JP5216422B2 - 音響特性を用いた硬貨の真贋識別方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動販売機、両替機、ＡＴＭ、キャッシュレジスタ、遊戯機器等における硬貨（メダル等も含む）の識別検査や、金融機関、司法機関等において、硬貨の真贋鑑定に用いるのに適した硬貨の真贋識別方法及び装置に関するもので、特に、識別対象となる硬貨を衝突音発生手段に衝突させ、その際に発生する音響の特性を検出し比較することで、硬貨の真贋の判定を行う方法及び装置に係る。

従来、硬貨の真贋鑑定は、目視による検査や顕微鏡等を用いた拡大観察検査を行い、硬貨の大きさ、厚さ、形状、微細な表面形状を調べている。また、蛍光Ｘ線分析装置等により、材質検査を行っている。

また、特許文献１に記載のように、硬貨に打撃を与えることによって、発生した音を検出し、フーリエ展開することによって得られた周波数の中から一番多い周波数により識別する方法が提案されている。
特開２０００−２５１１０８号公報

前記のような目視や顕微鏡による観察検査は、熟練した検査人を必要とする。また、使用中に起こる硬貨表面の磨耗により、表面形状が不鮮明な場合は、この手法は不向きである。

また、材質検査に用いられる装置は、大型、高価なものであり、測定時間も必要である。大量の硬貨の検査や、その場で瞬時に識別しなければならない自動販売機等には、この手法は不向きである。また、蛍光Ｘ線分析装置は、試料表面の材質検査しか行えないため、表面にメッキやコート等をして内部と表面の材質が異なる場合、非破壊で内部情報を検出することは困難である。

更に、特許文献１に示したような従来の硬貨に打撃を与える方法は、硬貨の滑走面上で打撃が行われることから、打撃前後において、硬貨と滑走面が接触しており、発生する音が抑制され、正確性に乏しい。また、一番多い周波数のみを解析するので、音の情報量が少ない。

本発明は、このような従来技術の問題を解決しようとするもので、滑走面等の他の部材に非接触の状態で硬貨等に衝撃を与えて発生する音を検出し、その複数の固有振動数を解析することにより、短時間で簡便に硬貨等の真贋を識別することのできる方法及びこの方法を実現するための装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の音響特性を用いた硬貨の真贋識別方法は、金属製の角のある部材からなり、硬貨との衝突によって衝突音を発生させる衝突音発生手段と、該衝突音発生装置の直下に垂直方向に広がる空間部を有する受け皿と、を備えた装置の音響特性を用いた真贋識別方法であって、前記衝突音発生手段に対して、他の物体に接触させることなく硬貨を衝突させる硬貨加速ステップと、加速された硬貨と衝突音発生手段との衝突音を検出するステップと、前記衝突音検出ステップによって検出した衝突音の固有振動数を高速フーリエ変換により求める固有振動数演算ステップと、前記固有振動数演算ステップによって得られた前記衝突音の固有振動数のピーク数とその帯域を解析するパターン解析ステップと、このパターン解析ステップによって得られた解析パターンと、予め記憶手段に記憶されている本物の硬貨の固有振動数の解析パターンとを比較して、被検硬貨の真贋を判定する真贋判定ステップとを備え、前記衝突音発生手段の角の部分に硬貨が衝突するように硬貨を加速し、衝突後の硬貨は、他の物体に接触することなく前記受け皿内に落下することを特徴とする。

本発明の音響特性を用いた硬貨の真贋識別装置は、金属製の角のある部材からなり、硬貨との衝突によって衝突音を発生させる衝突音発生手段と、該衝突音発生手段の直下に垂直方向に広がる空間部を有する受け皿と、を備えた音響特性を用いた硬貨の真贋識別装置であって、本物の硬貨の固有振動数の解析パターンを記憶した記憶手段と、硬貨との衝突によって衝突音を発生させる衝突音発生手段と、この衝突音発生手段との衝突時において前記硬貨を他の物体に接触させることなく、前記衝突音発生手段に対して衝突させる硬貨加速手段と、加速された硬貨と衝突音発生手段との衝突音を検出する衝突音検出手段と、前記衝突音検出手段によって検出した衝突音の固有振動数を高速フーリエ変換により求める演算手段と、前記固有振動数演算手段によって得られた前記衝突音の固有振動数のピーク数とその帯域を解析するパターン解析手段と、このパターン解析手段によって得られた解析パターンと、予め前記記憶手段に記憶されている本物の硬貨の固有振動数の解析パターンとを比較して、被検硬貨の真贋を判定する真贋判定手段とを備え、前記加速手段が衝突音発生手段の角の部分に硬貨が衝突するように硬貨を加速し、衝突後の硬貨は他の物体に接触することなく前記受け皿内に落下することを特徴とする。

本発明によれば、衝撃により発生する硬貨の音を検出し、固有振動数を解析することにより、従来の手法より迅速に真贋識別が可能となる。本発明によれば、硬貨の大きさ・形状・硬さ・密度といった外見的・機械的物理量を同時に評価し、非破壊での検査が可能となる。また、単純な仕組みによる計測・解析手法であるため、安価な装置作製が可能となる。

特に、本発明では、識別対象となる硬貨を他の部材に接触させることなく衝突音発生手段に衝突させているので、硬貨が発する衝突音が他の部材によって抑制されることがなく、衝突音のパターンを明瞭に把握することが可能であるから、データベースに記録されている比較対象である本物の硬貨の衝突音との比較精度が向上し、真贋の識別を正確に実施できる。

（１）第１の実施の形態の構成
以下、本発明の実施の形態を、図１以下の図面に従って具体的に説明する。この図１に示す第１の実施の形態は、斜めに配置されたシュートを利用して硬貨をその自重により自由落下させ、衝突音発生手段に衝突させるものである。

図１において、符号１は斜めに配置されたシュートであって、このシュート１は、硬貨２を衝突音発生手段に向かって加速させるための加速手段に相当する。シュート１は、その上部が硬貨２を供給する入口に、下部が衝突音発生手段への出口となっていて、シュート１の左右には投入した硬貨２を案内するためのガイド３が設けられている。

このシュート１の出口側には、出口から硬貨２の寸法よりも大きな間隙７を保って、角柱状の金属ブロック４が設けられている。この金属ブロック４が本発明の衝突音発生手段に相当するもので、一例として、真鍮によって構成されている。前記シュート１とこの金属ブロック４とは、硬貨２が金属ブロック４に衝突する前後は、硬貨２が自由落下等により金属ブロック４と非接触状態になっている。また、前記シュート１を斜めに配置しているため、硬貨２は、金属ブロック４の衝突面に対して斜めに衝突する。

この場合、硬貨２を衝突させる金属ブロック４は、硬貨２の衝撃音が響きやすく、かつ金属ブロック４自体の衝撃音が小さく、測定範囲の振動数領域に固有振動を持たないものでなければならない。なお、金属ブロックの大きさ・形状を変化させることによって、金属ブロックの固有振動数を調整することができる。本実施の形態では、金属ブロック４を鉛板６の上に設置することで、金属ブロック自体の衝撃音を減少させている。

前記シュート１と金属ブロック４との間隙７の下方には、金属ブロック４に衝突して落下した硬貨２を捕獲するための受け皿８が設けられている。この受け皿８は、上部が大きく広がったホッパー状の部材で、落下した硬貨２との接触音を減少させるため、ゴム板等のクッションで内側が覆われている。この受け皿８の底は開口しており、その下方に受け皿８が回収した硬貨２を搬出するベルトコンベア９が設けられている。このベルトコンベア９は、受け皿８と同様に硬貨２との接触音を減少させるため、表面がゴム製になっている。

ベルトコンベア９の搬送端には、真贋の識別をされた硬貨２を選別するための手段が設けられている。この選別手段は、傾斜したシュート状の搬送路１０と、この搬送路１０の途中に設けられた開閉自在のゲート１１と、この開閉ゲート１１によって搬送路１０から分岐される返却路１２から構成されている。

前記金属ブロック４の近傍には、ブロック４に衝突した硬貨２から発生した音を検出する手段であるマイクロフォン２０が設けられている。このマイクロフォン２０は、通信ケーブル２１を介してパソコンなどに設けられた制御手段２２に接続されている。この制御手段２２は、検出した衝突音を高速フーリエ変換することによって、そのパワースペクトルを得る演算部２３（本発明の固有振動数演算手段に相当する）と、この演算部２３によって得られたパワースペクトル中の信号強度のピーク数とその帯域とを解析するパターン解析部２４とを備えている。

この制御手段２２は、本物の硬貨の固有振動数の解析パターンを予め記憶しておいた解析パターン記憶部２５と、記憶されている本物の硬貨の解析パターンと前記パターン解析部２４によって得られた被検硬貨の解析パターンとを比較して、被検硬貨の真贋を判定する真贋判定部２６と、この真贋判定部２６の識別結果に従って前記開閉ゲート１１を搬送路１０側と返却路１１側とに切り替えるためのゲート制御部２７とを備えている。

（２）第１の実施の形態の作用効果
前記のような構成を有する第１の実施の形態の作用は、次の通りである。
まず、シュート１の入口から硬貨２を投入すると、硬貨２は傾斜したシュート１に沿って重力で加速され、シュート１の出口側に設けられた金属ブロック４に衝突し、衝撃音が発生する。

この場合、シュート１と金属ブロック４とは間隙７を保って離れているため、硬貨２はシュート１から離れて自由落下した状態で金属ブロック４に衝突する。従って、硬貨２の振動を抑える部材がないので、硬貨２はそれ自身の持つ形状、材質などによって決まる固有の振動数に基づいた衝撃音を発生する。同時に、金属ブロック４は制振用の鉛板６上に設けられており、受け皿８やベルトコンベア９もゴムなどで余計な音が発生しないように構成されているので、硬貨そのものの衝撃音が金属ブロック近傍のマイクロフォン２０によって収録される。

マイクロフォン２０によって収録された衝撃音は、ケーブル２１を介してパソコンなどのコンピュータ上に設けられた制御手段２２に送られる。制御手段２２に送られた衝撃音を、演算部２３において高速フーリエ変換することにより、その固有振動数を求め、そのパターンを解析部２４によって解析する。

すなわち、ほとんどの硬貨が複数の固有振動数を有するため、これらの固有振動数の本数・相関等を解析し、硬貨の特徴とする。たとえば、図２は、本物の５００円硬貨１０枚の衝撃音をマイクロフォンで検出し、パーソナルコンピュータで高速フーリエ変換した時のパワースペクトルの一例である。横軸が振動数、縦軸が信号強度である。一般的に人間が聞こえる音の振動数領域に、４本の固有振動数のピークが観測される。

図３は、本物の５００円硬貨７０枚の固有振動数について、図２に示した第１ピークの振動数を横軸に、第２ピークの振動数を縦軸にプロットしたものである。このように、パワースペクトルから求められた第１ピークと第２ピークの相関を検討すると、本物の硬貨にあっては、２つの固有振動数のばらつきが一定範囲内に収まっているのが判る。

一方、図４は、直径・厚さは同じだが、その組成が異なるアルミ製円板の衝撃音をマイクロフォンで検出し、パーソナルコンピュータで高速フーリエ変換した時のパワースペクトルの一例である。横軸が振動数、縦軸が信号強度である。５．５ｋＨｚ付近のピーク本数に大きな違いがみられる。この図４から判るように、直径・厚さは同じで、見た目では同様で区別することができない場合でも、その組成が異なる硬貨では、固有振動数のピーク数やその出現する周波数帯域が異なるため、両者を比較することで硬貨の真贋を識別することができる。

そこで、本実施の形態においては、あらかじめ、本物の硬貨２００枚程度について、上記の解析を行い、得られるデータのばらつきを調べ、このばらつきについて正規分布等を用いてしきい値を決め、前記解析パターン記憶部２５に記憶しておく。そして、前記パターン解析部２４によって得られた被検硬貨２の解析パターンと、記憶部２５に記憶されている解析パターンとを、真贋判定部２６によって比較することで、被検硬貨の真贋を判別する。

すなわち、測定した硬貨について、前記のようにして記憶しておいた本物の硬貨の固有振動数のピーク数、ピークの大きさ、振動数の帯域などがしきい値以上であれば「本物」、以下であれば「偽物もしくは疑わしいもの」として識別する。前記のように、同じ材質及び大きさを有する硬貨であっても、製造過程による硬さや密度の違いが生じ、固有振動数も変化する。したがって、固有振動数の相関を解析することにより、硬貨の外見的な形状及び機械的な物性量である硬さ・密度等の情報が同時に得られる。

また、本実施の形態では、傾斜したシュート１を使用することで、硬貨２を金属ブロック４に対して斜め方向から衝突させている。このような衝突方法によれば、衝撃が多様化して、振動のピークが多くなり、解析対象となる情報量が多くなって、判定の識別性が向上する。

このようにして、真贋判定部２６により被検硬貨２の真贋が判定された後は、真贋判定部２６からの「真」または「贋」の信号により、ゲート制御部２７が搬送路１０上のゲート１１を開閉する。

すなわち、金属ブロック４に衝突した後の硬貨２は、シュート１と金属ブロック４との間隙７から受け皿８に落下し、受け皿８の底の開口部からベルトコンベア９上に案内され、ベルトコンベア９によって搬送路１０に送られる。その後、識別結果に基づくゲート１１の開閉方向に従って搬送路１０または返却路１２のいずれかに振り分けられる。

以上述べたように、本実施の形態によれば、外観だけでは判別できない硬貨の真贋を非破壊検査により確実に判定できる。特に、本実施の形態では、硬貨２を自由落下の状態で他の部材にふれることのない状態で金属ブロック４に衝突させているので、測定時において硬貨の固有振動数に狂いがなく、正確な判定が可能である。

この点を、図５に示すアルミ製円板のパワースペクトル例によって説明する。図５中、上のグラフが指の上に円板をのせて衝撃を与えた時、下のグラフが本実施の形態のように滑り台を用いて自由落下状態で測定した時の結果である。この図から判るように、硬貨に接触物があると固有振動のあるモードが抑止されるため、非接触状態で測定することが重要である。

一方、図６に、衝突相手の金属ブロックの材質を、ステンレス、鉛、鉄、真鍮に変えたときのアルミ製円板のパワースペクトル例を示す。この図６から判るように、アルミ製円板の固有振動数は、衝突相手の材質に依存しない。しかし、アルミ製円板の衝突音の大きさには依存し、ステンレスのように衝突相手自身の固有振動数がノイズとして検出される場合もある。そこで、本実施の形態においては、ノイズの比較的少ない真鍮を金属ブロック４として使用している。

（３）他の実施の形態
本発明は、前記第１の実施の形態に示したものに限定されるものではなく、以下に述べるような構成を有するものも、包含する。

(a) 図７に、図１以外の硬貨の衝突音を発生させる手段の模式図を示す。この実施の形態は、金属ブロック４に対向して水平な滑走面３０を設け、この滑走面３０の金属ブロック４と反対側に、加速手段として、バネなどの硬貨を弾くためのバネ装置３１を設けたものである。この場合、金属ブロック４の硬貨２との衝突部は、前記滑走面３０に対して斜めになっており、硬貨２の衝突時に音が明瞭に発生しやすいようになっている。

この実施の形態においては、滑走面３０上に硬貨２を置いて、バネ装置３１によって弾くと、弾かれた硬貨２は、衝突面が斜めに設置された金属ブロック４と衝突し、音が発生するので、この衝突音をマイクロフォン２０によって収録する。

(b) 第１の実施の形態のようなシュート１や、図７の滑走面３０を使用せずに、図８（Ａ）のように、硬貨２を金属ブロック４の真上から落とし、衝突させることもできる。この時、図８（Ｂ）のように金属ブロック４との接触部分が硬貨２の半分以下であれば、衝突後、ある程度安定して金属ブロック４から離れる方向に硬貨２が落下する。

(c) 図９は、図１以外の金属ブロック自身の衝突音を減少する構成を示す。この構成では、金属ブロック４の硬貨と接触する部分以外を布・樹脂等の音を吸収する部材５でカバーし、金属ブロック自身の衝突音を減少させる。

(d) 図１０に、図１の受け皿８及びベルトコンベア９以外の落下する硬貨の捕獲手段を示す。布状のもので半円筒状にし、底部分を斜めにした受け皿８ａを使用する。落下した硬貨は、受け皿８ａの内側の側面に一旦着地し、受け皿８ａの底部分に滑り落ちる。硬貨２は、受け皿８ａの底部分が斜めであるため、底部分に沿って滑り落ちる。受け皿８が布状であるため、硬貨の着地面が柔らかく、接触音が減少する。

(e) 図示の実施の形態は、衝突音発生手段として金属製の角のある部材を使用したが、必ずしも、このような形状に限定されるものではない。硬貨の衝突によって、硬貨に明瞭な衝撃音が生ずる部材であれば、円柱状あるいは球状の部材のように角のない部材でも良いし、硬貨を斜めに衝突させるような場合には、平面状の部材であっても良い。すなわち、硬貨と衝突音発生手段の面同士がぶつかると硬貨からの発生音に乱れが生じる可能性があるので、それを避けるような衝突音発生手段の形状や、硬貨と衝突音発生装置との衝突方法を選択することが好ましい。

本発明による音響特性を用いた硬貨の真贋識別装置の第１の実施の形態を示す斜視図である。 本物の５００円硬貨１０枚の衝撃音をマイクロフォンで検出し、パーソナルコンピュータで高速フーリエ変換した時のパワースペクトルを示すグラフである。 本物の５００円硬貨７０枚の固有振動数について、図２に示した第１ピークの振動数を横軸に、第２ピークの振動数を縦軸にプロットした図である。 アルミ製円板の衝撃音をマイクロフォンで検出し、パーソナルコンピュータで高速フーリエ変換した時のパワースペクトルを示すグラフである。 アルミ製円板の衝撃音をマイクロフォンで検出し、パーソナルコンピュータで高速フーリエ変換した時のパワースペクトルを示すグラフである。 アルミ製円板の衝撃音をマイクロフォンで検出し、パーソナルコンピュータで高速フーリエ変換した時のパワースペクトルを示すグラフである。 本発明の他の実施の形態として使用する、水平な滑走面を有する硬貨の加速装置を説明するための側面図である。 本発明の他の実施の形態として使用する、滑走面を用いない硬貨の加速装置を説明するための斜視図である。 本発明の他の実施の形態として使用する、金属ブロック自身の衝撃音の減少構造を説明するための斜視図である。 本発明の他の実施の形態として使用する、落下する硬貨の捕獲構造を説明するための斜視図である。

符号の説明

１…シュート
２…硬貨
３…ガイド
４…金属ブロック
５…音を吸収する素材
６…鉛板
７…間隙
８，８ａ…受け皿
９…ベルトコンベア
１０…搬送路
１１…ゲート
１２…返却路
２０…マイクロフォン
２１…通信ケーブル
２２…制御手段
２３…演算部
２４…パターン解析部
２５…解析パターン記憶部
２６…真贋判定部
２７…ゲート制御部
３０…滑走面
３１…バネ装置

Claims (5)

1. 金属製の角のある部材からなり、硬貨との衝突によって衝突音を発生させる衝突音発生手段と、該衝突音発生装置の直下に垂直方向に広がる空間部を有する受け皿と、を備えた装置の音響特性を用いた真贋識別方法であって、
   前記衝突音発生手段に対して、他の物体に接触させることなく硬貨を衝突させる硬貨加速ステップと、
   加速された硬貨と衝突音発生手段との衝突音を検出するステップと、
   前記衝突音検出ステップによって検出した衝突音の固有振動数を高速フーリエ変換により求める固有振動数演算ステップと、
   前記固有振動数演算ステップによって得られた前記衝突音の固有振動数のピーク数とその帯域を解析するパターン解析ステップと、
   このパターン解析ステップによって得られた解析パターンと、予め記憶手段に記憶されている本物の硬貨の固有振動数の解析パターンとを比較して、被検硬貨の真贋を判定する真贋判定ステップとを備え、
   前記衝突音発生手段の角の部分に硬貨が衝突するように硬貨を加速し、衝突後の硬貨は、他の物体に接触することなく前記受け皿内に落下することを特徴とする音響特性を用いた硬貨の真贋識別方法。
2. 金属製の角のある部材からなり、硬貨との衝突によって衝突音を発生させる衝突音発生手段と、該衝突音発生手段の直下に垂直方向に広がる空間部を有する受け皿と、を備えた音響特性を用いた硬貨の真贋識別装置であって、
   本物の硬貨の固有振動数の解析パターンを記憶した記憶手段と、
   硬貨との衝突によって衝突音を発生させる衝突音発生手段と、
   この衝突音発生手段との衝突時において前記硬貨を他の物体に接触させることなく、前記衝突音発生手段に対して衝突させる硬貨加速手段と、
   加速された硬貨と衝突音発生手段との衝突音を検出する衝突音検出手段と、
   前記衝突音検出手段によって検出した衝突音の固有振動数を高速フーリエ変換により求める演算手段と、
   前記固有振動数演算手段によって得られた前記衝突音の固有振動数のピーク数とその帯域を解析するパターン解析手段と、
   このパターン解析手段によって得られた解析パターンと、予め前記記憶手段に記憶されている本物の硬貨の固有振動数の解析パターンとを比較して、被検硬貨の真贋を判定する真贋判定手段とを備え、
   前記硬貨加速手段が衝突音発生手段の角の部分に硬貨が衝突するように硬貨を加速し、衝突後の硬貨は他の物体に接触することなく前記受け皿内に落下することを特徴とする音響特性を用いた硬貨の真贋識別装置。
3. 前記硬貨加速手段が、前記硬貨が滑走する滑走面を有し、この滑走面上に位置する硬貨を前記衝突音発生手段側に弾き飛ばす手段を備えること、を特徴とする請求項２に記載の音響特性を用いた硬貨の真贋識別装置。
4. 前記真贋判定手段によって解析された結果に基づき、真贋を判定した硬貨を分離搬出する手段を有することを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載の音響特性を用いた硬貨の真贋識別装置。
5. 半円筒状で布状の部材からなり、前記受け皿内を落下する硬貨を、当該硬貨が前記受け皿底部に落下する前に捕獲する捕獲手段を更に備えること、を特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の音響特性を用いた硬貨の真贋識別装置。

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