Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen Von Wertpapieren, insbesondere von
Banknoten, umfassend eine Transporteinrichtung zum Fördern der Wertpapiere entlang
eines Transportpfades und eine am Transportpfad angeordnete Erkennungseinrichtung.
Stand der Technik
Die automatische Erkennung von Banknoten und anderen Wertpapieren ist sowohl im
Bankbereich als auch beispielsweise am Verkaufspunkt ein wichtiges Anliegen. Die Konstruktion
der Hardware ist nicht unwichtig für den reibungslosen Transport der Banknoten
und die Qualität des Lesevorgangs. Sie soll eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit ermöglichen.
Die Präzision und Leistungsfähigkeit der Hardware führt häufig zu hohen Kosten
des Gerätes, wodurch die Marktchancen empfindlich reduziert werden können.
Aus der US 5.607.040 ist eine Vorrichtung zum Prüfen der Echtheit einzelner Banknoten
am Verkaufspunkt bekannt. Sie ist mit zwei einander direkt gegenüberliegenden optischen
Scannern ausgestattet, um Vorder- und Rückseite der Banknote abzutasten. Vor und hinter
den Scannern sind Rollen für den Transport der Banknoten vorgesehen. Die stabförmigen
optischen Scanner sind zur Digitalisierung und Detektion der auf der Note aufgedruckten
Zahlen ausgebildet. Die Noten werden in Längsrichtung transportiert und verarbeitet.
Stabförmige optische Scanner sind z.B. aus US 5.489.992, US 5.214.273 bekannt und auf
dem Markt erhältlich.
Aus der DE 39 17 419 A1 ist eine Notenerkennungsvorrichtung bekannt, bei welcher die
Banknote zur Prüfung auf Wert und Echtheit mit einer Lichtquelle beleuchtet wird, welche
mindestens zwei verschiedene Wellenlängenbereiche abdeckt. Das reflektierte Licht wird
mit zwei verschiedenen Sensoren (Grünlicht- und Rotlichtsensor) detektiert und zeilenweise
registriert. Zur Erkennung wird ein Differenzsignal ermittelt und mit einem vorgegebenen
Muster verglichen.
Die bekannten Vorrichtungen vermögen in mechanischer/elektronischer Hinsicht nicht zu
befriedigen.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben,
welche eine leistungsfähige und trotzdem relativ kostengünstige Hardware aufweist. Insbesondere
soll eine hohe Sicherheit der Erkennung bei hoher Transportgeschwindigkeit
ermöglicht werden.
Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der
Erfindung umfasst die Erkennungseinrichtung zwei nebeneinander angeordnete, integrierte
optische Module für die Abtastung der Wertpapiere in zwei verschiedenen Wellenlängenbereichen.
Jedes Modul ist eine mechanisch geschlossene Einheit und generiert und verarbeitet den
jeweils vorgeschriebenen Wellenlängenbereich selbständig. Die optischen Komponenten
können infolgedessen auf den jeweiligen Spektralbereich optimal eingestellt werden. Die
Herstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung kann mit vorgefertigten Komponenten
erfolgen, welche in sich eine vorgeschriebene (geometrische/mechanische) Präzision aufweist.
Bei der Assemblierung genügt es, auf die genaue Positionierung der Module zu achten.
Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Module mit
parallelen Längsachsen, aber mit leicht gekippten Frontplatten zueinander montiert. Die
Module tasten also beide dieselbe Seite des Wertpapiers ab, wobei die abtastenden Gehäuseflächen
- wie erwähnt - leicht zueinander gekippt sind. Es ist zu beachten, dass dieser
Aspekt der Erfindung unabhängig davon ist, ob die Module unterschiedliche Wellenlängenbereiche
verarbeiten oder nicht.
Die abtastenden Gehäuseflächen sind beispielsweise um einen Winkel grösser 0° zueinander
gekippt. Ist der Winkel zu klein, so kann der Ort der Berührungslinie zwischen Banknote
und hinterer Frontplatte zuwenig genau vorgegeben werden. Ist der Winkel dagegen
zu gross, dann wirkt die genannte Frontplatte als Hindernis statt als Ablenkung.
Die Frontplatten stossen an den Rändern (bzw. mit den anschliessenden Seitenwänden)
aneinander an und ermöglichen dadurch eine zuverlässige Führung des Wertpapiers ohne
Zuhilfenahme von zusätzlichen mechanischen Leitelementen. Das in Förderrichtung hintere
Modul kann gegenüber dem vorderen leicht zurückversetzt sein (z.B. um 1 mm).
Aufgrund der gekippten Anordnung der Frontplatte des zweiten Moduls wird die vordere
Kante der Banknoten nach dem Verlassen der Frontplatte des hinteren Moduls in einem
gewissen Winkel auf die Frontplatten des zweiten Moduls gestossen. Die Neigung der
zweiten Frontplatte erzwingt eine kleine Richtungsänderung. Infolgedessen wird das
blattartige Objekt gebogen. Die Biegung führt wegen einer gewissen Eigenstabilität dazu,
dass die Banknote im Bereich der Abtastachse des zweiten Moduls in Kontakt mit der
Frontplatte steht.
Die Zurückversetzung des zweiten Moduls gegenüber dem ersten kann zusätzlich zur
Festlegung der Stelle verwendet werden, an welcher die Banknote auf der Frontplatte auftrifft.
Die integrierten optischen Module sind - im Querschnitt zur Längsachse betrachtet - mit
Vorteil asymmetrisch. Die optischen Abtastachsen der benachbarten Module können auf
diese Weise näher zueinander gebracht werden. Die Module sind im Prinzip identisch aufgebaut
(wenn auch mit unterschiedlichen Wellenlängen arbeitend) und quasi seitenverkehrt
längsseitig aneinander gelegt.
Der Wellenlängenbereich des einen Moduls kann im sichtbaren und derjenige des anderen
ausserhalb des sichtbaren Spektrums liegen. Beispielsweise kann das eine Modul mit grünem
Licht und das andere mit Infrarot- oder UV-Licht arbeiten. Es können aber auch mehr
als zwei Wellenlängenbereiche und entsprechend viele Module vorgesehen sein. Im Prinzip
arbeitet jedes Modul monochromatisch. Es ist aber auch denkbar, dass z.B. eines der Module
mehrere Wellenlängen verarbeitet.
Ein für die Erkennung geeignetes optisches Modul erstreckt sich über die gesamte Breite
des Transportpfades der Wertpapiere. Für die Beleuchtung der Oberfläche des zu prüfenden
Wertpapiers sind z.B. mehrere, in regelmässigen Abständen angeordnete Lichtquellen
(z.B. Leuchtdioden) integriert. Anstelle einzelner punktförmiger Lichtquellen kann auch
eine Leuchtröhre oder dergleichen vorgesehen sein. Die optische Abtastachse wird durch
eine grössere Anzahl von Abbildungselementen (z.B. Stablinsen) auf optische Detektorpunkte
abgebildet. Die Anzahl der Detektorpunkte entspricht in der Regel einem Mehrfachen
(z.B. 10-fachen) der Abbildungselemente. Die ganze Anordnung befindet sich in einem
dicht abgeschlossenen, prismatischen (im Querschnitt z.B. quadratischen) Gehäuse
mit einer transparenten Abdeckung.
Gegenüberliegend zu den optischen Modulen ist mit Vorteil eine Transportrolle vorgesehen.
Die Banknote wird von dieser auf die transparenten Frontseiten der Module gedrückt.
Die genannte Rolle kann etwa in der Mitte zwischen den Modulen (d.h. am Übergang der
aneinander anschliessenden Frontseiten) angeordnet sein. Sie macht beispielsweise Kontakt
im Bereich der in Transportrichtung hinteren Kante der vorderen Frontplatte. Ziel ist
es, mit einer einzigen Rolle bzw. Walze sicherzustellen, dass das Wertpapier (namentlich im
Bereich der Abtastachsen) in Kontakt mit den Modulen ist, damit eine gleichbleibende optische
Abbildungsqualität gegeben ist.
Die ganze Vorrichtung (Einzug, Transportbahn, Speicherung etc.) ist vorzugsweise so ausgebildet,
dass die Banknoten (bzw. Wertpapiere) in Querrichtung transportiert und verarbeitet
werden können. Bei vorgegebener Transportgeschwindigkeit können somit mehr
Banknoten pro Zeiteinheit verarbeitet werden. Ferner ist eine Abweichung von der korrekten
Lage weniger kritisch.
Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben
sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:
- Fig. 1
- Eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Vorrichtung im
Querschnitt;
- Fig. 2
- eine schematische Darstellung der genannten Vorrichtung in der Draufsicht.
Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einer Anordnung zum Prüfen und Speichern
bzw. Sortieren von Banknoten 2. Diese werden von einem mehr oder weniger komplexen
System von Rollen, Leitblechen etc. von einem Eingabeschlitz zu einem Notenspeicher
transportiert (nicht dargestellt). An einer geeigneten Stelle des Transportsystems befindet
sich die Lesestation 1.
Im vorliegenden Zusammenhang interessiert nur die erfindungsgemässe Lesestation 1. Sie
tastet die vom nicht dargestellten Einzug angeförderten Banknoten 2 ab, identifiziert sie
und prüft ihre Echtheit.
Transportsysteme für Wertpapiere sind an sich bekannt und brauchen an dieser Stelle
nicht näher erläutert zu werden. In Fig. 1 sind beispielhaft zwei Rollen 4.1, 4.2 gezeigt,
welche die Banknote 2 anschliessend an die Lesestation 1 erfassen und auf einem vorgegebenen
Transportpfad 9 in der gewünschten Richtung wegbefördern. Typischerweise wird
die Banknote 2 in vergleichbarer Weise zur Lesestation 1 zugeführt. Um einen möglichst
zuverlässigen Transport sicherzustellen, werden die vor- und nachgelagerten Rollenpaare
möglichst nahe an die Lesestation 1 gebracht. Zusätzlich ist eine Rolle 3 gegenüber der
Lesestation 1 vorgesehen, welche die Banknote 2 an die transparenten Frontplatten 10, 11
drückt. Es ist zu erkennen, dass die Rolle 3 so gelagert und angeordnet ist, dass die Banknote
2 im Bereich des hinteren Randes 10.1 der vorderen Frontplatte 10 angedrückt wird.
Die Lesestation 1 umfasst zwei optische Module 5, 6. Diese sind durch eine Halterung 7
parallel aber leicht zueinander gekippt festhalten. Wie aus Fig. 1 erkennbar ist, ist der
Kippwinkel in der Grössenordnung von z.B. 5°. Die beiden Frontplatten 10, 11 sind also
nicht parallel zueinander. Weiter ist zu beachten, dass am Übergang zwischen den beiden
Modulen 5, 6 die Frontplatte 11 gegenüber der Frontplatte 10 in einer Richtung senkrecht
zum Transportpfad 9 leicht (z.B. 1 - 3 mm) zurückversetzt ist.
Die Halterung 7 trägt z.B. auch einen Steckeranschluss 8. Dieser stellt quasi das Hardwareinterface
zwischen den Modulen 5, 6 und der (nicht dargestellten) Elektronik zur Auswertung
der Signale dar. Im vorliegenden Beispiel ist die Elektronik auf einer oder mehrren
Platinen 18 untergebracht, welche ebenfalls im Gehäuse der Lesestation 1 eingeschoben
sind. Die Platinen 18 erstrecken sich z.B. senkrecht zum Transportpfad (in Fig. 1 nach
links).
Die beiden optischen Module sind im wesentlichen identisch aufgebaut. Im folgenden wird
deshalb nur das Modul 5 näher beschrieben.
Die Längsachse des Moduls 5 steht in der Darstellung der Fig. 1 senkrecht zur Zeichenebene
(d.h. parallel zur Drehachse der Rolle 3). Das Gehäuse des Moduls 5 ist im Querschnitt
z.B. quadratisch. An der Vorderseite ist die bereits erwähnte transparente Frontplatte
10 angeordnet. Im Modul 5 sind sowohl die Lichtquelle als auch die Photodetektoren
integriert. Als Lichtquelle dienen beispielsweise Leuchtdioden 12, welche die Abtastachse
12 beleuchten (vgl. auch Fig. 2). Bei einer Modullänge im Bereich von 15 bis 25 cm
werden beispielsweise 30 bis 60 Leuchtdioden 12 in regelmässigen Abständen über die
Länge verteilt. Die Strahlungskegel der Leuchtdioden 12 können überlappen, so dass eine
möglichst gleichmässige Beleuchtung erreicht wird.
Die Abtastachse 17 wird mit einer Reihe von Stablinsen 13 (oder anderen geeigneten optischen
Abbildungselementen) auf CCD-Detektoren 14 an der Rückwand 15 des Moduls 5
abgebildet. Die Zahl der Stablinsen 13 ist grösser als diejenige der Leuchtdioden 12. Bei
20 bis 40 Leuchtdioden 12 sind beispielsweise 100 Stablinsen vorgesehen (also etwa 4 bis
8 Mal mehr).
Die einzelnen Pixel der CCD-Detektoren 14 sind sehr klein im Verhältnis zur Apertur der
Stablinsen 13. Typischerweise sind auf die Länge der abgebildeten Abtastachse mehrere
tausend Pixel verteilt.
Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, ist der Aufbau des Moduls 5 im Querschnitt asymmetrisch.
Die Abtastachse befindet sich somit nicht in der Mitte der Frontplatte 10, sondern näher
beim Rand 10.1. Das zweite Modul 6 ist spiegelbildlich zum Modul 5 aufgebaut bzw. angeordnet.
Seine Abtastachse ist von der Mitte weg zum Rand 11.1 hin versetzt. Auf diese
Weise wird erreicht, dass der Abstand der Abtastachse kleiner als die Breite eines einzelnen
Moduls ist (z.B. 2/3 der Breite).
An den Rändern 10.1 und 11.1 stossen die Frontplatten 10 und 11 vorzugsweise versetzt
aneinander. Die Banknote 2 stösst also in einem Winkel von z.B. einigen wenigen Grad auf
die Frontplatte 11 und wird entsprechend abgelenkt.
Fig. 2 zeigt schematisch die Anordnung gemäss Fig. 1 in der Draufsicht. Die Banknote 2
wird in der Transportrichtung 16 an den Modulen 5, 6 vorbeigeführt. Die Längskante 2.1
der Banknote 2 steht quer zur Transportrichtung 16. Die Abtastachsen 17, 18 der Module
5, 6 verlaufen ebenfalls quer zur Transportrichtung 16 und haben einen minimalen gegenseitigen
Abstand.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform wird der seitliche Rand der Banknote 2 nicht
durch entsprechende Führungsmittel des Transportsystems positionsmässig vorgegeben,
sondern bei der Verarbeitung der Daten eruiert. Es kommt also nicht darauf an, welche
Position die Banknote 2 in der Richtung senkrecht zur Transportrichtung 16 einnimmt. Der
Rand und somit die Position des zu prüfenden Merkmals wird aus den Bilddaten berechnet.
Dies hat den Vorteil, dass ohne besondere hardwaremässige Vorkehrungen Noten völlig
unterschiedlicher Grösse verarbeitet werden können.
Die erfindungsgemässe Lesestation führt eine Prüfung auf der Basis von optisch detektierbaren
Merkmalen der Banknote durch. Es können z.B. vorgegebene Bereiche der Banknote
mit Hilfe von Mustererkennungsverfahren getestet werden. Die Grundlage der Analyse
bilden die Bildsignale, die mit den Modulen in verschiedenen Spektralbereichen (z.B. grün,
rot, Infrarot) abgetastet wurden.
Es ist klar, dass die Figuren nur eine der vielen möglichen Ausführungsformen der Erfindung
zeigen. Wenn beispielsweise das Wertpapier von beiden Seiten abgetastet werden
soll, können zwei der in den Figuren gezeigten Anordnungen vorgesehen sein. Sie werden
in Transportrichtung hintereinander angeordnet. Zeigen die beiden Seiten des Papiers unterschiedliche
Merkmale, dann kann es durchaus sinnvoll sein, Vorder- und Rückseite in
unterschiedlichen Wellenlängenbereichen abzutasten.
Die Schrägstellung und die Zurückversetzung des zweiten Moduls in bezug auf das erste
können kombiniert oder einzeln angewendet werden. Es ist grundsätzlich nicht ausgeschlossen,
dass mehrere Module in der erfindungsgemässen Weise unmittelbar aufeinander
folgen.
Eine monochromatische Detektion kann durch die Benutzung einer monochromatischen
Lichtquelle oder eines monochromatischen Photodetektors und/oder durch Benutzung
entsprechender Filter erreicht werden.
Herstellungstechnisch ist der mit den beschriebenen Ausführungsformen realisierbare
modulare Aufbau von Interesse. Er ebnet den Weg für eine kostengünstige Fertigung.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung mit einfachen
Mitteln eine schnelle und zuverlässige Prüfung von Wertpapieren mit Hilfe von optischer
Mustererkennung erlaubt. Besonders geeignet ist die Erfindung für Anwendungen im
Bankensektor (halb- oder vollautomatische Notentresore, automatische Schalter für das
Ein- und Auszahlen von Bargeld). Ein anderes mögliches Anwendungsgebiet könnte die
automatische Prüfung von Personenausweisen oder anderen persönlichen Dokumenten
sein.