Die Erfindung bezieht sich auf eine Münzvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Münzvorrichtung ist aus dem Document WO-A-92/18952 bekannt geworden.
Neben dem Einsatz von Falschmünzen wird auch in großem Umfang versucht, mit echten Münzen Münzprüfer zu manipulieren. So wird etwa eine echte Münze an einem Faden befestigt und in den Münzprüfer eingeworfen. Die Meßstrecke wird passiert und die Münze als echt erkannt. Daraufhin erfolgt die Abgabe einer Kreditinformation an den Verkaufsautomaten. Nach Warenentnahme kann die Münze wieder zurückgezogen und der Verkaufsvorgang erneut gestartet werden. Grundsätzlich sind folgende Abwehrmaßnahmen bekannt:
Die ersteren Vorkehrungen können nicht verhindern, daß eine Münze erst einmal als echt erkannt wird und in den Annahmebereich gelangt bzw. eine Ware ausgegeben wird. Erst danach wird versucht, weitere Manipulationen zu verhindern. Hierbei entsteht häufig ein aufwendiger Servicefall im Automaten und damit verbunden ein Verkaufsausfall. Rückzugsverhinderungen führen häufig zu einem Zerreißen des Fadens oder einer Zerstörung von Teilen des Münzprüfers. Mechanische Abtastungen von Fäden oder Drähten sind nicht besonders zuverlässig. Sie funktionieren zumeist nur bei einem mehr oder weniger straffen Faden. Wird jedoch eine große Fadenlänge zur Verfügung gestellt, können die mechanischen Abtastvorrichtungen nicht zum Zuge kommen.
Mit üblichen Lichtschranken, wie sie in der DE 41 21 986 zur Fadenerkennung beschrieben werden, läßt sich eine zuverlässige Fadenerkennung nicht durchführen. Dies gilt auch für eine Fadenerkennung nach der DE 42 31 534, bei der oberhalb eines Münzkanals eine Lichtquelle und ein lichtempfindlicher Empfänger angeordnet sind, wobei der lichtempfindliche Empfänger entweder die Reflexion von der Münzlaufbahn erhält oder von einem Faden, an dem die Münze hängt. Insbesondere bei einem losen Faden, der ebenfalls auf der Laufbahn aufliegen kann, ist es sehr schwierig, das Vorhanden- bzw. Nichtvorhandensein eines Fadens zu diskriminieren.
Aus der DE 33 35 385 ist auch bekanntgeworden, mit Hilfe einer Vielzahl von durch Lichtschranken beaufschlagte Blenden die in Laufrichtung der Münzen angeordnet sind, eine Durchmesserprüfung von Münzen vorzunehmen. Aus der DE 40 16 680 oder der EP 0 078 214 ist bekannt, zur Durchmesserbestimmung von Münzen quer zur Laufrichtung der Münzen einen linienförmigen Sensor, der aus einzelnen Lichtschranken besteht, vorzusehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur berührungslosen Erkennung von Fäden oder ähnlichen Fremdkörpern in Münzvorrichtungen zu schaffen, die mit großer Sicherheit verhindert, daß eine an einem Faden angehängte Münze den Annahmebereich erkannt und als echt akzeptiert wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Zeile aus Punktsensoren vorgesehen, die lichtempfindliche Dioden enthält, wobei die Zeile quer zur Bewegungsrichtung der Münze angeordnet ist. Die Auswertevorrichtung vergleicht entweder sämtliche Ausgangssignale der Punktsensoren mit einem vorgegebenen Sollwert und gibt ein Rückgabesignal ab, wenn mindestens ein Ausgangssignal eines Punktsensors den vorgegebenen Wert nicht erreicht. Alternativ werden alle Ausgangssignale der Punktsensoren addiert bzw. integriert und das integrierte Signal mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen, wobei ein Rückgabesignal erzeugt wird, wenn der vorgegebene Sollwert nicht erreicht wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung geht dabei von sogenannten Pixelsensoren aus, die in der Ausdehnung sehr kleine lichtempfindliche Elemente enthalten, die etwa im Abstand von 100 bis 200 µm angeordnet sind und ihrerseits eine Ausdehnung haben, die in der einen Richtung kaum über 100 und in der anderen etwas unter 100 µm liegt. Mit derart feinen Sensorzeilen ist es ohne weiteres möglich, das Vorhandensein eines Fadens im Bereich von ein paar lichtempfindlichen Elementen ohne weiteres klar und deutlich zu detektieren. Für den Betrieb einer derartigen Sensorzeile sind zwei Grundfunktionen entscheidend. Während der ersten Periode sammeln sich die Ladungen an den lichtempfindlichen Elementen (Pixeln). In der nachfolgenden Ausgabeperiode werden diese als elektrisches Signal seriell am Ausgang abgegeben. Hierzu ist eine sich ständig wiederholende Abtastung erforderlich, die etwa über ein Schieberegister und eine "Sample and Hold"-Schaltung erfolgt. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird dem Pixelsensor eine Regelschaltung zugeordnet, die sicherstellt, daß die Ausgangsspannung der lichtempfindlichen Elemente stets einen konstanten vorgegebenen Wert einnehmen. Dieser ist so gewählt, daß er unterhalb der Sättigung der Ausgangsspannung liegt.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die optische Sensoranordnung im Einwurfbereich oder am Ende der Münzlaufbahn angeordnet. Durch die Umlenkung der Münze am Ende der Laufbahn verkürzt sich die notwendige Sensorlänge erheblich, da der Faden durch das Münzgewicht um diese Kante gezogen wird.
Die Sensoranordnung bzw. die Lichtquelle werden nach Möglichkeit so angebracht, daß eine Verschmutzung sich in Grenzen hält. Andererseits sorgt die Reglerschaltung dafür, daß die Ausgangsspannung immer auf dem gleichen Wert gehalten wird und somit Unabhängigkeit besteht von eventuellen Verschmutzungen oder anderen Einflüssen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind Sensorzeile und Lichtquelle an gegenüberliegenden Seiten eines Rahmens angeordnet. Ferner ist eine getrennte Auswertevorrichtung der Ausgangssignale der Sensorzeile am Rahmen angeordnet. Damit ist eine selbständige Einheit zur Erkennung von Fäden oder ähnlichen Fremdkörpern geschaffen, die auch nachträglich in bereits aufgestellte Münzprüfvorrichtungen eingebaut werden kann.
Die Erfindung kann zusätzlich auch zur Durchmesserbestimmung bei Münzen herangezogen werden. Zu diesem Zweck ist jedoch erforderlich, daß der Sensor bzw. die Sensorzeile einen vorgegebenen Abstand zu einer Münzlaufbahn hat. Das Ausmaß der jeweiligen Abschattung einer bestimmten Anzahl von Punktsensoren ist mithin ein Maß für den Durchmesser der Münze.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
In Fig. 1 ist ein Münzprüfer durch eine Hauptplatte 10 und eine Laufbahnträgerplatte 12 angedeutet. In der Hauptplatte 10 ist eine IR-Licht emittierende Diode (LED) 14 angeordnet. Sie richtet ihren Strahl 16 quer zur Laufrichtung einer Münze (nicht gezeigt) zwischen den Platten 10, 12 auf die Laufbahnträgerplatte 12, in der ein optischer Sensor 18 in Form einer Zeile aus Punktsensoren angeordnet ist. Mit 20 ist der Schatten angedeutet, den ein Faden 22 erzeugt, an dem eine Münze 24 hängt (Fig. 2). In Fig. 2 ist die Sensorfläche 26 zu erkennen, die durch einen Spalt 28 in der Laufbahnträgerplatte 18 mit dem Licht der Diode 14 beaufschlagbar ist.
Die Sensorfläche des beschriebenen Pixelsensors besteht zum Beispiel aus 64 einzelnen lichtempfindlichen Elementen, von denen jedes eine Fläche von 70 x 120 m hat, wobei die Elemente in einem Abstand von 125 µm angeordnet sind. Das ergibt eine Gesamtlänge von z.B. etwas mehr als 1,2 cm. Mit Hilfe einer derartigen Sensorzeile ist es möglich, eine so hohe Auflösung zu erhalten, daß auch sehr dünne Fäden, wie der Faden 22 in Fig. 1, ausreichend sicher von mehreren Punktsensoren erfaßt werden können.
Erhältlich sind CCD-Zeilensensoren abgestuft bis zu einer Pixelfläche von z.B. 7 x 7 µm bei einer Anzahl von 5000 Pixel.. Eine derartige Auflösung ist für diese Anwendung nicht erforderlich.
Statt der beschriebenen Pixelsensoren sind auch sogenannte PSD's einsetzbar (Position Sensitive Detectors). Diese positionsempfindlichen Fotodioden können z.B. aktive empfindliche Flächen von 1 x 37 mm2 aufweisen und sind damit ebenfalls zu einer berührungslosen Münzkanalüberwachung geeignet. Auf die Auswertung des zur Abdeckung proportionalen analogen Ausgangssignals wird hier nicht näher eingegangen.
Wie aus Fig. 2 zu erkennen, ist die optische Anordnung 18 relativ nahe dem Ende der Münzlaufbahn 30 angeordnet.
Durch die Umlenkung der Münze 24 an dieser Stelle verkürzt sich die notwendige Sensorlänge erheblich, da der Faden 22 durch das Münzgewicht um die Kante der Laufbahn 30 gezogen wird. Es ist jedoch ebenso gut denkbar, den optischen Sensor im Einwurfbereich (nicht gezeigt) anzuordnen.
Die an sich bekannte Grundfunktion derartiger Pixelsensoren ist die, daß während der Bestrahlung mit einer Lichtquelle sich in den Elementen Ladungen sammeln, die bei der Ausgabeperiode (Abtastung) als elektrisches Signal seriell am Ausgang abgegeben werden. Die Integrationszeit ist abhängig von der Beleuchtungsstärke sowie des Ausgangspegels. In der nicht weiter dargestellten Steuerlogik für das Schieberegister, mit dem die einzelnen Elemente abgetastet werden, ist auch eine Sample- und Hold-Schaltung vorgesehen, mit welcher die jeweilige Ausgangsspannung eines Pixels konstant gehalten werden kann, bis der nächste ausgelesen ist. In Fign. 5 und 6 ist die Integrationszeit 2 msec. für 64 lichtempfindliche Elemente. Man erkennt eine annähernd konstante Leerlaufamplitude 31, die sich jedoch unterhalb der Sättigungsspannung von 3,5 Volt befindet. Beim Kurvenverlauf 32 ist ein Signaleinbruch zu erkennen, der von einem Draht verursacht wird mit einer Dicke von 1 mm. Hier erstreckt sich der Signaleinbruch über die halbe Pixelanzahl. In Fig. 6 ist ein Einbruch 34 gezeigt, der von einem Nylonfaden verursacht wird. Hier werden nur 2 oder 3 Pixel in ihrer Ladung beeinflußt. Die Digitalisierung jeder einzelnen Spannung erfolgt synchron mit dem Takt des Schieberegisters. Alle Signale können in einem Speicher eines Mikroprozessors addiert werden. Weicht die Summe vom "Leerlaufergebnis" um einen Betrag ab, so kann die Fadenmanipulation gemeldet werden. Ist die Abweichung wie bei Fig. 6 nur geringfügig, kann bei einer Integration über die Gesamtfläche der Faden eventuell nicht erkannt werden. Hier könnte es dann notwendig werden, jede einzelne Pixelspannung oder eine Gruppe von Pixelspannungen zu digitalisieren und mit Sollwerten zu vergleichen. Hierbei ergibt sich zwangsläufig ein größerer Speicherbedarf und eine langsamere Bearbeitungsgeschwindigkeit.
Der Strom für die Diode 14 (Fig. 1) wird einerseits so eingestellt, daß keine Sättigung der Pixelausgangsspannung möglich ist (siehe Fign. 5 und 6). Andererseits soll eine ausreichende Amplitude zur Verfügung stehen. Daher ist eine nicht gezeigte Regelschaltung vorgesehen, die die Ausgangsspannung der Pixel über den Diodenstrom so lange verändert, bis die Ausgangsspannung den gewünschten, dem Referenzwert gleichen Wert einnimmt. Somit ist der gezeigte Pixelsensor unabhängig von eventuellen Verschmutzungen und anderen Einflüssen.
Aus den Figuren 3 und 4 ist zu erkennen, daß der Pixelsensor oder die optische Anordnung 18 in Form eines quaderförmigen Blocks 18 vorliegt, der in einer Ausnehmung 36 der Laufbahnträgerplatte 12 an deren Rückseite angeordnet ist. Die Ausnehmung weist einen Schlitz 28 auf, dem die lichtempfindliche Fläche 26 der einzelnen Pixelsensoren zugeordnet ist.
In Fig. 4 ist ferner zu erkennen, daß die Diode 14 in einer kastenartigen Ausbuchtung 38 der Hauptplatte 10 angeordnet ist, wobei das Bauteil 38 von der Rückseite auf die Hauptplatte 10 aufgesetzt ist und mit dieser in geeigneter Weise verbunden ist. Ein Durchtrittsschlitz 40 ermöglicht den Durchtritt des Lichts der Diode 14 zum Münzkanal. In Fig. 4 ist schließlich zu erkennen, daß die Laufbahn 30 eine zur Laufbahnträgerplatte 12 hin abfallende Neigung 42 aufweist. Sie soll bewirken, daß die Münze an der zugekehrten Wandung der Trägerplatte 12 entlangläuft.
In Fig. 7 ist perspektivisch ein kastenartiger Rahmen 50 dargestellt, der zum Beispiel eine Höhe h von 5 mm, eine Länge 1 von 38 mm sowie eine Breite b von 8 mm aufweist. Er ist so im nicht gezeigten Münzprüfer angeordnet, daß eine eingeworfene Münze durch den Rahmen 50 hindurchfällt oder hindurchrollt. Er kann zum Beispiel hinter dem Münzeinwurf eines Münzprüfers angeordnet werden oder auch in Laufrichtung hinter der Laufbahn 30 nach den Figuren 1 bis 4. In einer Seitenwand des rahmenartigen Halters 50 ist ein Pixelsensor 52 angeordnet, entsprechend dem Sensor 18 nach den Figuren 1 bis 4. In der gegenüberliegenden Wand ist die Aufnahme 54 für eine lichtemittierende Diode 54 angeordnet. Die für den Sensor 52 erforderliche, weiter oben beschriebene Elektronik 56 ist auf der Oberseite angedeutet. Es wird ein Rückgabesignal erzeugt, wenn die gezeigte optische Sensoranordnung einen Fremdkörper oder einen Faden in Verbindung mit einer eingeworfenen Münze festgestellt hat. Die in Fig. 7 gezeigte Vorrichtung kann daher auch nachträglich in beliebige Münzprüfer eingebaut werden.
Es versteht sich, daß eingeworfene Münzen ebenfalls einen Schatten am optischen Sensor erzeugen. Dieser Schatten läßt sich jedoch ohne weiteres von dem Schatten diskriminieren, der von einem Faden oder einem ähnlichen Fremdkörper verursacht wird. Die Auswerteschaltung ist daher entsprechend auszulegen.