刘明+赵祚喜+可欣荣+刘雄+陈嘉琪+黄培奎

摘 要： 为清晰显示走钞姿态，以广州康艺TBYD?HT?9000系列点钞机为研究对象，将高速相机置于样机侧面对纸币在走钞机构中的运动状态进行实时捕捉、数据处理，将原始图片导入AutoCAD标定处理，可将纸币在不同结构参数走钞机构中的整个运动轨迹进行重构，进而研究该结构参数的变动对纸币运动时间和平顺性的影响。试验表明，在纸币即将离开滚轮轴时前缘的翘曲程度会因从动轮偏转角的不同而不同，当左偏转至10°时，纸币传输最平顺，传输时间最短，单张纸币传输时间最短为0.076 s。

关键词： 点钞机； 运动状态； 高速相机； 纸币

中图分类号： TN919?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）10?0070?03

目前国内外的研究方法多集中于应用仿真软件对纸张传送过程进行仿真研究[1]。在进行理论建模仿真分析时大多数是将纸币当成刚体不会发生翘曲现象[2?4]，但是实际上，纸币的不同所表现出来的力学性能也不是相同的[5]。纸币容易变形的柔性无法用仿真软件进行完全模拟，纸币传输方向不定，只有经过实际试验来研究分析[6]，才能精确地重构出过钞轨迹。

1 点钞机的机械结构

本文以康艺JBYD?HT?9000系列点钞机为研究对象，采用透明的有机玻璃板替换原机的钣金板，设置可调结构参数的样机装置，搭建可以捕捉到纸币进钞轨迹的试验平台，利用高速相机进行实时采集并进行数据处理，重构进钞轨迹，其具体的机械结构及装配框架如图1所示。

点钞机走钞机构具体的机构主要包括入钞部分、走钞部分和接钞部分。入钞部分主要由滑钞板、送钞舌、阻力橡皮、落钞板、调节螺丝、捻钞胶圈等组成。走钞部分主要由出钞胶轮、出钞对转轮组成，接钞部分主要由接钞爪轮、托钞板、挡钞板等组成。

2 试验及数据分析

2.1 试验平台搭建

试验系统位置规划实物图及示意图见图2，系统设备包括：聚光灯、高速相机、试验物理样机、PC、数据传输线。试验所用高速相机是美国Vision Research公司高精度高速摄像机[7?8]，最高拍摄速率可达到400 000 f/s；两次曝光最小时间[9?10]为500 ns。

图1 康艺JBYD?HT?9000点钞机走钞机构总装配及走钞轨迹图

图2 试验系统布置相对位置图

2.2 试验方法

在点钞机实际运行工作中采集到图像的纸币运动状态和传送姿态，从而根据从动轮不同的相对角度来显现进钞姿态的变化并记录过钞时间，来重构纸币的传送姿态及走钞轨迹。试验步骤为：

（1） 测量从动轮与主动轮中心线在竖直位置上，也即是相对角度为0°，此步骤可用来验证纸币在原机的传送过程是否有变化；

（2） 调节从动轮相对主动轮在竖直线左右变化的角度（角度依次1°，2°，…，10°），然后利用高速相机捕捉纸币在走钞通道中的运动情况。

2.3 试验数据处理及试验结果

2.3.1 试验数据处理方法

为了清晰重显出纸币的轨迹，应对试验拍的原始图片做出一些处理，本文采用AutoCAD对原始图像进行处理。可以根据连续时刻纸币传输过程中前缘端点获得每个时刻纸币行走的位移量，并对其进行标定，多张连续时刻的图片标定结果就可绘制出纸币在走钞机构中的运动轨迹和运动姿态变化。下面以三角转板在10°参数下的高速图片数据处理为例，标定方法如下所示：

（1） 在AutoCAD中插入高速相机图片，设定插入点，调节缩放比例。保证图片中结构尺寸与实际结构尺寸相等。

（2） 插入图片。对图片进行坐标系设定，设定参考坐标系原点O，整体坐标系有软件默认设置。光标所放位置会在屏幕右下方显示所处位置在全局坐标中坐标值，精确至小数点后4位。用测绘功能对纸币前缘端点和边缘进行线条标定和测量。

通过以上方法可重复地设定相同的插入点和缩放比例将高速图片导入AutoCAD中进行编辑处理，利用绘图功能对纸币传输连续不同时刻的边缘和前缘端点进行标定并确定其相对参考坐标系原点的位移，最后可在所CAD底图中画出纸币运动轨迹情况，如图3所示。

图3 纸币运动前缘端点标定效果图

2.3.2 试验结果

（1） 走钞姿态分析。该物理样机能够保证当在三角转板在左右0°～10°偏转角度范围内时均能够使纸币顺利过钞，但是运动时间与姿态大有不同。图4所示为右偏5°时前后纸币运动至第二对滚轮副时前后的走钞姿态。

图4 三角板右偏5°的进钞姿态

通过试验获取3 000多张纸币在不同结构参数下的高速图片，进行对比分析可知，在三角板可调的10°范围内，传输时间随着右偏角度的增加而增加，随左偏角度的增加而减小，保证传输过程顺利过钞且不卡钞的情况下纸币在三角转板左偏10°时传输最平顺，所消耗时间最短，如图5所示。

图5 三角转板左偏10°时纸币进入第二滚轮副前后

连续时刻走钞姿态图

（2） 通过上述方法对图像进行标定处理，最后可在所CAD底图中重现出纸币运动轨迹情况如图6所示。正是利用这样的方法对纸币的走钞过程进行了重现和勾勒出其走钞轨迹。

图6 走钞机构过钞轨迹

3 结 论

基于点钞机原机的机械结构，采用有机透明玻璃板，搭建可观测的试验平台，在新样机的基础上设置滚轮副从动轮可调参数结构，并可利用高速相机对整个走钞机构运动情况和纸币传输情况进行数据采集，试验研究纸币运动情况获得走钞机构滚轮副从动轮与主动轮相对偏转角度左偏10°时纸币传输最平顺，传输效率最低，单张纸币传输时间为0.076 s，右偏10°时纸币运动姿态最不稳定，传输效率最高，单张传输时间为0.102 s。

对试验采的图像及数据进行分析、处理。将其导入AutoCAD软件，标定出一张进而多张纸币前缘端点和边缘，一起绘出纸币前缘端点运动轨迹。重现已过钞票的轨迹。为了纸币运动姿态更易于观察对比分析并利用Matlab软件编程在基于最小二乘法的方法基础上绘制纸币整个运动过程位移曲线，如图7所示。

4 结 语

本文对以康艺JBYD?HT?900系列点钞机为研究对象，进行纸币高速运动及轨迹重构试验。试验结果可以实时地捕捉和显示出高速传送的纸币传送过程，可以通过调整机构的机械参数，可以对其运动轨迹和运动姿态做出重构和调整，并相比较原机可以调整出更好的传送钞轨迹和运动姿态，保证过钞的平顺性。

图7 纸币运动位移曲线

注：本文通讯作者为赵祚喜。

参考文献

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