單根立，朱合新(河北科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，河北 石家莊　050018)

0　引　言

在銀行等現(xiàn)代服務(wù)業(yè)中，經(jīng)常需要對(duì)各種各樣的單據(jù)進(jìn)行蓋章，且蓋章工作量非常巨大[1]。而傳統(tǒng)的手工蓋章有蓋章速度慢、蓋章位置不精確、人工勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)，難以滿足現(xiàn)代辦公自動(dòng)化的需求[2]。雖然市場(chǎng)上有通用蓋章機(jī)銷售， 但難以滿足企業(yè)一些特定的業(yè)務(wù)要求。 為了滿足銀行等企業(yè)的特定業(yè)務(wù)需求,蓋章機(jī)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和實(shí)用價(jià)值[3]。

針對(duì)傳統(tǒng)蓋章機(jī)的機(jī)械機(jī)構(gòu)布局不合理、蓋章位置不精確的缺點(diǎn)與手動(dòng)蓋章的現(xiàn)狀，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了銀行自動(dòng)蓋章機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電控系統(tǒng)。銀行自動(dòng)蓋章機(jī)主要由機(jī)械系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、檢測(cè)機(jī)構(gòu)等組成。本系統(tǒng)目的是將章自動(dòng)蓋在如圖1所示票據(jù)的指定位置。目前，國(guó)內(nèi)銀行多數(shù)采用人工蓋章這種單一方式，大大限制了辦公效率的提高[4]。

1　機(jī)械結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1　機(jī)械結(jié)構(gòu)

蓋章機(jī)主要由打印機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、同步帶、導(dǎo)軌、滑塊、絲桿螺母、電動(dòng)推桿、彈簧、章印、票據(jù)等組成，具體機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　自動(dòng)蓋章機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)圖

1.2　工作原理

銀行自動(dòng)蓋章機(jī)具體工作原理如下：

(1)一上電，系統(tǒng)重新校正各部分的定位，控制系統(tǒng)發(fā)出初始化信號(hào)，控制電動(dòng)推桿與章印到達(dá)初始零位行程位置[5]。

(2)票據(jù)到位過(guò)程：工作人員在電腦屏幕上通過(guò)點(diǎn)擊打印命令，來(lái)驅(qū)動(dòng)打印機(jī)打印出所需蓋章的票據(jù)，打印出的票據(jù)會(huì)沿著下滑板落到限位臺(tái)上，由票據(jù)紙光電傳感器檢測(cè)票據(jù)是否到位。

圖2　取印泥過(guò)程

(3)沾取印泥過(guò)程:檢測(cè)到票據(jù)到位后，蓋章電動(dòng)推桿得電向下伸出，通過(guò)彈簧帶動(dòng)章印向下運(yùn)動(dòng)來(lái)沾取印泥，由電動(dòng)推桿自身帶有的伸出到位傳感器檢測(cè)推桿伸出是否到位。伸出到位后蓋章電動(dòng)推桿反向得電帶動(dòng)章印向上收縮回到原位，由蓋章電動(dòng)推桿自身帶有的縮回到位傳感器檢測(cè)推桿縮回是否到位，完成章印取印泥過(guò)程。具體取印泥過(guò)程如圖2所示

(4)章印向前移動(dòng)過(guò)程：檢測(cè)到取完印泥后，1號(hào)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)得電，通過(guò)同步帶1、同步帶2滑塊光桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)章印向前運(yùn)動(dòng)，其中同步帶2與滑塊固定連接在一起，通過(guò)輸給1號(hào)步進(jìn)電機(jī)脈沖數(shù)和脈沖頻率控制章印的前進(jìn)距離和速度[6]。具體章印向前過(guò)程如圖3所示。

圖3　章印向前移動(dòng)過(guò)程圖

(5)章印向右移動(dòng)過(guò)程：檢測(cè)到章印向前移動(dòng)到位后，2號(hào)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)得電，通過(guò)同步帶3、絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)章印向右運(yùn)動(dòng)，通過(guò)輸給2號(hào)步進(jìn)電機(jī)脈沖數(shù)和脈沖頻率控制章印的左右距離和速度。運(yùn)動(dòng)向右過(guò)程如圖4所示。

圖4　章印向右移動(dòng)過(guò)程

(6)向下蓋章過(guò)程：檢測(cè)到章印向前、向右到位后，蓋章電動(dòng)推桿正向得電，推桿通過(guò)彈簧帶動(dòng)章印向下伸出完成票據(jù)指定位置的蓋章。

(7)復(fù)位過(guò)程：完成向下蓋章后，蓋章電動(dòng)推桿反向得電縮回到位。1號(hào)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)得電，章印向后移動(dòng)到零位，通過(guò)1號(hào)零位行程傳感器檢測(cè)是否到位。檢測(cè)到位后，2號(hào)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)得電，向左回到零位，由2號(hào)零位行程傳感器檢測(cè)是否到位。

(8)取票據(jù)過(guò)程：檢測(cè)到蓋章完成和手以后，開關(guān)票據(jù)門電動(dòng)推桿正向伸出得電，打開票據(jù)門，完成取票據(jù)過(guò)程。

2　電路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1　控制系統(tǒng)總體方案

圖5　人機(jī)交互界面圖

銀行自動(dòng)蓋章機(jī)是機(jī)、電一體化的全自動(dòng)設(shè)備，由控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)各部分工作[7]。蓋章機(jī)包括一個(gè)人機(jī)交互系統(tǒng)和一個(gè)以PC+運(yùn)動(dòng)控制板卡為核心的控制系統(tǒng)[8]。人機(jī)交互系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間通過(guò)USB串口通信，人機(jī)交互系統(tǒng)完成自動(dòng)蓋章自動(dòng)/手動(dòng)控制、實(shí)時(shí)顯示蓋章機(jī)的工作狀態(tài)信息及完成一些初始化參數(shù)的設(shè)置[9]。方便了操作人員對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控及操作，人機(jī)對(duì)話將十分直觀[10]。人機(jī)交互界面圖如圖5所示

通過(guò)對(duì)銀行自動(dòng)蓋章機(jī)工作原理的分析[11]。設(shè)計(jì)了基于PC+運(yùn)動(dòng)控制板卡電路控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由通用PC機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制板卡、固態(tài)繼電器、電動(dòng)推桿、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)、傳感器、蓋章傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成，其中通用PC機(jī)向運(yùn)動(dòng)控制板卡發(fā)送各種運(yùn)動(dòng)控制命令，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)1號(hào)、2號(hào)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)控制章印的前后、左右運(yùn)動(dòng)；通過(guò)固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)推桿伸出與縮回來(lái)控制章印的上下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)傳感器將檢測(cè)到的章印位置反饋到運(yùn)動(dòng)控制板卡。另外，為實(shí)現(xiàn)快速平穩(wěn)控制步進(jìn)電機(jī)啟停，設(shè)計(jì)出電機(jī)的控制步驟及相關(guān)算法，以便于對(duì)電機(jī)升降速度的控制[12]。 其控制回路如圖6所示。

圖6　自動(dòng)蓋章機(jī)控制回路圖

2.2　運(yùn)動(dòng)控制板卡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

運(yùn)動(dòng)控制板卡通過(guò)控制固態(tài)繼電器的得電實(shí)現(xiàn)電動(dòng)推桿的伸出、縮回；通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)[13]。該系統(tǒng)的核心是采用PC+運(yùn)動(dòng)控制板卡的處理模式，其中運(yùn)動(dòng)控制板卡的輸入點(diǎn)有8個(gè)，輸出點(diǎn)有5個(gè)。輸入點(diǎn)中有利用光電傳感器檢測(cè)票據(jù)是否到位、電動(dòng)推桿伸出縮回是否到位、手是否移開，利用零位行程開關(guān)檢測(cè)1號(hào)2號(hào)步進(jìn)電機(jī)是否復(fù)位。并且設(shè)置了急停和復(fù)位鍵，當(dāng)有特殊情況發(fā)生及機(jī)器出現(xiàn)錯(cuò)時(shí)可以停止動(dòng)作操作待問(wèn)題解決后繼續(xù)工作或還原初始狀態(tài)[14]。運(yùn)動(dòng)控制板卡的I/O地址分配如表1所示。

表1　運(yùn)動(dòng)控制板卡 I/O地址分配

運(yùn)動(dòng)控制板卡接線圖如圖7所示。

圖7　運(yùn)動(dòng)控制板卡接線

2.3　運(yùn)動(dòng)控制板卡控制流程

根據(jù)設(shè)備需要實(shí)現(xiàn)的順序動(dòng)作，繪制了程序控制流程圖，方便了Visual Studio控制程序的編寫，具體控制動(dòng)作順序如圖8所示。

圖8　程序控制流程

3　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)機(jī)械、電路、控制系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)，自動(dòng)蓋章機(jī)可以廣泛應(yīng)用于銀行等蓋章部門。與市場(chǎng)通用蓋章機(jī)相比，基于PC+運(yùn)動(dòng)控制板卡控制的自動(dòng)蓋章機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)布局緊湊合理，蓋章位置控制精確，更適用于銀行等企業(yè)。相對(duì)傳統(tǒng)的手動(dòng)蓋章，不僅可以代替重復(fù)枯燥的蓋章工作，而且蓋章位置更精確，效率更高。簡(jiǎn)潔的人機(jī)交互界面對(duì)操作要求很低，綜上所述該機(jī)型可以為企業(yè)節(jié)約成本，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景，實(shí)物圖如圖9所示。

圖9　自動(dòng)蓋章機(jī)實(shí)物

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