Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung von Münzprüfern nach Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Solche Münzprüfer werden beispielsweise zum Erkennen von zugelassenen Münzen in Dienstleistungsautomaten verwendet. Das Erkennen erfolgt durch Messung eines oder mehrerer Münzparameter und deren Vergleich mit entsprechenden im Speicher des Münzprüfers gespeicherten Referenzwerten. Eine Münze wird akzeptiert, sofern alle gemessenen Parameter innerhalb der vorgegebenen Akzeptanzbereiche eines zugelassenen Münztypes liegen, anderenfalls wird die Münze zurückgewiesen.

Die von baugleichen Münzprüfern ermittelten Messwerte hängen nicht nur vom Münztyp ab (Streuung um den Nominalwert wegen Fabrikationstoleranz, Abnützung), sondern auch von den Fabrikationstoleranzen des Münzprüfers selbst, die sich als systematische Fehler bemerkbar machen. Es ist deshalb notwendig, einen neuen (oder revidierten, oder reparierten) Münzprüfer vor der Verwendung in einem Münzautomaten zu kalibrieren, d.h. für jeden zugelassenen Münztyp mit dem Münzprüfer eine Reihe von Messwerten zu ermitteln, aufgrund deren mit Mitteln der Statistik die beiden Eckwerte eines Akzeptanzbereichs bestimmt und im Speicher des Münzprüfers abgelegt werden, zwischen denen die Messwerte dieses Münztyps liegen müssen, damit der Münzprüfer eine Münze als echt erkennt. Mit dem Münzprüfer ermittelte Akzeptanzbereiche nicht zugelassener ähnlicher Münzen können jedoch die Eckwerte des Akzeptanzbereichs jeder zugelassenen Münze einschränken. Die Nachteile dieses Verfahrens sind der grosse Aufwand für die Kalibrierung, da jeder neue, revidierte oder reparierte Münzprüfer für jeden zugelassenen Münztyp mit einem ausgewählten Satz einer grossen Anzahl von Münzen getestet werden muss, sowie die praktische Undurchführbarkeit einer Anpassung der im Felde eingesetzten Münzprüfer an einen neuen Münztyp.

Aus der WO 80/01963 oder der US-A-4 538 719 ist bekannt, die Mittelwerte und die Akzeptanzbereiche der Messwerte von Prüfobjekten im Betrieb mittels der Messwerte der akzeptierten Münzen laufend neu auszurechnen, um Einflüsse auf die Empfindlichkeit des Münzprüfers, wie Alterung der Münzprüferkomponenten der im Umlauf befindlichen Münzen, zu eliminieren.

Es ist weiterhin bekannt, wie in EP-A-0 072 189 beschrieben, die Anzahl von Messungen dadurch zu reduzieren, dass zur Kalibrierung eines Münzprüfers zwei genau bekannte, nicht münzenähnliche Prüflinge ("Tokens") anstelle eines Satzes von echten Münzen verwendet werden und dass aufgrund der mit den beiden Prüflingen mit einem speziellen Testgerät erhaltenen Messresultate die Akzeptanzbereiche berechnet werden.

Weiterhin sind auch von DE-A 37 14 298 und GB -A-2 199 978 on-line Verfahren zur Kalibrierung von Münzprüfern bekannt, bei welchen für abgespeicherte Akzeptanzbereiche aufgrund von Messungen eingeworfener Münzen Korrekturwerte ermittelt und gespeichert werden. Dabei sind solche Korrekturen aber entweder nur getrennt für jeden Münztyp oder nur für vorausbestimmte Münztypen durchführbar. Es besteht deshalb ein Bedürfnis, im Feld alle Münzbereiche on-line gleichzeitig korrigieren zu können, und zwar aufgrund weniger Münzen irgendwelcher normalerweise vorhandenen Münzen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Verfahren, gekennzeichnet durch die Merkmale von Anspruch 1.

Der Vorteil des erfinderischen Verfahrens besteht darin, dass für jeden zu kalibrierenden Münzprüfer nur wenige on-line Messungen getätigt werden müssen, was den Zeit- und Personalaufwand stark reduziert. Zudem ist die Anwendung des Verfahrens im Feld ermöglicht, da normale Münzen eines zugelassenen Münztyps gebraucht werden können. Bevorzugte Varianten sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Ein Akzeptanzbereich A wird durch einen Mittelwert M der Messwerte und eine maximale positive und negative Abweichung (p·e) gegeben, d.h. A = [M-p·e,M+p·e], wobei p einen Toleranzfaktor und e die Streuung der Messwerte bedeuten. Entsprechend werden die Akzeptanzbereiche des Referenzprüfers für jeden Münztyp bestimmt, sowie der erweiterte Akzeptanzbereich A_e durch die Extremwerte der Akzeptanzbereiche der Musterprüfer. Zur zuverlässigen Eichung des Referenzprüfers und der Musterprüfer werden jeweils vorzugsweise mindestens 32, bzw. 8 Münzen jedes Münztyps gemessen. Das Verfahren ist speziell für die Bestimmung der Akzeptanzbereiche von dem Münzdurchmesser entsprechenden Messparametern geeignet.

In bevorzugten Formen des Verfahrens wird das Abweichen des Messverhaltens des Serie-Münzprüfers vom Referenzprüfer dadurch ermittelt, dass die Differenz zwischen dem Mittelwert X_m der Messwerte der kleinen Anzahl von Münzen eines beliebigen Münztyps m und dem entsprechenden abgespeicherten Mittelwert M_m des Referenzprüfers bestimmt wird. Eine Korrektur wird vorzugsweise nur dann durchgeführt, wenn die Differenz X_m - M_m einen Grenzwert D überschreitet. Die Korrektur besteht entweder darin, dass$${\text{M}}_{\text{n}}{\text{(neu) = M}}_{\text{n}}{\text{(alt) + (X}}_{\text{m}}{\text{-M}}_{\text{m}}\text{(alt)) für alle n Münztypen}$$ oder dass$${\text{M}}_{\text{n}}{\text{(neu) = M}}_{\text{n}}{\text{(alt)·(X}}_{\text{m}}{\text{/M}}_{\text{m}}\text{(alt)) für alle n Münztypen}$$ für alle Akzeptanzbereiche A_n neu berechnet und abgespeichert wird.

Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass das Abweichen des Messverhaltens des zu kalibrierenden Serie-Münzprüfers nur durch die Messung von 2 bis 5 zum gleichen Münztyp m gehörenden, gewöhnlichen Münzen bestimmt werden kann.

Die Erfindung umfasst ferner einen Münzprüfer, gekennzeichnet durch die Merkmale von Anspruch 11. Der erfindungsmässige Vorteil besteht darin, dass Mittel zur Kalibrierung im Münzprüfer eingebaut sind, durch die aufgrund weniger Messungen die im Datenspeicher vorhandenen Akzeptanzbereiche A_n neu berechnet und abgespeichert werden können. Die Mittel zur Kalibrierung umfassen vorzugsweise Mittel zur Auslösung der Kalibrierung sowie zugehörige Prozessor- und Speichermittel. Die Speicher sind vorzugsweise als PROMs(EPROM,EEPROM) ausgeführt.

Bevorzugten Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird anhand der Fig. 1-4 am Beispiel der Durchmesserprüfung dargestellt :

• Fig. 1 zeigt eine Wahrscheinlichkeitsverteilung des dem Münzdurchmesser entsprechenden Parameters, gemessen an einem beliebigen Münzprüfer,
• Fig 2. zeigt das Flussdiagramm des erfinderischen Verfahrens,
• Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen dem Akzeptanzbereich A eines Referenz-Münzprüfers und den Akzeptanzbereichen einer Gruppe von Musterprüfern, sowie dem resultierenden erweiterten Akzeptanzbereich A_e.
• Fig 4. zeigt in schematischer Form den erfinderischen Münzprüfer mit den zugehörigen Messstellen in einem Telephonautomat und den wesentlichen Komponenten.

Im folgenden werden die bestehenden Zusammenhänge im Detail erklärt und ein bevorzugtes erfinderisches Verfahren beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt eine Häufigkeitsverteilung von dem Münzdurchmesser entsprechenden Parametermessungen V_i, z.B. bei einem Referenz-Münzprüfer, für eine Anzahl Münzen K gleichen Typs. Elementare statistische Methoden erlauben, daraus einen empirischen Mittelwert M und eine empirische Standardabweichung e zu berechnen :$$\text{M =}\frac{\text{1}}{\text{K}}{\text{ΣV}}_{\text{i}}$$$${\text{e = (M}}^{\text{2}}\text{-}{\overline{\text{V}}}^{\text{2}}{\text{)}}^{\text{1/2}}\text{wobei}{\overline{\text{V}}}^{\text{2}}\text{=}\frac{\text{1}}{\text{K}}{\text{ΣV}}_{\text{i}}{}^{\text{2}}$$

Ein möglicher, aufgrund dieser Werte definierbarer Akzeptanzbereich A für Münzen des vorgegebenen Typs ist das Intervall [M-p·e, M+p·e], wobei p ein zu wählender Toleranzfaktor ist. p wird dabei so gewählt, dass möglichst alle Messwerte in den Akzeptanzbereich A fallen und dass sich benachbarte Akzeptanzbereiche für verschiedene Münztypen nicht überschneiden. Ein typischer Wert für p ist 3 oder 4.

Das erfinderische Verfahren gliedert sich in zwei Phasen. In einer ersten, off-line Phase geht man von von einer Auswahl baugleicher Münzprüfer aus und wählt daraus einen Referenzmünzprüfer und J (J z. B. gleich 10) Musterprüfer aus.

Die Zahl der zu identifizierenden Münztypen sei N (N z.B. für die Schweiz bis 6: -.10, -.20, -.50, 1.-, 2.-, 5.-). Obwohl die Münzen normalerweise einer Währung angehören, kann der Satz von Münztypen natürlich auch verschiedene Währungen umfassen, solange die verschiedenen Münzen durch die im Münzprüfer zur Verfügung stehenden Messvorrichtungen unterscheidbar sind. Für jeden Münztyp werden eine relativ grosse Zahl K₁ (K₁ z. B. gleich 8, 16, 32, 64, usw.) der Münzen bereitgestellt zur Ausmessung des Referenzprüfers und zur Bestimmung seines Akzeptanzbereichs für jeden Münztyp n. Für das Ausmessen der Musterprüfer werden für jeden Münztyp n geringere Mengen K₂ notwendig sein, z.B. halb so viele wie für den Referenzprüfer.

Gemäss dem Flussdiagramm in Fig.2 bestimmt man, nach Bereitstellung des Referenzprüfers und der J Musterprüfer sowie der N Münzsätze von je K Münzen beim Start zuerst in Block 10 in einem ersten Messschritt für jeden Münztyp n, (n=1,...,N) die K₁ Messwerte V_nk der K₁ Münzen am Referenzprüfer, und berechnet daraus in Block 11 den Mittelwert M_n und die Streuung S_n. Entsprechend werden für jeden der J Musterprüfer in Block 12 die Messwerte W_jnk der K₂ Münzen zur Berechnung der Mittelwerte B_nj und der zugehörigen Streuungen S_nj bestimmt. Wie die Praxis zeigt, sind die Streuungen sowohl für alle Münztypen als auch für alle baugleichen Münzprüfer nur wenig verschieden und können vereinfachend gleich e gesetzt werden (Block 13).

Diese Messungen und Berechnungen werden für jeden Münztyp n durchgeführt.

Im Block 13 werden nun für jeden Münztyp aufgrund der vorhandenen Messwerte die Akzeptanzbereiche für den Referenzprüfer und ein für alle Musterprüfer gültiger Akzeptanzbereich, der erweiterte Akzeptanzbereich A_en, bestimmt. Für den n-ten Münztyp ist der Akzeptanzbereich A_n des Referenzprüfers gleich$${\text{A}}_{\text{n}}{\text{= [M}}_{\text{n}}{\text{-p·e, M}}_{\text{n}}\text{+p·e]}$$ und für den erweiterten Akzeptanzbereich A_en gilt$${\text{A}}_{\text{en}}{\text{= [W}}_{\text{nmin}}{\text{, W}}_{\text{nmax}}\text{]}$$ wobei$${\text{W}}_{\text{nmin}}{\text{= min (B}}_{\text{nj}}\text{-e·p)}$$$${\text{W}}_{\text{nmax}}{\text{= max (B}}_{\text{nj}}\text{+e·p)}$$ und der Toleranzfaktor p, wie oben erklärt, so gewählt wird, dass möglichst viele Messwerte innerhalb des erweiterten Akzeptanzbereichs A_en liegen und gleichzeitig zwischen benachbarten erweiterten Akzeptanzbereichen A_en kein Ueberlappen auftritt. Diese Grundwerte werden in einem Datenspeicher für Referenzwerke des Münzprüfers abgespeichert.

Soweit die erste, off-line Phase des erfinderischen Verfahrens. Die Gesamtheit der im erfindungsmässigen Verfahren zum voraus bestimmten Werte besteht deshalb aus den N Mittelwerten M_n des Referenzprüfers, dem Wert (p·e),und den 2N Grenzwerten der erweiterten Akzeptanzbereiche A_en für jeden Münztyp, W_nmin und W_nmax. Diese Werte werden im Datenspeicher für Referenzwerte, z.B. einem EPROM, jedes zum Einbau bereiten Münzprüfers diesen Typs, Serie-Münzprüfer genannt, gespeichert.

Die zweite, on-line Phase des erfinderischen Verfahrens wird auf die Serie-Münzprüfer angewandt, z.B. nach Einbau eines neuen Münzprüfers in den Münzautomaten, aber auch nach Reparaturen und Revisionen, und besteht darin, wie in Block 14 dargestellt, Messwerte V_mi von ein paar wenigen, z.B. M=2 bis 5, zu einem Münztyp m gehörenden Münzen zu bestimmen. Die im Münzprüfer eingebauten Auswertemittel bestimmen den Mittelwert X_m, solange alle Messwerte innerhalb eines der gespeicherten erweiterten Akzeptanzbereiche A_en liegen, und vergleichen ihn mit dem für den Münztyp m abgespeicherten Mittelwert M_m. Gemäss Block 15, falls die absolute Differenz X_m - M_m grösser als D ist, werden die Mittelwerte des Serie-Münzprüfers und die spezifischen Akzeptanzbereiche A_n neu nach Block 16 gerechnet und im Datenspeicher des Serie-Münzprüfers abgespeichert. Vorzugsweise besteht die Neuberechnung in einer simplen konstanten Korrektur für alle Münztypen n, d.h. die neuen Mittelwerte berechnen sich aus den alten wie folgt:$${\text{M}}_{\text{n}}{\text{(neu) = M}}_{\text{n}}{\text{(alt) + (X}}_{\text{m}}{\text{-M}}_{\text{m}}\text{), für alle n, wobei 1≤m≤N.}$$

Wird die Rechnung in Integer-Mode ausgeführt wird, werden Aenderungen, die unter dem Grenzwert D≤1 liegen, nicht verarbeitet. Die Praxis zeigt, dass die konstante Korrektur genau genug ist. Eine alternative Korrekturberechnung, die aber aufwendigere Integer-Multiplikationen erfordert, benützt die Formel$${\text{M}}_{\text{n}}{\text{(neu) = M}}_{\text{n}}{\text{(alt) · (X}}_{\text{m}}{\text{/M}}_{\text{m}}\text{) für alle n, wobei 1≤m≤N.}$$

Durch die neue Berechnung der Mittelwerte M_n und deren Abspeicherung sind die Akzeptanzbereiche A_n angepasst und damit der Serie-Münzprüfer kalibriert. Die erweiterten Akzeptanzbereiche A_en werden nicht angepasst. Nach dieser on-line Kalibrierung ist der Serie-Münzprüfer funktionsbereit.

Vorzugsweise fügt sich jetzt im normalen Betrieb ein, wie z.B.von WO 80/01963, vorbekanntes adaptives Verfahren zur weiteren Anpassung der Mittelwerte an, das die Alterung des Münzprüfers und der Münzen korrigiert.

Eine Umkalibrierung oder Anpassung an einen anderen Münzsatz erfolgt durch Austausch des Datenspeichers, der die in der off-line Phase für diesen Münzensatz ermittelten Grundwerte des Referenzprüfers und die erweiterten Akzeptanzbereiche A_en der Musterprüfer enthält. Die Endkalibrierung erfolgt durch die oben beschriebene zweite oder on-line Phase. Sie kann im Feld ohne Benutzung einer Servicewerkstatt erfolgen.

Fig. 3 zeigt in graphischer Darstellung für den Münztyp n das Messverhalten der J Musterprüfer im Vergleich zum Referenzprüfer. Für bessere Uebersichtlichkeit ist J hier gleich 3 gewählt. Auf der Ordinate ist der Akzeptanzbereich für den Referenzprüfer aufgetragen, auf der Abszisse diejenigen der Musterprüfer. Die Extremwerte W_nmin und W_nmax aller Akzeptanzbereiche [B_nj-p·S_nj, B_nj+p·S_nj] der J Musterprüfer definieren für diesen Münztyp n den erweiterten Akzeptanzbereich A_en, wobei S_nj durch e ersetzt werden kann. In der Annahme, dass die J Musterprüfer die Gesamtheit der baugleichen Serie-Münzprüfer eines Münzprüfertyps gut repräsentieren, erlaubt der erweiterte Akzeptanzbereich A_en eine Grob-Prüfung für den Münztypn unabhängig vom spezifischen Münzprüfer.

Der Zusammenhang zwischen den Akzeptanzbereichen A_n und denen der Musterprüfer kann auch durch die Winkel α_j charakterisiert werden, indem tg (α_j) gleich M_n/B_nj ist und dieser Winkel α_j für alle n ungefähr der gleiche ist. Die Grenzwerte W_nmin und W_nmax können dann auch mit Hilfe der Winkel α_j berechnet werden.

Es ist im Zusammenhang mit Fig 2. auch klar, dass die Wahl des Referenzprüfers unter den Musterprüfern vorgenommen werden kann, wenn das Messverhalten aller vorgewählten Münzprüfer nach jeweils K₂ Messungen schon bekannt ist, damit der Referenzprüfer möglichst im Mittelbereich der Musterprüfer liegt. Dies heisst, dass die Messschleife für die Werte V_nk effektiv nicht vor der für die Werte W_njk durchlaufen werden muss, sondern dass die Reihenfolge der Blöcke 11 und 12 umgekehrt werden kann.

Die Zahlenwerte sind vorzugsweise normalisiert. Die Normalisierung bezweckt einerseits die Anpassung der Messwerte an die in einem Mikroprozessor zur Verfügung stehenden 2 Zahlbereiche (z.B. [1, 256] oder [1, 4096]), und anderseits die teilweise Ausschaltung des Alterungseffekts der Messvorrichtung und des Oszillators. Falls der eigentliche Messwert V kleiner ist als der bei Nichtvorhandensein einer Münze in Luft gemessenen Parametermesswert,V_L, wird der Quotient V/V_L mit dem Maximalwert des zur Verfügung stehenden Zahlenbereichs (z.B. 4096) multipliziert:$${\text{V}}_{\text{norm}}{\text{= 4096·V/V}}_{\text{L}}\text{.}$$

Die wesentlichen Elemente des erfindungsgemässen Münzprüfers 1 zur Durchführung des Verfahrens sind in Fig. 4 dargestellt. Solche Münzprüfer 1 sind Einheiten, die mit dem Münzkanal in einen Münzautomaten (z.B. Telephonautomaten) einbaubar sind.

Die für das Verfahren wesentlichen Bestandteile sind eine oder mehrere Messvorrichtungen 2 und 3, ein damit verbundener Mikroprozessor 4 zur Auswertung der Messwerte, zum Erkennen von zugelassenen Münzen und zur Steuerung des Verfahrens, sowie mit diesen Mitteln verbundene, nicht flüchtige Datenspeicher 5 und Mittel 6 zum Auslösen der Kalibrierung des Münzprüfers 1. Das Mittel 6 umfasst Teile 8 des Mikroprozessors 4 zum Erfassen von Kalibriersignalen 7 und den Referenzdatenspeicher 9 mit den Referenzwerten, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren bestimmt wurden. Die Mittel 2 bis 7 sind in Fig. 4 nur schematisch dargestellt.

Die am Münzkanal 10 angeordneten Messvorrichtungen umfassen beispielsweise einen Detektor 2 zur induktiven Prüfung der Legierung und der Dicke einer Münze 11 und einen Detektor 3 zur Messung des Durchmessers der Münze 11 mittels elektromagnetischen Hochfrequenzwellen. Der erste Detektor 2 misst mit seiner Sekundärspule die Abschwächung und Phasenverschiebung des Eingangssignals, dessen Frequenz ungefähr bei 4 kHz liegt, provoziert durch die Präsenz der Münze 11. Der zweite Detektor 3 misst die Frequenzverschiebung oder die Abschwächung eines mit ungefähr 60 kHz betriebenen Oszillators durch die Anwesenheit der Münze 11 im Feld. Die Messung der Abschwächung am ersten Detektor wird z.B. bei stationärer Münze 11 ausgeführt, die Messungen der Phasenverschiebung am ersten Detektor sowie am zweiten Detektor werden beim Vorbeirollen der Münze 11 im Münzkanal 10 ausgeführt. Diese beim Vorbeirollen der Münzen ausgeführten Messungen bestehen effektiv aus einer Serie von zeitlich gestaffelten Messungen, deren Extremwert dem zu verarbeitenden Messwert entspricht. Solche zweite Detektoren 3 können auch bei höheren Frequenzen (bis 20 MHz) arbeiten.

Im Normalbetrieb vergleicht der Prozessor 4 die gemessenen, normalisierten Parameterwerte mit den zugehörigen im ersten Datenspeicher 5 abgespeicherten Akzeptanzbereichen und entscheidet die Annahme der geprüften Münze 11 als Münze vom Typ n, falls die Messwerte beider Messvorrichtungen in die entsprechenden Akzeptanzbereiche fallen. Falls eine solche Zuordnung nicht möglich ist, wird die Münze 11 zurückgewiesen. Die Messwerte werden vorzugsweise dazu verwendet, die abgespeicherten Referenzmittelwerte adaptiv anzupassen.

Der Kalibrierteil 7 des Prozessors 4 kann zum Kalibrieren aktiviert werden. Danach werden zwei bis fünf Münzen 11 eines einzigen Münztyps m in den Münzautomaten eingegeben und von den Messvorrichtungen 2 und 3 gemessen. Die Messwerte werden vom Prozessor 4 normalisiert und mit den im Speicher 5 abgespeicherten Werten verglichen. Falls die absolute Differenz zwischen dem adhoc ermittelten Mittelwert X_m und dem abgespeicherten Mittelwert M_m den Grenzwert D überschreitet, werden die Mittelwerte M_n und die Akzeptanzbereiche A_n nach einem der oben beschriebenen Verfahren neu gerechnet und im Referenzdatenspeicher 9 abgespeichert. Damit ist die Kalibrierung zu Ende und der Prozessor 4 im Kalibrierzustand deaktiviert sich. Der Münzprüfer 1 ist jetzt betriebsbereit.

Sind mehrere Messvorrichtungen 2,3 längs des Münzkanals 10 angeordnet, die für die Erkennung der Münze 11 notwendig sind, läuft das oben beschriebene Verfahren für jede Messvorrichtung 2,3 unabhängig aber gleichzeitig ab.