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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zählen gestapelter flacher Substrate,
wie Bogen, und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Geeignete
Verfahren und Maschinen zum Zählen
von in einem Stapel angeordneten Bogen, z. B. Wertpapieren wie Banknoten,
sind bekannt. Eine dieser bekannten Vorrichtungen wird in er Patentanmeldung
EP 0 737 936 beschrieben.
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Diese
Patentanmeldung, auf deren Inhalt in der vorliegenden Anmeldung
Bezug genommen wird, beschreibt eine Zählscheibe eines Bogenzählers für in einem
Stapel angeordnete Bogen, insbesondere Wertscheine; diese rotierbare
Zählscheibe
hat Umfangsabschnitte, die auf dem Rand dieser Scheibe in regelmässigen Abständen angeordnet
sind, Vorsprünge
in Drehrichtung der Scheibe aufweisen und jeweils eine Zählöffnung haben.
Es wird ein pneumatischer Zählimpuls
ausgelöst,
wenn ein Bogen diese Öffnung
abgedeckt, die eine Saugvertiefung hat, deren Breite und Tiefe in
Richtung vom Zähler
zur Drehrichtung der Scheibe zunimmt, und eine Gruppe von hintereinander
liegenden Saugöffnungen
aufweist, welche in der erwähnten
Saugvertiefung angeordnet sind und intermittierend über Saugkanäle mit einer Unterdruckquelle
verbunden werden können,
derart, dass während
des Betriebs die erwähnten
Umfangsabschnitte alle Ecken der Bogen eines Bogenstapels eine nach
der anderen durchblättern,
sie unter der Wirkung des Saugeffekts und der Verformung voneinander
trennen und so bewirken, dass jeder Bogen gezählt wird. Bei der bekannten
Vorrichtung liegen die erwähnten
Saugöffnungen
im Zentrum der Saugvertiefung; die in die Saugöffnungen mündenden Abschnitte der Saugkanäle sind
im wesentlichen senkrecht zur Scheibenebene und zur Basis der Saugvertiefung
gerichtet, und die Saugkraft wirkt zentral auf die Saugvertiefung
und senkrecht zur Basis der Saugvertiefung.
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Normalerweise
werden diese Zählscheiben an
einer oder zwei Ecken des Bogenstapels verwendet, so dass sich ein
einzelner oder zwei Zählwerte ergeben,
d. h. ein Zählwert
für jede
Ecke. Um die Anzahl der Zählwerte
zu vergrössern,
ist es möglich, den
Bogenstapel um 180° zu
drehen und eine weitere Zähloperation
an den beiden anderen Stapelecken durchzuführen. Mit so einem System ist
es also nur möglich,
höchstens
vier Zählwerte
für einen
gegebenen Stapel bei wenigstens zwei Zähloperationen zu erhalten.
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Andere
bekannte Verfahren und Vorrichtungen sind im
Schweizer Patent CH 422 834 , der
internationalen Anmeldung PCT Nr.
WO95/00926 , den Patenten
GB
937 463 ,
1 139 292 und
744 957 , den
russischen Veröffentlichungen Nr. 859204 und
2007759 C1 sowie
den Patenten
US 3 904 189 und
3 953 022 beschrieben.
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Alle
diese Veröffentlichungen
betreffen mechanische Systeme, welche mit den Bogen in Kontakt treten
und sie zählen.
Gewöhnlich
blättert
die Scheibe, wie in der
EP 0
737 936 beschrieben, quer durch die gestapelten Banknoten
oder Wertpapiere, und bei jedem Vorbeigang an einem der aufeinanderfolgenden
Bogen oder Banknoten nimmt der Zählwert
um 1 zu, und schliesslich gibt der Endzählwert die Anzahl der im Stapel
vorhandenen Bogen/Substrate an. Ein Nachteil bei dieser mechanischen
Zählung
besteht darin, dass die Scheibe oder ein äquivalentes Mittel das gezählte Substrat
beschädigen kann.
Ferner arbeiten diese Systeme ziemlich langsam (mehr als 8 Sekunden
für 500
Bogen oder Substrate) und sind laut.
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Eine
andere Vorrichtung und ein anderes Verfahren zum Zählen von
Bogen in einem Stapel wird in der Patentanmeldung
EP 0 743 616 beschrieben, auf die
in der vorliegenden Anmeldung Bezug genommen wird. Danach wird eine
lineare CCD-Anordnung zum Erzeugen eines Signals verwendet, das
eine hoch-auflösende
eindimensionale Zeilenabtastung der Höhe eines Stapels repräsentiert,
der zwischen Versteifungsplatten positioniert ist, um die Steifigkeit
des Stapels zu erhöhen.
Wahlweise kann eine Komprimierung des Stapels durch Druckplatten und
eine Kolben/Klemm-Anordnung vor Aufnahme des Bildes durchgeführt werden.
Das dem Bild entsprechende Signal wird digitalisiert, gespeichert
und dann nach verschiedenen Verfahren verarbeitet (Gauss-Verteilung,
eindimensionale schnelle digitale Fourier-Iranformation usw.). Bei
einer spezifischen Ausführungsform
wird eine statische zweidimensionale CCD-Anordnung verwendet, um
ein zweidimensionales Signal zu liefern, und eine zusätzliche
Signalverarbeitung wird ausgeführt,
um das Signal in ein eindimensionales Signal längs der Höhe des gezählten Stapels zu verwandeln.
Die zweidimensionale CCD-Anordnung hat zwei Reihen und zwei Spalten, die
so zum Stapel positioniert sind, dass die Reihen der Anordnung näherungsweise
mit den im Stapel zu zäh lenden
Bogen ausgerichtet sind. Eine zusätzliche Signalverarbeitung
mittelt dann die Werte innerhalb jeder Reihe oder tastet eine Spalte
ab, um ein eindimensionales Signal zu erhalten. Gemäss dieser
Veröffentlichung
wird jedoch die Verwendung einer Kamera in Form einer linearen CCD-Anordnung
aus Kostengründen
und aus Gründen
der Verarbeitungsgeschwindigkeit bevorzugt.
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Das
Dokument
US 5 534 690 beschreibt
eine Vorrichtung zum Zählen
flacher, in einem Stapel aufgeschichteter Substrate mit Mitteln
zum Auflockern des Stapels, zum Aufnehmen von Bildern der gestapelten
flachen Substrate und zum Zählen
der flachen Substrate. Dieses Verfahren ist jedoch nicht genau genug.
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Es
ist deshalb ein Ziel der Erfindung, die bekannten Zählverfahren
und Zählsysteme
zu verbessern.
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Genauer
gesagt ist es ein Ziel der Erfindung, ein Zählverfahren zu schaffen, das
eine Berührung des
gezählten
Substrats vermeidet.
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Ein
anderes Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein System
zu schaffen, die in der Lage sind, gestapelte Substrate schneller
und genauer als die bekannte Verfahren und Systeme zu zählen.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein statistisches Verfahren
zum Zählen
gestapelter Substrate zu schaffen.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, gefaltete Bogen in einem Stapel
zu entdecken.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein geeignete Vorrichtung zum
Durchführten
des Verfahrens zu schaffen.
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Diese
Ziele werden durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäss den Ansprüchen erreicht.
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Diese
und weitere Gegenstände
und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung
einiger Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den Zeichnungen verständlicher.
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1 ist
ein allgemeines Blockdiagramm der Verfahrens nach der Erfindung.
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2 ist
ein Blockdiagramm einer statistischen Verarbeitung gemäss der Erfindung.
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3 ist
eine Draufsicht einer Ausführungsform
einer zur Durchführung
des erfindungsgemässen
Verfahrens geeigneten Vorrichtung.
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Das
Verfahren nach der Erfindung ist dazu geeignet, flache Substrate,
wie Wertpapierbogen oder Banknoten, Schecks, Karten oder ähnliche
Objekte, zu zählen,
welche in Form eines Stapels vorliegen und in einer Tasche angeordnet
sind. Der erste Verfahrensschritt besteht im Auflockern des Stapels der
Substrate und wird vorzugsweise mit Druckluft durchgeführt, um
die gestapelten Substrate zu trennen und die Qualität der Zählung zu
verbessern. Natürlich
kann, abhängig
von der Dicke und/oder dem Material der Substrate, auf die Auflocke rung
verzichtet werden, die daher nur nach Bedarf durchgeführt wird.
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Dann
wird ein Bild der Kanten der gestapelten Substrate an einer Zählseite
des Stapels mit abbildenden Mitteln aufgenommen, welche später näher beschrieben
werden und eine CCD-Kamera und Verarbeitungsmittel umfassen können.
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Die
Verwendung einer CCD-Kamera erlaubt die Bildung einer zweidimensionalen
Anordnung von Einzelbild-Detektoren, z. B. Pixel, die in Zeilen
und Spalten angeordnet sind und durch welche die Gegenwart der Substratkanten
entdeckt werden kann.
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Es
gilt die Definition, dass die Zeilen der Anordnung horizontal und
die Spalten vertikal verlaufen. Daher kann man in jeder Spalte der
Pixelanordnung die Höhe
des Substratstapels erkennen.
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Zusätzlich wird
das erhaltene Bild vorzugsweise gefiltert, um das gewöhnlich bei
diesem Typ von Bildern vorhandene Rauschen zu beseitigen. Die Filteroperation
an sich ist aus dem Stand der Technik bekannt.
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Gemäss dem Verfahren
nach der Erfindung wird dann für
jede Spalte der Einzelbild-Detektoren der Anordnung die Anzahl der
Substratbogen gezählt,
die in jeder Pixelzeile entdeckt werden (welche die Gestalt eines
Zeilenabschnitts haben), um schliesslich einen Zählwert für jede Spalte zu erhalten,
welcher die Anzahl der als Zeilenabschnitte in jeder Pixelspalte
entdeckten Bogen darstellt. So erhält man einen Satz von Zählwerten,
de ren Zahl gleich der Anzahl der Spalten in der Anordnung ist. Typische
CCD-Anordnungen haben 512×512
Pixel oder 1024×1024
Pixel oder auch 2000×2000
Pixel; man wird daher beispielsweise 512 Zählwerte bzw. 1024 oder 2000
Zählwerte
für die
gesamte Anordnung erhalten.
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Der
Satz von Zählwerten
wird dann statistisch analysiert, um zu bestimmen, welcher Wert
erhalten wurde und wie oft. Wenn beispielsweise der Stapel theoretisch
500 Bogen enthält,
dann sollte der korrekte Zählwert
(500) mit einer gewissen Häufigkeit auftreten,
z. B. N500-mal, und andere Zählwerte
wie 499, 498, 497, 501, 502, 503 mit einer gewissen Häufigkeit,
beispielsweise N499-, N498-,
N497-, N501-, N502- bzw. N503-mal.
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Mit
anderen Worten wird jeder Zählwert
NCV eine gewisse Anzahl von Malen auftreten,
und diese "Anzahl
von Malen" ist gleich
der Anzahl der Spalten, in denen ein Zählwert bestimmt worden ist.
Man analysiert dann die erhaltenen Werte NCV und
ordnet den Wert 1,0 dem am häufigsten
auftretenden Wert NCV zu. Für alle anderen
Werte NCV wird der Prozentsatz der Häufigkeit
jedes Werts in Bezug auf den am häufigsten auftretenden Wert
berechnet.
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Als
Beispiel sei angenommen, dass der gezählte Stapel 500 Bogen enthält; bei
einer Anordnung von 2000×2000
könnte
man 1990-mal den Wert 500 (N500 = 1990),
3-mal den Wert 499 (N499 = 3), 1-mal den
Wert 498 (N498 = 1), 5-mal den Wert 497
(N497 = 5) und 1-mal den Wert 501 (N501 = 1) erhalten. Der am häufigsten
auftretende Wert beträgt
dementsprechend 500, und die anderen Werte ha ben die folgenden prozentualen
Häufigkeiten
499 0,15%; 498 0,05%; 497 0,25% und 501 0,05%.
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Auf
Grund der erhaltenen Statistik ist es möglich zu entscheiden, ob die
Zählung
nach vorgegebenen Regeln genau oder nicht genau gewesen ist. Diese
Regeln können
vom Benutzer vorgegeben werden, zum Beispiel kann für den relativen
Prozentsatz der Häufigkeiten
der anderen Zählwerte
eine bestimmte Grenze festgesetzt werden, und wenn die Grenze überschritten
wird, gilt die Zählung
als ungenau. Vorzugsweise wird als Grenze der Wert von 10% festgesetzt;
wenn daher ein Zählwert
häufiger als
10%-mal, bezogen auf den häufigsten
Weit, auftritt, wird die Zählung
als ungenau betrachtet.
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Natürlich kann
auch ein andere Wert für
diese Grenze gewählt
werden. Wenn der am häufigsten auftretende
Wert nicht gleich dem erwarteten theoretischen Wert (z.B. 500) ist,
kann ausserdem die Zählung
ebenfalls als ungenau betrachtet werden.
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Man
kann drei mögliche
verschiedene Ergebnisse der statistischen Analyse unterscheiden.
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Im
ersten Falle ist der am häufigsten
erhaltene Zählwert
der erwartete Wert, und die Häufigkeit
aller anderen erhaltenen Werte liegt unter der festgesetzten Grenze
(z. B. 10%, wie oben erwähnt).
Daher kann die Zählung
als korrekt betrachtet werden.
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Im
zweiten Falle ist der am häufigsten
erhaltene Zählwert
der erwartete Wert, aber die Häufigkeit eines
oder einiger der anderen erhaltenen Werte überschreitet die festgesetzte
Grenze (z.B. 10%, wie oben erwähnt).
In diesem Falle erscheint die Zählung korrekt
(der genaue Wert wurde am häufigsten
erhalten), aber sollte wiederholt werden, um die Genauigkeit zu
prüfen.
Diese Situation kann auftreten, wenn ein Bogen teilweise gefaltet
ist und an einer Zählseite des
Stapels gezählt
wird, nicht aber an der anderen Seite.
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Im
dritten Falle ist der am häufigsten
erhaltene Zählwert
nicht der erwartete Wert, und die Häufigkeit der anderen erhaltenen
Werte liegt über
oder unter der festgesetzten Grenze (z.B. 10%, wie oben erwähnt). In
diesem Falle ist die Zählung
nicht korrekt, und der Stapel hat nicht die genaue Anzahl von Substraten,
oder ein Substrat ist gefaltet, oder die Zählung ist nicht korrekt und
die Zählmaschine
muss justiert werden.
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Bei
einer zweiten Ausführungsform
dieses Verfahrens ist es möglich,
ein zweites Bild der Zählseite
des Stapels aufzunehmen und dann dieses zweite Bild nach dem oben
beschriebenen Verfahren nach der Erfindung zu verarbeiten, um die
erste Zähloperation
zu überprüfen. Dieses
zweite Bild braucht nur aufgenommen und verarbeitet zu werden, wenn die
Zähloperation
beim ersten Bild nicht das erwartete Ergebnis gebracht hat (siehe
oben beschriebener zweiter und dritter Fall), oder als Überprüfung des
Ergebnisses, wenn die erste Zähloperation
den korrekten Wert geliefert hat.
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Dieses
zweite Bild kann auf derselben Zählseite
wie das erste Bild oder auf einer anderen Zählseite des Stapels aufgenommen
werden, wobei der Stapel verschoben werden kann oder nicht.
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Als
weitere Entwicklung des vorstehend beschriebenen Verfahrens können Bilder
wenigstens zweier Seiten eines Stapels aufgenommen und das Vorhandensein
eines gefalteten oder eingerissenen Substrats durch Vergleich der
jeweiligen Zählwerte festgestellt
werden. Ein solcher Vergleich kann mit bekannten elektronische Verarbeitungsmitteln
durchgeführt
werden, und die Analyse der für
jede Zählseite
erhaltenen Zählwerte
kann dazu helfen, festzustellen, in welcher Position sich das gefaltete
oder zerrissene Substrat befindet. Dazu werden vorzugsweise Bilder
aller vier Seiten eines Stapels aufgenommen.
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Aus
der Beschreibung geht hervor, dass ein Hauptvorteil des Verfahrens
nach der Erfindung in der Möglichkeit
besteht, N Zählwerte
bei einer einzigen Zähloperation
zu erhalten, während
die bekannten Zählvorrichtungen
nur in der Lage sind, ein oder zwei Zählwerte bei einer Zähloperation
zu liefern. Man kann dann eine genaue statistische Analyse der N
erhaltenen Zählwerte
ausführen,
anstatt nur ein Maximum von vier Zählwerte zu vergleichen, wie
sie die bekannten Vorrichtungen liefen. Mit den bekannten Vorrichtungen
ist es in der Tat erforderlich, N Zähloperationen auszuführen, wenn
man N Zählwerte
zu erhalten wünscht.
Das Verfahren nach der Erfindung erlaubt daher bei der Zähloperation
eine wesentliche Zeitersparnis und gleichzeitig auch eine genauere
Zählung
an sich mit einer statistischen Analyse einer grösseren Anzahl von Zählwerten
(N Zählwerte)
als nur einen, zwei, drei oder vier Zählwerten.
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Eine
Ausführungsform
einer Vorrichtung zum Durchführen
des Verfahrend nach der Erfindung wird nun anhand von 3 beschrieben.
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In
dieser Vorrichtung werden Stapel flacher Substrate 1, beispielsweise
Stapel von Wertpapieren oder ähnlichen
Objekten, vor eine abbildende Vorrichtung, zum Beispiel eine CCD-Kamera 2,
transportiert, derart, dass diese Kamera 2 ein Bild einer Zählseite 3 des
Stapels 1 aufnehmen kann. Vorzugsweise ist der Stapel 1 von
drei Wänden 4, 5 und 6 umgeben,
um die Auflockerungsoperation zu erleichtern, welche z. B. mittels
eines aus einem Gebläse 7 ausgestossenen
Druckluftstroms durchgeführt
wird. Dadurch werden die individuellen Substrate im Stapel leicht
getrennt und die Qualität
des für
die Zählung
verwendeten Bilds verbessert. Um den Stapel 1 während einer
gewissen Zeit in diesem aufgelockerten Zustand zu halten, wird er
in eine schematisch in 3 angedeutete Tasche 15 gepackt,
die auf der Zählseite
des Stapels 1 offen ist. So wird die zum Auflockern benutzte
Luft in der Tasche 15 eingefangen, und der Stapel bleibt
aufgelockert. Die Tasche kann aus Kunststoff oder Papier oder einem
anderen geeigneten Material bestehen.
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Um
das System noch weiter zu verbessern, können Beleuchtungsmittel, z.
B. eine LED-Diode 8 oder andere äquivalente Mittel, vorgesehen
sein, was die Qualität
des Bildes erhöht.
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Nachdem
das Bild aufgenommen worden ist, wird es der vorstehend beschriebenen
statistischen Verarbeitung mit geeigneten Verarbeitungsmitteln unterworfen.
Diese Mittel werden detaillierter unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
Die CCD-Kamera 2 ist mit einem Rechner 9 verbunden,
wie beispielsweise einem PC oder einer ähnlichen Vorrichtung, welcher
wenigstens einen Mikroprozessor 19, Filtermittel 11,
Eingangs/Ausgangs-Interface 12 und Speichermittel 13 zum
Speichern der Information aufweist. Eines der im Rechner 9 gespeicherten
Programme ist dazu eingerichtet, das Verfahren nach der Erfindung
auszuführen,
insbesondere durch Berechnung der vorstehend definierten Zählwerte
und Bestimmung ihrer jeweiligen Häufigkeit. Das Ergebnis des
Zählverfahrens
kann dann an einem Ausgangsmittel 14 ausgegeben werden,
beispielsweise einem Computerbildschirm oder einem Drucker, oder kann
dazu benutzt werden, die weitere, auf einen speziellen Substratstapel
anzuwendende Verarbeitung zu bestimmen, zum Beispiel die Wiederholung der
Zählung
im Falle einer ungenauen Zählung,
die weitere Verarbeitung des gezählten
Stapels, wenn die Zähloperation
ein korrektes Ergebnis geliefert hat, oder eine spezifische Verarbeitung
des gezählten
Stapels, wenn die Zählung
nicht korrekt war, usw.
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Um
ein Bild einer zweiten (oder weiteren) Zählseite des Stapels aufzunehmen,
sind zusätzliche Mittel
vorzusehen, mit denen entweder die Stapel gedreht oder die Wände 4, 5 und 6 verschoben
werden, um die Zählung
auf der anderen Zählseite
durchzuführen.
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Die
in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung
stellen nur veranschaulichende Beispiele dar und dürfen nicht
als begrenzend be trachtet werden. Andere Varianten und äquivalente
Lösungen
sind im Rahmen der Ansprüche
möglich.