend mit EEPROM bezeichnet wird. Der EEPROM kann durch Steuerung einer externen Programmierungseinheit programmiert werden, die wahl­ weise mit dem Schaltkreis verbunden werden kann, oder es kann im Herstellungsbetrieb vorprogrammiert werden.

Vorzugsweise umfaßt das Sensorspulenmittel eine Mehrzahl von Sensorspulen zur Ausbildung einer induktiven Kopplung mit den Münzen, die längs des Weges bzw. der Spur vorrücken, wobei ei­ ne erste der Spulen auf einer Seite des Weges angeordnet ist, eine zweite der Spulen auf der anderen Seite des Weges ange­ ordnet ist und die dritte der Spulen so angeordnet ist, daß der Weg durch ihre Windungen hindurchgeht.

Vorzugsweise aber nicht notwendigerweise ist der Durchmesser der ersten Spule größer als der der größten in der Vorrichtung zu prüfenden Münzen.

Die vorteilhafte Spulenanordnung, die in der vorliegenden Er­ findung verwendet wird, erlaubt eine bessere Unterscheidung zwischen Münzen mit verschiedenem Durchmesser und unterschied­ lichem metallischem Gehalt.

Wie noch in bezug auf die Ausführungsform nachfolgend beschrie­ ben wird, können die durch die dritte Spule hervorgerufenen Felder orthogonal zum Feld der ersten beiden Spulen angeordnet sein, wodurch die Messungen der gegenseitigen Beeinflussung der Münze und des durch die Spulen hervorgerufenen magnetischen Feldes durch unterschiedliche Eigenschaften der Münze beeinflußt werden. Zusätzlich weist das Ansprechen der Einrichtung für die dritte Spule eine komplexe Abhängigkeit der Schwingungsfre­ quenz der Spule auf. Mit den ersten beiden Spulen zeigen die Münzen jedoch eine einfache Tendenz der Verbesserung der Münz­ unterscheidung mit der Frequenz. Somit gewinnt die in der vor­ liegenden Erfindung vorgesehene Spulenanordnung eine Informa­ tion über die zu prüfende Münze, die sowohl eine Funktion der mechanischen Geometrie der Münze und der Spulen ist, als auch der der Feldfrequenz.

Um die Erfindung besser verständlich zu machen, wird eine ihrer Ausführungsformen nun eingehend unter Bezugnahme auf die bei­ gefügten Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgem. Viel­ fachmünzenannehmers,

Fig. 2 einen schematischen Schaltplan für eine Unterschei­ dungsschaltung, die mit den in Fig. 1 dargestellten Sensorspulen verbunden ist und

Fig. 3 eine Kurve, die darstellt, wie die Frequenz und die Amplitude der Schwingung, die auf Leitung 15 in Fig. 1 erzeugt wird, sich in Abhängigkeit von der Zeit ändert.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 enthält die Vorrichtung einen Münz­ weg bzw. eine Münzspur 1, auf der die zu prüfenden Münzen hoch­ kant an ersten, zweiten und dritten Sensorspulen 2, 3, 4 vorbei­ rollen. Die Spulen sind mit einer Unterscheidungsschaltung ver­ bunden, die in größerer Einzelheit in Fig. 2 dargestellt ist. Weit ausgedrückt wird, wenn die durch die Sensorspulen erkannte Münze als echte Münze identifiziert worden ist, ein magnetspulen­ betriebenes Annahmetor 5 (Fig. 1) geöffnet, um der Münze zu ge­ statten, längs des Weges bzw. der Spur 1a nach unten in einen Aufnahmeschacht 6 zu gehen. Wenn die Münze durch die Schaltung dahingehend identifiziert worden ist, daß sie nicht akzeptier­ bare Eigenschaften aufweist, beispielsweise eine gefälschte Mün­ ze, wird das Tor 5 nicht geöffnet und die Münze läuft längs des Weges bzw. der Spur 1b zu einem Ausstoßschacht 7.

Im Aufnahmeschacht 6 ist eine weitere Spule 8 angeordnet, die in einer solchen Weise betrieben wird, daß sie das Vorhanden­ sein einwandfreier Münzen erkennt. Dieses liefert eine positive Prüfung zur Schaltung von Fig. 2, daß das Guthaben angefallen bzw. aufgelaufen ist.

Die Sensorspulenanordnung 2, 3, 4 ist ausgewählt, um die Unterscheidung zwischen verschiedenen Münzenbenennungen und gefälschten Münzen zu vergrößern. Die erste Spule 2 ist auf einer Seite des Spulendurchganges angeordnet, so daß ihre Achse sich orthogonal zur Ebene der Hauptfläche der Münzen erstreckt, wenn sie an der Spule vorbeigehen. Der Durchmesser der Spule 2 ist so gestaltet, daß er im allgemeinen aber nicht immer größer als der maximale Durchmesser der Münzen ist, der auf dem Durch­ gangsweg 1 nach unten gehen kann. Die zweite Spule 3 ist an der gegenüberliegenden Seite des Durchgangsweges in derselben Aus­ richtung wie Spule 2 angeordnet, aber mechanisch oberhalb des Bodens (nicht dargestellt) des Münzdurchgangsweges versetzt, so daß lediglich die oberen Teile der zu überprüfenden Münze sie einschließen, im Vergleich zu Spule 2, in der die gesamte zu prü­ fende Münze die Spule einschließt. Die dritte Spule 4 ist der­ art ausgebildet, daß sie um den Durchgangsweg herumgewickelt ist, so daß die Spulenachse parallel zur Länge des Durchgangs­ weges ist. Die drei Spulen werden durch verschiedene Frequenzen F1, F2, F3 erregt, wobei typischerweise F1 100 KHz F2 = 160 KHz und F3 100 KHz beträgt. Diese Frequenzanordnung ge­ stattet eine verbesserte Unterscheidung zwischen Münzbenennungen und gefälschten Münzen für den gegenwärtigen Satz britischer Münzen und gefälschter Münzen (die als slugs bekannt sind). Na­ türlich können andere Frequenzen für andere Münzsätze und für andere Einsatzarten der Einrichtung notwendig sein.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, ist jede der Spulen 2, 3, 4 und 8 jeweils in einen dazugehörigen Parallelresonanzschaltkreis 10 bis 13 geschaltet, der Kondensatoren C1 bis C4 und ohmsche Temperaturkompensationskomponenten R1 bis R4 enthält. Jeder der Resonanzschaltkreise 10 bis 13 hat seine eigene natürliche Resonanzfrequenz, wenn keine Münzen in der Nähe der Spulen 2, 3, 4 sind. Jeder der Resonanzschaltkreise 10 bis 13 wird über eine phasenstarre Schleife (PLL) in seiner eigenen natürlichen Resonanzfrequenz mittels eines spannungsgesteuerten Oszillators VCO betrieben, der auf Leitung 14 ein Oszillatortreibersignal liefert. Die Resonanzschaltkreise 10 bis 13 werden nacheinander in einem Rückkopplungsweg auf einen Operationsverstärker A1 über einen Multiplexer M1 geschaltet. Der Ausgang des Multi­ plexers M1 auf der Ausgangsleitung 15 wird durch einen Verstärker A2 invertiert und das erhaltene Signal wird in einem Phasencomparator PS1 mit dem Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators VCO auf Leitung 14 verglichen. Der Ausgang des Phasencomparators PS1 umfaßt eine Steuerspannung auf Leitung 6, die dafür verwendet wird, um die Frequenz des spannungsge­ steuerten Oszillators VCO zu steuern. Die phasenstarre Schleife erhält eine 180° Phasendifferenz über dem Verstärker A1 auf­ recht, was die erforderliche Bedingung dafür ist, um den aus­ gewählten Resonanzschaltkreis in seiner natürlichen Resonanzfre­ quenz zu halten.

Der Multiplexer M1 wird durch einen Microprozessor MPU ge­ steuert, um nacheinander die Resonanzschaltkreise 10 bis 13 in den Rückkopplungsweg des Verstärkers A1 zu schalten, um so die Sensorspulen 2, 3, 4, 8 wiederholt abzutasten.

Somit wird beim Gebrauch bei Abwesenheit einer Münze jeder der Resonanzschaltkreise 10 bis 13 nacheinander auf der Lei­ tung 15 ein Ausgangssignal mit einer jeweiligen im wesentlichen konstanten Frequenz und Amplitude erzeugen, das durch die Pa­ rameter der betreffenden Resonanzschaltkreise bestimmt wird. Wenn jedoch eine Münze hinter die Spule 2 rollt, wobei für ei­ nen beispielhaften Fall Resonanzschaltkreis 10 angenommen wird, wird eine induktive Kopplung zwischen der Spule 2 und der Münze gebildet, so daß die Impedanz, die durch die Spule im Resonanz­ kreis vorhanden ist verändert wird. Demzufolge verändert sich sowohl die Frequenz als auch die Amplitude der Schwingung, die auf Leitung 15 erzeugt wird, mit der Zeit, wie es im wesentlichen in Fig. 3 dargestellt ist. Die Änderung der Impedanz tritt durch skineffektbedingte Wirbelströme auf, die durch die Spule in der Münze erzeugt werden. Die Größe der Frequenz und die Amplituden­ abweichungen hängen von den relativen Größen der Spule und der Münze, dem Münzdurchmesser und der Dicke, dem Metall, aus dem die Münze hergestellt ist und dem Oberflächenmuster ab, das auf der Münze aufgeprägt ist. Somit gibt es, wenn die Münze an der Spule 2 vorbeigeht, eine vorübergehende Abweichung der natürlichen Resonanzfrequenz beim Resonanzschaltkreis 10.

Der Phasencomparator PS1, der inver­ tierende Verstärker A2 und der spannungsgesteuerte Oszillator VCO arbeiten als phasenstarre Schleife (PLL) um die Treiberfrequenz auf Leitung 14 auf der Resonanzfrequenz für den Schaltkreis 10 zu halten. Als Ergebnis davon verändert sich das Ausgangssignal vom Resonanzschaltkreis auf Leitung 15, wenn die Münze an der Spule 2 vorbeigeht, im wesentlichen in Abhängigkeit von der Änderung der ohmschen Komponente der Sensorspulenimpedanz. Die Amplitudenänderung wird als Parameter benutzt, der auf die Größe, den metallischen Gehalt und das geprägte Muster der Mün­ ze kennzeichnend ist.

Das Schwingungssignal auf Leitung 15 wird durch einen Demodula­ tor DM 1 demoduliert und durch einen Analog/Digitalwandler­ schaltkreis ADC digitalisiert. Der Analog/Digitalwandler arbei­ tet in sich wiederholender Weise, um das Signal auf Leitung 15 abzutasten und im Microprozessor MPU Signale zu speichern, die kennzeichnend für die Spitzenabweichung der Amplitude sind, wenn die Münze an der Spule 2 vorbeigeht.

Der Microprozessor MPU schaltet dann den Multiplexer M 1, so daß der Vorgang für die Spulen 3 und 4 nacheinander wiederholt wird, wenn die Münze an den Spulen vorbeigeht.

Der Resonanzschaltkreis 13 wird dafür verwendet, um sicherzu­ stellen, daß die Münze, wenn sie angenommen worden ist, zum Annahmeschacht 6 vorbeigeht.

Es ist herausgefunden worden, daß für eine spezielle Benennung ein im wesentlichen einmaliger Satz von Amplitudenabweichungen, die durch die Schaltkreise 10, 11, 12 erzeugt werden, die Münz­ benennung charakterisieren. Somit kann die Einrichtung als Vielfachmünzprüfer verwendet werden, wobei Sätze digitaler Wer­ te, die diese Amplitudenabweichungen für die jeweiligen ver­ schiedenen Münzbenennungen charakterisieren, in einem EEPROM 17 gespeichert werden können, um durch den Microprozessor MPU mit den Werten verglichen zu werden, die durch den Analog/Digital­ wandler ADC für eine momentane zu prüfende Münze geliefert wer­ den. Wenn der Microprozessor die Anwesenheit einer annehmbaren Münze bestimmt bzw. feststellt, liefert auf Leitung 18 ein Aus­ gangssignal, um das magnetspulenbetriebene Annahmetor 5 zu öffnen.

Auch der Microprozessor kann auf Leitung oder Leitungen 19 ein Ausgangssignal für die weitere Datenverarbeitung liefern, das kennzeichnend für die Aufnahme einer Münze einer besonde­ ren Benennung ist.

Weiterhin kann ein Ausgangssignal auf Leitung 20 vorgesehen sein, um einen Münzsortierer zu betätigen, um zwischen Münzen verschiedener Benennungen zu unterscheiden, die durch die Ein­ richtung erkannt bzw. erfaßt worden sind.

Das EEPROM 17 kann in dem Herstellungsbetrieb mit einem vor­ bestimmten Satz von Werten programmiert werden, die kennzeich­ nend für annehmbare Münzen sind. Alternativ dazu kann das EEPROM im Außendienst bzw. bei der Anwendung durch eine zu­ sätzliche äußere steckbare microprozessorgestützte Einheit (nicht dargestellt) programmiert werden, welche mit dem Daten­ eingang des Microprozessors MPU verbunden ist, um seinen nor­ malen Betrieb zu übersteuern bzw. auszuschalten und das Laden oder eine Änderung der gespeicherten Werte im EEPROM 17 zu ge­ statten. Die für das EEPROM 17 zu speichernden Werte können durch Prüfmünzen erzeugt werden, die durch den Münzdurchgangs­ weg hinter den Spulen 2 bis 4 zugeführt werden, und die durch die Spulen während eines Anfangssetzbetriebsschrittes erfaßt bzw. abgetastet werden.

Claims (12)

1. Münzunterscheidungsvorrichtung, welche umfaßt:
einen Weg für einen Durchgang von zu überprüfenden Münzen, eine Sensorspule zur Bildung einer induk­ tiven Kopplung mit zu überprüfenden Münzen während ihres Durchganges längs des Weges, wobei die Sensorspule in einen Resonanzschaltkreis geschaltet ist, und einen Amplitudendiskriminator, der bei Auftreten eines Schwingungungssignals anspricht, das durch den Resonanzschaltkreis hervorgebracht wird, wenn die zu überprüfende Münze an der Sensor­ spule vorbeigeführt wird und mit deren Induktivität gekoppelt ist, gekennzeichnet durch einen separaten Oszillator (VCO) zur Erregung des Resonanzschalt­ kreises (10, 11, 12, 13) und einen Regelkreis (A2, PS1, 14, 16) zum Regeln der Schwingungsfrequenz des separaten Oszillators (VCO) in der Weise, daß der Resonanzschaltkreis (10, 11, 12, 13) stets in Resonanz erregt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Regelkreis (A2, PS1, 14, 16) als phasen­ starre Schleife (Phase locked loop PLL) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Regelkreis (A2, PS1, 14, 16) einen Phasenkomparator (PS1) umfaßt, der einen Vergleich der Phase eines Signals aus dem Resonanzschaltkreis (10, 11, 12, 13) mit der Phase des Ausgangs des Oszil­ lators (VCO) vollführt und die Frequenz des Oszil­ lators (VCO) in Abhängigkeit von dem Vergleich steuert.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Resonanzschaltkreis (10, 11, 12, 13) in einen Rückkopplungsweg zwischen einen Eingang und einen Ausgang eines Verstärkers (A1) geschaltet ist, wobei der Regelkreis (A2, PS1, 14, 16) darauf abzielt, eine Phasendifferenz von 180° zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers (A1) aufrechtzuerhalten.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Demodulator (DMI) zur Demodulation des Oszillatorsignals mit einem ana­ logen oder digitalen Konverter vorgesehen ist, um nacheinander einen digital umgesetzten Abtastwert des demodulierten Signals zu erzeugen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Mikroprozessoreinrichtung (MPU) vor­ gesehen ist, die auf den digital umgesetzten Ab­ tastwert anspricht, um die Spitzenabweichung der Amplitude des demodulierten Signals zu bestimmen, wenn eine Münze an der Sensorspule (2, 3, 4, 8) vor­ beigeführt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mikroprozessoreinrichtung (MPU) dazu dient, die Spitzenabweichung von einem vorbestimm­ ten Wert zu vergleichen, um ein Signal zu erzeugen, das auf die Zulassungsfähigkeit der Münze hinweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroprozessoreinrichtung (MPU) dazu dient, die Spitzenabweichung mit einer Mehrzahl vorbe­ stimmter Werte zu vergleichen, um ein Signal zu erzeugen, das auf die Münzbenennung hinweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die vorbestimmten Werte in einem program­ mierbaren Speicher (17) programmiert sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sensorspule (2, 3, 4, 8) eine Mehrzahl von einzelnen Sensorspulen (2, 3, 4, 8) enthält, von denen jede in einen jeweiligen Re­ sonanzschaltkreis (10, 11, 12, 13) geschaltet ist, sowie ein Multiplexer (M1) vorgesehen ist, um den Resonanzkreis (10, 11, 12, 13) nacheinander in die Amplitudenansprache zu schalten.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sensorspule (2, 3, 4, 8) eine Mehrzahl von einzelnen Sensorspulen (2, 3, 4, 8) enthält, um eine induktive Kopplung mit den Münzen zu bilden, die sich längs des Weges fortbewegen, und in dem eine erste der Spulen (2, 3, 4, 8) auf einer Seite des Weges angeordnet ist, eine zweite der Spulen (2, 3, 4, 8) auf der anderen Seite des Weges und eine dritte der Spulen (2, 3, 4, 8) derart angeordnet ist, daß der Weg durch ihre Windungen hindurchgeht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß der Durchmesser der ersten Spule (2, 3, 4, 8) größer als der der größten Münze ist, die durch die Vorrichtung zu überprüfen ist.