способ определения сдвоенности банкнот и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ определения сдвоенности банкнот, заключающийся в том, что банкноты транспортируют по опорной поверхности, например, через опорный ролик, относительно поверхности которого измеряют толщину банкноты, сравнивают полученные значения с заданными, которые соответствуют толщине одной или двух банкнот, отличающийся тем, что измерение толщины осуществляют лазерным триангуляционным методом, измеряя расстояния h_i от поверхности опорного ролика до поверхности банкноты в ряде точек на поверхности банкноты, полученные таким образом отсчеты на линейной матрице фотоприемников распределяют по трем интервалам: 0 < h_i < t, t < h_i < 2t и 2t < h_i, где t - заданная толщина банкноты, определяют коэффициенты k1, k2, k3 попаданий отсчетов в указанные соответствующие интервалы, если k1=0, k2=0, k3=l, то считают, что прошли две банкноты и их отправляют в разряд "сомнительных банкнот", а если kl=0, k2>k_m k3<l, где k_m - минимальное значение k, при котором контроль признается достоверным, то считают, что прошла одиночная банкнота, и если k10, k2>k_m, k3<l, то считают, что банкнота имеет повреждения и должна быть отсортирована в разряд "ветхих банкнот".

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при измерении ориентируют луч лазера так, чтобы зеркально отраженный от поверхности опорного ролика лазерный луч не попадал на линейную матрицу фотоприемников, при этом по ячейкам указанной матрицы имеется распределение освещенности в виде светового штриха, создаваемого лазером с помощью коллиматорной линзы и щелевой диафрагмы, соответствующие указанным точкам соответствующих отсчетов на поверхности банкноты, при попадании лазерного луча на черный рисунок на банкноте и снижении при этом уровня освещенности ниже порогового этот отсчет устанавливают равным предыдущему отсчету.

3. Устройство для определения сдвоенности банкнот, содержащее опорную поверхность, излучатель, фотоприемники, выходы которых соединены со входом блока обработки сигнала, отличающееся тем, что излучатель представляет собой лазерный датчик, состоящий из лазера, коллиматорной линзы и щелевой диафрагмы, фотоприемники образуют линейную матрицу фотоприемников, в устройство введено защитное стекло, предназначенное для закрытия выходного окна излучателя, на внутренней поверхности которого выполнена щелевая диафрагма, лазерный датчик ориентируют относительно опорной поверхности, по которой проходят банкноты, так, чтобы зеркально отраженный от опорного ролика лазерный луч не попадал в объектив и, соответственно, на линейную матрицу фотоприемников, при этом по ячейкам указанной матрицы имеется распределение освещенности в виде светового штриха, создаваемого лазером с помощью коллиматорной линзы и щелевой диафрагмы, сигналы с ячеек которой предназначены для определения сдвоенности банкнот.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что защитное секло является плоско-выпуклой линзой с фокусным расстоянием, в 15-20 раз большим фокусного расстояния объектива.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам и устройствам для выявления сдвоенных банкнот при их сортировке в банковских автоматических сортирующих устройствах.

Известно устройство для определения толщины листов [1], в котором толщина листов и соответственно сдвоенность определяется величиной смещения контрольного ролика относительно опорной поверхности другого ролика при прохождении банкноты между ними. Недостатками этого способа контроля сдвоенности являются искажение результатов из-за налипания грязи на ролики и повышенная вероятность смятия банкнот, в результате чего возможен затор в зазоре между роликами, особенно при тестировании изношенных банкнот.

Известно устройство для определения сдвоенных листов [2], в котором лист освещается в двух точках, причем в одной из точек под листом находится поверхность с хорошей отражательной способностью, а в другой - с плохой (так называемая черная поверхность). Уровни освещенности в указанных точках определяются с помощью фотоприемников. Если тестируется один лист, то уровень сигнала от фотоприемника, наблюдающего точку, под которой находится черная подложка, будет меньше из-за поглощения подложкой света, прошедшего через бумагу. Если проходят два листа, то нижний белый лист перекроет черную подложку, и сигналы от обоих фотоприемников будут примерно одинаковы. Такое устройство пригодно для контроля сдвоенности листов с одинаковой отражательной способностью, то есть тех, на которых нет рисунка. Поэтому способ контроля сдвоенности, примененный в вышеописанном устройстве, непригоден для контроля сдвоенности банкнот.

Известны способы контроля смещения объекта, размеров и т.п., основанные на так называемом триангуляционном методе. Суть этого метода состоит в следующем. Контролируемый объект освещают узким лучом, например лазерным, создавая, таким образом, на объекте яркое световое пятно. С помощью объектива создается изображение этого пятна на линейной матрице фотоприемников (фотоматрице), причем оптическая ось фотоприемника образует с падающим лучом определенный угол (до 90^o). При смещении объекта изменяется пространственное положение светового пятна и соответственно его изображение на фотоматрице, что позволяет отсчитывать положение объекта в определенном масштабе. Существуют серийно выпускаемые датчики определения расстояний, основанные на этом методе и описанные, например, в [3]. Таким датчиком можно измерять расстояние от опорной поверхности, по которой движется банкнота, до точки на поверхности банкноты, создаваемой лазером, и, таким образом, определять сдвоенность. Но этот способ не может быть использован для определения сдвоенности банкнот в сортировочных машинах по следующим причинам. Во-первых, в случае тестирования измятых банкнот высота "бугров" и глубина "впадин" в несколько раз могут превышать толщину одной и даже двух банкнот. Во-вторых, имеется широкий диапазон изменения уровня оптического сигнала из-за различия коэффициентов отражения и поглощения света на разных участках банкноты или опорной поверхности, например ролика, по которому движется банкнота. Кроме того, оптический датчик в сортировочной машине будет работать в условиях сильной запыленности, поэтому перед объективом обязательна установка защитного стекла. Но установка перед объективом на пути лазерного пучка плоскопараллельной пластины приводит к расширению и искажению распределения освещенности светового штриха на фотоматрице, что в конечном итоге ведет к уменьшению точности измерений. Это происходит из-за переотражений от поверхностей пластины и возникновения интерференции и может быть устранено нанесением оптических покрытий. Но оптическое покрытие при регулярных протирках датчика от пыли в условиях работы при высокой запыленности довольно быстро нарушается.

Целью изобретения является разработка надежного устройства определения сдвоенности банкнот с применением способа, основанного на использовании лазерного триангуляционного метода с последующей автоматической обработкой результатов измерений.

Указанная цель достигается тем, что тестируемые банкноты транспортируют по опорной поверхности, например, через опорный ролик, относительно поверхности которого измеряют толщину банкноты, сравнивают полученные значения с заданными, которые соответствуют толщине одной или двух банкнот. В отличиe от известного способа измерение толщины осуществляют лазерным триангуляционным методом, для чего измеряют расстояния h_i от поверхности опорного ролика до поверхности банкноты в ряде точек на поверхности банкноты. Полученные таким образом отсчеты на линейной матрице фотоприемников распределяют по трем интервалам: 0 <h< t, t< h_i < 2t и 2t < h_i, где t - заданная толщина банкноты, определяют коэффициенты k1, k2, k3 попаданий отсчетов в указанные соответствующие интервалы, если k1=0, k2=0, k3=1, то считают, что прошли две банкноты и их отправляют в разряд "сомнительных банкнот", а если k1=0, k2>k_m, k3<1, где k_m - минимальное значение k, при котором контроль признается достоверным, то считают, что прошла одиночная банкнота, и, если k1 0, k2>k_m, k3<l, то считают, что банкнота имеет повреждения и должна быть отсортирована в разряд "ветхих банкнот". При измерении ориентируют луч лазера таким образом, чтобы зеркально отраженный от поверхности опорного ролика лазерный луч не попадал на линейную матрицу фотоприемников, при этом по ячейкам указанной матрицы имеется распределение освещенности в виде светового штриха, создаваемого лазером с помощью коллиматорной линзы и щелевой диаграфры, соответствующие указанным точкам соответствующих отсчетов на поверхности банкноты. При попадании лазерного луча на черный рисунок на банкноте и снижении при этом уровня освещенности ниже порогового этот отсчет устанавливают равным предыдущему отсчету.

Устройство для определения сдвоенности банкнот содержит опорную поверхность, излучатель, фотоприемники, выходы которых соединены с входом блока обработки сигнала. В отличиe от известного устройства излучатель представляет собой лазерный датчик, состоящий из лазера, коллиматорной линзы и щелевой диафрагмы, фотоприемники образуют линейную матрицу фотоприемников, введено защитное стекло, предназначенное для закрытия выходного окна излучателя, на внутренней поверхности которого выполнена щелевая диафрагма, лазерный датчик ориентируют относительно опорной поверхности, по которой проходят банкноты, таким образом, чтобы зеркально отраженный от опорного ролика лазерный луч не попадал в объектив и соответственно на линейную матрицу фотоприемников, при этом по ячейкам указанной матрицы имеется распределение освещенности в виде светового штриха, создаваемого лазером с помощью коллиматорной линзы и щелевой диафрагмы, сигналы с ячеек которой предназначены для определения сдвоенности банкнот. Устройство может быть выполнено таким образом, что защитное стекло является плосковыпуклой линзой с фокусным расстоянием, в 15-20 раз большим фокусного расстояния объектива.

Применение такой линзы вместо обычно применяемой плоскопараллельной стеклянной пластины устраняет вышеописанное явление искажения изображения светового штриха.

Для пояснения сущности изобретения приведены чертежи.

На фиг. 1 показаны графики изменения измеренных расстояний _i, полученные при:

а) - движении одной банкноты;

б) - сдвоенных банкнот.

Измерения выполняются через определенный интервал s.

На фиг. 2 показаны графики уровней сигналов от ячеек фотоматрицы:

а) - групповой сигнал, вызванный изображением штриха в точке 0₁ (см. фиг. 3);

б) - то же для точки b1;

в) - сигнал в точке b1 при установке перед объективом плоскопараллельной стеклянной пластины.

U_r - пороговый уровень сигнала.

На фиг. 3 показана блок-схема устройства для осуществления способа, где 1 - опорный ролик, 2 - тестируемые банкноты, 3 - лазерный датчик, 4 - лазер, 5 - коллиматорная линза, 6 - щелевая диафрагма, 7 - защитная линза, 8 - объектив, 9 - линейная фотоматрица, БОС - блок обработки сигнала. На фиг. 3б показаны направления падающего и зеркально отраженного от опорного ролика лучей лазера 10,11.

Блок-схема измерительного устройства для осуществления заявляемого способа содержит опорный ролик 1, по которому перемещаются контролируемые банкноты 2, лазерный сенсор 3, включающий в себя лазер 4, коллиматорную линзу 5, щелевую диафрагму 6, защитную линзу 7, объектив 8 и линейную фотоматрицу 9. Выход фотоматрицы соединен с входом блока обработки сигнала (БОС).

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии банкноты на опорном ролике в точку 0 попадает световой штрих, создаваемый лазером с помощью коллиматорной линзы и диафрагмы. Изображение этого штриха создается на фотоматрице в точке 0₁. При прохождении одной или двух банкнот световой штрих будет смещаться в точки h1 или h2, а их изображения - в точки b1 или b2 соответственно. Ячейки фотоматрицы, расположенные с определенным шагом, последовательно опрашиваются. Т - период опроса всех N ячеек. При этом с каждой ячейки вырабатывается аналоговый сигнал, пропорциональный уровню засветки этой ячейки. На фиг. 2 показано, что центр распределения освещенности изображения штриха в точке b₁ попадает на ячейку фотоматрицы n₁, а центр изображения штриха в точке b₂ попадает на ячейку n₂. Сигнал с фотоматрицы поступает в БОС, в котором: а) сигналы усиливаются, преобразуются в цифровую форму и запоминаются; б) выполняются необходимые вычисления для определения сдвоенности банкнот.

Алгоритм определения сдвоенности состоит в следующем. После каждого опроса всех ячеек фотоматрицы определяют номер ячейки, на которую попадает центр распределения освещенности изображения светового штриха путем анализа сигналов, превышающих пороговый уровень U_r. Запоминаются М - число точек на поверхности банкноты, получаемых при сканировании банкноты, а затем рассчитывают смещения точек поверхности банкноты h_i по формуле h_i = А (n_i - n₁), где А - масштабный коэффициент, зависящий от коэффициента увеличения оптики и шага между ячейками. Определяют числа m1, m2, m3 попаданий измеренных расстояний _i в интервалы: 0< h_i< t, t<h<2t и 2t<h и вычисляют коэффициенты попаданий измеренных расстояний h_i в интервалы: k1=m1/M, k2 = m2/M, k3 = m3/M. Как показано на фиг. 1а, при сканировании одной банкноты ни один из отсчетов не должен попасть в интервал 0<h<t, часть отсчетов (например, отсчеты 4...7, 14...19, 27...32) попадает в интервал t<h<2t, остальные - в интервал 2t<h. Для примера показаны также отсчеты 16...18 (фиг. 2), которые равны отсчету 16, что соответствует снижению уровня сигнала ниже порогового уровня U_r, и тогда последующие "недостоверные" отсчеты повторяют уровень предыдущего "достоверного" отсчета. Если все отсчеты попадают в интервал 2t<h (см. фиг. 1б), то это соответствует прохождению двух или более банкнот, и тогда они отсортировываются в разряд "сомнительных", то есть должны быть проверены повторно. Если k1=0, k2>k_m, k3<1, где k_m - минимальное значение k (например, k_m=0,1), при котором контроль признается достоверным, то это соответствует прохождению нормальной одиночной банкноты. Возможна также ситуация, когда часть отсчетов попадает в интервал 0<h<t (например, точки 30, 31 на фиг. 1а. Это соответствует банкноте, имеющей повреждения, и она может быть отсортирована по совокупности признаков в разряд "ветхих". Сигналы для отсортировки банкнот вырабатываются в БОС и выдаются в центральный процессор сортировочной машины, который, получая информацию от всех датчиков, управляет сортировкой банкнот.

В настоящее время изготовлены опытные образцы описанного устройства и проверен в действии заявляемый способ контроля сдвоенности банкнот на сортировочной машине типа БАРС, разработанной и изготавливаемой в фирме ДАТА-ЦЕНТР (г. Екатеринбург).

Источники информации

1. Патент США N 4550252, G 06 M 007/00.

2. Патент США N 3932755.

3. Проспект фирмы MTI Instruments на лазерные датчики типа МТ-100, МТ-250, США, 1996 г.