劉慶東

(廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程系，廣東廣州 510075)

0 引言

雖然全世界一直都在大力推廣電子貨幣以減少鈔票的發(fā)行量，但是由于我國(guó)的國(guó)情以及傳統(tǒng)習(xí)慣，很多人仍然習(xí)慣使用現(xiàn)金進(jìn)行交易，使我國(guó)成為使用現(xiàn)金量最大的國(guó)家。各行各業(yè)特別是銀行出納柜臺(tái)現(xiàn)金處理工作繁重，點(diǎn)鈔機(jī)成為不可缺少的設(shè)備。點(diǎn)鈔機(jī)集計(jì)數(shù)和辨?zhèn)斡谝簧?，?guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求以每秒最低15張的速度對(duì)鈔票進(jìn)行清點(diǎn)、辨?zhèn)?，通常還具有自動(dòng)開(kāi)停機(jī)、預(yù)置數(shù)、防雙張、防粘張和防夾張等輔助功能。常用的辨?zhèn)问侄斡袩晒庾R(shí)別、磁性分析、紅外穿透三種方式。隨著印刷技術(shù)、復(fù)印技術(shù)和電子掃描技術(shù)的發(fā)展，偽鈔的制造水平越來(lái)越高，必須不斷提高點(diǎn)鈔機(jī)的辨?zhèn)涡阅埽?］。

1 存在的問(wèn)題

按照鈔票的運(yùn)動(dòng)軌跡不同，點(diǎn)鈔機(jī)分為立式點(diǎn)鈔機(jī)和臥式點(diǎn)鈔機(jī)。

國(guó)外主要使用立式點(diǎn)鈔機(jī)。立式點(diǎn)鈔機(jī)以英國(guó)的得利來(lái)(DeLaRue)、日本的光榮公司(Glory)為代表，采用底出鈔間歇分張、葉輪接鈔的方式，優(yōu)點(diǎn)是外形美觀，長(zhǎng)、寬尺寸小;缺點(diǎn)是對(duì)鈔票的質(zhì)量要求較高，要求鈔票至少有七成以上的嶄新程度而且平整，否則鈔票很難分張，同時(shí)鈔票堆砌也不整齊。以前，由于人民幣殘、舊鈔比較多，導(dǎo)致立式點(diǎn)鈔機(jī)一直難以進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。近年來(lái)，隨著國(guó)家定期將殘、舊鈔回收，以及越來(lái)越多的人習(xí)慣用錢包裝錢，使流通的人民幣質(zhì)量大大提高，立式點(diǎn)鈔機(jī)隨之逐漸進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，占有越來(lái)越大的市場(chǎng)份額。

國(guó)內(nèi)主要使用臥式點(diǎn)鈔機(jī)。臥式點(diǎn)鈔機(jī)采用面出鈔連續(xù)分張的方式，沒(méi)有接鈔葉輪取而代之的是橡膠輸送帶和鈔票整理機(jī)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)是對(duì)鈔票的新舊和平整度要求不高，鈔票堆砌整齊，這也是臥式點(diǎn)鈔機(jī)目前仍然在市場(chǎng)占主導(dǎo)地位的原因;缺點(diǎn)是外形不夠美觀，長(zhǎng)度尺寸大。由于臥式點(diǎn)鈔機(jī)占地面積較大，在銀行工作臺(tái)擺放不便，現(xiàn)在的臥式點(diǎn)鈔機(jī)多用葉輪機(jī)構(gòu)代替了橡膠輸送帶和鈔票整理機(jī)構(gòu)，使臥式點(diǎn)鈔機(jī)的長(zhǎng)度減小，從而占地面積也得以減小。

臥式點(diǎn)鈔機(jī)普遍存在以下問(wèn)題:①目前，臥式點(diǎn)鈔機(jī)相對(duì)于立式點(diǎn)鈔機(jī)存在占地面積大的缺點(diǎn)，隨著銀行儲(chǔ)蓄所辦公臺(tái)面擺放的設(shè)備種類越來(lái)越多，對(duì)點(diǎn)鈔機(jī)提出小型化要求;②由于銀行點(diǎn)鈔工作量大，導(dǎo)致捻鈔膠圈、阻力橡皮磨損較快，每隔一段時(shí)間就需調(diào)整或更換，否則點(diǎn)鈔機(jī)會(huì)出現(xiàn)計(jì)數(shù)不準(zhǔn)、重張等故障，更換捻鈔膠圈、阻力橡皮需要專業(yè)技術(shù)人員，在儲(chǔ)蓄所沒(méi)有專業(yè)技術(shù)人員的條件下，要求更換捻鈔膠圈、阻力橡皮必須簡(jiǎn)單、方便;③假鈔的制作水平越來(lái)越高，迫切要求提高辨?zhèn)嗡胶蜏p少誤報(bào)率。

2 小型化設(shè)計(jì)方案

長(zhǎng)期以來(lái)，各點(diǎn)鈔機(jī)生產(chǎn)廠家都致力于點(diǎn)鈔機(jī)的小型化。由于受到鈔票長(zhǎng)度尺寸的限制，點(diǎn)鈔機(jī)的寬度尺寸無(wú)法減小，點(diǎn)鈔機(jī)的小型化只能減小長(zhǎng)度和高度尺寸。

臥式點(diǎn)鈔機(jī)的體積難以減小的主要原因是點(diǎn)鈔機(jī)的主電機(jī)(單相異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)YYD－40A－4)體積太大。臥式點(diǎn)鈔機(jī)一直使用交流電機(jī)作為動(dòng)力，沿用至今。立式點(diǎn)鈔機(jī)則一直使用直流電機(jī)作為動(dòng)力，直流電機(jī)的體積比交流電機(jī)小得多，這也是立式點(diǎn)鈔機(jī)比臥式點(diǎn)鈔機(jī)小的原因之一。設(shè)想以直流電機(jī)(24 V)代替交流電機(jī)作為臥式點(diǎn)鈔機(jī)的動(dòng)力，配合開(kāi)關(guān)電源，可以達(dá)到小型化的效果。

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，電機(jī)直徑由90 mm減小為40 mm，再將葉輪直徑由99 mm改為80 mm，臥式點(diǎn)鈔機(jī)的長(zhǎng)度由323 mm減小為298 mm，高度由193 mm減小為138 mm，大大減小了臥式點(diǎn)鈔機(jī)體積和重量。

3 結(jié)構(gòu)部分改進(jìn)

所設(shè)計(jì)的點(diǎn)鈔機(jī)由捻鈔、出鈔、接鈔、傳動(dòng)、機(jī)架和電子電路等六部分組成(如圖1所示)。

圖1 臥式點(diǎn)鈔機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3．1 捻鈔部分改進(jìn)

捻鈔部分主要由滑鈔板、送鈔舌、阻力橡皮、落鈔板、調(diào)節(jié)螺絲、捻鈔膠圈等組成。將要清點(diǎn)的鈔票逐張捻出是保證計(jì)數(shù)準(zhǔn)確的前提。臥式點(diǎn)鈔機(jī)采用面出鈔連續(xù)分張的方法:捻鈔膠圈捻走處于表面的一張鈔票，下面的鈔票被阻力橡皮粘住，使表面的鈔票與下面的鈔票分開(kāi)，實(shí)現(xiàn)分張，由于出鈔膠輪的線速度是捻鈔膠輪的2倍，因此相鄰的兩張鈔票之間被拉開(kāi)一定的距離，為鈔票計(jì)數(shù)和辨?zhèn)翁峁┍匾臈l件。這個(gè)過(guò)程不斷重復(fù)進(jìn)行，直到捻完最后一張鈔票。

由于更換麻煩，做為易損件的捻鈔膠圈和阻力橡皮的磨損一直是困擾使用的兩大難題，要解決這個(gè)問(wèn)題，有兩種方法:①提高使用壽命;②更換方便。

舊落鈔板組件的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 舊落鈔板結(jié)構(gòu)圖

舊落鈔板組件阻力橡皮是用螺釘和阻力橡皮夾板固定，更換時(shí)需先拆掉滑鈔板再拆掉阻力橡皮夾板，不僅拆裝麻煩，而且裝好后需要調(diào)整阻力橡皮和滑鈔舌的位置，還要調(diào)捻鈔力(大約0．5 kg)，既費(fèi)時(shí)間，還需要一定的技術(shù)。新落鈔板組件的結(jié)構(gòu)如圖3。

圖3 新落鈔板組件

阻力橡皮靠扭簧產(chǎn)生的作用力由滑鈔板和送鈔舌壓住，阻力橡皮的位置由托鈔板上的溝槽確定。更換阻力橡皮只需要用手壓住滑鈔板后端即可，非常方便。增加捻鈔膠圈的耐磨性，可以通過(guò)加大外徑和在外圓中間開(kāi)一圈凹槽，避免捻鈔膠圈和鈔票之間主要是尖角處接觸導(dǎo)致捻鈔膠圈不耐磨，來(lái)提高捻鈔膠圈的耐磨性;并將捻鈔膠圈軸向截面改為鋸齒形，使膠圈齒面和鈔票的接觸面加大，提高捻鈔膠圈齒面對(duì)鈔票的附著力。

3．2 出鈔部份的改進(jìn)

主要由出鈔膠輪、出鈔對(duì)轉(zhuǎn)輪組成。其作用是出鈔膠圈以捻鈔膠圈兩倍的線速度把連續(xù)送過(guò)來(lái)先到的鈔票與后面的鈔票分開(kāi)一定的距離，送往計(jì)數(shù)器與檢測(cè)傳感器進(jìn)行計(jì)數(shù)和辨?zhèn)巍?/p>

鈔票離開(kāi)捻鈔膠圈進(jìn)入出鈔膠圈。TD系列點(diǎn)鈔機(jī)由于捻鈔軸與出鈔軸之間的距離(60 mm)小于被清點(diǎn)鈔票的寬度(最大77 mm)，鈔票的剩余寬度會(huì)導(dǎo)致捻鈔膠圈與鈔票間的相對(duì)摩擦，降低捻鈔膠圈的使用壽命?？刹捎眉哟簏c(diǎn)鈔機(jī)出鈔軸與捻鈔軸之間距離的方式(出鈔軸與捻鈔軸之間距離增大為80 mm)來(lái)避免這一摩擦現(xiàn)象的發(fā)生。由于捻鈔軸與出鈔軸之間的距離加寬，為了確保鈔票從捻鈔輪順利運(yùn)動(dòng)到出鈔輪，可增加一對(duì)過(guò)輪，過(guò)輪外緣的線速度等于捻鈔膠圈外緣的線速度，出鈔膠圈外緣的線速度是捻鈔膠圈外緣線速度的兩倍。當(dāng)出鈔膠圈外緣捻到鈔票后，鈔票即以原來(lái)速度的兩倍運(yùn)動(dòng)，這樣就將捻鈔膠圈的磨損轉(zhuǎn)移到過(guò)輪上，而過(guò)輪采用耐磨材料制造，實(shí)踐證明，捻鈔膠圈的使用壽命提高了幾倍。

雖然增加一對(duì)過(guò)輪可以提高捻鈔膠圈的使用壽命，但隨之帶來(lái)的問(wèn)題是成本增加，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修不方便，且增加了點(diǎn)鈔機(jī)的長(zhǎng)度尺寸。在不增加一對(duì)過(guò)輪的情況下，可采用在捻鈔軸上裝一個(gè)超越離合器(俗稱單向軸承)，同樣可起到相同的作用，原理如下:單向軸承裝在捻鈔傳動(dòng)輪內(nèi)，可以相對(duì)于捻鈔軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。捻鈔時(shí)，捻鈔傳動(dòng)輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，單向軸承不轉(zhuǎn)動(dòng)，起傳遞動(dòng)力的作用，當(dāng)鈔票去到出鈔膠輪時(shí)，即以兩倍于原來(lái)的速度運(yùn)動(dòng)，在鈔票的拖動(dòng)下，由于單向軸承的作用，捻鈔膠圈外緣以和鈔票相同的速度運(yùn)動(dòng)，鈔票和捻鈔膠圈間沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)，因而可延長(zhǎng)捻鈔膠圈的使用壽命(如圖4所示)。

4 辨?zhèn)尾糠指倪M(jìn)

辨?zhèn)问峭ㄟ^(guò)檢測(cè)人民幣的固有特性來(lái)分辨真假。

4．1 磁性檢測(cè)

磁性檢測(cè)的工作原理是利用大面額真鈔(10、20、50、100元)的某些部位是用磁性油墨印刷，通過(guò)一組磁頭對(duì)運(yùn)動(dòng)鈔票進(jìn)行磁性檢測(cè)，通過(guò)電路對(duì)磁性進(jìn)行分析辨別鈔票真假［2］。

圖4 點(diǎn)鈔機(jī)傳動(dòng)圖

(1)檢測(cè)新版人民幣金屬絲磁性。根據(jù)在示波器下的觀測(cè)，金屬絲的磁性是很有規(guī)律的矩形波，且量值也很準(zhǔn)確，10、20、50、100元人民幣的矩形波規(guī)律(脈沖編碼)是不一樣的(不同面值的歐元其矩形波的規(guī)律是一樣的)，由于不容易仿制，在磁性檢測(cè)中利用這個(gè)特性，可大大提高辨?zhèn)嗡?。目前水平停留在檢測(cè)有無(wú)矩形波，如檢測(cè)矩形波的規(guī)律(脈沖編碼)則要求磁信號(hào)的采集要完整，由于在點(diǎn)鈔機(jī)上鈔票的運(yùn)行速度較快，磁信號(hào)容易失真，在單張檢測(cè)比較容易做到。

(2)檢測(cè)新版人民幣橫號(hào)碼磁性。目前水平停留在檢測(cè)有無(wú)磁性。由于橫號(hào)碼是帶有一定磁性的數(shù)字，如對(duì)橫號(hào)碼的磁性數(shù)量和大小進(jìn)行檢測(cè)，辨?zhèn)嗡娇纱蟠筇岣摺?/p>

4．2 圖像識(shí)別

近年來(lái)，用傳統(tǒng)的熒光、磁性、紅外三種方法辨別變?cè)鞄庞龅搅藰O大的困難，迫切需要開(kāi)發(fā)新的辨?zhèn)问侄?。采用多譜光學(xué)和數(shù)字圖像處理［3］，即采用CMOS攝像頭的數(shù)字圖像鑒偽，可以在傳統(tǒng)機(jī)讀信號(hào)被仿冒和克隆的情況下，充分利用隱含在紙基和圖案中的其他防偽特征，把真?zhèn)舞b別建立在“以真辨假”的基礎(chǔ)之上。要求在點(diǎn)驗(yàn)鈔票的過(guò)程中采集和識(shí)別每張鈔票的冠字號(hào)碼。由于采集和識(shí)別冠字號(hào)碼的功能得以在點(diǎn)鈔機(jī)上實(shí)現(xiàn)，就有了技術(shù)上可閱讀的ID碼，從而使現(xiàn)鈔貨幣流進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)管成為可能。點(diǎn)鈔機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)閺暮?jiǎn)單的點(diǎn)驗(yàn)鈔票到金融物聯(lián)網(wǎng)的界面設(shè)備，從低技術(shù)含量、低價(jià)位的一般機(jī)具到高技術(shù)含量、價(jià)位適度的智能機(jī)具。

5 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，經(jīng)過(guò)改進(jìn)后點(diǎn)鈔機(jī)的體積減小，捻鈔膠圈的壽命提高了數(shù)倍，阻力橡皮更換簡(jiǎn)單、方便，一

圖8 活塞桿實(shí)際響應(yīng)速度

圖9 液壓缸大腔壓力和液壓泵出口壓力

4 結(jié)語(yǔ)

介紹了超越負(fù)載下負(fù)載口獨(dú)立控制系統(tǒng)的組成，分別設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)工況的控制策略和控制器，給出了壓力流量復(fù)合控制方法，并建立了系統(tǒng)的AMESim與MATLAB的聯(lián)合仿真模型，仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有更快的響應(yīng)速度，在超越工況下具有更好的速度穩(wěn)定性。

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