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Dokumentenidentifikation DE10028934A1 10.01.2002
Titel Vorrichtung zum Zählen und/oder Sortieren von Münzen
Anmelder F. Zimmermann GmbH & Co. KG, 10785 Berlin, DE
Erfinder Zimmermann, Thomas G.F., 14195 Berlin, DE
Vertreter Albrecht, Lüke & Jungblut Patentanwälte, 14195 Berlin
DE-Anmeldedatum 16.06.2000
DE-Aktenzeichen 10028934
Offenlegungstag 10.01.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.01.2002
IPC-Hauptklasse G07D 3/16
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zählen und/oder Sortieren von Münzen (1), die in regelmäßiger Folge mit dem Rand (2) an einer Führungskante (3) anliegend auf einer Führungsbahn (4) gefördert werden, mit einer Münzerkennungseinheit (5) aufweisend optische Mittel zur Bestimmung von Münzdurchmessern (d), wobei die optischen Mittel eine Lichtquelle (6) sowie, bezogen auf eine Münzenhauptfläche, der Münze (1) gegenüberliegend lichtempfindliche Sensormittel (7), welche einfallendes Licht in elektrische Signale umwandeln, aufweisen, wobei das Sensormittel (7) als CCD-Element (7) ausgebildet ist, wobei die Lichtquelle (6) eine Emissionsquelle (8) sowie optische Elemente (9, 10) zur Erzeugung eines parallelen und orthogonal zu einer Münzenhauptfläche stehenden Lichtstrahlenbündels aufweist, wobei die laterale Erstreckung des Lichtstrahlenbündels sowie die Anordnung des CCD-Elements (7) nach Maßgabe zu erkennender Münzendurchmesser (d) so eingerichtet sind, daß durch eine zu erkennende Münze (1) lediglich ein Teil des CCD-Elements (7) abschattbar ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (6) in dem Brennpunkt (B) einer optischen Sammellinse (11) liegt oder in den Brennpunkt (B) der optischen Sammellinse (11) abgebildet ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zählen und/oder Sortieren von Münzen, nach DE 199 51 458.5-53.

Hierzu relevanter Stand der Technik ist bekannt beispielsweise aus der Literaturstelle DE-25 47 685 C2. Bei der insofern bekannten Vorrichtung erfolgt die Beleuchtung der Münze mittels einer oder mehrerer difuser Lichtquellen. Auf der der beleuchteten Hauptfläche der Münze gegenüberliegenden Seite der Münze ist ein Sensormittel eingerichtet, welches eine Vielzahl von Lichtleitfäden aufweist, welche im wesentlichen entlang einer senkrecht zur Förderrichtung verlaufenden Linie angeordnet sind. Die Lichtleitfäden sind jeweils mit einer Fotozelle optisch verbunden. Überfährt nun eine Münze die Linie der Lichtleitfäden, so überdeckt sie und schattet ab maximal eine bestimmte Anzahl von Lichtleitfäden. Aus dem bzw. den abgeschatteten Lichtleitfäden läßt sich daher die Information erhalten, daß die durchlaufende Münze einen Durchmesser aufweist, dessen Wert zwischen dem Abstand des äußersten abgeschatteten Lichtleitfadens von der Führungskante und dem Abstand des innersten nicht abgeschatteten Lichtleitfadens von der Führungskante aufweist. Das so gewonnene und ausgewertete Signal läßt sich dann zum Sortieren der durchlaufenden Münzen verwenden.

Die insofern bekannte Vorrichtung hat sich in der Praxis hervorragend bewährt, ist jedoch hinsichtlich des apparativen Aufwandes verbesserungsfähig. Einerseits ist die Fertigung eines Lichtleitfadenhalters mit einer Mehrzahl von exakt zu positionierenden Lichtleitfäden aufwendig. Weiterhin läßt sich eine solche Vorrichtung nicht ohne weiteres zum Zählen von verschiedensten Währungen verwenden. Dies liegt darin begründet, daß letztendlich kein Durchmesser bestimmt wird, sondern ein Durchmesserbereich. Verschiedene Währungen weisen jedoch verschiedene Münzen mit diversen Durchmessern auf, so daß in der Regel mit einem Lichtleitfadenhalter allenfalls zwei oder drei Währungen abgedeckt werden können, da zu jedem einzelnem "erlaubten" Durchmesser ein oder zwei zugeordnete Lichtleitfäden eingerichtet werden müssen.

Gemäß DE 199 51 458.5-53 wird im Kern mit einem CCD-Element sowie optischen Elementen zur Erzeugung eines parallelen und orthogonal zu einer Münzenhauptfläche stehenden Lichtstrahlenbündels gearbeitet. Im einzelnen offenbart ist eine Lichtquelle, welche im Brennpunkt eines Parabolspiegels liegt oder in den Brennpunkt des Parabolspiegels mit weiteren optischen Mitteln abgebildet ist. Mittels des Parabolspiegels wird das Lichtstrahlenbündel parallelisiert.

Gegenüber dem für die DE 199 51 458.5-53 relevanten Stand der Technik liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung zum Zählen und/oder Sortieren von Münzen anzugeben, welche weniger aufwendig baut und dennoch für eine Vielzahl von Währungen ohne Änderung von baulichen Einrichtungen verwendet werden kann.

Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung eine Vorrichtung zum Zählen und/oder Sortieren von Münzen nach Anspruch 1 der DE 199 51 458.5-53, wobei diese in regelloser Folge mit dem Rand an einer Führungskante anliegend auf einer Führungsbahn befördert werden, mit einer Münzenerkennungseinheit aufweisend optische Mittel zur Bestimmung von Münzendurchmessern, wobei die optischen Mittel eine (nahezu punktförmige) Lichtquelle sowie, bezogen auf eine Münzenhauptfläche, der Münze gegenüberliegend lichtempfindliche Sensormittel, welche einfallendes Licht in elektrische Signale umwandeln, aufweisen, wobei das Sensormittel als CCD-Element ausgebildet ist, wobei die Lichtquelle eine Emissionsquelle sowie optische Elemente zur Erzeugung eines parallelen und orthogonal zu einer Münzenhauptfläche stehenden Lichtstrahlenbündels aufweist, wobei die laterale Erstreckung des Lichtstrahlenbündels sowie die Anordnung des CCD-Elements nach Maßgabe zu erkennender Münzendurchmesser so eingerichtet sind, daß durch eine zu erkennende Münze lediglich ein Teil des CCD- Elements abschattbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle in dem Brennpunkt einer optischen Sammellinse liegt oder in den Brennpunkt der optischen Sammellinse abgebildet ist. Als CCD-Element ist im Rahmen der Erfindung jedes optoelektronische Element bezeichnet, welches eine Mehrzahl von unabhängigen lichtempfindlichen Pixels aufweist, welche jeweils individuell elektronisch auslesbar sind. Die Pixels können eindimensional (gerade oder gekrümmt) oder zweidimensional (eben oder eindimensional oder zweidimensional gekrümmt) angeordnet sein.

Durch den Einsatz eines CCD-Elements läßt sich mit wenig Aufwand eine sehr hohe Auflösung, bspw. 15 Pixels bzw. "dots" je mm, erzielen. Mit der insofern vergleichsweise sehr hohen Auflösung werden zwar in Strenge ebenfalls nur Durchmesserbereiche und keine exakten Durchmesser bestimmt, diese verkleinerten Durchmesserbereiche im Rahmen einer Messung sind jedoch so klein, daß diese praktisch einem diskreten Durchmesserwert zugeordnet werden können. Im Ergebnis kann praktisch der Durchmesser jeder beliebigen Münze mit ein und demselben CCD-Element bestimmt werden. Daher können die verschiedensten Währungen lediglich durch Ergänzung oder Austausch einer Auswertungssoftware bearbeitet werden. Die mit der Erfindung erreichte hohe Genauigkeit bei der Erfassung von Durchmessern beruht jedoch nicht allein auf den Einsatz eines CCD-Elements. Vielmehr ist hierfür ebenso wichtig, daß, im Gegensatz zum Stand der Technik, die Beleuchtung der Münze mit einem parallelen Lichtstrahlenbündel erfolgt. Denn diffuses Licht würde zu "weichen" Übergängen in der Abschattung im Bereich des Münzenrandes führen aufgrund der räumlichen Erstreckung der Münze in Richtung orthogonal zur Münzenhauptfläche.

Baulich besonders einfach und kostengünstig auszuführen ist eine Ausführungsform der Erfindung, in welcher die Emissionsquelle als LED, vorzugsweise im Wellenlängenbereich 640 bis 980 nm emittierend, ausgebildet ist.

Grundsätzlich kann die Erfindung auf verschiedene Weisen funktionieren. In einer vergleichsweise aufwendigen Ausführungsform der Erfindung ist das CCD-Element ein CCD- Flächenelement, d. h. mit einer Erstreckung in beiden Raumrichtungen einer Ebene parallel zu einer Münzenhauptfläche. In dieser Ausführungsform kann in einer einzelnen Auslesung des CCD-Flächenelements ein Münzenrandkontursegment gleichsam fotografiert werden, wobei dann eine Auswertungssoftware den Münzendurchmesser mit einer Genauigkeit berechnen kann, welche mit geeigneten Algorithmen noch unter der Auflösung des CCD-Flächenelements liegt. Die optische Sammellinse kann dann doppelt gekrümmte Flächen aufweisen, i. e. ein Segment eines Rotationskörpers sein. Mit dieser Ausführungsform lassen sich auch besondere, von der Kreisform abweichende Münzränder erkennen, deren besondere Form in der Sortierfunktion als zusätzliche Eingangsgröße (neben dem "Durchmesser") eingehen kann.

In einer demgegenüber einfachen aber in der Praxis durchaus befriedigenden Ausführungsform ist das CCD-Element eine orthogonal zur Förderrichtung angeordnete CCD-Zeile, deren Erstreckungslinie in einer zu einer Münzenhauptfläche parallelen Fläche angeordnet ist. Die optische Sammellinse kann dann mit einfach, z. B. zylinder- bzw. stabförmig, gekrümmten Flächen mit einer Erstreckung in Richtung orthogonal zur optischen Achse und orthogonal zum Krümmungsverlauf von weniger als 10 mm, vorzugsweise weniger als 5 mm, höchst vorzugsweise als 3 mm, eine gemäß der Erstreckung der CCD-Zeile ausgerichtete Lichtlinie entsprechender Breite bildend, ausgeführt sein.

Optimale Ergebnisse werden erhalten, wenn der Brennpunkt der optischen Sammellinse etwa im Bereich einer Mittenebene zwischen den beiden Münzenhauptflächen liegt. Es ist aber auch möglich, den Brennpunkt der optischen Sammellinse in dem Bereich des CCD-Elements vorzusehen.

Als optische Sammellinse ist eine Linse bezeichnet, deren Brennweite in optisch dünnerem Medium größer als 0 ist. Eine Sammellinse kann symmetrisch oder asymmetrisch bikonvex, plankonvex oder konkavkonvex ausgeführt sein. Die Linsenflächen können sphärisch oder asphärisch ausgebildet sein. Wenn die optische Sammellinse lediglich mit einfach gekrümmten Flächen ausgestattet ist, i. e. eine Stablinse ist, so weist sie keinen Brennpunkt, sondern eine Brennlinie auf. Ansonsten gilt grundsätzlich das vorstehend Gesagte. Der Begriff der optischen Sammellinse umfaßt nicht nur Einzellinsen, sondern auch Linsensysteme, welche sich insgesamt wie eine Sammellinse verhalten, also eine Brennweite in optisch dünnerem Medium von größer als 0 aufweisen. Im Rahmen eines solchen Linsensystems können daher auch Zerstreuungslinsen vorgesehen sein. Bei der Konstruktion und Auslegung der optischen Sammellinse oder eines entsprechenden Linsensystems finden die dem Fachmann geläufigen Regeln der geometrischen Optik Anwendung. Die optische Sammellinse kann aus allen üblichen lichtdurchlässigen Werkstoffen gebildet sein, insbesondere Glas und/oder Kunststoff. Bevorzugt ist allerdings eine Ausbildung als Kunststofflinse. Die Linsenoberflächen können vergütet sein, bspw. zur Reduktion störender Reflektionen.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Bestimmung von Münzendurchmessern, wobei Münzen in regelloser Folge mit dem Rand an einer Führungskante anliegend auf einer Führungsbahn durch eine erfindungsgemäße Münzerkennungseinheit gefördert werden, wobei die CCD-Zeile bei Durchlauf einer einzelnen Münze mehrfach ausgelesen wird, wobei bei jeder Auslesung ein Abschattungsgrad bestimmt und eine Abschattungsgradfolge für die einzelne Münze in einem Speicherelement abgespeichert wird, wobei bei abnehmenden Abschattungsgrad im Zuge des Durchlaufs einer Münze der zuvor bestimmte maximale Abschattungsgrad als Durchmesserwert aus dem Speicherelement abgerufen und als Eingangsgröße einer Sortierfunktion verwendet wird. Eine besonders hohe Störsicherheit bei der Messung und Auslesung der CCD-Zeile ist möglich, wenn die Lichtquelle während des Auslesezyklus dunkel geschaltet wird.

Bei Einsatz eines CCD-Flächenelements ist demgegenüber keine mehrfache Auslösung des CCD-Elements erforderlich. Denn hier genügt eine einzige "Momentanbelichtung" zur Bestimmung eines Randsegments und folglich zur Errechnung eines Münzendurchmessers. Hierbei kann es sich empfehlen, die Emissionsquelle als Pulsquelle arbeiten zu lassen, damit die aufgenommene Randkontur nicht durch den Förderfortschritt gleichsam verwaschen wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Figur näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Bereich der optischen Mittel zur Bestimmung von Münzendurchmessern.

In der Fig. 1 erkennt man eine Vorrichtung zum Zählen und/oder Sortieren von Münzen, die in regelloser Folge mit dem Rand 2 an einer Führungskante 3 anliegend auf einer Führungsbahn 4 gefördert werden. Dies geschieht mit Hilfe des Förderbandes 19. Vorgesehen sind eine Münzenerkennungseinheit 5 aufweisend optische Mittel zur Bestimmung von Münzendurchmessern d. Die optischen Mittel weisen eine Lichtquelle 6 sowie, bezogen auf eine Münzenhauptfläche, der Münze gegenüberliegend lichtempfindliche Sensormittel 7, welche einfallendes Licht in elektrische Signale umwandeln, auf. Das Sensormittel 7 ist im Ausführungsbeispiel als orthogonal zur Förderrichtung angeordnete CCD-Zeile 7, deren Erstreckungslinie in einer zu einer Münzenhauptfläche parallelen Fläche angeordnet ist, ausgebildet. Die CCD-Zeile 7 ist unmittelbar unter einer Lichtdurchtrittsöffnung 16 in der Führungsbahn 4 angeordnet, beispielsweise auf einer Leiterplatte mit weiteren elektronischen Bauteilen. Im Ausführungsbeispiel wurde eine CCD-Zeile des Typs IL-CC 1024 der Firma Dalsa verwendet, welche in gradliniger Anordnung 1024 Sensorelemente (Dots bzw. Pixels) mit einer Dichte von ca. 72 Dots je mm aufweist.

In einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 und 2 erkennt man, daß die als LED ausgebildete Emissionsquelle 8 in dem Brennpunkt B einer optischen Sammellinse 11 liegt. Im Ausführungsbeispiel ist die optische Sammellinse 11 mit einfach gekrümmten Flächen (i. e. kein Flächensegment eines Rotationskörpers) mit einer, bezogen auf die Krümmung, lateralen Erstreckung von weniger als 5 mm, eine gemäß der Erstreckung der CCD-Zeile ausgerichtete Lichtlinie entsprechender Breite bildend ausgeführt. Es versteht sich, daß die dargestellte Lichtquelle 6 in der Praxis beidseitig geschlossen und innenwandig (mit Ausnahme der optischen Elemente) schwarz ausgeführt ist. In der Figur sind lediglich zum Zwecke des besseren Verständnisses die Seitendeckel weggelassen worden. Die Ausrichtung der optischen Sammellinse 11 ist dabei so getroffen, daß die optische Achse der Emissionsquelle 8 im wesentlichen colinear zur optischen Achse der Lichtaustrittsöffnung 12 steht.

Im Ausführungsbeispiel erfolgt die Bestimmung eines Münzendurchmessers wie folgt. Beim Durchlauf einer einzelnen Münze 1 wird die CCD-Zeile 7 mehrfach ausgelesen. Bei jeder Auslesung wird ein Abschattungsgrad bestimmt. Die so entstehende Abschattungsgradfolge für eine einzelne Münze wird in einem Speicherelement abgespeichert. Bei abnehmendem Abschattungsgrad im Verlauf dieser Abschattungsgradfolge im Zuge des Durchlaufs einer Münze 1 wird der zuvor bestimmte maximale Abschattungsgrad als Durchmesserwert d aus dem Speicherelement abgerufen und als Eingangsgröße einer Sortierfunktion verwendet. Es versteht sich, daß die Sortierfunktion einen oder mehrere vorgegebene bzw. einstellbare Durchmesserwerte gespeichert enthält und daß beispielsweise ein Ablenkelement nach Maßgabe eines Vergleiches eines aktuell gemessenen Durchmesserwertes d mit einem vorgegebenen Durchmesserwert aktiviert oder deaktiviert wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zum Zählen und/oder Sortieren von Münzen (1) nach DE 199 51 458.5-53, wobei die Münzen (1) in regelmäßiger Folge mit dem Rand (2) an einer Führungskante (3) anliegend auf einer Führungsbahn (4) gefördert werden, mit einer Münzerkennungseinheit (5) aufweisend optische Mittel zur Bestimmung von Münzdurchmessern (d),

    wobei die optischen Mittel eine Lichtquelle (6) sowie, bezogen auf eine Münzenhauptfläche, der Münze (1) gegenüberliegend lichtempfindliche Sensormittel (7), welche einfallendes Licht in elektrische Signale umwandeln, aufweisen, wobei das Sensormittel (7) als CCD-Element (7) ausgebildet ist,

    wobei die Lichtquelle (6) eine Emissionsquelle (8) sowie optische Elemente (9, 10) zur Erzeugung eines parallelen und orthogonal zu einer Münzenhauptfläche stehenden Lichtstrahlenbündels aufweist, wobei die laterale Erstreckung des Lichtstrahlenbündels sowie die Anordnung des CCD-Elements (7) nach Maßgabe zu erkennender Münzendurchmesser (d) so eingerichtet sind, daß durch eine zu erkennende Münze (1) lediglich ein Teil des CCD-Elements (7) abschattbar ist,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß die Lichtquelle (6) in dem Brennpunkt (B) einer optischen Sammellinse (11) liegt oder in den Brennpunkt (B) der optischen Sammellinse (11) abgebildet ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Emissionsquelle (8) als LED, vorzugsweise im Wellenlängenbereich 640 bis 980 nm emittierend, ausgebildet ist.
  3. 3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das CCD-Element (7) eine orthogonal zur Förderrichtung angeordnete CCD-Zeile (7), deren Erstreckungslinie in einer zu einer Münzenhauptfläche parallelen Fläche angeordnet ist, ist und wobei der optische Sammellinse (11) einfach gekrümmte Flächen mit einer, bezogen auf die Krümmung, lateralen Erstreckung von weniger als 10 mm, vorzugsweise weniger als 5 mm, höchst vorzugsweise als 3 mm, ein gemäß der Erstreckung der CCD-Zeile (7) ausgerichtete Lichtlinie entsprechender Breite bildend ausgeführt ist.
  4. 4. Verfahren zur Bestimmung von Münzendurchmessern (d), wobei Münzen (1) in regelloser Folge mit dem Rand (2) an einer Führungskante (3) anliegend auf einer Führungsbahn (4) durch eine Münzerkennungseinheit (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 gefördert werden, wobei die CCD-Zeile (7) bei Durchlauf einer einzelnen Münze (1) mehrfach ausgelesen wird, wobei bei jeder Auslesung ein Abschattungsgrad bestimmt und eine Abschattungsgradfolge für die einzelne Münze in einem Speicherelement abgespeichert wird, wobei bei abnehmendem Abschattungsgrad im Zuge des Durchlaufs einer Münze (1) der zuvor bestimmte maximale Abschattungsgrad als Durchmesserwert (d) aus dem Speicherelement abgerufen und als Eingangsgröße einer Sortierfunktion verwendet wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Lichtquelle während des Auslesezyklus der CCD-Zeile (7) dunkel geschaltet wird.






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