DE10140225A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung des Durchmessers von Münzen - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Messung des Durchmessers von Münzen in Münzprüfgeräten mit den folgenden Schritten: DOLLAR A - die Münzen durchlaufen ein elektromagnetisches Feld, das so ausgebildet ist, dass zumindest auch durch deren oberen Bereich das Feld teilweise abgedeckt wird, DOLLAR A - das Feld wird zwischen mindestens einer Sendespule und einer Empfangsspule erzeugt, DOLLAR A - auf die Sendespule wird periodisch ein kurzer Sendeimpuls gegeben, dessen Dauer im Verhältnis zur Münzdurchlaufzeit klein ist, DOLLAR A - es werden für unterschiedliche Zeiten des Sendeimpulses die maximalen Dämpfungswerte ermittelt, DOLLAR A - die Dämpfungsmesswerte werden auf den Zeitpunkt 0 extrapoliert, DOLLAR A - der durch Extrapolation ermittelte Messwert wird mit einem vorgegebenen Annahmeband bzw. einer vorgegebenen Kennlinie für Münzdurchmesser zwecks Vergleich mit einem gespeicherten Sollwert verglichen.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung des Durchmessers von Münzen nach dem Patentanspruch 1.
• Bei der Prüfung von Münzen in Münzprüfgeräten werden verschiedene Eigenschaften der eingeworfenen Münzen geprüft, damit eine zuverlässige Diskriminierung von Falschmünzen erfolgt. Zu den ermittelten Eigenschaften der Münzen gehört auch ihr Durchmesser. Es ist bekannt, den Durchmesser von Münzen mit Hilfe von zwei Lichtschranken zu messen. Mit Hilfe der Abdeckzeit der Lichtschranken und der Zeitdifferenz zwischen den Lichtschranken beim Durchlauf der Münzen wird deren Durchmesser berechnet. Diese Art der Größenmessung hat eine Messtoleranz von etwa ±0,5 mm. Es sind jedoch Münzsätze bekannt, bei denen sich die einzelnen Münzen um nicht mehr als 0,5 mm im Durchmesser unterscheiden. Daher ist das bekannte Verfahren für eine exakte Identifikation von Falsifikaten unzureichend.
• Es ist ferner bekannt, durch Abdeckzeiten von induktiven Münzsensoren auf den Durchmesser rückzuschließen. Auch dieses Verfahren ist nicht besonders genau.
• Aus DE 197 26 449 ist ein Verfahren zur Prüfung von Münzen mit einer induktiv arbeitenden Sensoranordnung bekannt geworden, bei dem die Primärspule der Spulenanordnung mit einem periodischen Sendesignal gespeist wird, das Harmonische enthält. Bei dem bekannten Verfahren wird dem Sendesignal eine Anzahl von Schaltschritten zugeordnet. Aus den Werten des Empfangssignals werden bei den jeweiligen sich mit der Frequenz des Sendesignals wiederholenden Schaltschritten Hüllkurven gebildet. Eine Auswertevorrichtung bildet aus der Anzahl der zeitgleich erzeugten Hüllkurven mindestens ein Kriterium zwecks Erzeugung des Annahme- oder Rückgabesignals. Die Hüllkurven sind charakteristisch für die Beschaffenheit einer Münze und können in geeigneter Weise ausgewertet werden. So ist zum Beispiel das Verhältnis der Amplituden der Hüllkurven ein charakteristisches Maß.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Messung des Durchmessers von Münzen anzugeben, bei dem eine besonders genaue Bestimmung möglich ist.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Wie bei üblichen induktiven Sensoren durchlaufen die Münzen ein elektromagnetisches Feld. Die Spulenanordnung ist jedoch so ausgebildet, dass zumindest der obere Bereich der Münzen unabhängig von ihrem Durchmesser das Feld zumindest teilweise abdeckt. Wie bei dem zuletzt beschriebenen bekannten Verfahren wird die Sendespule mit einem periodischen Sendeimpuls gespeist, das im Verhältnis zur Durchlaufzeit der Münzen kurz ist. Für die verschiedenen Frequenzen des Sendeimpulses werden die maximalen Dämpfungswerte ermittelt. Je nachdem, zu welchem Zeitpunkt ab Beginn des Sendeimpulses eine Messung vorgenommen wird, ändert sich die Frequenz des Feldes. Es werden dann Maximalwerte erhalten, wie sie auch in der DE 197 26 449 durch die dort beschriebenen Hüllkurven entstehen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden diese Dämpfungsmesswerte auf den Zeitpunkt Null extrapoliert und die dadurch ermittelten Messwerte werden mit vorgegebenen Annahmebändern für Münzdurchmesser verglichen. Liegt der ermittelte Wert nicht in einem Annahmeband, wird die Münze als Falsifikat ausgeschieden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren geht von folgender Erkenntnis aus. Eine durch ein Feld laufende Münze bildet eine Abschirmung. Das Ausmaß der Abschirmung ist jedoch von der Frequenz des Feldes abhängig. Niedrige Frequenzen werden hauptsächlich durch das Material gedämpft, d. h. das Feld durchdringt das Material in Abhängigkeit von seiner Leitfähigkeit. Je höher die Frequenz des Feldes ist, um so weniger dringt es in das Material ein. Die induzierte Spannung an der Empfängerspule ist um so stärker von der Abdeckung durch die Münze abhängig, je höher die Frequenz ist. Bei sehr hohen Frequenzen entsteht ein sogenannter Skineffekt, d. h. das Feld dringt so gut wie gar nicht mehr in das Material der Münze ein. Würde eine unendlich hohe Frequenz erzeugt werden, hinge der Abschirmeffekt nur noch von der Größe, d. h. dem Durchmesser der Münze ab. Unendlich hohe Frequenzen lassen sich naturgemäß nicht realisieren. Bei einer unendlich steilen Flanke eines Impulses würde die Frequenz zwar unendlich, technisch lässt sich dies jedoch nicht realisieren. Vielmehr benötigt die Sendeschaltung eine bestimmte Zeit, um das magnetische Feld aufzubauen, etwa 1 µsec mit handelsüblichen Bauelementen.
• Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich die einzelnen frequenzabhängigen Messpunkte für die Maxima der Dämpfung zu einer Kurve oder gar zu einer Geraden verbinden. Die Gestalt der Kurve ist abhängig von der Proportionalität des Dämpfungsverhaltens einerseits und der Ausgestaltung der Spulenanordnung andererseits. So ist eine Spulenanordnung denkbar, bei der ein lineares Verhältnis zwischen Dämpfung und Durchmesser erhalten wird.
• Extrapoliert man nun die gemessenen Dämpfungswerte für die verschiedenen Meßzeitpunkte des Sendesignals auf den Zeitpunkt t = 0, dann bildet die hierbei ermittelte Dämpfung ein Maß für den Durchmesser. Es hat sich herausgestellt, dass die Messmethode zu einem sehr günstigen Ergebnis mit geringen Abweichungen führt. Für die Extrapolation der Messwerte lassen sich verschiedene Verfahren anwenden, beispielsweise das sogenannte Kurvenfit, um aus den gemessenen Messwerten jeweils einen Messwert für den Zeitpunkt Null und damit für den Durchmesser der hindurchgelaufenen Münze zu bestimmen. Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann im Sinne der DE 197 26 449 verfahren werden, nämlich eine Unterteilung des Sendeimpulses in eine Anzahl von Zeitschritten vorgenommen werden. Es kann eine einzige Empfangs- oder Sekundärspule vorgesehen werden, und deren Ausgangssignale können bei der jeweiligen Frequenz des Sendesignals bei wiederholten Schaltschritten zu Hüllkurven geformt werden. Hierbei bedarf es jedoch keiner ausgesprochenen Bildung der Hüllkurven, sondern lediglich der Ermittlung von Maximalwerten für die jeweiligen Frequenzen. Die ermittelten Maximalwerte werden dann in der bereits beschriebenen Art und Weise auf den Zeitpunkt Null hin extrapoliert zwecks Ermittlung des Durchmesserwertes.
• Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird erfindungsgemäß vorgesehen, dass für die Sende- und die Empfangsspule Rechteckspulen verwendet werden, die in Laufrichtung der Münzen relativ kurz sind. Vorzugsweise ist die Länge der Münzen in Laufrichtung deutlich kürzer als der Durchmesser der kleinsten anzunehmenden Münze.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Empfangsspule in der Höhe in mindestens einen oberen und einen unteren Abschnitt unterteilt, wobei der obere Abschnitt so weit oberhalb der Münzlaufbahn angeotdnet ist, dass er von den Münzen mit dem kleinsten Durchmesser noch teilweise abgedeckt ist, während der untere Abschnitt bis an die Münzlaufbahn reicht oder kurz oberhalb von dieser endet. Der obere Abschnitt der Empfangsspule kann für die Durchmessermessung herangezogen werden, wie dies oben bereits beschrieben wurde. Der untere Abschnitt dient zur Materialbestimmung, wobei die Materialbestimmung auf unterschiedliche Art erfolgen kann, insbesondere aber auch in der Weise, wie in DE 197 26 449 beschrieben.
• Schließlich kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der untere Abschnitt der Empfangsspule in zwei übereinander angeordnete Unterabschnitte unterteilt sein, von denen der untere Abschnitt von dem Bereich von Bicolormünzen abgedeckt wird, der außerhalb des Kerns der Bicolormünzen liegt. Bicolormünzen sind bekanntlich solche, die einen Kern aus einem ersten Material und einen um den Kern herum angeordneten Ring aus einem weiteren Material aufweisen. Bekanntlich sind einige Euro-Münzen als Bicolormünzen ausgebildet. Durch die Unterteilung des unteren Empfangsspulenabschnitts in zwei Unterabschnitte lässt sich mithin auch eine Diskriminierung der Münzen im Hinblick auf Kern und Ring einer Bicolormünze vornehmen.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
• Fig. 1 zeigt einen schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.
• Fig. 2 zeigt die Dämpfungskennlinien etwa für eine Anordnung nach Fig. 1 beim Durchlaufen von Münzen unterschiedlichen Materials.
• Fig. 3 zeigt ein Kennlinienfeld von Maximalwerten der Dämpfung für verschiedene Münzmaterialien einschließlich ihrer Extrapolation zu 0.
• Fig. 4 zeigt vergrößert einen Ausschnitt aus Fig. 4 mit der Extrapolation zu 0.
• Fig. 5 zeigt ein ähnliches Kennlinienfeld wie Fig. 3, jedoch mit einer Korrektur der linearen Extrapolation.
• Fig. 6 zeigt ein Kennlinienfeld ähnlich wie Fig. 3, jedoch bei nicht linearer Extrapolation.
• Fig. 7 zeigt eine Kennlinie für verschiedene Durchmesser und Materialien bei nicht linearer Extrapolation und Korrektur.
• In Fig. 1 ist eine Münzlautbahn 10 eines nicht weiter dargestellten Münzprüfers zu erkennen, auf der eine Bicolormünze 12 entlangrollt. Die Münze bewegt sich durch eine Spulenanordnung, bestehend aus einer Sendespule 14 und einer Empfangsspule 16. Die Spulenanordnungen 14, 16 sind rechteckig und in Laufrichtung der Münze 12 kürzer als deren Durchmesser. Die Empfangsspule 16 ist in drei Abschnitte 18, 20 und 22 unterteilt. Die Unterteilung erfolgt in der Höhe. Sie ist derart, dass der Abschnitt 18 in jedem Fall vom oberen Bereich der Münze vorübergehend zumindest teilweise abgedeckt ist, unabhängig von deren Durchmesser. Die Münze 12 besteht aus einem inneren Kern 24 und einem Ring 26 um den Kern 24 herum (Bicolormünze). Der obere Abschnitt 18 ist so angeordnet, dass er normalerweise von dem Kern 24 nicht abgedeckt ist, wenn die Münze durch die Spulenanordnung hindurchläuft. Der Abschnitt 20 ist so ausgelegt, dass er im Wesentlichen den Kernbereich einer Bicolormünze erfasst. Der untere Abschnitt 22 deckt im Wesentlichen den unteren Bereich des Randes oder des Rings 26 ab. Für die noch zu beschreibende Messung wird in erster Linie der Abschnitt 18 für eine Durchmesserbestimmung herangezogen. Die Abschnitte 20 und 22 dienen der Werkstoffbestimmung nach einem Verfahren, wie es in der DE 197 26 449 beschrieben ist.
• Die Sendespule 14 wird periodisch mit Rechteckimpulsen beaufschlagt, die zum Beispiel eine Dauer von 30 µs haben. Da der Durchlauf einer Münze durch eine Spulenanordnung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, etwa 200 ms beträgt, ist die Dauer des Sendesignals im Verhältnis zur Durchlaufzeit der Münze klein. Ein derartiger Rechteckimpuls wird wiederkehrend auch bei dem Verfahren nach der bereits erwähnten DE 197 26 449 eingesetzt. Wird nun gemäß dieser Druckschrift der Sendeimpuls in einzelne Zeitabschnitte oder Schaltschritte unterteilt und wird eine Messung des Signals der Empfangsspule 18 zu den einzelnen Zeitschritten vorgenommen, wird zum Beispiel eine der Kurven erhalten, die in Fig. 2 dargestellt ist. Die Kurve mit dem höchsten Maximum ist eine solche, welche einer maximalen Dämpfung entspricht. Eine maximale Dämpfung oder Abschirmung wird bei einer maximalen Frequenz erhalten.
• Deshalb entspricht diese Kurve der höchsten Frequenz, bei der gemessen wird, d. h. bei einem Schaltschritt, der hinter dem Start des Sendeimpulses liegt. Wird wiederkehrend während der Münzdurchlaufzeit immer während dieses Zeitpunkts gemessen, erhält man mithin die erwähnte Kurve mit dem maximalen Maximum. Liegen die Zeitschritte weiter vom Startpunkt oder der Anstiegsflanke des Rechteckimpulses ab, hat dies eine kleinere Frequenz zur Folge und somit eine geringere Dämpfung. Mit anderen Worten, bei ein und demselben Münzmaterial wird abhängig von der Frequenz eine unterschiedliche Dämpfung beim Durchlauf der Münze erhalten. Die unterschiedliche Frequenz ergibt sich, wie erwähnt, durch den Messzeitpunkt relativ zur Anstiegsflanke des Rechteckimpulses.
• Nebenbei sei erwähnt, dass die Kurvenschar nach Fig. 2 nicht mit einer Bicolormünze erreicht werden kann, diese führt zu einer anderen Kurvenschar, wie sie in der bereits erwähnten DE 197 26 449 diesbezüglich dargestellt ist. Die Kurvenschar nach Fig. 2 bezieht sich hingegen auf eine Münze, die homogen aus einem bestimmten Material gefertigt ist.
• Verbindet man nun die Maxima der Kurvenschar nach Fig. 2 zu einer Kurve, so ergibt sich zum Beispiel der Kurvenverlauf 30 in Fig. 5. Die einzelnen Messpunkte auf der Kurve 30 entsprechen unterschiedlichen Frequenzen, die mithin eine unterschiedliche Dämpfung zur Folge haben. Nimmt man ein anderes Material, ergeben sich andere Kurvenverläufe, wie in Fig. 5 dargestellt. Die Zuordnung der Kurven zu den Materialien ergibt sich aus der Legende in Fig. 5 rechts.
• Der Aufbau der Rechteckspannung bzw. des Rechteckimpulses als Sendesignal bedarf einer gewissen Zeit, z. B. 1 µs. Da aber angestrebt ist, den materialabhängigen Dämpfungswert auszuschalten, mithin die Annahme zu erfüllen, dass die Frequenz unendlich hoch ist, bedarf es der Extrapolation der Kurven nach Fig. 5, um den Dämpfungswert zur Zeit 0 zu erhalten. Dies ist in Fig. 5 angedeutet, bei der im Wesentlichen die Kurven nach Fig. 3 wiedergegeben sind.
• Fig. 4 zeigt den Verlauf der Kurven nach Fig. 3 im Zeitrahmen von 0 bis 1 µs. Man erkennt, dass der Bereich für die Dämpfung bei einzelnen Materialien bei gleichem Durchmesser einer Münze zwischen 367 und 357,5 schwankt. Dies ist ein außerordentlich kleiner Bereich, der ausreicht, die Durchmessergröße ausreichend genau zu ermitteln.
• In Fig. 6 ist eine nicht lineare Extrapolation vorgenommen, wie sie ebenfalls an sich bekannt ist, etwa unter der Bezeichnung Kurvenfit. Während bei den Kurven nach Fig. 3 bis 5 ein Durchmesserwert von 30 mm verwendet wird, liegt der Kurvenschar nach Fig. 6 ein Münzdurchmesser von 18 mm zugrunde.
• In Fig. 7 ist eine Kennlinie des Durchmessers über die Dämpfungsmesswerte aufgezeichnet für eine nicht lineare Extrapolation und Korrektur der Kurvenschar nach Fig. 3 bzw. 5. Man erkennt, dass die Messpunkte von unterschiedlichen Materialien annähernd auf einer einer Geraden angenäherten Funktion liegen, sodass sich durch das beschriebene Verfahren exakt feststellen lässt, ob eine eingeworfene Münze in einem vorgegebenen Durchmesserbereich liegt oder nicht. Die Soll-Durchmesser einzelner Münzen eines Münzensatzes können durch ein Durchmesserfenster definiert werden, das sehr klein zu sein braucht, sodass auch Münzsätze mit sehr kleinen Durchmesserunterschieden exakt diskriminiert werden können. Der maximale Fehler liegt zumindest theoretisch bei 0,115 mm. Dieser Fehler reicht aus, auch solche Münzen voneinander zu unterscheiden, die im Durchmesser nur um 0,5 mm unterschiedlich sind.
• Wie schon erwähnt, kann das beschriebene Verfahren allein mit dem Empfangsspulenabschnitt 18 durchgeführt werden. Die Empfangsspulenabschnitte 20 und 22 können zur Materialbestimmung herangezogen werden in einer Art und Weise, wie dies in der DE 197 26 449 beschrieben ist. In diesem Fall dienen die Hüllkurven gemäß Fig. 2, die in diesen Abschnitten ebenfalls erzeugt werden, zur Materialbestimmung. Münzen, die als Bicolormünzen gestaltet sind, können ebenfalls nach dem bekannten Verfahren erfasst werden.

Claims (5)

1. Verfahren zur Messung des Durchmessers von Münzen in Münzprüfgeräten mit den folgenden Schritten:

1. die Münzen durchlaufen ein elektromagnetisches Feld, das so ausgebildet ist, dass zumindest auch durch deren oberen Bereich das Feld teilweise abgedeckt wird

- das Feld wird zwischen mindestens einer Sendespule und einer Empfangsspule erzeugt

- auf die Sendespule wird periodisch ein kurzer Sendeimpuls gegeben, dessen Dauer im Verhältnis zur Münzdurchlaufzeit klein ist

- es werden für unterschiedliche Zeiten des Sendeimpulses die maximalen Dämpfungswerte ermittelt

- die Dämpfungsmesswerte werden auf den Zeitpunkt 0 extrapoliert

- der durch Extrapolation ermittelte Messwert wird mit einem vorgegebenen Annahmeband bzw. einer vorgegebenen Kennlinie für Münzdurchmesser zwecks Vergleich mit einem gespeicherten Sollwert verglichen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einem periodisch wiederkehrenden Abschnitt des Sendeimpulses eine Anzahl von Schaltschritten zugeordnet ist, aus den Werten des Empfangssignals der Empfangsspule bei den jeweiligen sich mit der Frequenz des Sendeimpulses wiederholenden Schaltschritten Hüllkurven gebildet werden und eine Auswertevorrichtung aus der Anzahl der zeitgleich erzeugten Hüllkurven die jeweiligen Maxima bestimmt.

3. Spulenanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Rechteckspulen (12, 14) als Sende- und Empfangsspule verwendet werden, die in Laufrichtung der Münzen kurz sind, vorzugsweise kürzer als der Durchmesser der kleinsten anzunehmenden Münze.

4. Spulenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsspule (16) in der Höhe in einen oberen und einen unteren Abschnitt unterteilt ist, wobei der obere Abschnitt (18) so weit oberhalb der Münzlautbahn (10) angeordnet ist, dass er von der Münze mit dem kleinsten Durchmesser nur teilweise abgedeckt ist, während der untere Abschnitt (20, 22) bis an die Münzlaufbahn (10) reicht oder kurz oberhalb von dieser endet.

5. Spulenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Abschnitt in zwei übereinander angeordnete Unterabschnitte (20, 22) unterteilt ist, von denen der untere Unterabschnitt (22) den Bereich von Bicolormünzen abdeckt, der außerhalb des Kerns der Bicolormünzen liegt.