EP1146489B1 - Sensoreinrichtung und Verfahren zum berührungslosen Abtasten einer Oberfläche eines Gegenstandes - Google Patents

Sensoreinrichtung und Verfahren zum berührungslosen Abtasten einer Oberfläche eines Gegenstandes Download PDF

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EP1146489B1
EP1146489B1 EP01108145.2A EP01108145A EP1146489B1 EP 1146489 B1 EP1146489 B1 EP 1146489B1 EP 01108145 A EP01108145 A EP 01108145A EP 1146489 B1 EP1146489 B1 EP 1146489B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
sensor elements
elements
coin
sensor device
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP01108145.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1146489A2 (de
EP1146489A3 (de
Inventor
Udo Laube
Jürgen Radzewitz
Gerd Weisse
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Phoenix Mecano Digital Elektronik GmbH
Original Assignee
Phoenix Mecano Digital Elektronik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Phoenix Mecano Digital Elektronik GmbH filed Critical Phoenix Mecano Digital Elektronik GmbH
Publication of EP1146489A2 publication Critical patent/EP1146489A2/de
Publication of EP1146489A3 publication Critical patent/EP1146489A3/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07D—HANDLING OF COINS OR VALUABLE PAPERS, e.g. TESTING, SORTING BY DENOMINATIONS, COUNTING, DISPENSING, CHANGING OR DEPOSITING
    • G07D5/00—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of coins, e.g. for segregating coins which are unacceptable or alien to a currency
    • G07D5/005—Testing the surface pattern, e.g. relief

Definitions

  • the invention relates to the field of non-contact scanning of surfaces of objects, in particular coins, coin-type tokens or the like.
  • Non-contact checking of coins are carried out, for example, by means of inductive and / or opto-electronic means.
  • EP 0508560 For example, a method and apparatus for contactless coin validation is known.
  • the coin is checked for authenticity by means of sampled physical signals.
  • the coin is rotated by at least 360 ° within a test cycle, wherein the coin is first centered with the aid of radially adjustable clamping elements relative to a sensor and then rotated.
  • the invention is therefore based on the object, a sensor device and a method for contactless scanning of a surface of objects, in particular a coin, a coin token or the like objects to create, which make it possible to achieve the mechanical effort to achieve sufficient accuracy in the Münzprü colng reduce, wherein the sensor device and the method should be designed so that surfaces of different objects can be scanned.
  • a sensor device according to the preamble of claim 1 according to the invention in that the sensor comprises a plurality of sensor elements with a respective individual sensor surface, wherein from the individual sensor surfaces of the plurality of sensor elements, a sensor matrix is formed, and the plurality of sensor elements for non-contact scanning individually such can be addressed that from the plurality of sensor elements, a number of selected sensor elements can be selected and addressed electronically.
  • the main advantage achieved with the invention over the prior art is that it provides a means of scanning a coin or other object placed opposite the sensor device in different surface areas by selecting sensor elements individually , This allows for any formed coins or objects signals are scanned in different surface areas and processed to identify the coin or the object.
  • the sensor device is basically suitable for any type of coins, coin tokens or objects, without constructive changes must be made to adapt the sensor device for the scanning of certain items.
  • the adaptation for scanning different coins or objects takes place in particular by the fact that certain sensor elements are addressed individually for scanning. As a result, a suitable sensor for a variety of applications is created.
  • An expedient development of the invention provides that the plurality. Sensor elements are arranged so that the number of selected sensor elements can be selected, so that the respective individual sensor surfaces of the selected sensor elements are arranged substantially along a circular path. As a result, the selected sensor elements are arranged along a simple, closed, geometric curve.
  • One regarding the clarity of the arrangement of the plurality of sensor elements and the structured selection of the selected sensor elements preferred embodiment of the invention provides that the plurality of sensor elements are arranged in rows and in columns.
  • the distances between adjacent ones of the plurality of sensor elements are small with respect to dimensions of the respective individual sensor surface of the adjacent sensor elements, whereby a fine sampling pattern is enabled in coin validation.
  • a resolution in one region of the sensor matrix is different from a resolution in another region of the sensor matrix.
  • a part of the plurality of sensor elements along at least two lines is arranged. With the aid of the signals detected along the two lines, it is advantageously possible to determine dimensions of the object to be tested or to use them for further calculations.
  • Calculations on the relative position of the surface of the object to be scanned with regard to the sensor device can advantageously be carried out if an axbox is formed with the aid of the at least two lines.
  • sensor elements which are arranged along the at least two lines are each designed as lens sensor elements.
  • the time for scanning along a circulating on the coin to be tested curve can be minimized if it is provided according to an advantageous embodiment of the invention that the a plurality of sensor elements comprise sensor elements with an at least partially encircling, individual sensor surface, wherein the at least partially encircling, individual Serisor arrangements each at least partially surrounds an inner opening.
  • the comparison of the sampled signals with existing standard signals can be carried out when the at least partially encircling, individual sensor surface is formed substantially along a circular path, wherein the radii of the respective circular paths differ.
  • a preferred embodiment of the invention with regard to a minimum expenditure of time for scanning a plurality of regions of the coin to be tested provides that the at least partially encircling, individual sensor surface of one of the sensor elements at least partially encompasses the at least partially encircling, individual sensor surface of another of the sensor elements.
  • a test which is uninfluenced by electromagnetic interference and includes the scanning of surface features of the coin to be tested or of the object to be tested can be carried out expediently if the plurality of sensor elements comprise optical sensor elements.
  • a light source for illuminating the surface of the object in the region of the sensor matrix.
  • a development of the invention provides that the plurality of sensor elements comprise inductive and / or magneto-optical sensor elements, whereby in addition material properties of the coin to be tested can be detected.
  • an electrical coil can be expediently arranged in the region of the sensor matrix.
  • An embodiment which is preferred with regard to optimizing the density of individual sensor areas per subarea of the sensor matrix and a suitable electronic circuit of the sensor device provides that one or all of the several sensor elements are formed on an integrated electronic component which is encompassed by the sensor.
  • a preferred embodiment of the invention provides that one or all of the plurality of sensor elements are formed as bonded components, whereby a simple, realizable with little effort construction of the sensor device is possible.
  • a coin 1 for checking a sensor device 2 is arranged opposite. With the aid of a plurality of sensor elements of the sensor device 2, the coin 1 is scanned. This is in FIG. 1 shown schematically with the aid of arrows A.
  • the sensor device 2 comprises a plurality of sensor elements (in FIG. 1 not shown), each having an individual sensor surface. The individual sensor surfaces form a sensor matrix 3, which faces the coin 1.
  • the plurality of sensor elements of the sensor device 2 For scanning the coin 1, the plurality of sensor elements of the sensor device 2 by means of a control device 4, which is electrically connected to the sensor device, individually addressed, so that for selected sensor elements of the plurality of sensor elements of the sensor device 2, a scanning individually triggered and the case detected scanning signals can be read from the selected sensor elements with the aid of the control device 4.
  • the plurality of sensor elements can be addressed individually or in groups simultaneously or successively.
  • the read-out scanning signals or characteristics derived therefrom are then compared with pre-stored standard signals to decide whether the coin 1 is of a certain type of coin.
  • the standard signals are hereby stored in memory means of the control device 4.
  • the control device 4 may be any electronic device that is suitable for individually and separately addressing, controlling and / or reading the plurality of sensor elements of the sensor device 2. It can be provided that the control device 4 also controls the power supply of the sensor device 2.
  • control device 4 further control functions in a Münzprüf worn (not shown), in which the sensor device 2 and the control device 4 are arranged, take over.
  • a process for sorting out coins which were recognized as being unreal can be controlled.
  • the control device 4 can be completely or partially integrated into the sensor device 2.
  • the object to be tested with the aid of the sensor device 2 was used in conjunction with FIG. 1 referred to as a coin 1.
  • the object to be tested may also be coin-like tokens, tokens or any objects, in particular planar objects, for example buttons whose dimensions to the sensor matrix 3 of the sensor device 2 are in such a size ratio that scanning signals can be detected with the aid of the sensor device which allow identification of the object.
  • a sensor device 20 is shown in front view.
  • a sensor matrix 22 is formed by individual sensor surfaces 21 of the sensor elements.
  • the individual sensor surfaces 21 are arranged in rows and columns.
  • the sensor elements of the sensor device 20 can be selected so that the individual sensor surfaces 21 of the selected sensor elements are arranged along arbitrary curves. In FIG. 2 this is shown by way of example for lying on a circular path 23 individual sensor surfaces 21.
  • the individual addressing or the individual read-out of sensor elements of the sensor device 20 it is possible to realize any desired curve shape which is possible on account of the grid-like arrangement of the individual sensor surfaces 21.
  • the sensor elements arranged and selected along the desired curve are preferably addressed simultaneously, so that the scanning process for checking the coin can be carried out in as short a time as possible. How many sensor elements can be addressed or read out at the same time essentially depends on the capacity or performance of the control device connected to the sensor device 20.
  • FIG. 3 another sensor device 30 is shown schematically in front view.
  • the individual sensor surfaces 33 arranged in adjacent rows 31, 32 are offset relative to one another.
  • FIG. 2 schematically illustrates a sensor device 40 in which the plurality of sensors whose individual sensor surfaces 41 form a sensor matrix 42 are of a different type.
  • a higher resolution is formed than in a region of another part 44 of the plurality of sensor elements. This makes it possible that with the aid of the addressing of the one part, 43 of the plurality of sensor elements selected areas of the coin to be tested are scanned with a higher resolution. This is particularly useful when the one part 43 of the plurality of sensor elements, as in FIG. 4 shown, is arranged so that a coordinate system 45 is formed.
  • a center point of the coin to be tested can then be determined, in order subsequently to select selected sensor elements for scanning the coin to be tested as a function of the determined center point of the coin to be tested. In this way, it can be ensured, for example, that during scanning of the coin to be tested along a circular path the circular path is centered with respect to the coin to be tested. But also any relative positioning of the realized using the selected sensor elements scanning curve with respect to the center of the coin is possible.
  • a coordinate system 51 can be realized with the aid of a plurality of sensor elements which have individual line sensor surfaces 52.
  • a sensor device 60 may comprise sensor elements which have an at least partially encircling, individual sensor surface 61.
  • the at least partially encircling, individual sensor surfaces 61 may be with respect to a respective radius distinguish so that the coin to be tested can be scanned along several tracks that differ in their respective scope.
  • the sensor device 60 may comprise further sensor elements which have closed, individual sensor surfaces 62. Any combinations of sensor elements with line sensor surfaces 52 (see. FIG. 5 ) and / or sensor elements with at least partially encircling, individual sensor surfaces 61 (see. FIG. 6 ) and / or sensor elements with closed, substantially point-shaped sensor surfaces 62 are possible. In this way, a sensor device can be individually designed so that it is adapted for scanning certain coins or flat objects. What is essential here is that the sensor elements combined with each other can be addressed or read out individually at the same time or successively in order to carry out a scanning process which is optimized with regard to the specific characteristics of the object to be tested and the time required for the checking process.
  • a sensor matrix which is substantially rectangular, may also be provided a sensor matrix which is circular or diamond-shaped or corresponds to any other geometric shape.
  • the sensor device has hitherto been described independently of the individual characteristics of the plurality of sensor elements.
  • the plurality of sensor elements can, for example, have optically sensitive sensor surfaces (CCD elements, photodiodes).
  • CCD elements optically sensitive sensor surfaces
  • the light reflected from the coin to be tested as a function of height differences of the embossing and / or the edges is then detected with the aid of the sensor elements which were individually addressed for the specific scanning process.
  • the light source for illuminating the coin to be tested may itself be integrated in the sensor device, preferably in the region of the sensor matrix 22 or 42, or are located on the edge of the sensor device or the sensor matrix 22 or 42, so that illumination of the surface to be scanned is made possible.
  • the light source and the optically sensitive sensor surfaces are matched with respect to the spectral range used.
  • the sampling of the coin to be tested is passively carried out by means of the use of an external magnetic field of a suitable frequency or active, in that the sensor elements of the sensor device generate a magnetic field within or on the surface of the coin to be tested in order to generate eddy currents.
  • the resulting and sampled signals are then evaluated for feature extraction.
  • Means for generating the external magnetic field e.g., coils
  • the already described light source may be integrated into the sensor device, preferably in the region of the sensor or sensor matrix 22, 42, respectively.
  • magneto-optical sensor elements can be provided.
  • the coin or sheet is moved relative to the sensor means.
  • the position of the coin or of the planar object relative to the sensor device is changed between two scanning operations, during which each sensor element is individually addressed or read out. During the scanning itself, the coin or the flat object is then at rest relative to the sensor device.
  • the accuracy of the Ofer ulcerabtastung with the help of the sensor device 2 will be executed with the highest accuracy when the coin to be tested or the object to be tested during the scanning is relative relative to the sensor device 2.
  • the object to be tested moves past the sensor device 2 during the scanning process.
  • a possibly reduced sampling accuracy may be sufficient for certain applications.
  • the advantage of an object moving past the sensor device 2 during the scanning operation would be that a larger number of objects can be scanned in a certain time interval since the stopping of the object to be tested against the sensor device 2 is eliminated.
  • a plurality of sensor devices are arranged along a direction of movement of the objects to be scanned. For example, coins on a treadmill could be moved past an array of sensor devices.
  • the individual sensor devices scan different or the same regions of the surface of the objects to be tested with the aid of the sensor matrix formed on the respective sensor devices.
  • the scanning signals or parameters derived therefrom at the individual sensor devices are then evaluated for testing the objects.

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Description

  • Die Erfindung liegt auf den Gebiet des berührungslosen Abtastens von Oberflächen von Gegenständen insbesondere von Münzen, münzartigen Wertmarken oder dergleichen Gegenstände.
  • Verfahren zum berührungslosen Prüfen von Münzen werden beispielsweise mit Hilfe induktiver und/oder opto-elektronischer Mittel durchgeführt. Aus der Druckschrift EP 0508560 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum berührungslosen Prüfen von Münzen bekannt. Bei dem gekannten Verfahren wird die Münze mit Hilfe abgetasteter physikalischer Signale auf ihre Echtheit geprüft. Bei der Prüfung wird die Münze innerhalb eines Prüfzyklus um mindestens 360° gedreht, wobei die Münze mit Hilfe radial verstellbarer Spannelemente gegenüber einem Sensor zunächst zentriert und anschließend gedreht wird. Voraussetzung für eine hohe Genauigkeit bei der optoelektronischen Münzprüfung ist bei dem bekannten Verfahren, daß ein genaues und exaktes Erfassen und Zentrieren der zu prüfenden Münze erfolgt, da bereits kleinste Ungenauigkeiten und Abweichungen beim Zentrieren und anschließenden Abtasten zu Fehlinterpretationen und Betriebsstörungen führen können. Hierfür ist bei dem bekannten Verfahren ein relativ großer mechanischer Aufwand notwendig. Weitere Verfahren, die den Stand der Technik darstehen, werden in der US-A-4267916 , DE-A-2716740 und EP-A-0724237 beschrieben.
  • Insbesondere bei mobilen Münzprüfgeräten muß darauf geachtet werden, daß trotz nicht zu verhindernder Schwingungen die exakte Aufnahme und Führung der Münze während des Prüfzyklus gewährleistet ist und Fehlinterpretationen sicher vermieden werden.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung und ein Verfahren zum berührungslosen Abtasten einer Oberfläche von Gegenständen, insbesondere einer Münze, einer münzartigen Wertmarke oder dergleichen Gegenstände zu schaffen, welche es ermöglichen, den mechanischen Aufwand zum Erreichen einer ausreichenden Genauigkeit bei der Münzprüfüng zu vermindern, wobei die Sensoreinrichtung und das Verfahren so gestaltet sein sollen, daß Oberflächen verschiedenster Gegenstände abgetastet werden können.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Sensoreinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sensor mehrere Sensorelemente mit einer jeweiligen individuellen Sensorfläche aufweist, wobei von den individuellen Sensorflächen der mehreren Sensorelemente eine Sensormatrix gebildet ist, und die mehreren Sensorelemente zum berührungslosen Abtasten einzeln derart adressierbar sind, daß aus den mehreren Sensorelementen eine Anzahl ausgewählter Sensorelemente elektronisch ausgewählt und adressiert werden kann.
  • Der wesentliche Vorteil, welcher mit der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik erreicht ist, besteht darin, daß eine Möglichkeit geschaffen ist, eine Münze oder einen anderen Gegenstand, der der Sensoreinrichtung gegenüberliegend angeordnet ist, in verschiedenen Oberflächenbereichen dadurch abzutasten, daß Sensorelemente einzeln ausgewählt werden. Hierdurch können für beliebig ausgebildete Münzen oder Gegenstände Signale in verschiedenen Oberflächenbereichen abgetastet werden und zur Identifizierung der Münze bzw. des Gegenstands verarbeitet werden. Die Sensoreinrichtung ist grundsätzlich für jede Art von Münzen, münzartiger Wertmarken oder Gegenstände geeignet, ohne daß konstruktive Veränderungen vorgenommen werden müssen, um die Sensoreinrichtung für die Abtastung bestimmter Gegenstände anzupassen. Die Anpassung zum Abtasten verschiedener Münzen oder Gegenstände erfolgt insbesondere dadurch, daß bestimmte Sensorelemente zum Abtasten individuell adressiert werden. Hierdurch ist eine für verschiedenste Anwendungen geeignete Sensoreinrichtung geschaffen.
  • Da mit Hilfe der Auswahl bestimmter Sensorelemente in verschiedenen Bereichen der abzutastenden Münze bzw. des abzutastenden Gegenstands Signale erfaßt werden können, ist es grundsätzlich nicht notwendig, die Münze bzw. den Gegenstand relativ zur Sensoreinrichtung mechanisch zu bewegen. Auf diese Weise kann der mechanische Aufwand für die Konstruktion von Münz- bzw. Oberflächenprüfeinrichtungen vermindert werden. Die Einsparung mechanischer Mittel zum Bewegen der Münze unterstützt hierbei die Miniaturisierung von Münzprüfeinrichtungen. Die Prüfgenauigkeit des Abtastvorgangs kann dadurch optimiert werden, daß sich die zu prüfende Münze und die Abtastvorrichtung (Sensoreinrichtung) beim Abtastvorgang relativ zueinander in einer Ruhestellung befinden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die zu prüfende Münze bzw. der zu prüfende Gegenstand während des Abtastvorgangs relativ zur Abtastvorrichtung bewegt wird, wenn die bei einem derartigen Abtastvorgang erreichte Prüfgenauigkeit für den speziellen Anwendungsfall ausreichend ist.
  • Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die mehreren. Sensorelemente so angeordnet sind, daß die Anzahl ausgewählter Sensorelemente ausgewählt werden kann, so daß die jeweiligen individuellen Sensorflächen der ausgewählten Sensorelemente im wesentlichen entlang einer Kreisbahn angeordnet sind. Hierdurch sind die ausgewählten Sensorelemente entlang einer einfachen, geschlossenen, geometrischen Kurve angeordnet.
  • Eine hinsichtlich der Übersichtlichkeit der Anordnung der mehreren Sensorelemente und der strukturierten Auswahl der ausgewählten Sensorelemente bevorzugter Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die mehreren Sensorelemente in Reihen und in Spalten angeordnet sind.
  • Zweckmäßig sind die Abstände zwischen benachbarten der mehreren Sensorelemente klein gegenüber Abmessungen der jeweiligen individuellen Sensorfläche der benachbarten Sensorelemente, wodurch ein feines Abtastraster bei der Münzprüfung ermöglicht ist.
  • Um das Abtasten dahingehend zu optimieren, daß bei der Münzprüfung einzelne Bereiche der zu prüfenden Münze genauer als andere Bereiche der Münze untersucht werden, kann vorgesehen sein, daß ein Auflösungsvermögen in einem Bereich der Sensormatrix von einem Auflösungsvermögen in einem anderen Bereich der Sensormatrix verschieden ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß ein Teil der mehreren Sensorelemente entlang mindestens zweier Linien angeordnet ist. Mit Hilfe der entlang der beiden Linien detektierten Signale können vorteilhaft Abmessungen des zu prüfenden Gegenstands ermittelt werden oder für weitere Berechnungen genutzt werden.
  • Berechnungen zur relativen Lage der abzutastenden Oberfläche des Gegenstands hinsichtlich der Sensoreinrichtung können vorteilhaft dann ausgeführt werden, wenn mit Hilfe der mindestens zwei Linien ein Achsenkreuz gebildet ist.
  • Zur Minimierung der Anzahl der Sensorelemente, die zur Ausbildung der beiden Linien verwendet werden, sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, daß Sensorelemente, die entlang der mindestens zwei Linien angeordnet sind, jeweils als Linsensensorelemente ausgebildet sind.
  • Die Zeit zum Abtasten entlang einer auf der zu prüfenden Münze umlaufende Kurve kann minimiert werden, wenn gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, daß die mehreren Sensorelemente Sensorelemente mit einer wenigstens teilweise umlaufenden, individuellen Sensorfläche umfassen, wobei die wenigstens teilweise umlaufende, individuelle Serisorfläche jeweils eine innere Öffnung zumindest teilweise umgibt.
  • Der Vergleich der abgetasteten Signale mit bereits vorhandenen Standardsignalen kann dann ausgeführt werden, wenn die wenigstens teilweise umlaufende, individuelle Sensorfläche im wesentlichen entlang einer Kreisbahn ausgebildet ist, wobei sich die Radien der jeweiligen kreisbahnen unterscheiden.
  • Eine hinsichtlich eines minimalen Zeitaufwandes für das Abtasten mehrerer Bereiche der zu prüfenden Münze bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die wenigstens teilweise umlaufende, individuelle Sensorfläche eines der Sensorelemente die wenigstens teilweise umlaufende, individuelle Sensorfläche eines anderen der Senorelemente zumindest teilweise umfaßt.
  • Eine von elektromagnetischen Störungen unbeeinflußte und die Abtastung von Oberflächenmerkmalen der zu prüfenden Münze bzw. des zu prüfenden Gegenstands umfassende Prüfung ist dann zweckmäßig ausführbar, wenn die mehreren Sensorelemente optische Sensorelemente umfassen.
  • Um den Integräfionsgrad der Sensoreinrichtung zu erhöhen, kann zweckmäßig vorgesehen sein, daß im Bereich der Sensormatrix eine Lichtquelle zur Beleuchtung der Oberfläche des Gegenstands angeordnet ist.
  • Eine Fortbildung der Erfindung sieht vor, daß die mehreren Sensorelemente induktive und/oder magneto-optische Sensorelemente umfassen, wodurch zusätzlich Materialeigenschaften der zu prüfenden Münze erfaßt werden können.
  • Beim Abtasten induktiver Parameter kann eine elektrische Spule zweckmäßig im Bereich der Sensormatrix angeordnet sein.
  • Eine hinsichtlich einer Optimierung der Dichte von individuellen Sensorflächen pro Teilfläche der Sensormatrix und einer zweckmäßigen elektronischen Beschaltung der Sensoreinrichtung bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß ein oder alle der mehreren Sensorelemente auf einem integrierten elektronischen Bauelement ausgebildet sind, welches von dem Sensor umfaßt ist.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß ein oder alle der mehreren Sensorelemente als gebondete Bauelemente ausgebildet sind, wodurch ein einfacher, mit wenig Aufwand realisierbarer Aufbau der Sensoreinrichtung ermöglicht ist.
  • Die Verfahrensansprüche weisen die in Zusammenhang mit den zugehörigen Vonrichtungsansprüchen aufgezählten Vorteile entsprechend auf.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum Prüfen einer Münze;
    Figur 2
    eine schematische Darstellung einer Sensorfläche mit mehreren Sensorelementen;
    Figur 3
    eine weitere Sensorfläche mit mehreren Sensorelementen;
    Figur 4
    die Sensorfläche nach Figur 2, wobei ein Teil der mehreren Sensorelemente ein höheres Auflösungsvermögen als ein anderer Teil der mehreren Sensorelemente aufweist;
    Figur 5
    eine weitere Ausführungsform einer Sensorfläche, wobei mit Hilfe mehrerer Liniensensorelemente ein Achsenkreuz gebildet ist; und
    Figur 6
    eine andere Ausfiihrungsform einer Sensorfläche, wobei mehrere Sensorelemente eine umlaufende individuelle Sensorfläche aufweisen.
  • Gemäß Figur 1 wird eine Münze 1 zum Prüfen einer Sensoreinrichtung 2 gegenüberliegend angeordnet. Mit Hilfe mehrerer Sensorelemente der Sensoreinrichtung 2 wird die Münze 1 abgetastet. Dieses ist in Figur 1 schematisch mit Hilfe von Pfeilen A gezeigt. Zum Abtasten der Münze 1 umfaßt die Sensoreinrichtung 2 mehrere Sensorelemente (in Figur 1 nicht dargestellt), die jeweils eine individuelle Sensorfläche aufweisen. Die individuellen Sensorflächen bilden eine Sensormatrix 3, die der Münze 1 zugewandt ist. Zum Abtasten der Münze 1 werden die mehreren Sensorelemente der Sensoreinrichtung 2 mit Hilfe einer Steuereinrichtung 4, die mit der Sensoreinrichtung elektrisch verbunden ist, individuell adressiert, so daß für ausgewählte Sensorelemente der mehreren Sensorelemente der Sensoreinrichtung 2 ein Abtastvorgang jeweils individuell ausgelöst und die hierbei erfaßten Abtastsignale mit Hilfe der Steuereinrichtung 4 von den ausgewählten Sensorelementen ausgelesen werden können. Hierbei können die mehreren Sensorelemente einzeln oder in Gruppen gleichzeitig oder nacheinander adressiert werden. Die ausgelesenen Abtastsignale oder hieraus abgeleitete Kenngrößen werden dann mit vorab gespeicherten Standardsignalen verglichen, um zu entscheiden, ob die Münze 1 von einer bestimmten Münzenart ist. Die Standardsignale sind hierbei in Speichermitteln der Steuereinrichtung 4 gespeichert. Bei der Steuereinrichtung 4 kann es sich um ein beliebiges elektronisches Gerät handeln, das geeignet ist, die mehreren Sensorelemente der Sensoreinrichtung 2 individuell und getrennt zu adressieren, anzusteuern und/oder auszulesen. Hierbei kann vorgesehen sein, daß die Steuereinrichtung 4 auch die Spannungsversorgung der Sensoreinrichtung 2 steuert.
  • Darüber hinaus kann die Steuereinrichtung 4 weitere Steuerfunktionen in einer Münzprüfeinrichtung (nicht dargestellt), in welcher die Sensoreinrichtung 2 und die Steuereinrichtung 4 angeordnet sind, übernehmen. Beispielsweise kann mit Hilfe der Steuereinrichtung 4 in Abhängigkeit vom Ergebnis der Münzprüfung ein Vorgang zum Aussortieren von Münzen gesteuert werden, die als unecht erkannt wurden.
  • Die Steuereinrichtung 4 kann ganz oder teilweise in die Sensoreinrichtung 2 integriert sein.
  • Der mit Hilfe der Sensoreinrichtung 2 zu prüfende Gegenstand wurde in Verbindung mit Figur 1 als eine Münze 1 bezeichnet. Es kann sich bei dem zu prüfenden Gegenstand jedoch auch um münzähnliche Wertmarken, Token oder jegliche, insbesondere flächige Gegenstände, beispielsweise Knöpfe handeln, deren Abmessungen zu der Sensormatrix 3 der Sensoreinrichtung 2 in einem solchen Größenverhältnis stehen, daß mit Hilfe der Sensoreinrichtung Abtastsignale erfaßt werden können, die eine Identifizierung des Gegenstands ermöglichen.
  • In Figur 2 ist eine Sensoreinrichtung 20 in Vorderansicht gezeigt. Auf der Sensoreinrichtung 20 ist von individuellen Sensorflächen 21 der Sensorelemente eine Sensormatrix 22 gebildet. Die individuellen Sensorflächen 21 sind hierbei in Zeilen und Spalten angeordnet. Zum Abtasten der zu prüfenden Münze können die Sensorelemente der Sensoreinrichtung 20 so ausgewählt werden, daß die individuellen Sensorflächen 21 der ausgewählten Sensorelemente entlang beliebiger Kurvenverläufe angeordnet sind. In Figur 2 ist dieses beispielhaft für die auf einer Kreisbahn 23 liegenden individuellen Sensorflächen 21 dargestellt.
  • Mit Hilfe der individuellen Adressierung bzw. des individuellen Auslesens von Sensorelementen der Sensoreinrichtung 20 kann jede beliebige Kurvenform realisiert werden, die aufgrund der rasterartigen Anordnung der individuellen Sensorflächen 21 möglich ist. Hierbei werden die entlang der gewünschten Kurve angeordneten und ausgewählten Sensorelemente vorzugsweise gleichzeitig adressiert, so daß der Abtastvorgang zum Prüfen der Münze in möglichst kurzer Zeit ausgeführt werden kann. Wie viele Sensorelemente gleichzeitig adressiert bzw. ausgelesen werden können, hängt im wesentlichen von der Kapazität bzw. Leistungsfähigkeit der mit der Sensoreinrichtung 20 verbundenen Steuereinrichtung ab.
  • In Figur 3 ist eine weitere Sensoreinrichtung 30 schematisch in Vorderansicht dargestellt. Im Vergleich zur Sensoreinrichtung 20 nach Figur 2 sind die in benachbarten Reihen 31, 32 angeordneten individuellen Sensorflächen 33 versetzt zueinander angeordnet. Mit Hilfe einer derartigen Anordnung der individuellen Sensorflächen 33 ist es beispielsweise möglich, Sensorelemente so auszuwählen, daß deren individuelle Sensorflächen 34 entlang einer viereckigen Kurve 35 liegen.
  • In Figur 4 ist eine Sensoreinrichtung 40 schematisch dargestellt, bei der die mehreren Sensoren, deren individuelle Sensorflächen 41 einer Sensormatrix 42 bilden, von einem verschiedenen Typ sind. Einerseits kann vorgesehen sein, daß im Bereich eines Teils 43 der mehreren Sensorelemente ein höheres Auflösungsvermögen als in einem Bereich eines anderen Teils 44 der mehreren Sensorelemente ausgebildet ist. Hierdurch ist es möglich, daß mit Hilfe der Adressierung des einen Teils, 43 der mehreren Sensorelemente ausgewählte Bereiche der zu prüfenden Münze mit einer höheren Auflösung abgetastet werden. Dieses ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn der eine Teil 43 der mehreren Sensorelemente, wie in Figur 4 gezeigt, so angeordnet ist, daß ein Achsenkreuz 45 gebildet ist. Mit Hilfe des einen Teils 43 der mehreren Sensorelemente kann dann ein Mittelpunkt der zu prüfenden Münze ermittelt werden, um anschließend in Abhängigkeit von dem ermittelten Mittelpunkt der zu prüfenden Münze ausgewählte Sensorelemente zum Abtasten der zu prüfenden Münze auszuwählen. Hierdurch kann beispielsweise gewährleistet werden, daß beim Abtasten der zu prüfenden Münze entlang einer Kreisbahn die Kreisbahn hinsichtlich der zu prüfenden Münze zentriert ist. Aber auch eine beliebige relative Positionierung der mit Hilfe der ausgewählten Sensorelemente realisierten Abtastkurve hinsichtlich des Mittelpunkts der Münze ist möglich.
  • Gemäß Figur 5 kann bei einer Sensoreinrichtung 50 ein Achsenkreuz 51 mit Hilfe von mehreren Sensorelementen realisiert werden, die individuelle Liniensensorflächen 52 aufweisen.
  • Wie aus Figur 6 hervorgeht, kann eine Sensoreinrichtung 60 Sensorelemente umfassen, die eine wenigstens teilweise umlaufende, individuellen Sensorfläche 61 aufweisen. Die wenigstens teilweise umlaufenden, individuellen Sensorflächen 61 können sich hinsichtlich eines jeweiligen Radius unterscheiden, so daß die zu prüfende Münze entlang mehrerer Bahnen abgetastet werden kann, die sich hinsichtlich ihres jeweiligen Umfangs unterscheiden.
  • Gemäß Figur 6 kann die Sensoreinrichtung 60 neben den Sensorelementen mit den wenigstens teilweise umlaufenden, individuellen Sensorflächen 61 weitere Sensorelemente umfassen, die geschlossene, individuelle Sensorflächen 62 aufweisen. Beliebige Kombinationen von Sensorelementen mit Liniensensorflächen 52 (vgl. Figur 5) und/oder Sensorelementen mit wenigstens teilweise umlaufenden, individuellen Sensorflächen 61 (vgl. Figur 6) und/oder Sensorelementen mit geschlossenen, im wesentlichen punktförmigen Sensorflächen 62 sind möglich. Hierdurch kann eine Sensoreinrichtung individuell so gestaltet werden, daß sie zum Abtasten bestimmter Münzen oder flächiger Gegenstände angepaßt ist. Wesentlich hierbei ist, daß die miteinander kombinierten Sensorelemente jeweils individuell gleichzeitig oder nacheinander adressierbar bzw. auslesbar sind, um einen hinsichtlich der konkreten Ausprägung des zu prüfenden Gegenstands und des für den Prüfvorgang notwendigen Zeitaufwands optimierten Abtastvorgang auszuführen.
  • Obwohl bei den beschriebenen Ausführungsformen nach den Figuren 2 bis 6 mit Hilfe der individuellen Sensorflächen jeweils eine Sensormatrix gebildet ist, die im wesentlichen rechteckförmig ist, kann auch eine Sensormatrix vorgesehen sein, die kreisförmig oder rautenförmig ist oder einer beliebigen anderen geometrischen Form entspricht.
  • Die Sensoreinrichtung wurde bisher unabhängig von der individuellen Ausprägung der mehreren Sensorelemente beschrieben. Die mehreren Sensorelemente können beispielsweise optisch empfindliche Sensorflächen (CCD-Elemente, Fotodioden) aufweisen. In diesem Fall ist eine Beleuchtung der zu prüfenden Münzen mit Hilfe einer Lichtquelle notwendig. Das von der zu prüfenden Münze in Abhängigkeit von Höhenunterschieden der Prägung und/oder der Ränder reflektierte Licht wird dann mit Hilfe der Sensorelemente erfaßt, die für den konkreten Abtastvorgang individuell adressiert wurden. Die Lichtquelle zur Beleuchtung der zu prüfenden Münze kann selbst in die Sensoreinrichtung integriert sein, vorzugsweise im Bereich der Sensormatrix 22 bzw. 42, oder sich am Rande der Sensoreinrichtung oder der Sensormatrix 22 bzw. 42 befinden, so daß eine Beleuchtung der abzutastenden Oberläche ermöglicht ist. Die Lichtquelle und die optisch empfindlichen Sensorflächen sind hinsichtlich des genutzten Spektralbereichs aufeinander abgestimmt.
  • Es können weiterhin induktive Sensorelemente vorgesehen sein. Hierbei erfolgt die Abtastung der zu prüfenden Münze passiv mit Hilfe der Verwendung eines externen Magnetfelds einer geeigneten Frequenz oder aktiv, indem die Sensorelemente der Sensoreinrichtung zur Erzeugung von Wirbelströmen innerhalb oder an der Oberfläche der zu prüfenden Münze ein Magnetfeld erzeugen. Die hieraus resultierenden und abgetasteten Signale werden dann zur Merkmalsgewinnung ausgewertet. Mittel zum Erzeugen des externen Magnetfelds (z.B. Spulen) können ebenso, wie die bereits beschriebene Lichtquelle, in die Sensoreinrichtung integriert sein, vorzugsweise im Bereich des Sensors oder der Sensormatrix 22 bzw. 42.
  • Darüber hinaus können magneto-optische Sensorelementen vorgesehen sein.
  • Obwohl zur Verminderung des mechanischen Aufwands bei der Herstellung einer Münzprüfeinrichtung, in welcher sich die Münze bzw. der flächige Gegenstand beim Abtasten in einer Ruhelage ist, kann vorgesehen sein, daß die Münze oder der flächige Gegenstand relativ zur Sensoreinrichtung bewegt wird. Beispielsweise kann zwischen zwei Abtastvorgängen, während derer jeweils Sensorelemente individuell adressiert bzw. ausgelesen werden, vorgesehen sein, daß die Position der Münze bzw. des flächigen Gegenstands relativ zur Sensoreinrichtung verändert wird. Während der Abtastvorgänge selbst befindet sich die Münze bzw. der flächige Gegenstand dann in Ruhe relativ zur Sensoreinrichtung.
  • Grundsätzlich wird die Genauigkeit der Oferflächenabtastung mit Hilfe der Sensoreinrichtung 2 dann mit der höchsten Genauigkeit ausführbar sein, wenn die zu prüfende Münze bzw. der zu prüfende Gegenstand sich beim Abtastvorgang in relativer Ruhe bezüglich der Sensoreinrichtung 2 befindet. Bei bestimmten Anwendungen der beschriebenen Sensoreinrichtung 2 kann jedoch vorgesehen sein, daß sich der zu prüfende Gegenstand während des Abtastvorgangs an der Sensoreinrichtung 2 vorbei bewegt. Eine hierbei möglicherweise verminderte Abtastgenauigkeit kann für bestimmte Anwendungszwecke jedoch ausreichend sein. Vorteil eines sich an der Sensoreinrichtung 2 während des Abtastvorgangs vorbeibewegenden Gegenstands wäre es, daß eine größere Anzahl von Gegenständen in einem bestimmten Zeitintervall abgetastet werden kann, da das Anhalten des zu prüfenden Gegenstands gegenüber der Sensoreinrichtung 2 entfällt.
  • Um in einem vorgegebenen Zeitraum die Oberfläche von einer möglichst großen Anzahl von Gegenständen jeweils mit Hilfe einer Sensoreinrichtung 2 gemäß der vorhergehenden Beschreibung abtasten zu können, kann vorgesehen sein, daß mehrere Sensoreinrichtungen entlang einer Bewegungsrichtung der abzutastenden Gegenstände angeordnet sind. Beispielsweise könnten Münzen auf einem Laufband an einer Anordnung von Sensoreinrichtungen vorbeibewegt werden. Die einzelnen Sensoreinrichtungen tasten mit Hilfe der an den jeweiligen Sensoreinrichtungen ausgebildeten Sensormatrix verschiedene oder die gleichen Bereiche der Oberfläche der zu prüfenden Gegenstände ab. Die Abtastsignale oder hieraus abgeleitete Kenngrößen an den einzelnen Sensoreinrichtungen werden dann zur Prüfung der Gegenstände ausgewertet.
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausfiihrungsformen von Bedeutung sein.

Claims (29)

  1. Sensoreinrichtung zum berührungslosen Abtasten einer Oberfläche eines Gegenstandes, insbesondere einer Münze, einer münzartigen Wertmarke oder dergleichen, mit einem Sensor, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor mehrere Sensorelemente mit einer jeweiligen individuellen Sensorfläche (21) aufweist, wobei von den individuellen Sensorflächen (21) der mehreren Sensorelemente eine Sensormatrix (22) gebildet ist, und die mehreren Sensorelemente zum berührungslosen Abtasten einzeln derart adressierbar sind, daß aus den mehreren Sensorelementen eine Anzahl ausgewählter Sensorelemente elektronisch ausgewählt und adressiert werden kann.
  2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Sensorelemente so angeordnet sind, daß die Anzahl ausgewählter Sensorelemente ausgewählt werden kann, so daß die jeweiligen individuellen Sensorflächen (21) der ausgewählten Sensorelemente im wesentlichen entlang einer Kreisbahn (23) angeordnet sind.
  3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Sensorelemente in Reihen und in Spalten angeordnet sind.
  4. Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Abstände zwischen benachbarten der mehreren Sensorelemente klein gegenüber Abmessungen der jeweiligen individuellen Sensorfläche (21) der benachbarten Sensorelemente sind.
  5. Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auflösungsvermögen in einem Bereich der Sensormatrix (22) von einem Auflösungsvermögen in einem anderen Bereich der Sensormatrix (22) verschieden ist.
  6. Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der mehreren Sensorelemente entlang mindestens zweier Linien angeordnet ist.
  7. Sensoreinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der mindestens zwei Linien ein Achsenkreuz gebildet ist.
  8. Sensoreinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß Sensorelemente, die entlang der mindestens zwei Linien angeordnet sind, jeweils als Liniensensorelemente (52) ausgebildet sind.
  9. Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenntzeichnet, daß die mehreren Sensorelemente Sensorelemente mit einer wenigstens teilweise umlaufenden, individuellen Sensorfläche (61) umfassen, wobei die wenigstens teilweise umlaufende, individuelle Sensorfläche (61) jeweils eine innere Öffnung zumindest teilweise umgibt.
  10. Sensoreinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens teilweise umlaufende, individuelle Sensorfläche (61) im wesentlichen entlang einer Kreisbahn ausgebildet ist, wobei sich Radien der jeweiligen Kreisbahnen unterscheiden..
  11. Sensoreinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens teilweise umlaufende, individuelle Sensorfläche eines der Sensorelemente die wenigstens teilweise umlaufende, individuelle Sensorfläche eines anderen der Sensorelemente zumindest teilweise umfaßt.
  12. Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Sensorelemente optische Sensorelemente umfassen.
  13. Sensoreinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Sensormatrix (22) eine Lichtquelle zur Beleuchtung der Oberfläche des Gegenstands angeordnet ist.
  14. Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Sensorelemente induktive Sensorelemente umfassen.
  15. Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Sensorelemente magneto-optische Sensorelemente umfassen.
  16. Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Sensormatrix (22) eine elektrische Spule angeordnet ist.
  17. Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder alle der mehreren Sensorelemente auf einem integrierten elektronischen Bauelement ausgebildet sind, welches von dem Sensor umfaßt ist.
  18. Sensoreinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder alle der mehreren Sensorelemente als gebondete Bauelemente ausgebildet sind.
  19. Verfahren zum berührungslosen Abtasten einer Oberfläche eines Gegenstands, insbesondere einer Münze, einer münzartigen Wertmarke oder dergleichen mit Hilfe einer einen Sensor aufweisenden Sensoreinrichtung, wobei der Sensor mehrere Sensorelemente mit einer jeweiligen individuellen Sensorfläche (21) aufweist und die mehreren Sensorelemente eine Sensormatrix (22) bilden, das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
    a) Positionieren des Gegenstands gegenüber der Sensormatrix (22);
    b) elektronisches Auswählen einer Anzahl ausgewählter Sensorelemente;
    c) individuelles, elektronisches Adressieren der ausgewählten Sensorelemente, um zumindest eine physikalische Eigenschaft des flächigen Gegenstands abzutasten; und
    d) Auswerten der zumindest einen abgetasteten physikalischen Eigenschaft des flächigen Gegenstands.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgewählten Sensorelemente beim individuellen, elektronischen Adressieren gemäß Verfahrensschritt c) parallel adressiert werden.
  21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgewählten Sensorelemente im Verfahrensschritt b) ausgewählt werden, so daß die jeweiligen individuellen Sensorflächen der ausgewählten Sensorelemente entlang einer vorgegebenen geometrischen Kurve angeordnet sind.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene geometrische Kurve im wesentlichen eine Kreisbahn (23) ist.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte b) bis d) für wenigstens eine weitere Anzahl von ausgewählten Sensorelementen ausgeführt wird, wobei die Anzahl von ausgewählten Sensorelementen von der wenigstens einen weiteren Anzahl von ausgewählten Sensorelementen zumindest teilweise umfaßt sein kann.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines Teils der mehreren Sensorelemente ein Mittelpunkt des flächigen Gegenstands bestimmt wird.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl ausgewählter Sensorelemente und/oder die wenigstens eine weitere Anzahl ausgewählter Sensorelemente in Abhängigkeit von der Bestimmung des Mittelpunkts der Oberfläche des Gegenstands ausgewählt werden.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl ausgewählter Sensorelemente und/oder die wenigstens eine weitere Anzahl ausgewählter Sensorelemente so ausgewählt werden, daß die geometrische Kurve hinsichtlich des Mittelpunkts der Oberfläche des Gegenstands im wesentlichen zentriert ist.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand während des Ausführens des Verfahrensschrittes c) relativ zur Sensormatrix (22) fixiert wird.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand während des Ausführens des Verfahrensschrittes c) relativ zur Sensormatrix (22) bewegt wird.
  29. Vorrichtung zum berührungslosen Abtasten einer Oberfläche eines Gegenstands, insbesondere einer Münze, einer münzartigen Wertmarke oder dergleichen, wobei entlang einer Wegstrecke mehrere Sensoreinrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 18 angeordnet sind, und wobei der Gegenstand entlang der Wegstrecke so bewegt werden kann, daß eine jeweilige Sensormatrix der mehreren Sensoreinrichtungen jeweils dem Gegenstand gegenüberliegend angeordnet ist.
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