JP4379238B2 - 硬貨識別装置 - Google Patents

Description

本発明は、硬貨識別装置に係わり、更に詳しくは偽貨排除性能の高い硬貨識別装置に関するものである。

以下、従来の硬貨識別装置について説明する。従来の硬貨識別装置は、図８に示すような構成と成っていた。図８において、１ａ，１ｂ，１ｃは夫々投入された硬貨の凹凸、材質、材厚を識別する識別センサである。そして、この識別センサ１ａ，１ｂ，１ｃの出力は硬貨の特徴を検出してその特徴を表す特徴量に変換する検知手段２ａ，２ｂ，２ｃに接続されている。

これらの検知手段２ａ，２ｂ，２ｃの出力は夫々比較手段３ａ，３ｂ，３ｃの一方の入力に接続されるとともに他方の入力にはメモリ４の出力が夫々接続されており、これらの比較手段３ａ，３ｂ，３ｃの夫々で検知手段２ａ，２ｂ，２ｃの出力とメモリ４に格納された判定の基準となる判定範囲とが比較される。

この比較手段３ａ，３ｂ，３ｃの出力は判定手段５に接続されており、この判定手段５で投入された硬貨の正偽及び金種を判定し、その判定結果を出力端子６から出力するものであった。

図９は、識別センサ１ａ，１ｂ，１ｃの出力波形の特性図である。図９において、７は凹凸センサ１ａから出力される波形データであり、８は材質センサ１ｂから出力される波形データであり、９は材厚センサ１ｃから出力される波形データである。ここで、横軸１０は時間であり、縦軸１１は識別センサ１ａ，１ｂ，１ｃの出力レベルである。

このように、夫々の識別センサ１ａ，１ｂ，１ｃから出力される波形データは、硬貨の種類に応じて夫々特徴あるレベルや波形を有しており、この出力波形の相違により、メモリ４内に格納された判定範囲と比較して、硬貨の正偽及び金種を識別していた。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開昭６０−６５３９３号公報

しかしながらこのような従来の硬貨識別装置では、メモリ４に格納されている判定範囲は固定であるため、偽貨排除能力や金種判別能力には限界があった。即ち、識別センサ１ａ，１ｂ，１ｃに接続された検知手段から出力される特徴量は、例えば図１０に示すように分布している。図１０において、１５は正貨が投入された場合における識別センサ１（識別センサ１ａ，１ｂ，１ｃの何れか）から出力される特徴量の分布である。この分布１５は周囲温度等の外部要因により変化し、常に一定であるとは限らず、例えばある時には１６に示したような分布となる。１７は偽貨（或いは、金種の異なる正貨）が投入された場合における識別センサ１から出力される特徴量の分布である。このように識別センサ１から出力される特徴量には幅があり、これと固定された判定範囲のみで硬貨の正偽を明確に分離することは困難であった。なお、金種の判別についても全く同様であるので、ここでは、正貨と偽貨の判別で代表して説明している。

即ち、正貨と偽貨から出力される特徴量において、正貨と判別する判定範囲を１８のように広く設定すると、偽貨と重なり合った部分１９が生じ、この部分１９に該当する硬貨が投入された場合は誤判別されてしまうことになる。そこで、正貨と偽貨を判別するために、判定範囲２０のように狭く設定すると、正貨と偽貨とは確実に分離することができるが、正貨であるにも係らず判定範囲２０から外れる部分２１が生じ、この部分２１内の正貨は排除しなければならないことになる。即ち、誤判別を無くすと偽貨排除性能が低下してしまうという問題があった。

なお、ここで、横軸２３は特徴量の度数分布であり、縦軸２４は正貨或いは偽貨の特徴量である。また、判定範囲１８のメモリ４への格納方法には２通りがある。一方の方法は、正貨と判定する判定範囲１８の上限値２５と下限値２６とを記憶する方式である。他方の方法は、正貨の特徴量に相当する基準値２７と、この基準値に対して正側の許容範囲２８ａ及び負側の許容範囲２８ｂとを記憶する方式である。いずれの方法においても、上述の問題があった。本発明は、このような問題を解決したもので、外部要因が変化しても高い識別性能を維持することができる硬貨識別装置を提供することを目的としたものである。

そしてこの目的を達成するために本発明の硬貨識別装置は、判定手段とメモリとの間に学習手段を設け、この学習手段で前記メモリ内に格納された判定範囲を伸縮させるものである。これにより、初期の目的を達成することができる。

以上のように本発明は、判定手段とメモリとの間に学習手段を設け、この学習手段で前記メモリ内に格納された判定範囲を伸縮させるものである。

即ち以上の構成とすれば、学習手段により投入された硬貨を判定する判定範囲が自動的に伸縮される。従って、投入された正貨の受付性能が安定するのに伴い、正貨の判定範囲を縮小することができるので、正貨の受付性能を維持したまま、偽貨排除性能を向上させることができる。

また、外部要因の変化に応じて正貨の判定範囲を自動的に拡大することができるので、例え外部要因が変化したとしても、正貨の受付性能を維持したまま、この外部要因に追従して識別性能を維持することができる。

（実施の形態１）
図２は本発明の実施の形態１における硬貨識別装置の正面図である。図２において、１２１は硬貨の投入口であり、１２２は投入口１２１に連結されるとともに、筐体１２３の一方の縦側面１２３ａに向かって伸びたガイドである。そしてこのガイド１２２の延長上にどの硬貨よりも堅い材質で形成されたスナバー１２４が設けられている。１２５は、このスナバー１２４に連結されるとともに筐体１２３の他方の側面１２３ｂに向かって設けられた通路である。

この通路１２５は、図３に示すように、水平面に対して角度１２６が１０度から１２度傾いており、この通路１２５上を硬貨が自然転動する。

３１ａ，３１ｂ，３１ｃは通路１２５の壁面に設けられた識別センサであり、投入口１２１からこの順に配置されている。また、最初のセンサ３１ａはガイド１２２の真下より他方の側面１２３ｂ側にあり、投入口１２１から強制的な力を硬貨に加えたとしても、硬貨はこのセンサ３１ａとは重なり合うことなくスナバー１２４或いは通路１２５に到達すると共に、このセンサ３１ａの位置では略一定の速度で転動する。従って、正確な認識ができる。

また、図３に示すように、硬貨の凹凸を検出する凹凸センサ３１ａと、硬貨の材質を検知する材質センサ３１ｂと、硬貨の厚みを検知する材厚センサ３１ｃがこの順に並んでいる。これらの識別センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃの中心は通路１２５から一定の距離（１３．２５ｍｍ）１３０に設けられている。

凹凸センサ３１ａの直径は８．３ｍｍであり、材質センサ３１ｂと材厚センサ３１ｃの直径は共に１２．５ｍｍである。また、凹凸センサ３１ａと材質センサ３１ｂとの中心間の距離１３１は１１．５ｍｍであり、材質センサ３１ｂと材厚センサ３１ｃとの中心間の距離１３２は１３．５ｍｍである。そして、凹凸センサ３１ａと材厚センサ３１ｂの中心間の距離１３３は２５ｍｍにしている。このように識別センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃを配置することにより、投入された硬貨は必ず複数の識別センサにより同時に検出されるタイミングを有することになる。

また、凹凸センサ３１ａと材厚センサ３１ｃとは、図４に示すように２つのコイル１３４と１３５を通路１２５に対向して配置し、これらのコイル１３４，１３５を相互インダクタンスが負になるように直列逆相接続している。従って、通路１２５を転動する硬貨１３６の凹凸や厚みを通路１２５の両側から検知できるので、硬貨１３６が通路１２５の側壁あるいは通路１２５の中央部分を通過するといった硬貨１３６の通過位置に関係なく高い検知精度が得られる。即ち、各コイル１３４，１３５の出力は硬貨１３６の通過位置の影響を受けて夫々の出力では検知精度の低下要因になるが、両側から検知した場合にはこの影響が相殺されるから高い検知精度が得られるものである。

また、材質センサ３１ｂは、コイル１３４，１３５を巻いたセンサを通路１２５に対向して配置し、これらのコイル１３４，１３５を相互インダクタンスが正になるように直列同相接続している。従って、硬貨１３６の材質を通路１２５の両側から検知できるので、硬貨１３６が通路１２５の側壁あるいは通路１２５の中央部分を通過するといった硬貨１３６の通過位置に関係なく高い検知精度が得られる。即ち、各コイル１３４，１３５の出力は硬貨１３６の通過位置の影響を受けて夫々単独では検知精度の低下要因になるが、両側から検知した場合にはこの影響が相殺されるから高い検知精度が得られるものである。

図２に戻って、これらの識別センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃの出力は硬貨の識別部（後述する図１における検知手段３２ａ，３２ｂ，３２ｃから出力端子３６までを含む）１３７に接続されており、この識別部１３７で投入された硬貨１３６の正、偽および硬貨１３６の金種（１０円、５０円、１００円、５００円）を判定している。

１３８は、通路１２５の終端に連結されたゲートであり、識別部１３７で「偽貨」と判定された硬貨は奥の通路１３９を通って出口１４０に導かれる。また、識別部１３７で「正」と判定された硬貨１３６は振り分け部１４１で金種別に振り分けられ、夫々の金種ごとの収納筒１４２ａから１４２ｄに収納される。

１４３は、収納筒１４２の底辺に連結された払い出し部であり、必要な金種の硬貨１３６を必要な枚数だけ払い出すものである。

図１は本発明の実施の形態１における硬貨識別装置のブロック図である。図１において、３１ａ，３１ｂ，３１ｃは夫々投入された硬貨の凹凸、材質、材厚を識別する識別センサである。そしてこの識別センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃの出力は検知手段３２ａ，３２ｂ，３２ｃに接続されており、これらの検知手段３２ａ，３２ｂ，３２ｃの出力は夫々比較手段３３ａ，３３ｂ，３３ｃの一方の入力に接続されるとともに他方の入力にはメモリ３４の出力が夫々接続されている。そして、この比較手段３３ａ，３３ｂ，３３ｃの出力は判定手段３５に接続されており、この判定手段３５の出力は出力端子３６に接続されている。

本実施の形態の検知手段３２ａ，３２ｂ，３２ｃは夫々、識別センサを構成するコイルに接続されたコンデンサと正帰還回路とから成る発振回路と、この発振回路の発振波形を正弦波から発振レベルを示す信号に変換する整流回路と、硬貨通過時の発振レベルから最大変化量等を検知して前記硬貨の特徴を表す特徴量として出力する特徴検知手段とで構成されている。

なお、検知手段３２ａ，３２ｂ，３２ｃの出力に夫々比較手段３３ａ，３３ｂ，３３ｃを設けているが、これは、検知手段３２ａ，３２ｂ，３２ｃの出力に電子的な切り替えスイッチを設けて、この電子スイッチによる切り替えにより、時分割で順次比較手段に供給すれば、比較手段は一つで良い。

また、判定手段３５とメモリ３４との間に学習手段３７が設けられている。この学習手段３７は、判定手段３５の出力に接続された投入枚数計数部３８と、この投入枚数計数部３８の出力に入力が接続されるとともに、その出力が前記メモリ３４に接続された算出率決定部３９と、判定手段３５と算出率決定部３９との間に接続された投入間隔測定部４０とで構成されている。この投入間隔測定部４０にはタイマー４１が接続されている。ここで、比較手段３３ａ，３３ｂ，３３ｃと、判定手段３５と、学習手段３７及びこの学習手段３７を構成する投入枚数計数部３８、算出率決定部３９、及び投入間隔測定部４０はソフトウエアで構成されている。

以上のように構成された硬貨識別装置について、以下にその動作を説明する。硬貨の投入口１２１から投入された硬貨は、投入口１２１に連結して設けられた通路１２５を転動する途中において、この通路１２５の側面に設けられた識別センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃを通過する。この識別センサ３１ａでは主に硬貨の凹凸を検知し、識別センサ３１ｂでは硬貨の材質を検知する。また、識別センサ３１ｃでは主に硬貨の材厚を検知する。

これらの識別センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃで検知された硬貨の特徴データは、検知手段３２ａ，３２ｂ，３２ｃに入力される。これらの検知手段３２ａ，３２ｂ，３２ｃでは、入力された波形データから硬貨の特徴を表す特徴量を得ている。そして、この特徴量は、メモリ３４に格納されている判定範囲と比較手段３３ａ，３３ｂ，３３ｃで夫々比較される。そしてこの比較結果に基づいて判定手段３５で投入された硬貨の正偽及び金種を判定している。そして、この判定結果は出力端子３６から出力される。

図５は識別センサ３１の出力波形図であり、この図を用いて硬貨の特徴量の検知について述べる。図５において、６１は凹凸センサ３１ａから出力される波形であり、６２は材質センサ３１ｂから出力される波形であり、６３は材厚センサ３１ｃから出力される波形である。ここで、横軸６４は時間であり、縦軸６５は識別センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃの出力レベルである。

本実施の形態では、各識別センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃから出力される波形の最大変化量を硬貨の特徴量として検知している。すなわち、凹凸センサ３１ａの最大値６１ｃ、材質センサ３１ｂの最大値６２ｃ及び材厚センサ３１ｃの最大値６３ｃである。そして、これらの特徴量を判定範囲と比較することによって、投入された硬貨の判別を行なっている。

また、判定手段３５に接続された学習手段３７では、投入枚数計数部３８で投入された硬貨の枚数を計数し、その結果を算出率決定部３９に出力している。この算出率決定部３９では硬貨の投入枚数に応じて算出率を計算し、この計算結果に基づいてメモリ３４内に格納されている硬貨の判定範囲を書き換えている。メモリ３４内には固定された初期の判定範囲と比較手段に出力されて用いられる判定範囲との２通りを記憶しており、書き換えられるのは後者である。また、電源投入時に後者は前者と同じ値に書き換えられて、初期の判定範囲にリセットされる。

このように、投入等の外的条件によって比較手段３３ａ，３３ｂ，３３ｃで比較される判定範囲が異なることになる。即ち、この判定範囲は、固定された初期の判定範囲から適宜書き換えられるものである。また、投入枚数計数部３８は、予め定められた枚数に達し判定範囲が縮小された後に、リセットされる。

さらに、学習手段３７では、投入間隔測定部４０で投入される硬貨の投入間隔をタイマー４１を使って測定している。そして、その結果を算出率決定部３９に出力するとともにタイマー４１はリセットされる。この算出率決定部３９では硬貨の投入枚数と投入間隔に応じて算出率を計算して判定範囲を変更している。

ここで、学習手段３７の動作について図６と図７を参照して説明する。識別センサ３１ａ，３１ｂ，３１ｃから出力される波形信号は、検知手段３２ａ，３２ｂ，３２ｃで硬貨の特徴を示す特徴量に変換されて図６に示した分布４４となる。なお、図６において、横軸４２は度数分布であり、縦軸４３は硬貨の特徴量である。この特徴量は、硬貨毎のバラツキや通路での硬貨の通過速度により、中心値４５に対して広がりを持った分布となる。本実施の形態では、正貨の特徴量に相当する基準値４６ａと、この基準値に対して正側の許容範囲４８ａ及び負側の許容範囲４８ｂとを記憶することによって、判定範囲をメモリへ収納している。また、算出率を金種毎に記憶すると共に、初期の許容範囲と算出率の積を計算して、比較手段で用いる許容範囲（以降、実用の許容範囲という）としている。なお、この算出率は金種及び特徴（凹凸、材質、材厚）毎にメモリ３４に記憶しており、きめ細かい判定が可能となっている。

４７は、電源投入時の状態を表しており、正貨の分布４４の中心値４５と基準値４６ａにズレが生じている。このズレは例えば、製品の生産時から硬貨識別装置が搭載された自動販売機が市場に設置され稼働を始めるまでの経時変化等に起因するものである。投入された硬貨に対して検知した特徴量が、この基準値４６ａの正側は許容範囲４８ａ、負側は許容範囲４８ｂの判定範囲に入っていれば正貨であると判定する。

そして、これらの許容範囲４８ａ，４８ｂは正貨が投入される度に、初期の許容範囲に基づいて書き換えられ、新たな実用の許容範囲が生成される。本実施の形態では、正貨が一枚投入される度に算出率を０．２％減算している。即ち、算出率決定部３９において、正貨が一枚投入される度に０．２％ずつ減算して算出率を計算している。従って、正貨受付性能を維持したまま、判定範囲を自動的に縮小することができるので、偽貨排除性能を向上させることができる。なお、算出率には、１００％という上限と７０％の下限を設けているので、判定範囲の際限のない拡大や、縮小を防止している。

さらに、正貨が投入されるのに応じて、基準値４６ａも正貨が所定枚数投入される度に自動的に補正している。図６の４９は、ある程度の枚数の正貨が投入された後の状態を表しており、許容範囲が５０ａ，５０ｂのように縮小されていると共に、基準値も４６ｂと正貨の分布４４の中心値４５に近づいていく。さらに正貨が投入されると５１に示したように、許容範囲５２ａ，５２ｂは最小となり、基準値４６ｃは正貨の分布４４の中心値４５と一致する。従って、経時変化や初期の基準データの誤差を吸収することができる。

図６において、４７は初期の値としてメモリ３４内に格納されている判定範囲としての基準値４６ａと判定範囲４８ａ，４８ｂである。この許容範囲４８ａ，４８ｂは、どの硬貨識別装置でも同じ値であり、外気温度等の外部環境もカバーするものである。従って、その範囲は大きくなっており、偽貨の範囲のデータも一部含むものになっている。すなわち、偽貨排除率が悪いということになる。

そこで、４９に示すように、正貨が投入される度に許容範囲４８ａ，４８ｂを許容範囲５０ａ，５０ｂのように順次狭くする。そして、この新しく決定された値を判定範囲としてメモリ３４に格納する。このことにより、その硬貨識別装置のその時の条件特有の識別が可能となり、使用時の外部環境に合った判定範囲を得ることができる。

従って、投入された正貨の受付性能が安定するのに伴い判定範囲を縮小するので、正貨受付性能を維持したまま偽貨排除性能を向上させることができる。

また、このとき基準値４６ａも新しく基準値４６ｂに書き換えている。更に、投入回数が増えれば、５１に示す判定範囲５２ａ，５２ｂのように更に狭くすることができる。また、基準値４６ｃも補正されていく。ここで、許容範囲の縮小速度は、基準値の補正速度以下としている。

この許容範囲５２ａ，５２ｂは、許容範囲縮小の場合であって、初期の７０％に縮小した下限値である。従って、この後どれだけ正貨が投入されても許容範囲がこれ以上縮小することはない。

ここで、メモリ３４に初期の許容範囲を複数個記憶しておき、この許容範囲を切り替えるハード的な切り替えスイッチを算出率決定部３９に接続しておけば、この切り替えスイッチにより、選択により算出率決定部３９による算出を行なわないようにする。即ち実用の許容範囲を初期の許容範囲と同じに固定することもできる。そうすれば、通常の許容範囲と偽貨発生時の緊急避難的な特別な許容範囲とをスイッチで切り替えて運用するような場合に、通常の許容範囲よりも狭く設定された特別な許容範囲に対してさらなる縮小を行なわないことで、正貨受付性能の低下等の弊害を防止することができる。

次に、判定範囲の拡大について図７を用いて説明する。正貨の分布４４は周囲温度等の外部要因により変化し、常に一定であるとは限らず、例えばある時には５７や５９に示したような分布となる。

学習手段３７では、投入間隔測定部４０により硬貨の投入が無い時間が続いた場合には、３０分毎に１．２％ずつ算出率、即ち許容範囲５６ａ，５６ｂを拡大させている。このことにより、硬貨の投入が無いまま外部条件の変化、例えば周囲温度等の環境が変化したとしても、正貨の受付性能を維持することができる。従って、硬貨の投入間隔に応じて、正貨受付性能と偽貨排除性能をバランス良く維持することができる。

本実施の形態における硬貨識別装置は、学習手段３７に投入間隔測定部４０を有しているので、この投入間隔によって、判別データの判定範囲が自動的に拡大するようにしている。即ち、３０分間硬貨の投入がないと、３０分毎に１．２％ずつ許容範囲５６ａ，５６ｂ、許容範囲５８ａ，５８ｂ、許容範囲６０ａ，６０ｂのように順次拡大していく。長時間（本実施の形態では１２時間）投入がない時には、判別データを元の基準データに戻している。このことにより、周囲環境が変化しても、正貨の受付性能を維持することができる。

なお、本実施の形態では正貨が投入される毎に判定範囲を縮小させ、時間が経過する毎に判定範囲を拡大させる例を挙げたが、学習手段でそれまでに投入された硬貨の受付率を求め、この受付率に応じて判定範囲を伸縮させても同様の効果が得られる。この場合、直近の所定枚数の受付率を用いれば、正確な受付率を容易に求めることができる。

本発明にかかる硬貨識別装置は、偽貨排除性能が高いので、自動販売機等に用いられる硬貨識別装置として有用である。

本発明の実施の形態１における硬貨識別装置のブロック図 同、硬貨識別装置の正面図 同、要部拡大図 同、通路の断面図 同、識別センサ波形特性図 同、判定範囲の縮小を示す模式図 同、判定範囲の拡大を示す模式図 従来例の硬貨識別装置のブロック図 同、出力センサ波形特性図 同、出力データ分布図

符号の説明

３１ａ 凹凸センサ
３１ｂ 材質センサ
３１ｃ 材厚センサ
３２ａ 検知手段
３２ｂ 検知手段
３２ｃ 検知手段
３３ａ 比較手段
３３ｂ 比較手段
３３ｃ 比較手段
３４ メモリ
３５ 判定手段
３６ 出力端子
３７ 学習手段
１２１ 投入口
１２５ 通路

Claims (4)

1. 硬貨の投入口と、この投入口に連結された通路と、この通路に配置された識別センサと、この識別センサに接続されるとともに前記硬貨の特徴を検出する検知手段と、硬貨の正偽及び金種の判定基準となる判定範囲が格納されたメモリと、このメモリに格納された前記判定範囲と前記検知手段の出力する特徴量とを比較する比較手段と、この比較手段の比較結果により硬貨の正偽及び金種を判定する判定手段とを備え、前記判定手段と前記メモリとの間に学習手段を設け、この学習手段で前記メモリ内に格納された前記判定範囲を伸縮させ、少なくとも予め定められた枚数の正貨が投入される毎に前記判定範囲を縮小させる硬貨識別装置。
2. 硬貨の投入口と、この投入口に連結された通路と、この通路に配置された識別センサと、この識別センサに接続されるとともに前記硬貨の特徴を検出する検知手段と、硬貨の正偽及び金種の判定基準となる正貨の特徴量に相当する基準値と、この基準値に対して正側の許容範囲及び負側の許容範囲とを記憶することにより判定範囲が格納されたメモリと、このメモリに格納された前記判定範囲と前記検知手段の出力する特徴量とを比較する比較手段と、この比較手段の比較結果により硬貨の正偽及び金種を判定する判定手段とを備え、前記判定手段と前記メモリとの間に学習手段を設け、この学習手段で予め定められた枚数の正貨が投入される毎に前記メモリ内に格納された前記基準値を補正させると共に、前記メモリ内に格納された前記判定範囲を伸縮させ、少なくとも前記判定範囲を縮小させる速度を、前記基準値の補正速度以下とする硬貨識別装置。
3. 学習手段では、予め定められた時間が経過する毎に判定範囲を拡大させる請求項１または２に記載の硬貨識別装置。
4. メモリには、初期の判定範囲と算出率とを記憶し、これらの積で判定範囲を定め、算出率を自動的に伸縮させる請求項１または２に記載の硬貨識別装置。

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