刘明，赵祚喜，孙道宗，刘雄，吴志伟，赵欧娅
（1.华南农业大学，广东广州510642；2.广州康艺电子有限公司，广东珠海510235）
摘要：以广州康艺9000点钞机为研究对象，搭建一种能清晰显示走钞机构的滚轮轴速度试验平台。滚轮轴速度是由增量式光电编码器测量，逻辑分析仪采集和记录，Matlab精确绘制。该方法可对走钞滚轮轴转速进行实时测定，并精确显示放钞后转速的变化。为达到高精度测速目的，通过设计、安装编码器固定支架以及采用弹性联轴器、三轴微调平台等减振措施来降低振动影响，设置滚轮组间不同的压力，显示过钞时滚轮轴的速度情况，试验结果清晰显示出放钞时点钞机走钞机构滚轮轴速度明显下降，并且随着滚轮组间压力的增大，纸币通过滚轮组时滚轮轴的速度陡变也越大。
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关键词 ：走钞机构；测速；试验平台；点验钞机
中图分类号：TN911-34 文献标识码：A 文章编号：1004-373X（2015）12-0135-04
收稿日期：2014-12-15
基金项目：2013年广东省研究生教育创新计划项目：临柜型A级点钞机关键技术研究（2013JDXM13）；广东省产学研项目：多币种临柜型A 级点验钞机设计（2012B091100182）
随着我国市场经济的高速发展，市场流通所需的纸币量在不断增加，假币的非法流通也越来越猖獗，给人们的日常生活乃至中国的金融市场产生了很不利的影响[1-4]，因此提高现有点钞机的鉴伪、走钞时的各方面性能势在必行[5]。走钞机构作为点验钞机机械部分的核心，是点验钞机完成纸币运动的关键所在[6]。
1 点钞机的结构
图1 所示为点验钞机的结构示意图，其中，进钞捻轮、走钞滚轮对组、出钞滚轮对组和接钞叶轮均是通过轴承与侧板进行连接，当纸币放入进钞台时，电机驱动进钞捻轮旋转将纸币捻入传到走钞滚轮对组和出钞滚轮对组，再传到接钞叶轮，最后放入接钞台完成纸币点钞过程。
本文试验平台测速是针对走钞滚轮，利用PrOe 对其进行三维制图，如图2所示。图2中黑色部分为进钞橡胶捻轮，右下角齿轮为传动齿轮。
当点验钞机工作时处于高速状态，滚轮组的转速对纸币在机构中的运动状态有着重要影响。本文搭建的实验平台及所得结论对于研究纸币在通过各个滚轮组时的姿态变化，及点钞机的走钞平稳性都是重要的参考依据。
2 走钞机构转速试验平台的搭建
本试验平台采用编码器作为平台速度信号采集的传感器，传感器信号采集单元由逻辑分析仪执行。最后通过Matlab编程对信号进行处理[7-8]。平台的工作流程如图3所示。
平台以光电式旋转增量编码器为基础，通过Saleae16 逻辑分析仪对编码器输出的需要处理和分析的数据进行采集记录操作。为了能更准确地测得纸币通过滚轮对组时的转速变化，本文采用弹性联轴器微调平台等系列的减震措施来保证测速精度。除了选用弹性联轴器，采用编码器固定支架及高精度可调的平台，通过可调转台的微调来保证编码器的输入轴与点验钞机滚轮组输出轴的基本同轴，因此选用SELN的LD60-LM型XYZR轴微调平台，其可实现x，y 轴的水平方向平移、z 轴方向上的竖直平移和z 轴的旋转。每个方向上的运动都可精确到0.01 mm[9-10]。其完整的安装图如图4所示。
3 试验结果与分析
3.1 试验方法
通过搭建实验测速平台，可以完成实时对点钞机走钞机构进行高精度测速，并清晰显示过钞时的速度变化，并设置在改变滚轮间的压力，对走钞平稳性的实时显示。达到为以后点钞机的开发及平稳性研究提供直观的参考数据。
试验基于高精度测速H38S-6-1000-3-N-24型光电式旋转增量编码器为基础，搭建平台与安装精密的XYZR 轴微调平台上，使用弹性联轴器，已消除不必要的振动，在硬件测速平台的基础上，采用采样深度深采样频率精度高的Saleae16逻辑分析仪进行数据采集，后导入到Matlab里进行数据处理。可以精确显示过钞时滚轮的速度及平稳性变化。试验按以下步骤开展：
（1）将微调平台固定于有机玻璃底板上，光电式编码器固定到加工好的夹持支架上，并将编码器和支架一起固定于XYZR轴微调平台，通过平行尺调整微调平台x、y、z 轴旋转方向上测微头旋钮，保证编码器输入轴端面与点验钞机滚轮组输出轴端面保持平行，这时将弹性联轴器固定于点验钞机滚轮组输出轴上，并通过微调平台X 轴旋钮将传感器送入弹性联轴器的另一端，并旋转滚轮组观察弹性联轴器是否有明显形变，如果没有则说明两轴基本同轴，并锁紧各个旋转方向上的紧定旋钮。
（2）实验电路连接实物如图5 所示，用12~15 V 电源模块给编码器供电，在编码器信号输线端与电源间连接500 Ω的上拉电阻，将Saleae16 逻辑分析仪黄色、蓝色、绿色探头分别与编码器A、B相和点验钞机对管信号线相连。完成电路连接后，接通12 V电源进行实验。
（3）通过Saleae16 逻辑分析仪对滚轮组测速传感器信号进行采集，打开逻辑分析仪配套软件Logic 1.18.exe并进入设置界面、采样频率、采样存储深度等参数。通道数目，分别用来采编码器A 相、B 相和点验钞机对管信号，设置好逻辑分析仪后，对点验钞机和传感器进行通电，打开点钞机设置常转模式，这时点逻辑分析仪开始键，然后向开机状态下的点验钞机进钞台放入纸币，逻辑性分析仪将进行传感器数据采集。采集的信号波形如图6所示。
（4）将采集的数据导入Matlab进行处理，在此组实验结束后，将薄膜压力传感器放入走钞滚轮的主、从动轮之间，调节不同压力值，进行多次实验采集，记录数据，进行同样数据处理。
3.2 数据分析
通过Matlab编写程序对逻辑分析仪所采得的数据进行处理并绘出曲线如图7所示。从图中可以看出，纸币以一定的初速度进入走钞滚轮组，转速发生陡变，当纸币进入滚轮后，由于纸币速度还未达到滚轮组转速，滚轮组以一定的加速度驱动纸币加速，直至纸币速度与滚轮组速度相同时，纸币的速度趋于稳定。图7可整体显示纸币过钞时的速度降低情况。图8中底部分的脉冲波形是滚轮组前红外对管信号，当有纸币通过红外对管时，对管就发出脉冲波形。由图8可知当有纸币通过滚轮组时，滚轮组的转速将发生陡变，图8中下凹部分代表3张纸币分别通过滚轮组时滚轮组转速的变化。
进一步试验表明，改变滚轮对组间压力，得出仿真结果如图9所示，当滚轮组间压力非常小的时候，纸币通过滚轮组时，滚轮组转速几乎不变，随着滚轮组间压力的增大，纸币通过滚轮组时滚轮组转速发生陡变越大，而由上述可知滚轮组速度的对纸币传输速度变化趋势基本保证一致。由此可知，随着滚轮组间压力增大，纸币在进钞阶段，速度陡变也越大。
4 结语
通过采用光电式编码器测定走钞滚轮对实时转速、薄膜压力传感器测定滚轮对间压力来实现对纸币通过滚轮组时转速变化的定量分析：通过搭建试验平台，采取减振措施，对点钞机的过钞过程进行实时测定，清晰显现过钞时滚轮轴的速度降低情况。通过设置滚轮组间不同压力，显现过钞时的滚轮轴的速度情况，图中清晰显示存在陡变情况，并且随着滚轮组间压力的增大，纸币在进钞阶段，滚轮轴的速度陡变越大。
注：本文通讯作者为赵祚喜。
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参考文献
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