硬幣分類、整理、包裝機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

肖琳娜

（撫順市技師學(xué)院，撫順 113123）

硬幣是金融體系不可缺少的一部分。目前，由于硬幣回籠條件有限，一般采用人工處理模式對(duì)硬幣進(jìn)行分類，并按照類別不同分別對(duì)各類硬幣進(jìn)行整理和包裝[1]。這種處理模式效率較低，嚴(yán)重限制了硬幣流通[2]。因此，提高硬幣處理效率成為當(dāng)前我國貨幣管理的首要工作。雖然國內(nèi)已經(jīng)開展了關(guān)于硬幣處理方法的研究，但是硬幣類別的劃分精準(zhǔn)度不夠，且不支持硬幣真?zhèn)巫R(shí)別，而且在整理和包裝功能開發(fā)方面也不夠完善[3-4]。為了彌補(bǔ)以往研究的不足，本文嘗試提出一種多功能硬幣處理機(jī)械系統(tǒng)，并以分類、整理、包裝作為核心功能進(jìn)行研究。

1 機(jī)械系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由傳動(dòng)帶、離心盤、電渦傳感器、分揀盤、集幣筒、收幣筒、電磁鐵托盤、包裝裝置以及搓紙機(jī)構(gòu)等裝置組成。該系統(tǒng)作業(yè)技術(shù)路線如下。（1）硬幣傳送，即將混雜的硬幣放置在傳動(dòng)帶上。（2）轉(zhuǎn)入離心盤，即傳動(dòng)帶按照設(shè)定的硬幣量運(yùn)送貨幣至離心盤。（3）硬幣排序。該裝置可利用離心盤將混雜的硬幣分散開來，并隨機(jī)排序，然后轉(zhuǎn)入集幣筒中。（4）鑒別硬幣真?zhèn)?。該過程選取電渦傳感器作為檢驗(yàn)工具，以硬幣特征頻率作為檢驗(yàn)指標(biāo)，通過采集該指標(biāo)數(shù)據(jù)，并與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比來判斷當(dāng)前進(jìn)入檢驗(yàn)裝置的硬幣是否為真硬幣。如果超出標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)范圍，則判定該硬幣為偽幣，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將其剔除。（5）按照硬幣類別劃分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)傳感器當(dāng)前檢測(cè)對(duì)象類別進(jìn)行處理，從而確定該硬幣的類別。（6）根據(jù)硬幣類別判定結(jié)果，將類別相同的硬幣集中到一起加以整理，并在此過程中統(tǒng)計(jì)相同類別硬幣的數(shù)量。（7）將經(jīng)過計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)的硬幣轉(zhuǎn)移到滑道，而后運(yùn)送至收幣筒。（8）將硬幣裝入包裝裝置。該過程嚴(yán)格按照設(shè)定的標(biāo)量限定包裝硬幣數(shù)量，當(dāng)包裝裝置中的硬幣量達(dá)到標(biāo)量時(shí)立即停止進(jìn)幣，并利用電磁鐵托盤輸送至包裝模具中。（9）包裝裝置與搓紙機(jī)構(gòu)共同作業(yè)完成硬幣的包裝。其中，搓紙機(jī)構(gòu)的作用主要是將定量硬幣整理到同一張紙中，而后導(dǎo)入包裝裝置進(jìn)行外包裝的封口處理[5]。（10）硬幣卷導(dǎo)出。該過程是將上一個(gè)步驟包裝好的硬幣通過軌道運(yùn)送出去。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.1 硬幣分類功能

本系統(tǒng)中的硬幣分類功能支持硬幣真?zhèn)螜z驗(yàn)和分揀。硬幣從進(jìn)幣口進(jìn)入該裝置后，通過傳動(dòng)帶轉(zhuǎn)移到離心盤中，然后按照硬幣的大小、質(zhì)量、材質(zhì)等參數(shù)，對(duì)硬幣的類別進(jìn)行劃分。為了避免過多硬幣同時(shí)進(jìn)入離心盤而導(dǎo)致硬幣分揀系統(tǒng)發(fā)生堵塞，本裝置將傳動(dòng)帶與離心盤的連接角度設(shè)置為45°。離心盤分為內(nèi)軌道和外軌道，硬幣從內(nèi)軌道進(jìn)入，經(jīng)過雙孔處時(shí)自動(dòng)排列，而后進(jìn)入外軌道，從外軌道將同類別的硬幣轉(zhuǎn)入集幣筒，然后開始對(duì)硬幣進(jìn)行真?zhèn)螜z驗(yàn)和分揀。 圖1為硬幣分類機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

圖1中的分揀盤是硬幣真?zhèn)螜z驗(yàn)和類別劃分的關(guān)鍵，在其上方的一系列操作流程都是為硬幣分揀做的準(zhǔn)備工作。在齒狀卡盤作用下，帶動(dòng)收幣筒上的硬幣旋轉(zhuǎn)，并按照一定順序有序地通過電渦流傳感器。在此過程中，傳感器信號(hào)采集裝置將生成等效阻抗，此參數(shù)值可作為硬幣真?zhèn)螜z驗(yàn)依據(jù)。

硬幣分類機(jī)械設(shè)備作業(yè)期間，傳感器采集到的信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)換處理后生成電壓信號(hào)，通過利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analog to Digital Converter，A/D）將此信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，而后轉(zhuǎn)入數(shù)字信號(hào)處理（Digital Signal Process，DSP）系統(tǒng)，再通過運(yùn)行快速傅氏變換（Fast Fourier Transformation，F(xiàn)FT）算法將DSP中的信號(hào)轉(zhuǎn)為頻域信號(hào)，同時(shí)保存信號(hào)的頻率特征。信號(hào)轉(zhuǎn)換完成后，通過調(diào)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫對(duì)比當(dāng)前保存的頻率特性與設(shè)定的硬幣標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)數(shù)值。如果相符，則判定當(dāng)前硬幣為真幣；反之，判定其為偽幣。

2.2 硬幣整理功能

關(guān)于硬幣計(jì)數(shù)功能的開發(fā)，本裝置采用激光掃描方式來確定設(shè)定范圍內(nèi)的硬幣出現(xiàn)情況。如果掃描到硬幣，則計(jì)數(shù)結(jié)果增加。經(jīng)過計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)后的硬幣會(huì)轉(zhuǎn)入預(yù)備筒，并利用曲軸滑塊機(jī)構(gòu)將硬幣導(dǎo)入齒輪齒條機(jī)構(gòu)中，最終將硬幣轉(zhuǎn)移到集幣筒中。其中，添加曲軸滑塊機(jī)構(gòu)主要是為了配合定量整理。當(dāng)硬幣數(shù)量達(dá)到限定值時(shí)，該裝置將關(guān)閉集幣筒與預(yù)備筒的連接通道，此部分硬幣將被轉(zhuǎn)送至硬幣包裝裝置中等待定量包裝。

2.3 硬幣包裝功能

該項(xiàng)功能主要是對(duì)硬幣采取摞回處理，使硬幣形成硬幣摞，然后利用輸送機(jī)構(gòu)將其轉(zhuǎn)送至搓紙機(jī)構(gòu)，并由搓紙機(jī)構(gòu)完成包卷紙操作。圖2為硬幣包裝輸送機(jī)構(gòu)。

因?yàn)椴煌悇e硬幣的規(guī)格不同，所以包卷紙沒有固定的操作參數(shù)，而是根據(jù)卷紙包的松緊程度對(duì)包裝夾的作業(yè)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，從而簡(jiǎn)化包裝裝置結(jié)構(gòu)，且不需要針對(duì)每一種硬幣布設(shè)包卷紙裝置。其中，搓紙機(jī)構(gòu)通過引導(dǎo)彈片控制包裝紙的進(jìn)出，開啟彈片后，包裝紙進(jìn)入三棍立式包裝設(shè)備。利用該設(shè)備包裝硬幣時(shí)，以兩周半作為包裝標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)硬幣被轉(zhuǎn)入該包裝設(shè)備后，該設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)軸開始作業(yè)，轉(zhuǎn)動(dòng)兩周半后停止搓紙并自動(dòng)斷紙。

3 系統(tǒng)功能測(cè)試分析

3.1 系統(tǒng)硬幣分類功能測(cè)試

針對(duì)該項(xiàng)功能的測(cè)試，可以硬幣真?zhèn)螜z驗(yàn)和類別劃分為主。開啟系統(tǒng)后，將1元、5角、1角硬幣各10個(gè)分別倒入進(jìn)幣口，然后觀察分揀盤中每一個(gè)集幣筒中的硬幣是否為設(shè)定的集幣類型和真?zhèn)螛?biāo)準(zhǔn)。為了有效檢驗(yàn)系統(tǒng)功能，本次實(shí)驗(yàn)測(cè)試用到的硬幣中存在1個(gè)1元、2個(gè)5角和2個(gè)1角偽幣。

通過使用本系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，剔除假幣的集幣筒中有5個(gè)硬幣，經(jīng)過檢驗(yàn)這些硬幣都是偽幣。由此可以判斷，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬幣分類功能支持真?zhèn)螏诺臋z驗(yàn)，并且檢驗(yàn)精準(zhǔn)率為100%。關(guān)于硬幣分類功能的測(cè)試中，1元集幣筒中收集到的硬幣數(shù)量為9個(gè)，5角集幣筒中收集到的硬幣數(shù)量為8個(gè)，1角集幣筒中收集到的硬幣數(shù)量為8個(gè)，并且集幣筒設(shè)定的硬幣類別與收集到的硬幣類別相符。由此可以判斷，本系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確劃分硬幣類型，且能夠?qū)⑵浯娣胖料鄳?yīng)集幣筒中等待硬幣整理。

3.2 系統(tǒng)硬幣整理功能測(cè)試

針對(duì)該功能的測(cè)試主要是對(duì)各類硬幣數(shù)量的計(jì)數(shù)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并將計(jì)數(shù)結(jié)果與實(shí)際硬幣數(shù)量進(jìn)行對(duì)比，如果相符，則認(rèn)為該項(xiàng)功能開發(fā)有效。此功能試驗(yàn)可接著上一項(xiàng)功能測(cè)試，硬幣從分類裝置進(jìn)入到整理裝置后，通過傳送通道的硬幣數(shù)量為：1元硬幣9個(gè)，5角硬幣8個(gè)，1角硬幣8個(gè)。設(shè)定每種類別硬幣整理數(shù)量限定值為5個(gè)。

測(cè)試結(jié)果顯示，計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)1元硬幣、5角硬幣、1角硬幣的數(shù)量分別為9個(gè)、8個(gè)、8個(gè)，可見該計(jì)數(shù)結(jié)果與通過傳送通道的各類硬幣數(shù)量相符。另外，每種類型的硬幣以5個(gè)為1組，進(jìn)入集幣筒，等待包裝。因此，本系統(tǒng)具有較好的整理功能，能夠準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)各類硬幣數(shù)量，且硬幣整理數(shù)量限定功能有效，為硬幣統(tǒng)一管理奠定了基礎(chǔ)。

3.3 系統(tǒng)硬幣包裝功能測(cè)試

該項(xiàng)功能的測(cè)試主要是為了觀察硬幣外包裝是否出現(xiàn)未鉤邊、包裝紙不足兩周半的情況。經(jīng)測(cè)試，硬幣包裝完整，3卷硬幣包裝紙均已經(jīng)鉤邊，而且拆開3卷硬幣包裝紙后發(fā)現(xiàn)，每卷硬幣的包裝紙均能夠繞硬幣兩周半，符合系統(tǒng)開發(fā)要求。

4 結(jié)語

本文圍繞硬幣處理問題展開研究，引入了機(jī)械系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)，嘗試探究硬幣的分類、整理及包裝機(jī)械化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案建立在硬幣物理性能不同的基礎(chǔ)上，按照此項(xiàng)特性設(shè)計(jì)了硬幣的真?zhèn)螜z驗(yàn)裝置和分類裝置，并根據(jù)硬幣分揀數(shù)量控制要求添加了硬幣整理功能的包裝功能。測(cè)試結(jié)果顯示，本系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確檢驗(yàn)硬幣的真?zhèn)危梢杂行澐钟矌蓬悇e，且支持硬幣整理數(shù)量的設(shè)定，能夠自動(dòng)完成硬幣包裝。