WO2006133972A1 - Vorrichtung zur aufnahme von münzen in einem münzprüfer - Google Patents

Vorrichtung zur aufnahme von münzen in einem münzprüfer Download PDF

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WO2006133972A1
WO2006133972A1 PCT/EP2006/005948 EP2006005948W WO2006133972A1 WO 2006133972 A1 WO2006133972 A1 WO 2006133972A1 EP 2006005948 W EP2006005948 W EP 2006005948W WO 2006133972 A1 WO2006133972 A1 WO 2006133972A1
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WO
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coin
light source
diffuser
angle
light
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/005948
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English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Wollny
Andreas Kuleschow
Klaus Spinnler
Robert Couronne
Original Assignee
Walter Hanke Mechanische Werkstätten GmbH & Co. KG
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B15/00—Special procedures for taking photographs; Apparatus therefor
    • G03B15/02—Illuminating scene
    • G03B15/06—Special arrangements of screening, diffusing, or reflecting devices, e.g. in studio
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07D—HANDLING OF COINS OR VALUABLE PAPERS, e.g. TESTING, SORTING BY DENOMINATIONS, COUNTING, DISPENSING, CHANGING OR DEPOSITING
    • G07D5/00—Testing specially adapted to determine the identity or genuineness of coins, e.g. for segregating coins which are unacceptable or alien to a currency
    • G07D5/005—Testing the surface pattern, e.g. relief

Definitions

  • the invention relates to a device for receiving coins in a coin validator with a lighting arrangement according to the preamble of the main claim.
  • Such a lighting arrangement has the advantage that the coin can be illuminated obliquely to its surface and from all directions, and the embossing becomes visible as a thin bright line on a dark background.
  • the light incident on a specific point of the coin is partially mirrored, partly scattered, on the surface of the coin.
  • the light is only mirrored in the direction of the sensor if the surface of the coin has a suitable inclination angle at this point.
  • the part of the light beam which is reflected in the direction of the sensor is thus transmitted the information about the embossing.
  • the scattered part of the light is a disturbance to the sensor.
  • ie may have different degrees of gloss and thereby scatter more or less light in all directions evenly.
  • the illumination from all meridian angles is advantageous in comparison with the point-like illumination because it allows a greater recognition rate for the coins can be achieved.
  • a ring of LEDs represents a light source that is visible at a very narrow width angle.
  • the light is reflected in the direction of the image sensor only if the embossing has a suitable inclination relative to the incident light beam.
  • contour lines on a coin image when illuminated, will disintegrate from a narrow solid angle to several sections, especially with freshly embossed coins. With small displacements and distortions of the coin, the gaps in contours will always appear at different points in relation to the embossing, which reduces the recognizability of the image.
  • Another problem is that different illumination angles, ie angles between the coin plane and the incident light beam, are optimal for different types of coins and embossing. For soft embossments, for example, relatively steep illumination angles are optimal, but for oxidized and worn coins the flat angles are better.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a device for receiving coins in a Munz- prufer with a lighting arrangement that allows high image quality with increased tolerance to the random orientation of Munzung when they are recorded so as to increase the recognition rate in the To increase evaluation of the image.
  • the idea of the invention is to optimize the illumination arrangement such that the illumination is independent of the position and rotation of the coin, such that an image of the coin's coinage is independent of its position and rotation.
  • the illumination arrangement is formed such that the coin in its receiving area from all directions in a predetermined solid angle range with respect to at least one predetermined position of the receiving area in the range of a meridian angle of 0 to 360 ° and between a minimum width angle ( ⁇ min ) and a maximum width angle ( ⁇ max ) is continuously illuminated and the difference between the maximum and minimum width angles is at least 10, the width angle being determined by the surface finish of the coin to be tested, optimum illumination for the different coin types tested by the coin validator can be produced, thereby also taking the captured image at different positions of the coinage to the image sensor is achieved.
  • the minimum width angle is limited by the plane of the coin, while the maximum width angle is limited by the gloss level of the coins to be tested, and for moderately worn coins the maximum width angle is usually not greater than 45 °.
  • the receiving area or the coin is uniformly illuminated from a predetermined solid angle range and is even more advantageously uniformly illuminated diffusely.
  • Each location in the recording area should be illuminated from any point of the light source.
  • the predetermined solid angle range with respect to the width angle between 2 and 45 °, seen from the plane of the coin, and more advantageously, a width angle range between 5 and 35 °.
  • a plurality of concentric light source rings arranged above the coin plane, eg of LEDs, and preferably circular, of the receiving region are used, which are arranged one above the other.
  • these rings can also be formed of radiating surfaces of optical fibers, which are connected to a light source.
  • diffusers may be used, which are impermeable depending on the arrangement of the light sources, so as to reflect a radiation emitted by light sources in the predetermined solid angle range on the receiving area of the coin, or be formed permeable to radiation, so as the radiation of light sources in the predetermined solid angle range to the coin to be transmitted.
  • the diffusers are assigned to individual light sources or a diffuser for a plurality of light sources is provided.
  • deflection elements such as mirrors can advantageously also be provided, which deflect the radiation of the light source or light sources onto the diffuser or onto a number of diffuser elements.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of the illumination arrangement according to the invention with rings of LEDs
  • FIG 3 shows a second embodiment of the illumination arrangement according to the invention with a reflective diffuser
  • FIG. 4 shows a third exemplary embodiment of the lighting arrangement according to the invention with deflecting elements and reflective diffuser
  • FIG. 5 shows a fourth embodiment of the illumination arrangement according to the invention with a transmitting diffuser
  • FIG. 7 shows the reflection of light rays in an embossing edge for a narrow-angled (a) and a wide-angled (b) light source arrangement.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a uniform illumination in the inventive device is shown.
  • a coin validator a coin to be tested is inserted and rolls over one Coin track to the corresponding test equipment to recognize the coin in terms of their value and validity.
  • the device according to the invention is also provided, which comprises an image sensor 1 for detecting the embossed image of a passing coin 2.
  • the image sensor can be designed as a CCD camera, but can also be any other image pickup device.
  • a lighting arrangement In order that the image of the coin 2 can be recorded with good quality, a lighting arrangement must be provided which illuminates the coin in a predetermined solid angle region 3. The light radiating in this solid angle region is indicated by the arrow Ie 4. It has been shown that the embossing of a coin 2 are represented as bright lines in an image, which are evaluated with regard to their representation in a later evaluation process.
  • the illumination is optimized from a solid angle range 3, which is limited by the width angle (X min and ⁇ X max at a meridian angle of 0 to 360 degrees, whereby the visible lower limit of the light source OW n must be chosen such that its Light intensity is sufficiently exploited, and the visible upper limit of the light source (X max can be selected based on the characteristics of the coins to be tested.
  • the lower limit may be selected from the width angle 2 degrees and the upper limit to the width angle 45 degrees, preferably ⁇ X min is 5 degrees and (X max is 35 degrees.
  • a normal LED with an emission area of approximately 1 mm 2 is seen at a distance of approximately 25 mm (approximately the smallest possible radius of a lighting ring) at an angle of approximately 2 degrees. If the light source is brought to a height above the coin level, eg 10 mm, the center of the light source is seen from the center of the coin at a width angle of about 22 degrees, and the whole light source between the width angles 21 and 23 degrees. If the coin is now shifted horizontally by 5 mm from the light source, the light source will only be visible at a width angle between 16 and 18 degrees. It is obvious that all the locations on the imprint where the light source could first reflect become dark in the second case, and become bright (if any) anywhere.
  • the use of a ring of LEDs does not change this question, as the width angle at which the light source is visible remains too small, although the meridian angle may be all 360 degrees.
  • the main idea of the invention is to increase the visible size of the light source from the coin (and namely the width angle) so that with small displacements, twists, tilting, out of parallelism, etc. of the coin, the illumination on the coin surface remains virtually unchanged.
  • the light source should be made as big as possible.
  • the light source width angle is limited with the coin plane (and lighting at small width angles is inefficient at all), and the upper limit is definitely by reflection of the light source on the flat part of the embossing (very large width angles, approximately in the range 80-90 degrees) and much faster given by a diffuse scattering on the coin surface of old and oxidized coins (about 40 - 45 degrees with respect to coin level) ,
  • FIGS. 6 and 7 show the reflection of a light beam on a new coin (a) and an old coin (b), and FIG. 7 shows the reflection on an embossing edge for a narrow-angled (a) and a wide-angled (b) light source arrangement ,
  • 21 is the coin surface
  • 22 is an incident light beam which reaches a flat position of the coin surface at the point P and an inclined position on the surface at the point Q which can reflect the light toward the sensor.
  • the light is partially mirrored, partially scattered in all directions.
  • Fig. 23 is the intensity diagram of the mirrored portion of the beam
  • Fig. 24 is the intensity diagram of the scattered portion.
  • Fig. 7 illustrates the difference between a narrow angle (a) and wide angle (b) light source arrangement, wherein the difference in reflectance at the edge is seen for different light sources.
  • 21 is the coin surface
  • 22 is the incident light
  • A, B, and C are different locations on the edge.
  • X width angle
  • the camera is arranged parallel to the coin 2 and the receiving area.
  • reflectors it is also possible, if necessary, by reflectors to direct the image of the coin on the camera 1, if the construction and height required.
  • Fig. 2 are above the coin level several concentric Rings 5 from individual light sources 6, for example light-emitting diodes in different planes, arranged such that different beam heights are achieved for each ring by different heights of the rings 5 above the coin level. All individual light-emitting diodes are directed to the same place where the coin should appear when recording.
  • the radius R of the rings is determined by the divergence of the radiation, since on the coin level each individual light source should illuminate uniformly on the entire receiving area where the coin appears.
  • a turn annular light source 7 which in turn may consist of several LEDs, arranged around the coin 2, wherein the arrangement level may be below the coin level.
  • a reflective diffuser 8 which may be formed as a continuous ring, but also as individual diffuser elements, is arranged, wherein the diffuser is radiopaque and the radiation emitted by the light source 7 is in the predetermined solid angle range ⁇ , as shown in FIG. 1 indicated, reflected. It is advantageous if the radiation of the light source 7 is totally diffusely reflected.
  • the distance between the ring of the light sources 7 and the diffuser is selected so that even the diffuser 8 is uniformly illuminated by the light source ring, preferably consisting of light-emitting diodes.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of the illumination arrangement according to the invention, in which the light source ring 10, for example consisting of LEDs, directs its radiation onto a conical mirror 9, which again the radiation to the diffuser 8, which is arranged obliquely in the solid angle region as in Fig. 3 above the coin 2, directs.
  • the light source ring 10 for example consisting of LEDs
  • the diffuser 8 which is arranged obliquely in the solid angle region as in Fig. 3 above the coin 2 directs.
  • the options shown are to be selected according to the design specifications on the coin validator and serve to reduce the space required for the lighting arrangement.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment in which a diffuser is arranged in an annular manner obliquely above the coin or above its coin plane in a manner corresponding to the diffusers of FIGS. 3 and 4, wherein the diffuser 11 transmits is.
  • a space 12 is provided, into which a light source ring 13 radiates.
  • the space 12 is designed with a reflecting reflective layer so that all radiated radiation reaches the radiation-transparent diffuser.
  • the diffuser 11 directs the transmitted radiation to the coin in the above-mentioned predetermined solid angle range.
  • All light sources which are described here mostly as LEDs, can be replaced by other suitable light sources, for example light guides can be provided which direct the radiation in the desired directions.

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Abstract

Vorrichtung zur Aufnahme von Münzen in einem Munzprüfer mit einer einen Aufnahmebereich der Münze bestrahlenden Beleuchtungsanordnung, und einem das Bild der Münze aufnehmenden Bildsensor, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsanordnung derart ausgebildet ist, dass die Münze (2) im Aufnahmebereich in einem vorbestimmten Raumwinkelbereich (3) in Bezug auf mindestens eine vorgegebene Stelle des Aufnahmebereichs aus allen Richtungen im Bereich eines Meridianwinkels von 0 bis 360° und im Bereich eines Breitenwinkels zwischen einem minimalen Breitenwinkel (αmin) und einem maximalen Breitenwinkel (αmax) durchgehend beleuchtet wird, wobei die Differenz zwischen dem maximalen und minimalen Breitenwinkel (αmin, αmin) mindestens 10° betragt.

Description

Vorrichtung zur Aufnahme von Münzen in einem Münzprüfer
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme von Münzen in einem Münzprüfer mit einer Beleuchtungsanordnung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs .
Es sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Erkennung von Münzen bekannt, wobei seit einiger Zeit besonderer Augenmerk auf die Auswertung des Prägebildes einer Münze gelegt wird. Dazu wird beispielsweise mit einer Kamera an einer vorbestimmten Stelle im Ablauf der Münze, vorzugsweise der Münze in Bewegung eine Bildaufnahme mit einer Kamera oder einem Bildsensor gemacht und dieses Bild wird ausgewertet. Um das Bild zu erfassen, ist es notwendig, dass die Münze beleuchtet wird. Aus der EP 0 683 473 Bl ist eine Beleuchtungsanordnung für eine Münzerkennungsvorrich- tung in Geldzählautomaten bekannt, die aus einer Mehrzahl von Leuchtelementen, z.B. LEDs besteht, die auf einem Ring entlang einer Achse angeordnet sind. Jedes Leuchtelement strahlt dabei in einem kleinen Winkel in Bezug auf die horizontale Achse ab und sie sind auf einen bestimmten Bereich gerichtet, wo die Münze bei der Aufnahme erscheinen soll.
So eine Beleuchtungsanordnung hat den Vorteil, dass die Münze schräg zu ihrer Oberfläche und von allen Richtungen beleuchtet werden kann, und die Prägung wird als dünne helle Linie auf einem dunklen Hintergrund sichtbar.
Das an eine bestimmte Stelle der Münze einfallende Licht wird an der Oberfläche der Münze teilweise gespiegelt, teilweise verstreut. Dabei wird das Licht nur dann in Richtung Sensors gespiegelt, wenn die Oberfläche der Münze an dieser Stelle einen passenden Neigungswinkel hat. Der in Richtung Sensors gespie- gelte Teil des Lichtstrahls wird also die Information über die Prägung übertragen. Das verstreute Teil des Lichts ist für den Sensor eine Störung. Je nach dem Abnutzungsgrad und dem Material der Münze ist deren Oberfläche mehr oder weniger mattiert, d.h. können unterschiedliche Glanzgrade haben und dadurch mehr oder weniger Licht in allen Richtungen gleichmäßig streuen. Je steiler der Beleuchtungswinkel ist, desto größer ist der Anteil des gestreuten Lichts, das in Richtung Sensor kommt, so dass für alte und oxidierte Münzen mit einem niedrigen Glanzgrad bei einem Beleuchtungswinkel von etwa 45° der Anteil des gestreuten Lichtes so groß sein kann, dass keine Prägung mehr zu erkennen ist. Andererseits wird bei den Beleuchtungswinkeln im Bereich 0° - 2° im Bezug auf Münzebene die Lichtstärke der Lichtquelle sehr ineffizient benutzt. Wenn die Münze schräg, aber nur aus einer Richtung beleuchtet wird, sind nur einige Teile der Prägung sichtbar. Zum Beispiel ist eine gerade Stufe nur dann zu sehen, wenn die Richtung auf die Beleuchtungsquelle beinahe senkrecht zu der Stufe ist. Folglich werden bei einer punktartigen Beleuchtung und einem leichten Verdrehen oder Verschieben der Münze unterschiedliche Fragmente der Prägung unsichtbar und die Münze kann dadurch nicht erkannt werden. So wird die Beleuchtung aus allen Meridianwinkeln vorteilhaft im Vergleich mit der punktartigen Beleuchtung weil dabei eine größere Erkennungsrate für die Münzen erreicht werden kann.
Gleiche Verhältnisse sind aber auch für den Breitenwinkel gültig. Ein Ring aus LEDs stellt eine Lichtquelle dar, die unter einem sehr schmalen Breitenwinkel sichtbar ist.
Allerdings wird das Licht in Richtung des Bildsensors nur dann widergespiegelt, wenn die Prägung eine passende Neigung im Verhältnis zu dem einfallenden Lichtstrahl hat. Je schmaler der Raumwinkel ist, von dem Beleuchtung kommt, desto unwahrscheinlicher wird, dass ein optimaler Neigungswinkel gefunden wird, um ausreichend viel Licht in die Richtung des Sensors umzuleiten. So werden Konturlinien auf einer Münzabbildung bei einer Beleuchtung aus einem schmalen Raumwinkel auf mehrere Teilabschnitte zerfallen, besonders bei frisch geprägten Münzen. Bei kleinen Verschiebungen und Verdrehungen der Münze werden die Lücken in Konturen immer an unterschiedlichen Stellen in Bezug auf die Prägung erscheinen, was die Erkenn- barkeit der Abbildung vermindert. Ein anderes Problem ist, dass für unterschiedliche Münz- und Pragungstypen auch unterschiedliche Beleuchtungswinkel, d.h. Winkel zwischen der Munzebene und dem einfallenden Lichtstrahl optimal sind. Für weiche Prägungen sind z.B. relativ steile Beleuchtungswinkel optimal, für oxidierte und abgenutzte Münzen sind dagegen die flachen Winkel besser.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Aufnehmen von Münzen in einem Munz- prufer mit einer Beleuchtungsanordnung zu schaffen, mit der eine hohe Bildqualitat bei erhöhter Toleranz zu der zufälligen Orientierung der Munzung bei ihrer Aufnahme gestattet, um so die Erkennungsrate bei der Auswertung des Bildes zu erhohen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelost.
Die Idee der Erfindung liegt darin, eine Optimierung der Beleuchtungsanordnung dahingehend vorzunehmen, dass die Beleuchtung unabhängig von der Position und Drehung der Münze ist, derart, dass ein Abbild der Prägung der Münze unabhängig von deren Position und Drehung ist.
Dadurch, dass die Beleuchtungsanordnung derart ausgebildet ist, dass die Münze in ihrem Aufnahmebereich aus allen Richtungen in einem vorbestimmten Raumwinkelbereich in Bezug auf mindestens eine vorbestimmte Stelle des Aufnahmebereichs im Bereich eines Meridianwinkels von 0 bis 360° und zwischen einem minimalen Breitenwinkel (αmin) und einen maximalen Breitenwinkel (αmax) durchgehend beleuchtet wird und die Differenz zwischen dem maximalen und minimalen Breitenwinkel mindestens 10 beträgt, wobei der Breitenwinkel durch die Oberflächenbeschaffenheit der zu prüfenden Münze bestimmt ist, kann eine optimale Beleuchtung für die jeweils unterschiedlichen, von dem Münzprüfer geprüf- ten erzeugten Münztypen erzeugt werden, wodurch das aufgenommene Bild auch bei unterschiedlichen Stellungen der Prägung zu dem Bildsensor erzielt wird.
Der minimale Breitenwinkel wird durch die Ebene der Münze begrenzt, während der maximale Breitenwinkel durch den Glanzgrad der zu prüfenden Münzen begrenzt ist, wobei für mäßig abgenutzte Münzen der maximale Breitenwinkel in der Regel nicht größer als 45° ist.
Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.
Besonders vorteilhaft ist, wenn der Aufnahmebereich bzw. die Münze aus einem vorbestimmten Raumwinkelbereich gleichmäßig beleuchtet wird und noch vorteilhafterweise gleichmäßig diffus beleuchtet wird. Jede Stelle im Aufnahmebereich soll von jeder Stelle der Lichtquelle beleuchtet werden.
Vorzugsweise liegt der vorbestimmte Raumwinkelbereich bezüglich des Breitenwinkels zwischen 2 und 45°, von der Ebene der Münze gesehen, und noch vorteilhafterweise ein Breitenwinkelbereich zwischen 5 und 35°. Mit diesen Bereichen werden die in einem Münzprüfer vorkommenden Münzen hinsichtlich ihrer Prägungsbandbreite ausreichend genau erfasst, wobei andererseits nicht zu viel Energie für das Vorsehen der Beleuchtung verbraucht wird.
Vorteilhaft ist, wenn für eine direkte Beleuchtung des Aufnahmebereichs eine Mehrzahl von oberhalb der Münzebene angeordneten konzentrischen Lichtquellenringe, z.B. aus LEDs und vorzugsweise kreisförmig verwendet werden, die übereinander angeordnet sind. Diese Ringe können jedoch auch aus Abstrahlflächen von Lichtleitfasern gebildet werden, die mit einer Lichtquelle verbunden sind.
In weiteren bevorzugten Ausführungsbeispielen können Diffusoren verwendet werden, die je nach Anordnung der Lichtquellen undurchlässig ausgebildet sind, um so eine von Lichtquellen ausgesandte Strahlung in dem vorbestimmten Raumwinkelbereich auf den Aufnahmebereich der Münze zu reflektieren, oder auch strah- lungsdurchlässig ausgebildet sein, um so die Strahlung von Lichtquellen in dem vorbestimmten Raumwinkelbereich auf die Münze zu transmittieren.
Dabei sind die Diffusoren einzelnen Lichtquellen zu- geordnet oder es ist ein Diffusor für mehrere Lichtquellen vorgesehen.
Um die Bauhöhe für die Beleuchtungsanordnung zu verringern, können auch vorteilhafterweise Umlenkelemen- te wie Spiegel vorgesehen sein, die die Strahlung der Lichtquelle bzw. Lichtquellen auf den Diffusor oder auf eine Anzahl von Diffusorelementen umzulenken.
Vorteilhafterweise ist der Raum zwischen Lichtquel- Ie (n) und Diffusor mit hochreflektierenden Elementen, beispielsweise Spiegeln, ausgelegt, damit keine von der (den) Lichtquelle (n) ausgesandten Strahlungen verloren geht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Be- Schreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung,
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung mit Ringen aus LEDs,
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung mit einem reflektierenden Diffusor,
Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfin- dungsgemäßen Beleuchtungsanordnung mit Umlenkelementen und reflektierendem Diffusor,
Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung mit einem transmittierenden Diffusor,
Fig. 6 die Reflexion eines Lichtstrahls an der
Münzoberfläche im Fall einer frisch geprüften Münze (a) und einer alten Münze (b) mit einer oxidierten bzw. mattierten Oberfläche, und
Fig. 7 die Reflexion von Lichtstrahlen in einer Prägungskante für eine schmalwinklige (a) und eine breitwinklige (b) Lichtquellenanordnung.
In Fig. 1 ist eine prinzipielle Darstellung einer gleichmäßigen Beleuchtung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. In einem Münzprüfer wird eine zu prüfende Münze eingeworfen und rollt über eine Münzlaufbahn zu den entsprechenden Prüfeinrichtungen zur Erkennung der Münze hinsichtlich ihres Wertes und hinsichtlich ihrer Gültigkeit. In diesem Prüfbereich ist auch die erfindungsgemäße Vorrichtung vorgesehen, die einen Bildsensor 1 zum Erfassen des Prägebildes einer vorbeilaufenden Münze 2. Der Bildsensor kann als CCD-Kamera ausgebildet sein, kann aber auch jede andere Bildaufnahmevorrichtung sein.
Damit das Bild der Münze 2 mit guter Qualität aufgenommen werden kann, muss eine Beleuchtungsanordnung vorgesehen sein, die die Münze in einem vorgegebenen Raumwinkelbereich 3 beleuchtet. Das in diesem Raumwinkelbereich einstrahlende Licht ist durch die Pfei- Ie 4 angedeutet. Es hat sich gezeigt, dass die Prägung einer Münze 2 als helle Linien in einem Bild dargestellt werden, die hinsichtlich ihrer Darstellung in einem späteren Auswerteverfahren ausgewertet werden.
Grundsätzlich wird die Prägung umso besser erfasst, je größer der Winkel ist, unter denen die Lichtquelle von der Münze sichtbar ist. Allerdings nimmt einerseits der Anteil des gestreuten Lichts für alten und oxidierten Münzen mit der Zunahme des Breitenwinkels der Lichtquelle schnell zu, andererseits ist die Ausnutzung der Lichtstärke der Lichtquelle bei sehr flachen Beleuchtungswinkeln ineffizient. Deswegen wird die Beleuchtung aus einem Raumwinkelbereich 3 opti- mal, der bei einem Meridianwinkel von 0 bis 360 Grad durch den Breitenwinkel (Xmin und <Xmax begrenzt ist. Dabei ist die sichtbare untere Grenze der Lichtquelle OWn so zu wählen, dass ihre Lichtstärke ausreichend ausgenutzt wird, und die sichtbare obere Grenze der Lichtquelle (Xmax kann ausgehend von den Eigenschaften der zu prüfenden Münzen ausgewählt werden. Typischer- weise kann die untere Grenze ab dem Breitenwinkel 2 Grad und die obere Grenze bis zum Breitenwinkel 45 Grad ausgewählt werden, vorzugsweise liegt <Xmin bei 5 Grad und (Xmax bei 35 Grad.
Eine ganz normale LED mit der Emissionsfläche circa 1 mm2 wird von einem Abstand von circa 25 mm (etwa der kleinstmögliche Radius eines Beleuchtungsrings) unter einem Winkel von circa 2 Grad gesehen. Falls die Lichtquelle auf eine Höhe oberhalb der Münzebene, z.B. 10 mm, gebracht wird, wird das Zentrum der Lichtquelle vom Zentrum der Münze unter einem Breitenwinkel von circa 22 Grad gesehen, und die ganze Lichtquelle zwischen den Breitenwinkeln 21 und 23 Grad. Falls die Münze jetzt um 5 mm von der Lichtquelle horizontal verschoben wird, wird die Lichtquelle lediglich unter einem Breitenwinkel zwischen 16 und 18 Grad sichtbar. Es ist offensichtlich, dass alle Stellen auf der Prägung, wo die Lichtquelle sich zuerst spiegeln konnte, in dem zweiten Fall dunkel werden, und hell werden (wenn überhaupt) irgendwelche andere Stellen. Die Verwendung eines Rings aus LEDs ändert in dieser Frage nichts, da der Breitenwinkel, unter dem die Lichtquelle sichtbar ist, zu klein bleibt, obwohl der Meridianwinkel alle 360 Grad erfassen mag. Die Hauptidee der Erfindung ist, die sichtbare Größe der Lichtquelle von der Münze (und nämlich der Breitenwinkel) so zu vergrößern, dass bei kleinen Verschiebungen, Verdrehungen, Verkippungen, Unparallelität usw. der Münze die Beleuchtung an der Münzoberfläche praktisch unverändert bleibt. Dafür soll die Lichtquelle quasi so groß wie möglich gemacht werden. Jedoch wird der Lichtquellen-Breitenwinkel mit der Münzebene beschränkt (und eine Be- leuchtung unter kleinen Breitenwinkel ist überhaupt ineffizient) , und die obere Grenze ist auf jeden Fall durch Spiegelung der Lichtquelle auf dem ebenen Teil der Prägung (sehr große Breitenwinkel, etwa im Bereich 80 - 90 Grad) und viel schneller durch eine diffuse Streuung an der Münzoberfläche von alten und oxidierten Münzen (etwa 40 - 45 Grad im Bezug auf Münzebene) gegeben.
Der Einfluss der Beleuchtung bei neuen und abgenutzten Münzen wird in Zusammenhang mit den Fign. 6 und 7 erläutert, wobei Fig. 6 die Reflexion eines Lichtstrahls an einer neuen Münze (a) und einer alten Münze (b) und Fig. 7 die Reflexion an einer Prägekante für eine schmalwinklige (a) und eine breitwinklige (b) Lichtquellenanordnung zeigen.
Hier ist 21 die Münzoberfläche, 22 ist ein einfallender Lichtstrahl, der im Punkt P eine ebene Stelle der Münzoberfläche und im Punkt Q eine geneigte Stelle an der Oberfläche, die das Licht in Richtung des Sensors spiegeln kann, erreicht. Das Licht wird teilweise gespiegelt, teilweise in alle Richtungen gestreut. 23 ist das Intensitätsdiagramm des gespiegelten Anteils des Strahls, 24 ist das Intensitätsdiagramm des gestreuten Anteils.
Von einer ebenen Stelle aus verbreitet sich in die Richtung Sensor nur gestreutes Licht, dabei fällt mit dem Wachstum des Beleuchtungswinkels an jede Einheit der Oberfläche immer mehr Licht, deswegen wächst die Lichtstärke des gestreuten Lichts auch. Die Lichtstärke des Lichtes, das sich entsprechend 6(b) an der Kante spiegelt, ist dagegen von dem Beleuchtungswinkel wenig abhängig. Für frisch geprägte Münzen ist der Anteil des gestreuten Lichts gering, deswegen ist das Prägebild immer gut sichtbar. Je älter die Münzen sind, desto mehr Licht wird an deren mattierten Ober- flächen gestreut. Bei einem sehr großen Beleuchtungswinkel und auf einer alten Münze kann das Prägebild nicht mehr sichtbar sein.
Fig. 7 illustriert den Unterschied zwischen einer schmalwinkligen (a) und breitwinkligen (b) Lichtquellenanordnung, wobei der Unterschied in der Reflexion an der Kante für unterschiedliche Lichtquellen zu erkennen ist. Hier ist 21 die Münzoberfläche, 22 das einfallende Licht, A, B und C sind unterschiedliche Stellen an der Kante. Im Falle a, wenn alle Lichtstrahlen unter einem Breitenwinkel (X einfallen, ist vom Sensor nur ein Punkt B sichtbar, weil an anderen Stellen der Kante sich das Licht unter anderen Win- kein spiegelt. Im Falle b, wenn das Licht bereits unter unterschiedlichen Breitenwinkeln γ>(X>ß einfällt, ist der ganze Abschnitt von A bis C sichtbar. Falls die Münze z.B. so verschoben würde, dass die Lichtquelle nicht mehr unter dem Breitenwinkel (X, sondern unter dem Breitenwinkel γ sichtbar wäre, dann wird im Falle einer schmalwinkligen Lichtquelle die vorher helle Stelle B nicht mehr gesehen, und im Falle einer breitwinkligen Lichtquelle wird die Stelle B auch nach dem Verschieben der Münze gesehen.
In Fig. 2 ist eine erste Möglichkeit zur Beleuchtung einer Münze 2, die sich in ihrem Aufnahmebereich befindet, dargestellt, wobei wiederum der Bildsensor als Kamera 1 zur Aufnahme der Münze vorgesehen ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kamera parallel zur Münze 2 bzw. zum Aufnahmebereich angeordnet. Selbstverständlich ist es auch möglich, wenn notwendig, durch Reflektoren das Bild der Münze auf die Kamera 1 zu lenken, wenn die Konstruktion und Bauhöhe dies verlangt. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, sind oberhalb der Münzebene mehrere konzentrische Ringe 5 aus einzelnen Lichtquellen 6, z.B. Leuchtdioden in unterschiedlichen Ebenen, angeordnet, derart, dass durch unterschiedliche Höhen der Ringe 5 oberhalb der Münzebene unterschiedliche Strahlwinkel für jeden Ring erreicht werden. Alle einzelnen Leuchtdioden sind dabei auf die gleich Stelle gerichtet, an der die Münze bei der Aufnahme erscheinen soll. Der Radius R der Ringe wird durch die Divergenz der Strahlung bestimmt, da auf der Münzebene jede einzel- ne Lichtquelle an dem ganzen Aufnahmebereich, an dem die Münze erscheint, gleichmäßig beleuchten soll.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung vorgesehen. In diesem Fall ist eine wiederum ringförmige Lichtquelle 7, die wiederum aus mehreren LEDs bestehen kann, um die Münze 2 herum angeordnet, wobei die Anordnungsebene unterhalb der Münzebene sein kann. Oberhalb der Münzebene ist ein reflektierender Diffu- sor 8, der als durchgehender Ring, aber auch als einzelne Diffusorelemente ausgebildet sein kann, angeordnet, wobei der Diffusor strahlungsundurchlässig ist und die von der Lichtquelle 7 abgestrahlte Strahlung in den vorbestimmten Raumwinkelbereich θ, wie in Fig. 1 angegeben, reflektiert. Dabei ist vorteilhaft, wenn die Strahlung der Lichtquelle 7 total diffus reflektiert wird. Der Abstand zwischen dem Ring der Lichtquellen 7 und dem Diffusor wird so gewählt, dass bereits der Diffusor 8 gleichmäßig von dem Lichtquel- lenring, vorzugsweise bestehend aus Leuchtdioden, beleuchtet wird.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung, bei der der Lichtquellenring 10, z.B. bestehend aus LEDs seine Strahlung auf einen konischen Spiegel 9 lenkt, der wiederum die Strahlung auf den Diffusor 8, der wie in Fig. 3 oberhalb der Münze 2 schräg im Raumwinkelbereich angeordnet ist, lenkt. Die dargestellten Möglichkeiten sind entsprechend den Konstruktionsvorga- ben an dem Münzprüfer zu wählen und dienen zur Reduktion des Platzaufwandes für die Beleuchtungsanordnung.
In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel darge- stellt, in dem ein Diffusor in entsprechender Weise wie die Diffusoren nach Fig. 3 und Fig. 4 oberhalb der Münze bzw. oberhalb ihrer Münzebene ringförmig schräg angeordnet ist, wobei der Diffusor 11 trans- mittierend ist. Hinter dem Diffusor 11 ist ein Raum 12 vorgesehen, in den ein Lichtquellenring 13 einstrahlt. Der Raum 12 ist mit einer reflektierenden spiegelnden Schicht ausgelegt, damit die gesamte abgestrahlte Strahlung auf den strahlungsdurchlässigen Diffusor gelangt. Der Diffusor 11 richtet die durch- gelassene Strahlung in dem oben erwähnten vorbestimmten Raumwinkelbereich auf die Münze.
In der obigen Beschreibung wurde die geometrische Anordnung entsprechend den dargestellten Figuren ange- nommen, d.h., es wurde von oberhalb der Münze und unterhalb der Münze und dergleichen gesprochen. Selbstverständlich muss die geometrische Anordnung entsprechend geändert werden, wenn die Münze eine Münzlaufbahn, die üblicherweise eine senkrechte Ausrichtung hat, abläuft und diese Ausrichtung zugrunde gelegt wird.
Alle Lichtquellen, die hier meist als LEDs beschrieben sind, können durch andere geeignete Lichtquellen ersetzt werden, beispielsweise können Lichtleiter vorgesehen werden, die die Strahlung in die gewünschten Richtungen richten.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Aufnahme von Münzen in einem Münzprüfer mit einer einen Aufnahmebereich der Münze bestrahlenden Beleuchtungsanordnung, und einem das Bild der Münze aufnehmenden Bildsen- sor, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Beleuchtungsanordnung derart ausgebildet ist, dass die Münze (2) im Aufnahmebereich in einem vorbestimmten Raumwinkelbereich (3) in " Bezug auf mindestens eine vorgegebene Stelle des Aufnahmebereichs aus allen Richtungen im Bereich eines Meridianwinkels von 0 bis 360° und im Bereich eines Breitenwinkels zwischen einem minimalen Breitenwinkel ((Xm1n) und einem maximalen Breitenwinkel (0Cπιax) durchgehend beleuchtet wird, wobei die Differenz zwischen dem maximalen und minimalen Breitenwinkel ((Xm1n, αmin) mindestens 10° beträgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Beleuchtungsanordnung derart ausgebildet ist, dass der Aufnahmebereich in dem vorbestimmten Raumwinkelbereich (3) gleichmäßig beleuchtet wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, da- durch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsanordnung derart ausgebildet ist, dass der Aufnahmebereich der Münze in dem vorbestimmten Raumwinkelbereich (3) gleichmäßig diffus beleuchtet wird.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der Breitenwinkel zwischen 20° und 45° liegt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Breitenwinkelbereich zwischen 2° und 45° liegt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Breitenwinkelbereich zwischen 5° und 35° liegt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsanordnung eine Mehrzahl von in konzentrischen Ringen (5) oberhalb der Münz- oder Aufnahmebereichsebene angeordneten Lichtquellen (6) auf- weist, deren optische Achsen auf eine vorbestimmte Stelle des Aufnahmebereichs gerichtet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die konzentrischen Ringe rund sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsanordnung mindestens eine ringförmige Lichtquellenanordnung mit den Lichtquellen einzeln zuge- ordneten Diffusoren aufweist, die in den vorbestimmten Raumwinkelbereich abstrahlen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsanordnung einen ringförmigen Diffusor (8, 11), und mindestens eine den Diffusor bestrahlende ringförmige Lichtquellenanordnung (7, 10, 13) auf- weist, wobei der Diffusor in den vorbestimmten Raumwinkelbereich abstrahlt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (8) undurchlässig ist und als Reflektor wirkt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (11) durchlässig ist und als Transmissionselement wirkt .
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Diffusor (8, 11) und Lichtquellenanordnung eine reflektierende Strahlumlenkeinrichtung (9) angeordnet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen bzw. die Lichtquellenanordnung aus LEDs gebildet sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen bzw. die Lichtquellenanordnung aus Licht abstrahlenden Austrittsflächen von Lichtleitern gebildet sind, die mit einer Kaltlichtquelle verbunden sind.
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