點鈔機中紙幣高速運動狀態及軌跡重構試驗

劉明+趙祚喜+可欣榮+劉雄+陳嘉琪+黃培奎

摘 要： 為清晰顯示走鈔姿態，以廣州康藝TBYD?HT?9000系列點鈔機為研究對象，將高速相機置于樣機側面對紙幣在走鈔機構中的運動狀態進行實時捕捉、數據處理，將原始圖片導入AutoCAD標定處理，可將紙幣在不同結構參數走鈔機構中的整個運動軌跡進行重構，進而研究該結構參數的變動對紙幣運動時間和平順性的影響。試驗表明，在紙幣即將離開滾輪軸時前緣的翹曲程度會因從動輪偏轉角的不同而不同，當左偏轉至10°時，紙幣傳輸最平順，傳輸時間最短，單張紙幣傳輸時間最短為0.076 s。

關鍵詞： 點鈔機； 運動狀態； 高速相機； 紙幣

中圖分類號： TN919?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）10?0070?03

目前國內外的研究方法多集中于應用仿真軟件對紙張傳送過程進行仿真研究[1]。在進行理論建模仿真分析時大多數是將紙幣當成剛體不會發生翹曲現象[2?4]，但是實際上，紙幣的不同所表現出來的力學性能也不是相同的[5]。紙幣容易變形的柔性無法用仿真軟件進行完全模擬，紙幣傳輸方向不定，只有經過實際試驗來研究分析[6]，才能精確地重構出過鈔軌跡。

1 點鈔機的機械結構

本文以康藝JBYD?HT?9000系列點鈔機為研究對象，采用透明的有機玻璃板替換原機的鈑金板，設置可調結構參數的樣機裝置，搭建可以捕捉到紙幣進鈔軌跡的試驗平臺，利用高速相機進行實時采集并進行數據處理，重構進鈔軌跡，其具體的機械結構及裝配框架如圖1所示。

點鈔機走鈔機構具體的機構主要包括入鈔部分、走鈔部分和接鈔部分。入鈔部分主要由滑鈔板、送鈔舌、阻力橡皮、落鈔板、調節螺絲、捻鈔膠圈等組成。走鈔部分主要由出鈔膠輪、出鈔對轉輪組成，接鈔部分主要由接鈔爪輪、托鈔板、擋鈔板等組成。

2 試驗及數據分析

2.1 試驗平臺搭建

試驗系統位置規劃實物圖及示意圖見圖2，系統設備包括：聚光燈、高速相機、試驗物理樣機、PC、數據傳輸線。試驗所用高速相機是美國Vision Research公司高精度高速攝像機[7?8]，最高拍攝速率可達到400 000 f/s；兩次曝光最小時間[9?10]為500 ns。

圖1 康藝JBYD?HT?9000點鈔機走鈔機構總裝配及走鈔軌跡圖

圖2 試驗系統布置相對位置圖

2.2 試驗方法

在點鈔機實際運行工作中采集到圖像的紙幣運動狀態和傳送姿態，從而根據從動輪不同的相對角度來顯現進鈔姿態的變化并記錄過鈔時間，來重構紙幣的傳送姿態及走鈔軌跡。試驗步驟為：

（1） 測量從動輪與主動輪中心線在豎直位置上，也即是相對角度為0°，此步驟可用來驗證紙幣在原機的傳送過程是否有變化；

（2） 調節從動輪相對主動輪在豎直線左右變化的角度（角度依次1°，2°，…，10°），然后利用高速相機捕捉紙幣在走鈔通道中的運動情況。

2.3 試驗數據處理及試驗結果

2.3.1 試驗數據處理方法

為了清晰重顯出紙幣的軌跡，應對試驗拍的原始圖片做出一些處理，本文采用AutoCAD對原始圖像進行處理?？梢愿鶕B續時刻紙幣傳輸過程中前緣端點獲得每個時刻紙幣行走的位移量，并對其進行標定，多張連續時刻的圖片標定結果就可繪制出紙幣在走鈔機構中的運動軌跡和運動姿態變化。下面以三角轉板在10°參數下的高速圖片數據處理為例，標定方法如下所示：

（1） 在AutoCAD中插入高速相機圖片，設定插入點，調節縮放比例。保證圖片中結構尺寸與實際結構尺寸相等。

（2） 插入圖片。對圖片進行坐標系設定，設定參考坐標系原點O，整體坐標系有軟件默認設置。光標所放位置會在屏幕右下方顯示所處位置在全局坐標中坐標值，精確至小數點后4位。用測繪功能對紙幣前緣端點和邊緣進行線條標定和測量。

通過以上方法可重復地設定相同的插入點和縮放比例將高速圖片導入AutoCAD中進行編輯處理，利用繪圖功能對紙幣傳輸連續不同時刻的邊緣和前緣端點進行標定并確定其相對參考坐標系原點的位移，最后可在所CAD底圖中畫出紙幣運動軌跡情況，如圖3所示。

圖3 紙幣運動前緣端點標定效果圖

2.3.2 試驗結果

（1） 走鈔姿態分析。該物理樣機能夠保證當在三角轉板在左右0°～10°偏轉角度范圍內時均能夠使紙幣順利過鈔，但是運動時間與姿態大有不同。圖4所示為右偏5°時前后紙幣運動至第二對滾輪副時前后的走鈔姿態。

圖4 三角板右偏5°的進鈔姿態

通過試驗獲取3 000多張紙幣在不同結構參數下的高速圖片，進行對比分析可知，在三角板可調的10°范圍內，傳輸時間隨著右偏角度的增加而增加，隨左偏角度的增加而減小，保證傳輸過程順利過鈔且不卡鈔的情況下紙幣在三角轉板左偏10°時傳輸最平順，所消耗時間最短，如圖5所示。

圖5 三角轉板左偏10°時紙幣進入第二滾輪副前后

連續時刻走鈔姿態圖

（2） 通過上述方法對圖像進行標定處理，最后可在所CAD底圖中重現出紙幣運動軌跡情況如圖6所示。正是利用這樣的方法對紙幣的走鈔過程進行了重現和勾勒出其走鈔軌跡。

圖6 走鈔機構過鈔軌跡

3 結 論

基于點鈔機原機的機械結構，采用有機透明玻璃板，搭建可觀測的試驗平臺，在新樣機的基礎上設置滾輪副從動輪可調參數結構，并可利用高速相機對整個走鈔機構運動情況和紙幣傳輸情況進行數據采集，試驗研究紙幣運動情況獲得走鈔機構滾輪副從動輪與主動輪相對偏轉角度左偏10°時紙幣傳輸最平順，傳輸效率最低，單張紙幣傳輸時間為0.076 s，右偏10°時紙幣運動姿態最不穩定，傳輸效率最高，單張傳輸時間為0.102 s。

對試驗采的圖像及數據進行分析、處理。將其導入AutoCAD軟件，標定出一張進而多張紙幣前緣端點和邊緣，一起繪出紙幣前緣端點運動軌跡。重現已過鈔票的軌跡。為了紙幣運動姿態更易于觀察對比分析并利用Matlab軟件編程在基于最小二乘法的方法基礎上繪制紙幣整個運動過程位移曲線，如圖7所示。

4 結 語

本文對以康藝JBYD?HT?900系列點鈔機為研究對象，進行紙幣高速運動及軌跡重構試驗。試驗結果可以實時地捕捉和顯示出高速傳送的紙幣傳送過程，可以通過調整機構的機械參數，可以對其運動軌跡和運動姿態做出重構和調整，并相比較原機可以調整出更好的傳送鈔軌跡和運動姿態，保證過鈔的平順性。

圖7 紙幣運動位移曲線

注：本文通訊作者為趙祚喜。

參考文獻

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