DE4444105C2 - Vorrichtung zur Erfassung eines fadenähnlichen Fremdkörpers in einer Münzvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur berührungslosen Erfas­ sung eines fadenähnlichen Fremdkörpers in einer Münzvor­ richtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Neben dem Einsatz von Falschmünzen wird auch in großem Umfang versucht, mit echten Münzen Münzprüfer zu manipu­ lieren. So wird etwa eine echte Münze an einem Faden be­ festigt und in den Münzprüfer eingeworfen. Die Meßstrecke wird passiert und die Münze als echt erkannt. Daraufhin erfolgt die Abgabe einer Kreditinformation an den Ver­ kaufsautomaten. Nach Warenentnahme kann die Münze wieder zurückgezogen und der Verkaufsvorgang erneut gestartet werden. Grundsätzlich sind folgende Abwehrmaßnahmen be­ kannt:

• - mechanische Rückzugsverhinderungen, die ein Zurückziehen der Münze am Faden verhindern
• - mechanische Abtastvorrichtungen, die straffe und bedingt lose Fäden erkennen und die Bewegung in ein elektrisches Signal umsetzen
• - Sensoren, die die kauf- bzw. Fallrichtung der Münze er­ kennen und bei falscher Reihenfolge ein Fehlersignal ab­ geben
• - optische Lichtschranke.

Die ersteren Vorkehrungen können nicht verhindern, daß eine Münze erst einmal als echt erkannt wird und in den Annahmebereich gelangt bzw. eine Ware ausgegeben wird. Erst danach wird versucht, weitere Manipulationen zu ver­ hindern. Hierbei entsteht häufig ein aufwendiger Service­ fall im Automaten und damit verbunden ein Verkaufsausfall. Rückzugsverhinderungen führen häufig zu einem Zerreißen des Fadens oder einer Zerstörung von Teilen des Münzprüfers. Mechanische Abtastungen von Fäden oder Drähten sind nicht besonders zuverlässig. Sie funktionieren zumeist nur bei einem mehr oder weniger straffen Faden. Wird jedoch eine große Fadenlänge zur Ver­ fügung gestellt, können die mechanischen Abtastvorrichtungen nicht zum Zuge kommen.

Aus DE 41 21 986 A1 und DE 42 31 534 A1 sind Vorrichtungen bekanntgeworden, mit denen auch Fadenmanipulationen erkannt werden sollen. Bei der DE 41 21 986 A1 ist dem Einfüh­ rungsschacht für Münzen oder Geldscheine ein Lichtsender zugeordnet, dessen Strahl auf einen gegenüberliegend angeordneten Lichtempfänger gerichtet ist. Eine Diskrimi­ natoreinrichtung erfaßt die Kurzzeitänderungen des Stroms durch den Lichtsender. Die Lichtschranke arbeitet mit Infrarotlicht und soll selbst transparente Gegenstände erfassen. Bei der DE 42 31 534 A1 ist eine Lichtschranke aus einem Fototransistor und einer Leucht­ diode einem Münzkanal zugeordnet, wobei Lichtsender und Lichtempfänger auf der glei­ chen Seite des Münzkanals angeordnet sind. Mit Hilfe einer derartigen Reflexionslicht­ schranke soll vor allem das Randprofil von Münzen erkannt werden. Dabei soll auch ein Faden erkannt werden, an dem eine Münze hängt. In beiden bekannten Vorrichtungen ist jedoch nicht möglich, die Lage eines Fadens zu bestimmen. Ferner ist die Anwesenheit eines Fadens dann schwierig zu ermitteln, wenn er lose auf der Laufbahn aufliegt.

Aus DE 40 16 680 A1 eine Münzbestimmugs- und Zählvorrichtung bekanntgeworden, bei der an einer Wand eines Münzkanals eine Zeile aus nebeneinander angeordneten licht­ empfindlichen Elementen angeordnet ist, wobei die Zeile quer zur Bewegungsrichtung der Münzen verläuft. Eine Lichtquelle liegt in der gegenüberliegenden Wand. Bei dieser Vor­ richtung wird festgestellt, welches der lichtempfindlichen Elemente durch eine Münze ab­ geschattet wird. Die Anwendung einer derartigen Sensorzeile erfolgt nicht in einem Münz­ prüfgerät, sondern in einem Gerät, bei dem die Münzen liegend mit Hilfe eines Transport­ bandes gefördert werden, unter der die lichtempfindlichen Sensoren angeordnet sind. Bei einer derartigen Vorrichtung, die als Zählvorrichtung gedacht ist, kommt eine Faden­ manipulation nicht in Betracht.

Aus DE 33 35 385 A1 ist eine Vorrichtung zur optoelektronischen Prüfung des Durchmessers von Münzen bekanntgeworden, bei der eine Vielzahl von Lichtschranken in Laufrichtung der Münzen hintereinander angeordnet ist. Die Lichtschranken dienen dazu, eine Durch­ messerprüfung vorzunehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eine Sensorzeile verwendende Vorrich­ tung zur berührungslosen Erkennung von Fäden oder ähnlichen Fremdkörpern in Münz­ vorrichtungen zu schaffen, die mit Sicherheit verhindert, daß eine an einen Faden ange­ hängte Münze als echt akzeptiert wird, und das integrierte Signal mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen, wobei ein Rückgabesignal erzeugt wird, wenn der vorgegebene Sollwert nicht erreicht wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung geht dabei von sogenann­ ten Pixelsensoren aus, die in der Ausdehnung sehr kleine lichtempfindliche Elemente enthalten, die etwa im Abstand von 100 bis 200 µm angeordnet sind und ihrerseits eine Ausdehnung haben, die in der einen Richtung kaum über 100 und in der anderen etwas unter 100 µm liegt. Mit derart feinen Sensorzeilen ist es ohne weiteres möglich, das Vor­ handensein eines Fadens im Bereich von ein paar lichtemp­ findlichen Elementen ohne weiteres klar und deutlich zu detektieren. Für den Betrieb einer derartigen Sensorzeile sind zwei Grundfunktionen entscheidend. Während der ersten Periode sammeln sich die Ladungen an den lichtempfindli­ chen Elementen (Pixeln). In der nachfolgenden Ausgabepe­ riode werden diese als elektrisches Signal seriell am Aus­ gang abgegeben. Hierzu ist eine sich ständig wiederholende Abtastung erforderlich, die etwa über ein Schieberegister und eine "Sample and Hold"-Schaltung erfolgt. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird dem Pixelsensor eine Re­ gelschaltung zugeordnet, die sicherstellt, daß die Aus­ gangsspannung der lichtempfindlichen Elemente stets einen konstanten vorgegebenen Wert einnehmen. Dieser ist so ge­ wählt, daß er unterhalb der Sättigung der Ausgangsspannung liegt.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die optische Sensoranordnung im Einwurfbereich oder am Ende der Münz­ laufbahn angeordnet. Durch die Umlenkung der Münze am Ende der Laufbahn verkürzt sich die notwendige Sensorlänge er­ heblich, da der Faden durch das Münzgewicht um diese Kante gezogen wird.

Die Sensoranordnung bzw. die Lichtquelle werden nach Mög­ lichkeit so angebracht, daß eine Verschmutzung sich in Grenzen hält. Andererseits sorgt die Reglerschaltung dafür, daß die Ausgangsspannung immer auf dem gleichen Wert ge­ halten wird und somit Unabhängigkeit besteht von eventuel­ len Verschmutzungen oder anderen Einflüssen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind Sen­ sorzeile und Lichtquelle an gegenüberliegenden Seiten eines Rahmens angeordnet. Ferner ist eine getrennte Aus­ wertevorrichtung der Ausgangssignale der Sensorzeile am Rahmen angeordnet. Damit ist eine selbständige Einheit zur Erkennung von Fäden oder ähnlichen Fremdkörpern geschaf­ fen, die auch nachträglich in bereits aufgestellte Münz­ prüfvorrichtungen eingebaut werden kann.

Die Erfindung kann alternativ oder zusätzlich auch zur Durchmesserbestimmung bei Münzen herangezogen werden. Zu diesem Zweck ist jedoch erforderlich, daß der Sensor bzw. die Sensorzeile einen vorgegebenen Abstand zu einer Münz­ laufbahn hat. Das Ausmaß der jeweiligen Abschattung einer bestimmten Anzahl von Punktsensoren ist mithin ein Maß für den Durchmesser der Münze.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch die Anordnung einer Erfindung zur Detektierung eines Fadens.

Fig. 2 zeigt den Faden nach Fig. 1 mit einer anhängenden Münze und einer Sensorzeile.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 2 in weiteren Einzelheiten.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die Darstellung nach Fig. 3, jedoch ohne Faden.

Fig. 5 zeigt die Hüllkurve aller Ausgangssignale einer Sensorzeile der Vorrichtung nach den Fig. 1 bis 4 bei einem ersten fadenartigen Fremdkörper.

Fig. 6 zeigt die Hüllkurve aller Ausgangssignale der Sen­ sorzeile der Vorrichtung nach den Fig. 1 bis 4 in einem zweiten fadenartigen Fremdkörper.

Fig. 7 zeigt perspektivisch schematisch die Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als separate Einheit.

In Fig. 1 ist ein Münzprüfer durch eine Hauptplatte 10 und eine Laufbahnträgerplatte 12 angedeutet. In der Haupt­ platte 10 ist eine IR-Licht emittierende Diode (LED) 14 angeordnet. Sie richtet ihren Strahl 16 quer zur Laufrich­ tung einer Münze (nicht gezeigt) zwischen den Platten 10, 12 auf die Laufbahnträgerplatte 12, in der ein optischer Sensor 18 in Form einer Zeile aus Punktsensoren angeordnet ist. Mit 20 ist der Schatten angedeutet, den ein Faden 22 erzeugt, an dem eine Münze 24 hängt (Fig. 2). In Fig. 2 ist die Sensorfläche 26 zu erkennen, die durch einen Spalt 28 in der Laufbahnträgerplatte 18 mit dem Licht der Diode 14 beaufschlagbar ist.

Die Sensorfläche des beschriebenen Pixelsensors besteht zum Beispiel aus 64 einzelnen lichtempfindlichen Elemen­ ten, von denen jedes eine Fläche von 70×120 µm hat, wobei die Elemente in einem Abstand von 125 µm angeordnet sind. Das ergibt eine Gesamtlänge von z. B. etwas mehr als 1,2 cm. Mit Hilfe einer derartigen Sensorzeile ist es möglich, eine so hohe Auflösung zu erhalten, daß auch sehr dünne Fäden, wie der Faden 22 in Fig. 1, ausreichend si­ cher von mehreren Punktsensoren erfaßt werden können.

Erhältlich sind CCD-Zeilensensoren abgestuft bis zu einer Pixelfläche von z. B. 7×7 µm bei einer Anzahl von 5000 Pixel. Eine derartige Auflösung ist für diese Anwendung nicht erforderlich.

Statt der beschriebenen Pixelsensoren sind auch sogenannte PSD's einsetzbar (Position Sensitive Detectors). Diese positionsempfindlichen Fotodioden können z. B. aktive emp­ findliche Flächen von 1×37 mm² aufweisen und sind damit ebenfalls zu einer berührungslosen Münzkanalüberwachung geeignet. Auf die Auswertung des zur Abdeckung proportio­ nalen analogen Ausgangssignals wird hier nicht näher ein­ gegangen.

Wie aus Fig. 2 zu erkennen, ist die optische Anordnung 18 relativ nahe dem Ende der Münzlaufbahn 30 angeordnet.

Durch die Umlenkung der Münze 24 an dieser Stelle verkürzt sich die notwendige Sensorlänge erheblich, da der Faden 22 durch das Münzgewicht um die Kante der Laufbahn 30 gezogen wird. Es ist jedoch ebenso gut denkbar, den optischen Sen­ sor im Einwurfbereich (nicht gezeigt) anzuordnen.

Die an sich bekannte Grundfunktion derartiger Pixelsenso­ ren ist die, daß während der Bestrahlung mit einer Licht­ quelle sich in den Elementen Ladungen sammeln, die bei der Ausgabeperiode (Abtastung) als elektrisches Signal seriell am Ausgang abgegeben werden. Die Integrationszeit ist ab­ hängig von der Beleuchtungsstärke sowie des Ausgangspegels. In der nicht weiter dargestellten Steuerlogik für das Schieberegister, mit dem die einzelnen Elemente abgetastet werden, ist auch eine Sample- und Hold-Schaltung vorge­ sehen, mit welcher die jeweilige Ausgangsspannung eines Pixels konstant gehalten werden kann, bis der nächste aus­ gelesen ist. In Fig. 5 und 6 ist die Integrationszeit 2 msec. für 64 lichtempfindliche Elemente. Man erkennt eine annähernd konstante Leerlaufamplitude 31, die sich jedoch unterhalb der Sättigungsspannung von 3,5 Volt befindet. Beim Kurvenverlauf 32 ist ein Signaleinbruch zu erkennen, der von einem Draht verursacht wird mit einer Dicke von 1 mm. Hier erstreckt sich der Signaleinbruch über die halbe Pixelanzahl. In Fig. 6 ist ein Einbruch 34 gezeigt, der von einem Nylonfaden verursacht wird. Hier werden nur 2 oder 3 Pixel in ihrer Ladung beeinflußt. Die Digitali­ sierung jeder einzelnen Spannung erfolgt synchron mit dem Takt des Schieberegisters. Alle Signale können in einem Speicher eines Mikroprozessors addiert werden. Weicht die Summe vom "Leerlaufergebnis" um einen Betrag ab, so kann die Fadenmanipulation gemeldet werden. Ist die Abweichung wie bei Fig. 6 nur geringfügig, kann bei einer Integration über die Gesamtfläche der Faden eventuell nicht erkannt werden. Hier könnte es dann notwendig werden, jede ein­ zelne Pixelspannung oder eine Gruppe von Pixelspannungen zu digitalisieren und mit Sollwerten zu vergleichen. Hier­ bei ergibt sich zwangsläufig ein größerer Speicherbedarf und eine langsamere Bearbeitungsgeschwindigkeit.

Der Strom für die Diode 14 (Fig. 1) wird einerseits so eingestellt, daß keine Sättigung der Pixelausgangsspannung möglich ist (siehe Fig. 5 und 6). Andererseits soll eine ausreichende Amplitude zur Verfügung stehen. Daher ist eine nicht gezeigte Regelschaltung vorgesehen, die die Ausgangsspannung der Pixel über den Diodenstrom so lange verändert, bis die Ausgangsspannung den gewünschten, dem Referenzwert gleichen Wert einnimmt. Somit ist der ge­ zeigte Pixelsensor unabhängig von eventuellen Verschmutzun­ gen und anderen Einflüssen.

Aus den Fig. 3 und 4 ist zu erkennen, daß der Pixelsen­ sor oder die optische Anordnung 18 in Form eines quader­ förmigen Blocks 18 vorliegt, der in einer Ausnehmung 36 der Laufbahnträgerplatte 12 an deren Rückseite angeordnet ist. Die Ausnehmung weist einen Schlitz 28 auf, dem die lichtempfindliche Fläche 26 der einzelnen Pixelsensoren zugeordnet ist.

In Fig. 4 ist ferner zu erkennen, daß die Diode 14 in einer kastenartigen Ausbuchtung 38 der Hauptplatte 10 an­ geordnet ist, wobei das Bauteil 38 von der Rückseite auf die Hauptplatte 10 aufgesetzt ist und mit dieser in geeig­ neter Weise verbunden ist. Ein Durchtrittsschlitz 40 er­ möglicht den Durchtritt des Lichts der Diode 14 zum Münz­ kanal. In Fig. 4 ist schließlich zu erkennen, daß die Laufbahn 30 eine zur Laufbahnträgerplatte 12 hin abfal­ lende Neigung 42 aufweist. Sie soll bewirken, daß die Münze an der zugekehrten Wandung der Trägerplatte 12 ent­ langläuft.

In Fig. 7 ist perspektivisch ein kastenartiger Rahmen 50 dargestellt, der zum Beispiel eine Höhe h von 5 mm, eine Länge l von 38 mm sowie eine Breite b von 8 mm aufweist. Er ist so im nicht gezeigten Münzprüfer angeordnet, daß eine eingeworfene Münze durch den Rahmen 50 hindurchfällt oder hindurchrollt. Er kann zum Beispiel hinter dem Münz­ einwurf eines Münzprüfers angeordnet werden oder auch in Laufrichtung hinter der Laufbahn 30 nach den Fig. 1 bis 4. In einer Seitenwand des rahmenartigen Halters 50 ist ein Pixelsensor 52 angeordnet, entsprechend dem Sensor 18 nach den Fig. 1 bis 4. In der gegenüberliegenden Wand ist die Aufnahme 54 für eine lichtemittierende Diode 54 angeordnet. Die für den Sensor 52 erforderliche, weiter oben beschriebene Elektronik 56 ist auf der Oberseite an­ gedeutet. Es wird ein Rückgabesignal erzeugt, wenn die gezeigte optische Sensoranordnung einen Fremdkörper oder einen Faden in Verbindung mit einer eingeworfenen Münze festgestellt hat. Die in Fig. 7 gezeigte Vorrichtung kann daher auch nachträglich in beliebige Münzprüfer eingebaut werden.

Es versteht sich, daß eingeworfene Münzen ebenfalls einen Schatten am optischen Sensor erzeugen. Dieser Schatten läßt sich jedoch ohne weiteres von dem Schatten diskrimi­ nieren, der von einem Faden oder einem ähnlichen Fremdkör­ per verursacht wird. Die Auswerteschaltung ist daher ent­ sprechend auszulegen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung eines fadenähn­ lichen Fremdkörpers in einer Münzvorrichtung, die einen Münzkanalabschnitt mit Sensoren zur Münzerkennung sowie einen der Münzlaufbahn vorgeordneten Einwurfbereich auf­ weist, mit einer eine Lichtquelle und eine Lichtempfangs­ vorrichtung enthaltenden optischen Sensorvorrichtung, die mit der Auswertevorrichtung der Münzvorrichtung verbunden ist zwecks Erzeugung eines Rückgabesignals, wenn ein Fremdkörper erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (14) in einer Wand (10) des Kanalabschnitts und die Lichtempfangsvorrichtung eine quer zur Bewegungs­ richtung der Münzen (24) angeordnete angeordnete Zeile (26) aus eng benachbarten, lichtempfindlichen, periodisch seriell abgetasteten Punktsensoren an der gegenüberlie­ genden Wand ist, wobei die Auflösung der Sensorzeile (26) so ausgelegt ist, daß der fadenähnliche Fremdkörper (22) von jedem der Punktsensoren erfaßbar ist und die Aus­ wertevorrichtung die Ausgangspegel der einzelnen Sensoren sowohl mit einem vorgegebenen Wert vergleicht als auch die Ausgangspegel integriert und das Integral mit einem Soll­ wert vergleicht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Sensoranordnung (26) im Einwurfbereich oder am Ende der Münzlaufbahn (30) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß als Lichtquelle eine IR-LED (14) verwendet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die IR-LED (14) in einer Ausbuchtung (38) der Haupt- bzw. Laufbahnträgerplatte (10, 12) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorzeile (26) einschließlich Abfrageelektronik in einem Blockgehäuse (18) angeordnet ist und das Gehäuse (18) an der Außenseite der Lauf­ bahnträgerplatte oder Hauptplatte angeordnet ist, wobei im Bereich der Pixelsensoren ein Schlitz (28) in der Platte geformt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorzeile (52) und die Licht­ quelle (14) in gegenüberliegenden Seiten eines Rahmens (50) angeordnet sind und eine getrennte Auswertevor­ richtung (56) für die Ausgangssignale der Sensorzeile (52) am Rahmen (50) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekenn­ zeichnet durch eine Regelschaltung für die Sensorzeile (26, 52), welche den Strom für die Lichtquelle (14) auf eine vorgegebene Ausgangsspannung für die Sensoren der Sensorzeile (26, 52) regelt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannungen der einzelnen Sensoren bzw. lichtempfindlichen Elemente unterhalb ihrer Sättigungs­ spannung liegen, wenn sie von der Lichtquelle (14) be­ strahlt werden.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine CCD-Zeile verwendet wird.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle einer Punktsensorenzeile ein PSD verwendet wird.