劉明等

摘 要： 以廣州康藝9000點(diǎn)鈔機(jī)為研究對象，搭建一種能清晰顯示走鈔機(jī)構(gòu)的滾輪軸速度試驗(yàn)平臺。滾輪軸速度是由增量式光電編碼器測量，邏輯分析儀采集和記錄，Matlab精確繪制。該方法可對走鈔滾輪軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)測定，并精確顯示放鈔后轉(zhuǎn)速的變化。為達(dá)到高精度測速目的，通過設(shè)計(jì)、安裝編碼器固定支架以及采用彈性聯(lián)軸器、三軸微調(diào)平臺等減振措施來降低振動(dòng)影響，設(shè)置滾輪組間不同的壓力，顯示過鈔時(shí)滾輪軸的速度情況，試驗(yàn)結(jié)果清晰顯示出放鈔時(shí)點(diǎn)鈔機(jī)走鈔機(jī)構(gòu)滾輪軸速度明顯下降，并且隨著滾輪組間壓力的增大，紙幣通過滾輪組時(shí)滾輪軸的速度陡變也越大。

關(guān)鍵詞： 走鈔機(jī)構(gòu)； 測速； 試驗(yàn)平臺； 點(diǎn)驗(yàn)鈔機(jī)

中圖分類號： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）12?0135?04

隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，市場流通所需的紙幣量在不斷增加，假幣的非法流通也越來越猖獗，給人們的日常生活乃至中國的金融市場產(chǎn)生了很不利的影響[1?4]，因此提高現(xiàn)有點(diǎn)鈔機(jī)的鑒偽、走鈔時(shí)的各方面性能勢在必行[5]。走鈔機(jī)構(gòu)作為點(diǎn)驗(yàn)鈔機(jī)機(jī)械部分的核心，是點(diǎn)驗(yàn)鈔機(jī)完成紙幣運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵所在[6]。

1 點(diǎn)鈔機(jī)的結(jié)構(gòu)

圖1所示為點(diǎn)驗(yàn)鈔機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，進(jìn)鈔捻輪、走鈔滾輪對組、出鈔滾輪對組和接鈔葉輪均是通過軸承與側(cè)板進(jìn)行連接，當(dāng)紙幣放入進(jìn)鈔臺時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)鈔捻輪旋轉(zhuǎn)將紙幣捻入傳到走鈔滾輪對組和出鈔滾輪對組，再傳到接鈔葉輪，最后放入接鈔臺完成紙幣點(diǎn)鈔過程。

本文試驗(yàn)平臺測速是針對走鈔滾輪，利用PrOe對其進(jìn)行三維制圖，如圖2所示。圖2中黑色部分為進(jìn)鈔橡膠捻輪，右下角齒輪為傳動(dòng)齒輪。

當(dāng)點(diǎn)驗(yàn)鈔機(jī)工作時(shí)處于高速狀態(tài)，滾輪組的轉(zhuǎn)速對紙幣在機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有著重要影響。本文搭建的實(shí)驗(yàn)平臺及所得結(jié)論對于研究紙幣在通過各個(gè)滾輪組時(shí)的姿態(tài)變化，及點(diǎn)鈔機(jī)的走鈔平穩(wěn)性都是重要的參考依據(jù)。

2 走鈔機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速試驗(yàn)平臺的搭建

本試驗(yàn)平臺采用編碼器作為平臺速度信號采集的傳感器，傳感器信號采集單元由邏輯分析儀執(zhí)行。最后通過Matlab編程對信號進(jìn)行處理[7?8]。平臺的工作流程如圖3所示。

平臺以光電式旋轉(zhuǎn)增量編碼器為基礎(chǔ)，通過Saleae16邏輯分析儀對編碼器輸出的需要處理和分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集記錄操作。為了能更準(zhǔn)確地測得紙幣通過滾輪對組時(shí)的轉(zhuǎn)速變化，本文采用彈性聯(lián)軸器微調(diào)平臺等系列的減震措施來保證測速精度。除了選用彈性聯(lián)軸器，采用編碼器固定支架及高精度可調(diào)的平臺，通過可調(diào)轉(zhuǎn)臺的微調(diào)來保證編碼器的輸入軸與點(diǎn)驗(yàn)鈔機(jī)滾輪組輸出軸的基本同軸，因此選用SELN的LD60?LM型XYZR軸微調(diào)平臺，其可實(shí)現(xiàn)x，y軸的水平方向平移、z軸方向上的豎直平移和z軸的旋轉(zhuǎn)。每個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)都可精確到0.01 mm[9?10]。其完整的安裝圖如圖4所示。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 試驗(yàn)方法

通過搭建實(shí)驗(yàn)測速平臺，可以完成實(shí)時(shí)對點(diǎn)鈔機(jī)走鈔機(jī)構(gòu)進(jìn)行高精度測速，并清晰顯示過鈔時(shí)的速度變化，并設(shè)置在改變滾輪間的壓力，對走鈔平穩(wěn)性的實(shí)時(shí)顯示。達(dá)到為以后點(diǎn)鈔機(jī)的開發(fā)及平穩(wěn)性研究提供直觀的參考數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)基于高精度測速H38S?6?1000?3?N?24型光電式旋轉(zhuǎn)增量編碼器為基礎(chǔ)，搭建平臺與安裝精密的XYZR軸微調(diào)平臺上，使用彈性聯(lián)軸器，已消除不必要的振動(dòng)，在硬件測速平臺的基礎(chǔ)上，采用采樣深度深采樣頻率精度高的Saleae16邏輯分析儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，后導(dǎo)入到Matlab里進(jìn)行數(shù)據(jù)處理?？梢跃_顯示過鈔時(shí)滾輪的速度及平穩(wěn)性變化。試驗(yàn)按以下步驟開展：

（1） 將微調(diào)平臺固定于有機(jī)玻璃底板上，光電式編碼器固定到加工好的夾持支架上，并將編碼器和支架一起固定于XYZR軸微調(diào)平臺，通過平行尺調(diào)整微調(diào)平臺x、y、z軸旋轉(zhuǎn)方向上測微頭旋鈕，保證編碼器輸入軸端面與點(diǎn)驗(yàn)鈔機(jī)滾輪組輸出軸端面保持平行，這時(shí)將彈性聯(lián)軸器固定于點(diǎn)驗(yàn)鈔機(jī)滾輪組輸出軸上，并通過微調(diào)平臺X軸旋鈕將傳感器送入彈性聯(lián)軸器的另一端，并旋轉(zhuǎn)滾輪組觀察彈性聯(lián)軸器是否有明顯形變，如果沒有則說明兩軸基本同軸，并鎖緊各個(gè)旋轉(zhuǎn)方向上的緊定旋鈕。

（2） 實(shí)驗(yàn)電路連接實(shí)物如圖5所示，用12～15 V電源模塊給編碼器供電，在編碼器信號輸線端與電源間連接500 Ω的上拉電阻，將Saleae16邏輯分析儀黃色、藍(lán)色、綠色探頭分別與編碼器A、B相和點(diǎn)驗(yàn)鈔機(jī)對管信號線相連。完成電路連接后，接通12 V電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

圖5 實(shí)驗(yàn)平臺整體效果

（3） 通過Saleae16邏輯分析儀對滾輪組測速傳感器信號進(jìn)行采集，打開邏輯分析儀配套軟件Logic 1.18.exe并進(jìn)入設(shè)置界面、采樣頻率、采樣存儲深度等參數(shù)。通道數(shù)目，分別用來采編碼器A相、B相和點(diǎn)驗(yàn)鈔機(jī)對管信號，設(shè)置好邏輯分析儀后，對點(diǎn)驗(yàn)鈔機(jī)和傳感器進(jìn)行通電，打開點(diǎn)鈔機(jī)設(shè)置常轉(zhuǎn)模式，這時(shí)點(diǎn)邏輯分析儀開始鍵，然后向開機(jī)狀態(tài)下的點(diǎn)驗(yàn)鈔機(jī)進(jìn)鈔臺放入紙幣，邏輯性分析儀將進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)采集。采集的信號波形如圖6所示。

（4） 將采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Matlab進(jìn)行處理，在此組實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將薄膜壓力傳感器放入走鈔滾輪的主、從動(dòng)輪之間，調(diào)節(jié)不同壓力值，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)采集，記錄數(shù)據(jù)，進(jìn)行同樣數(shù)據(jù)處理。

3.2 數(shù)據(jù)分析

通過Matlab編寫程序?qū)壿嫹治鰞x所采得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并繪出曲線如圖7所示。從圖中可以看出，紙幣以一定的初速度進(jìn)入走鈔滾輪組，轉(zhuǎn)速發(fā)生陡變，當(dāng)紙幣進(jìn)入滾輪后，由于紙幣速度還未達(dá)到滾輪組轉(zhuǎn)速，滾輪組以一定的加速度驅(qū)動(dòng)紙幣加速，直至紙幣速度與滾輪組速度相同時(shí)，紙幣的速度趨于穩(wěn)定。圖7可整體顯示紙幣過鈔時(shí)的速度降低情況。圖8中底部分的脈沖波形是滾輪組前紅外對管信號，當(dāng)有紙幣通過紅外對管時(shí)，對管就發(fā)出脈沖波形。由圖8可知當(dāng)有紙幣通過滾輪組時(shí)，滾輪組的轉(zhuǎn)速將發(fā)生陡變，圖8中下凹部分代表3張紙幣分別通過滾輪組時(shí)滾輪組轉(zhuǎn)速的變化。

進(jìn)一步試驗(yàn)表明，改變滾輪對組間壓力，得出仿真結(jié)果如圖9所示，當(dāng)滾輪組間壓力非常小的時(shí)候，紙幣通過滾輪組時(shí)，滾輪組轉(zhuǎn)速幾乎不變，隨著滾輪組間壓力的增大，紙幣通過滾輪組時(shí)滾輪組轉(zhuǎn)速發(fā)生陡變越大，而由上述可知滾輪組速度的對紙幣傳輸速度變化趨勢基本保證一致。由此可知，隨著滾輪組間壓力增大，紙幣在進(jìn)鈔階段，速度陡變也越大。

4 結(jié) 語

通過采用光電式編碼器測定走鈔滾輪對實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速、薄膜壓力傳感器測定滾輪對間壓力來實(shí)現(xiàn)對紙幣通過滾輪組時(shí)轉(zhuǎn)速變化的定量分析：通過搭建試驗(yàn)平臺，采取減振措施，對點(diǎn)鈔機(jī)的過鈔過程進(jìn)行實(shí)時(shí)測定，清晰顯現(xiàn)過鈔時(shí)滾輪軸的速度降低情況。通過設(shè)置滾輪組間不同壓力，顯現(xiàn)過鈔時(shí)的滾輪軸的速度情況，圖中清晰顯示存在陡變情況，并且隨著滾輪組間壓力的增大，紙幣在進(jìn)鈔階段，滾輪軸的速度陡變越大。

注：本文通訊作者為趙祚喜。

參考文獻(xiàn)

[1] 丁千，翟紅梅.機(jī)械系統(tǒng)摩擦動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展[J].力學(xué)進(jìn)展，2013（1）：114?133.

[2] 沈仙法.打印機(jī)進(jìn)紙機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真與分析[J].三江學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（2）：39?43.

[3] 王冰，王兆伍.復(fù)印機(jī)進(jìn)紙機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)分析和仿真研究[J].南京師范大學(xué)學(xué)報(bào)：工程技術(shù)版，2010（1）：33?36.

[4] 劉麗蘭，劉宏昭，吳子英，等.機(jī)械系統(tǒng)中摩擦模型的研究進(jìn)展[J].力學(xué)進(jìn)展，2008（2）：67?79.

[5] 劉琳.基于圖像和磁技術(shù)的人民幣鑒別儀[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012（12）：25?32.

[6] 黃法軍.光電軸角編碼器測速方法現(xiàn)狀分析與展望[C]//2013年激光與光電子學(xué)進(jìn)展，長春：中國激光雜志社，2013：1?5.

[7] YANABE S. A teaching material on simulation method for handling flexible media and results in Japanese [J/OL]. [2014?07?01]. http：// link.springer.com/...6?0292?y.

[8] MORI Hiroyuki， YANABE Shigeo. Study on paper behavior fed by rubber rollers [J]. The Japan Society of Mechanical Engineers， 2009（38）： 165?166.

[9] KAWAMOTO H， UMEZU S. Development of electrostatic paper separation and feed mechanism [J]. Journal of Electrostatics， 2007（10）： 238?244.

[10] SHIGEO Yanabe， TETSUYA Maeda. Skew simulation of a paper transferred by rubber rollers in printers [J]. Microsyst Technol， 2007（12）： 159?164.