一种点验钞机过钞运动状态可视化研究的实验装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种点验钞机过钞运动状态可视化研究的实验装置，包括有可视化点验钞样机，可清晰观察到样机内部走钞轮组结构；角度调节机构，使第一滚轮组中的从动轮相对其主动轮的位置可调，通过调整从动轮与主动轮间的相对角度实现不同的进钞位置，从而得到不同的进钞轨迹；高速相机，用于捕捉纸币在过钞过程中的运动姿态；聚光灯，用于确保高速相机能捕捉到清晰图像；PC机，用于对高速相机采到的图片进行处理，绘出纸币运动轨迹，并拟合出整个过钞过程的纸币位移曲线图。本发明可重构纸币在不同结构参数走钞轮组中的整个运动轨迹，进而研究得出纸币传送平顺性能最好的最佳相对偏转角。
【专利说明】一种点验钞机过钞运动状态可视化研究的实验装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及点验钞机动力学实验的【技术领域】，尤其是指一种点验钞机过钞运动状 态可视化研究的实验装置。
【背景技术】
[0002] 对点验钞机走钞轮组的研究一般从力学的方面为基础来进行研究的，进而为更好 的研究其平顺性及其它一些性能。目前，对走钞轮组的研究方法主要如下几种：1)基于力 学的研究方法，对于弹性滚轮与纸张的接触问题，利用应力函数结合简单的理论算法以及 迭代程序，获得可用来表现接触区域的方程式，借助弹性体的非线性理论推导弹性体受力， 建立其之间力的模型。根据其得出的力学结果来进一步研究其相对应的结构的优化和升 级。但这种纯理论的研究方法虽然看似很精准其实是与实际情况不能完全相符，不能为优 化开发结构新结构提供具体清晰的数据依据。2)利用计算机软件仿真的方法，基于实验和 力学关系，测算出必要的参数，建立其内部间关系的力学模型。利用动力学仿真软件进行仿 真分析。在一定程度上可以显现其运动状态及传送姿态。进而来研究走钞机构的升级和优 化。但是这种方法跟实际情况仍然存在一些不同，对于一些重要的参数只能有限的设定和 假定，有些参数不能完全与真实情况一致，且在仿真过程中是将纸币设定为刚体，但实际情 况不是刚体，所以这种方法只能在一定程度上反应大体情况，而纸币是一种容易变形的柔 性体无法用仿真软件进行完全模拟。
[0003] 现有的方法均在某种程度和方面存在着一些缺陷，而本实验装置在这些方面可以 弥补其不足的地方，对于研究点钞机的走钞机构具有重要意义。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高精度、操作简单、实用性强的 点验钞机过钞运动状态可视化研究的实验装置，可以避免前人研究时的理论或仿真不能完 全与实际情况相符的弊端，并可避免在原机采集时的视野限制问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种点验钞机过钞运动状态可视 化研究的实验装置，包括有：
[0006] 可视化点验钞样机，其外壳采用透明材料制作，可清晰观察到样机内部走钞轮组 结构，包括有捻钞轮、第二滚轮组及设在捻钞轮和第二滚轮组之间的第一滚轮组；
[0007] 角度调节机构，使所述第一滚轮组中的从动轮相对其主动轮的位置可调，通过调 整从动轮与主动轮间的相对角度实现不同的进钞位置，从而得到不同的进钞轨迹；
[0008] 高速相机，用于捕捉纸币在过钞过程中的运动姿态；
[0009] 聚光灯，用于确保所述高速相机能捕捉到清晰图像；
[0010] PC机，用于对所述高速相机采到的图片进行处理，绘出纸币运动轨迹，并拟合出整 个过钞过程的纸币位移曲线图。
[0011] 所述PC机配置有autocad软件和matlab软件，其中，利用autocad软件的图片编 辑功能对高速相机导入的图片进行标注测量，其过程为：在autocad软件界面的主菜单栏 中选择插入一光栅图像参照，会弹出图像文件对话框，找到需要测量的图片确认后，制定插 入点，即可插入图片，然后用软件的SC缩放命令调整大小，将图像调整比例至机构实际尺 寸，之后再利用软件的测绘功能对纸币前缘点进行标定；如此循环，即可插入大量高速相机 图片，实现设定插入点、缩放比例、获得图片中结构尺寸与实际结构尺寸相等的目的，并在 此过程中对图片进行编辑处理，标出大量纸币前端标定点，它们的分布大致为一条曲线，这 样就重现了纸币过钞的轨迹，从而获得纸币前缘端点相对参考原点的位移和每个前缘端点 之间的位移变化量；利用matlab软件编程实现曲线拟合的最小二乘法，对实验数据进行处 理，进而得到整个过钞过程的纸币位移曲线图。
[0012] 所述角度调节机构采用三角刻度转板来精确调整第一滚轮组中从动轮与主动轮 间的相对角度，所述从动轮位于主动轮的下方，并装配在从动轴上，所述主动轮装配在主动 轴上，所述相对角度为从动轮轴线与经过主动轮轴线的坚直线间的夹角大小；其中，所述三 角刻度转板有两块对称设在可视化点验钞样机的两侧板内侧，每块三角刻度转板上从顶角 开始从上往下依次设有主动轴轴承定位孔、从动轴轴承定位孔、销钉定位滑槽,所述可视化 点验钞样机的两侧板上设有对称的销孔及供从动轴端部轴承滑动的滑槽，所述两块三角刻 度转板通过各自主动轴轴承定位孔固定在主动轴的两端轴承上，所述从动轴通过其两端轴 承安装在两三角刻度转板上，所述三角刻度转板可以主动轴轴线为旋转中心进行偏转，从 而带动从动轮偏移，进而实现调节从动轮与主动轮间的相对角度，所述销孔与各自相应的 销钉定位滑槽相适配，调节好从动轮与主动轮间的相对角度后，通过插入销孔和销钉定位 滑槽中的定位销钉可对已调节好的偏转角度进行定位，固定三角刻度转板。
[0013] 所述三角刻度转板的偏转角度范围为左右偏转10°。
[0014] 本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
[0015] 本发明基于实验的思路上，避免了目前研究时的理论测算或仿真不能完全与实际 情况相符的弊端。可以清晰地捕捉到纸币在点验钞机内高速传送过程，实时捕捉过钞运动 状态，并且通过设置角度可调机构，可调节第一滚轮组中的从动轮相与主动轮的相对角度， 以实现传送轨迹的改变，最后通过计算机的软件处理，可重构纸币在不同结构参数走钞轮 组中的整个运动轨迹，进而研究得出纸币传送平顺性能最好的最佳相对偏转角，从而实现 纸币传送最平顺，传输效率最高，纸币翘曲程度最少。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1为本发明所述可视化点验钞样机的结构简图。
[0017] 图2为本发明所述三角刻度转板的结构示意图。
[0018] 图3为在autocad中光标所处位置坐标精度显示图。
[0019] 图4为纸币全程传输前缘端点轨迹图。
[0020] 图5为连接纸币前缘端点绘制运动轨迹图。
[0021] 图6为纸币运动位移曲线图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0023] 本实施例所述的点验钞机过钞运动状态可视化研究的实验装置，包括有：
[0024] 可视化点验钞样机，其结构参数和尺寸都与原机一样，如图1所示，能达到一致的 效果，唯一区别是采用透明度高的有机玻璃板代替原机的钣金板，即使其外壳可视化，以可 清晰观察到样机内部走钞轮组结构，所述样机内部走钞轮组结构包括有捻钞轮3、第二滚轮 组2及设在捻钞轮3和第二滚轮组2之间的第一滚轮组1 ;
[0025] 角度调节机构，使所述第一滚轮组1中的从动轮101相对其主动轮102的位置可 调，通过调整从动轮101与主动轮102间的相对角度实现不同的进钞位置，从而得到不同的 进钞轨迹；
[0026] 高速相机，用于捕捉纸币在过钞过程中的运动姿态，采用美国Vision Research公 司针对100万像素级推出的高速摄像机，满幅拍摄速率为1630帧/秒，最高拍摄速率可达 到400000帧/秒，500ns两次曝光最小时间间隔可满足PIV应用的需要；
[0027] 聚光灯，用于确保所述高速相机能捕捉到清晰图像，保证实验成功进行；
[0028] PC机，用于对所述高速相机采到的图片进行处理，绘出纸币运动轨迹，并拟合出整 个过钞过程的纸币位移曲线图。
[0029] 所述角度调节机构采用三角刻度转板来精确调整第一滚轮组中从动轮与主动轮 间的相对角度，所述从动轮位于主动轮的下方，并装配在从动轴上，所述主动轮装配在主动 轴上，所述相对角度为从动轮轴线与经过主动轮轴线的坚直线间的夹角大小；其中，所述三 角刻度转板有两块对称设在可视化点验钞样机的两侧板内侧，每块三角刻度转板上从顶角 开始从上往下依次设有主动轴轴承定位孔401、从动轴轴承定位孔402、销钉定位滑槽403， 如图2所示，所述可视化点验钞样机的两侧板上设有对称的销孔及供从动轴端部轴承滑动 的滑槽，所述两块三角刻度转板通过各自主动轴轴承定位孔401固定在主动轴的两端轴承 上，所述从动轴通过其两端轴承装配在两三角刻度转板的从动轴轴承定位孔402上，进而 安装在该两块三角刻度转板上，并由该两块三角刻度转板带动偏移；所述三角刻度转板可 以主动轴轴线为旋转中心进行偏转，从而带动从动轮偏移，进而实现调节从动轮与主动轮 间的相对角度，所述三角刻度转板的偏转范围为左右偏转10° ;所述销孔与各自相应的销 钉定位滑槽403相适配，调节好从动轮与主动轮间的相对角度后，通过插入销孔和销钉定 位滑槽中的定位销钉可对三角刻度转板进行固定，进而实现对已调节好的偏转角度进行定 位。
[0030] 所述PC机配置有autocad软件和matlab软件，高速相机拍摄完毕后，要做的就是 将数据放到PC机软件中进行处理，具体是：利用高速相机采集到纸币传输图像是JPG格式 的，将该数据图像导入到PC机的autocad软件中，利用autocad软件的图片编辑功能对高 速相机导入的图片进行标注测量，其过程如下：
[0031] 在autocad软件界面的主菜单栏中选择插入一光栅图像参照，会弹出图像文件对 话框，找到需要测量的图片确认后，制定插入点，即可插入图片，然后用软件的SC缩放命令 调整大小，将图像调整比例至机构实际尺寸，之后再利用软件的测绘功能对纸币前缘点进 行标定，标定后去除原图片，在autocad底图中留下标定，为了更加精准地进行纸币前缘端 点位置标定，可以采用软件的图像缩放功能放大后进行标定，在autocad中光标所处位置 坐标精度可达到小数点后四位满足测量测量要求，如图3所示；如此循环，即可插入大量 高速相机图片，实现设定插入点、缩放比例、获得图片中结构尺寸与实际结构尺寸相等的目 的，并在此过程中对图片进行编辑处理，标出大量纸币前端标定点，它们的分布大致为一条 曲线，用圆圈标记标出，如图4所示，这样就重现了纸币过钞的轨迹，后连接纸币前缘端点 绘制运动轨迹，如图5所示。
[0032] 根据测得的大量实验数据需寻求一种较简单的函数逼近求解，曲线拟合的最小二 乘法在解决这类实验数据处理和误差分析中应用非常广泛，可提高数据处理的效率和精确 度。在本发明中利用matlab软件编程实现曲线拟合的最小二乘法，对实验数据进行处理， 进而得到整个过钞过程的纸币位移曲线图。
[0033] 此外，为了减少点验钞机专用电动机运转所产生的振动对纸币运动状态有所影 响，为平台配备的驱动电机是设计型号为YYD40R-4H专用电动机且与平台的连接方式为非 接触方式。齿轮之间的传动不是齿皮带而是圆形皮带传动，这样可以增加传动的平稳性，防 止皮带打滑现象。
[0034] 实验时，主要分成以下三个步骤：第一步骤是测量从动轮与主动轮的相对角度为 0°时，检验纸币是否能够顺利过钞，且利用高速相机采集纸币的过钞情况；第二步骤是测 量从动轮与主动轮的相对角度在左右动态变化时（不同角度，Γ，2°，3° ....10° )是否 能够顺利过钞，且利用高速相机采集纸币过钞情况；第三步骤是整理高速相机所捕捉到的 图片，并导入到PC机中处理。
[0035] 具体的实施方法如下：
[0036] 1)首先将实验测试设备连接完成，再将高速相机及聚光灯定位。
[0037] 2)将PC机、高速相机、聚光灯打开，暖机大约半个小时，确定在实验测试过程中仪 器保持稳定的状态。
[0038] 3)实验开始前最重要的工作是调节聚光灯的照射位置，调整其至适当的位置使其 光线强度达到高速相机能够采集到清晰图像的目的，调整过后高速相机能够获得清晰的视 场。
[0039] 4)调节可视化点验钞样机侧板上的三角刻度转板，确定从动轮与主动轮的相对位 置关系，启动实验台电机，从入钞口放置纸币确定纸币完全通过走钞轮组，将实验台电机停 止，确定采集到整个走钞过程的全部图像。
[0040] 5)将上述步骤所采集到的图像数据整理保存在PC机上，以便进行下一步的处理。
[0041] 6)在PC机中按照上述软件的图片处理方法，对每张图片中纸币前缘端点进行逐 一的标定，从而获得纸币前缘端点相对参考原点的位移和每个前缘端点之间的位移变化 量。其中，左偏10 °下通过高速相机采集实验整个纸币传输过程一共采集到44张纸币运动 图片，其中33张反应了纸币在走钞轮组的作用下传输的整个过程，高速相机采样频率选择 设定的是500帧/秒，也即是0. 002s/张。经过分析高速相机采集33张图像所用时间大约 为0. 002X33 = 0. 066s，也即是单张纸币运动的时间为0. 066s。获得纸币前缘端点相对参 考原点的位移和每个前缘端点之间的位移变化量如下表1所示。
[0042] 表1 -纸币前缘端点位移
[0043]
【权利要求】
1. 一种点验钞机过钞运动状态可视化研究的实验装置，其特征在于，包括有： 可视化点验钞样机，其外壳采用透明材料制作，可清晰观察到样机内部走钞轮组结构， 包括有捻钞轮、第二滚轮组及设在捻钞轮和第二滚轮组之间的第一滚轮组； 角度调节机构，使所述第一滚轮组中的从动轮相对其主动轮的位置可调，通过调整从 动轮与主动轮间的相对角度实现不同的进钞位置，从而得到不同的进钞轨迹； 高速相机，用于捕捉纸币在过钞过程中的运动姿态； 聚光灯，用于确保所述高速相机能捕捉到清晰图像； PC机，用于对所述高速相机采到的图片进行处理，绘出纸币运动轨迹，并拟合出整个过 钞过程的纸币位移曲线图。
2. 根据权利要求1所述的一种点验钞机过钞运动状态可视化研究的实验装置，其特 征在于：所述PC机配置有autocad软件和matlab软件，其中，利用autocad软件的图片编 辑功能对高速相机导入的图片进行标注测量，其过程为：在autocad软件界面的主菜单栏 中选择插入一光栅图像参照，会弹出图像文件对话框，找到需要测量的图片确认后，制定插 入点，即可插入图片，然后用软件的SC缩放命令调整大小，将图像调整比例至机构实际尺 寸，之后再利用软件的测绘功能对纸币前缘点进行标定；如此循环，即可插入大量高速相机 图片，实现设定插入点、缩放比例、获得图片中结构尺寸与实际结构尺寸相等的目的，并在 此过程中对图片进行编辑处理，标出大量纸币前端标定点，它们的分布大致为一条曲线，这 样就重现了纸币过钞的轨迹，从而获得纸币前缘端点相对参考原点的位移和每个前缘端点 之间的位移变化量；利用matlab软件编程实现曲线拟合的最小二乘法，对实验数据进行处 理，进而得到整个过钞过程的纸币位移曲线图。
3. 根据权利要求1所述的一种点验钞机过钞运动状态可视化研究的实验装置，其特 征在于：所述角度调节机构采用三角刻度转板来精确调整第一滚轮组中从动轮与主动轮间 的相对角度，所述从动轮位于主动轮的下方，并装配在从动轴上，所述主动轮装配在主动轴 上，所述相对角度为从动轮轴线与经过主动轮轴线的坚直线间的夹角大小；其中，所述三角 刻度转板有两块对称设在可视化点验钞样机的两侧板内侧，每块三角刻度转板上从顶角开 始从上往下依次设有主动轴轴承定位孔、从动轴轴承定位孔、销钉定位滑槽,所述可视化点 验钞样机的两侧板上设有对称的销孔及供从动轴端部轴承滑动的滑槽，所述两块三角刻度 转板通过各自主动轴轴承定位孔固定在主动轴的两端轴承上,所述从动轴通过其两端轴承 安装在两三角刻度转板上，所述三角刻度转板可以主动轴轴线为旋转中心进行偏转，从而 带动从动轮偏移，进而实现调节从动轮与主动轮间的相对角度，所述销孔与各自相应的销 钉定位滑槽相适配，调节好从动轮与主动轮间的相对角度后，通过插入销孔和销钉定位滑 槽中的定位销钉可对已调节好的偏转角度进行定位，固定三角刻度转板。
4. 根据权利要求3所述的一种点验钞机过钞运动状态可视化研究的实验装置，其特征 在于：所述三角刻度转板的偏转角度范围为左右偏转10°。
【文档编号】G07D13/00GK104361678SQ201410566902
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】赵祚喜, 刘明, 刘雄, 侯可明, 黄培奎, 陈嘉琪, 孙道宗 申请人:华南农业大学