CN103106729B - 薄片类介质厚度鉴别装置及其鉴别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种薄片类介质厚度鉴别装置，其包括一厚度轴，其两端通过轴承安装于一框架的两侧板上；一浮动轴，其两端通过轴承安装于该框架的两侧板上，该浮动轴外表面与该厚度轴的外表面相切接触；一感应器，安装于该框架的正面，用于检测该浮动轴与该厚度轴相切的切点的振幅；其特征在于，该厚度轴的一端固定连接有一第一同步带轮，该第一同步带轮通过一第一同步带与一第一同步带齿轮连接；该浮动轴的一端固定连接有一第二同步带轮，该第二同步带轮通过一第二同步带与一第二同步带齿轮连接；该第一同步带齿轮与该第二同步带齿轮啮合，且该第一同步带齿轮装配在一驱动马达的轴上。该厚度鉴别装置避免了厚度轴与浮动轴之间打滑的现象。

Description

薄片类介质厚度鉴别装置及其鉴别方法

技术领域

本发明涉及一种用于金融自助设备中鉴别薄片类有价文件厚度的鉴别装置和鉴别方法。

背景技术

现有的金融服务设备领域对纸币的可流通性鉴别过程中，纸币的厚度是一项不可缺少的检测方法。目前通用的机械接触有价文件厚度鉴别方式主要是通过主动部件和从动部件的相对旋转运动加以实现。其中主动部件是厚度主动轴，从动部件包括一轴以及安装在该轴上的浮动件，浮动件在外在压力作用下其表面与厚度主动轴相切接触，是可以随纸币的厚度变化而上下浮动的，因此可检测纸币的厚度。

然而，机械接触式有价文件厚度鉴别装置由于加工精度的需求，厚度主动轴表面与从动轴表面非常光滑，同时由于设计中是主动装置带动从动装置进行旋转，故在旋转过程中会产生打滑现象，使得厚度主动轴上的同一点会与从动轴表面的任意点相切，输出的相位没有规律性，不是呈现周期变化，导致厚度检测结果不准确；另外，厚度主动轴与从动轴存在打滑现象，使得轴表面在旋转过程中产生滑动摩擦，加速轴表面磨损，降低其精度，对于同一厚度均匀一致的受测对象在不同时间段测量结果不一致。也就是说，打滑的问题给有价文件的厚度检测带来误差，降低了厚度检测的测量精度，影响了金融设备的检出率。

发明内容

为了提高机械接触式薄片类介质厚度鉴别装置的测量精度，本发明提供一种防止主动轴与从动轴打滑的薄片类介质厚度鉴别装置及其鉴别方法。

该薄片类介质厚度鉴别装置，其包括：一框架，包括两侧板以及一正面，用于安装和承载下述零部件；一厚度轴，其两端通过第一轴承安装于该框架的两侧板上；一浮动轴，其两端通过第二轴承安装于该框架的两侧板上，该浮动轴外表面与该厚度轴的外表面相切接触；一传感器，安装于该框架的正面，用于检测该浮动轴与该厚度轴相切的切点的振幅；其特征在于，该厚度轴的一端固定连接有一第一同步带轮，该第一同步带轮通过一第一同步带与一第一同步带齿轮连接；该浮动轴的一端固定连接有一第二同步带轮，该第二同步带轮通过一第二同步带与一第二同步带齿轮连接；该第一同步带齿轮与该第二同步带齿轮啮合，且该第一同步带齿轮装配在一驱动马达的轴上。

具体的，该第一同步带齿轮包括一第一同步带部和一第一齿轮部，该第一同步带套接在该第一同步带轮和第一同步带齿轮的该第一同步带部上。

进一步的，该第二同步带齿轮包括一第二同步带部和一第二齿轮部，该第二同步带套接在该第二同步带轮和第二同步带齿轮的该第二同步带部上，该第二同步带齿轮的该第二齿轮部与该第一同步带齿轮的该第一齿轮部相啮合。

具体的，该第二同步带齿轮套在一第三轴承上，该第三轴承套在一铆接在该框架侧板的轴上，该第二同步带齿轮可绕该框架侧板的轴旋转。

具体的，该厚度轴的一端与该第一同步带轮之间以及该浮动轴的一端与该第二同步带轮之间通过D型结构固定连接。

优选的，该浮动轴由内向外依次包括轴心、弹性材料层和外轮壳层，该外轮壳层的外表面与该厚度轴的外表面相切接触。

优选的，该弹性材料层包括至少三个弹性箔片，每一弹性箔片的一端固定在该轴心上，另一端固定在该外轮壳层的内壁上，且该三个弹性箔片呈漩涡状均匀分布。

该薄片类介质厚度鉴别方法，包括：步骤01，校准基准数据Vm0；步骤02，校准薄片类介质标准厚度数据Hstd；步骤03，传感器采集薄片类介质通过时的信号数据Vm2；步骤04，计算Vr，首先修正采集数据Vm2去除零值基准数据Vm0得到修正数据Vm2re(t)＝Vm2(t)-Vm0(t)，然后计算Vr(t)＝Vm2re(t)-Hstd+ΔTh2，其中ΔTh2为按照设备特性设定的一阈值；步骤05，统计Vr数据中存在大于零的数据个数Vrplus；以及步骤06，判断Vrplus是否大于按照设备特性设定的另一阈值Th3，如果是，则薄片类介质厚度异常，如果否，则薄片类介质厚度正常。

具体的，该步骤01进一步包括：步骤011，传感器采集无介质通过时的信号基准数据Vm0；步骤012，对信号基准数据Vm0进行平滑滤波；以及步骤013，存储信号基准数据Vm0。

具体的，该步骤02进一步包括：步骤021，传感器采集有正常介质通过时的信号数据Vm1；步骤022，对信号数据Vm1进行平滑滤波；步骤023，读取信号基准数据Vm0；以及步骤024，计算薄片类介质标准厚度Hstd，其中 $\mathrm{Hstd}=\underset{t=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{Vm}1\left(t\right)-\mathrm{Vm}0\left(t\right))/n,$ n代表一次采集数据的长度。

由于该厚度轴的一端固定连接有一第一同步带轮，该第一同步带轮通过一第一同步带与一第一同步带齿轮连接；该浮动轴的一端固定连接有一第二同步带轮，该第二同步带轮通过一第二同步带与一第二同步带齿轮连接；该第一同步带齿轮与该第二同步带齿轮啮合，且该第一同步带齿轮装配在一驱动马达的轴上，因此该驱动马达可以驱动该第一同步带齿轮转动，同时带动该第一同步带连接的该第一同步带轮转动，从而带动该厚度轴转动，另外，由于该第一同步带齿轮与该第二同步带齿轮啮合，因此该第一同步带齿轮带动该第二同步带齿轮相反方向转动，该第二同步带齿轮又通过第二同步带带动第二同步带轮转动，从而带动该浮动轴转动，因此，一个驱动马达同时驱动该厚度轴和浮动轴转动，从根本上改变了厚度轴带动浮动轴转动的模式，有效防止厚度轴和浮动轴之间打滑。

另外，浮动轴采用特殊的弹性材料层和外轮壳层结合的方式，使得该浮动轴满足外轮壳层可以随轴心转动，且保证富有弹性的外轮壳层可以随薄片类介质厚度的变化而进行上下浮动，也就是说，薄片类介质进入或退出时，只需要外轮壳层发生位移，而不需要整个轴发生位移即可检测得到薄片类介质的厚度，减少了误差。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例提供的薄片类介质厚度鉴别装置结构示意图；

图2是图1中所示浮动轴的径向截面结构示意图；

图3是图1中薄片类介质厚度鉴别装置右侧面结构示意图；

图4是本发明一较佳实施例提供的薄片类介质厚度鉴别方法总体流程图；

图5是校准基准数据时的分步流程图；

图6是没有薄片类介质进入时厚度轴与浮动轴上各切点相位-振幅示意图；

图7是没有薄片类介质进入时单通道信号基准振幅示意图；

图8是校准薄片类介质标准厚度数据的分步流程图；

图9是薄片类介质进入厚度鉴别装置时的工作原理示意图；

图10是均匀厚度薄片类介质进入厚度检测装置时各切点相位-振幅示意图；

图11是正常薄片类介质进入厚度鉴别装置后单通道信号振幅示意图；以及

图12是异常薄片类介质进入厚度鉴别装置后单通道信号振幅示意。

具体实施方式

为进一步阐述本发明所提供的这种薄片类介质厚度鉴别装置，以下结合本发明的一个优选实施例的图示做进一步的详细介绍。

如图1所示，本发明一较佳实施例提供的薄片类介质厚度包括框架40，厚度轴10，浮动轴20以及传感器30。该框架40包括两个侧板41和42以及一正面43，该传感器30安装在框架的正面43。该浮动轴20和厚度轴10的两端分别架设在该框架40的两侧板41和42上，该浮动轴20和厚度轴10平行，外表面相切。结合图3，该厚度轴10架设在侧板42上的一端固定连接一同步带轮6，同步带轮6上套有一同步带7，同步带7同时还套接在同步带齿轮5的同步带部51上，该同步带齿轮5的齿轮部51与另一个同步带齿轮4的齿轮部42啮合，该同步带齿轮4的同步带部41上套有同步带7，同步带7同时还套接在一同步带轮3上，而该同步带轮3与浮动轴20架设在侧板42上的一端固定连接。具体的，本实施例中，该厚度轴10架设在该侧板42上的一端开设成D型轴，相应的该同步带轮6开设D型槽，该D型轴套接在该D型槽中，该厚度轴10与该同步带轮6之间即通过该D型轴和D型槽实现固定连接。同样浮动轴20与该同步带轮3之间也是通过同样的结构特征进行固定连接。

该驱动马达8固定安装在框架40的侧板42上，该同步带齿轮5即装配在该驱动马达8的轴81上，也就是说，该同步带齿轮5可以随驱动马达轴81旋转。另外，同步带齿轮4套在一轴承上，该轴承套在一铆接在该框架侧板上的一轴43上，该同步带齿轮4可绕该轴43旋转。

当同步带齿轮5旋转时，同步带7带动同步带轮6与该同步带齿轮5同方向旋转，由于同步带轮6与厚度轴10固定连接，因此带动厚度轴10同方向转动。同时，由于同步带齿轮5的齿轮部52与同步带齿轮4的齿轮部42啮合，因此，同步带齿轮5旋转时，带动同步带齿轮4方向转动，在同步带7的带动下，同步带轮3与同步带齿轮4同方向转动，由于同步带轮3与浮动轴20固定连接，因此浮动轴20与同步带轮一起同向转动，因此实现了一个驱动马达8同时驱动厚度轴10与浮动轴20反向转动，从根本上改变了厚度轴10带动浮动轴20转动的模式，不再区分主动轴与从动轴，避免了打滑现象的发生。

优选的，如图2所示，该浮动轴20内向外依次包括轴心23、弹性材料层22和外轮壳层21，该浮动轴20的外表面实际上也就是该外轮壳层21的外表面与该厚度轴10的外表面相切接触。如图5所示，由于该弹性材料层22的设置，使得薄片类介质100进入厚度轴10与浮动轴20之间时，外轮壳层21可沿箭头方向位移，而薄片类介质100离开时，外轮壳层21又能复位。本实施例中，该弹性材料层22包括有多片弹性箔片，如图2所示，具体的是6片弹性箔片，每一弹性箔片的一端固定在该轴心23上，另一端固定在该外轮壳层21的内壁上，且该6个弹性箔片呈漩涡状均匀分布，具有较好的弹性特征。该浮动轴20满足外轮壳层21可以随轴心23转动，且保证富有弹性的外轮壳层21可以随薄片类介质厚度的变化而进行上下浮动。该弹性材料层22还可以是其他形式，例如均匀填充的弹性金属丝或其他弹性材料，可以实现该弹性材料层22的功能即可。

以下详细介绍本实施例提供的薄片类介质厚度鉴别装置的薄片类介质厚度鉴别方法。

如图4所示，该鉴别方法总体流程包括：步骤01，校准基准数据Vm0；步骤02，校准薄片类介质标准厚度数据Hstd；步骤03，传感器采集薄片类介质通过时的信号数据Vm2；步骤04，计算Vr，首先修正采集数据Vm2去除零值基准数据Vm0得到修正数据Vm2re(t)＝Vm2(t)-Vm0(t)，然后计算Vr(t)＝Vm2re(t)-Hstd+ΔTh2，其中ΔTh2为按照设备特性设定的一阈值；步骤05，统计Vr数据中存在大于零的数据个数Vrplus；以及步骤06，判断Vrplus是否大于按照设备特性设定的另一阈值Th3，如果是，则薄片类介质厚度异常，如果否，则薄片类介质厚度正常。

其中，如图5所示，步骤01进一步包括步骤011，传感器采集无介质通过时的信号基准数据Vm0；步骤012，对信号基准数据Vm0进行平滑滤波；以及步骤013，存储信号基准数据Vm0。

设浮动轴20d的外径为￠U，厚度轴10的外径为￠A,其中￠U/￠A＝K(K为一固定常数)，确保厚度轴10与浮动轴20圆周的切点在旋转过程中不会发生偏移，从而固定其切点相位特征。

设厚度轴10上的点是P1，P2，P3，P4……….Pn；浮动轴20圆周表面的点是U1，U2，U3，U4………Un，其中Pn与Un是对应相切的点，切点位置记为Dn。没有薄片类介质进入旋转时，各对切点相位输出的相位-振幅图，如图6所示。

传感器30能够检测到浮动轴20的外轮壳层21位移变动，其采集数据为Vm＝{V1,V2,...,Vi,...,Vm}，包含m个通道数据，每个通道数据由传感器30中单个厚度传感器采集。对于单个通道的数据Vi(t)＝{Vi(t1),Vi(t2),...,Vi(tj),...,Vi(tn)},0<i<n。本实施例中采用单个通道数据判断，当存在单个通道信号存在厚度异常则可判断为厚度异常。

在没有薄片类介质通过厚度鉴别装置时采集传感器信号Vm0。由于本装置浮动轴20与厚度轴10同步转动，采集的零值基准厚度存在周期性变化，这里采集信号可以设定成Vm0为一个周期内的信号，如图7所示。信号采集过程由同步装置进行控制，保证t＝0时每张薄片介质数据采集开始时Vm0与标准Vm0保持一致。

另外，如图8和图11所示，步骤02进一步包括：步骤021，传感器采集有正常介质通过时的信号数据Vm1；步骤022，对信号数据Vm1进行平滑滤波；步骤023，读取信号基准数据Vm0；以及步骤024，计算薄片类介质标准厚度Hstd，其中n代表一次采集数据的长度。

步骤021中，假设当一表面平整、厚度均匀的薄片类介质100，例如纸币，进入厚度鉴别装置时，浮动轴20的外轮壳层21沿箭头方向向上抬起，如图9所示，此时传感器30能够检测到由于薄片类介质100进入引起的各点振幅变化量△n(图10中振幅阴影部分)，各对应切点的振幅会随之升高，但振幅的变换量保持不变，即△1＝△2＝△3＝………＝△n，如图10所示。

在薄片类介质通过时采集到数据Vm2，如图12所示，然后修正采集数据去除零值基准偏差得到修正数据Vm2re(t)＝Vm2(t)-Vm0(t)，再计算Vr(t)＝Vm2re(t)-Hstd+ΔTh2，其中ΔTh2是按照设备特性设定的阈值，是信号噪声产生误差的最大允许值。最后搜索数据Vr，统计Vr数据中存在大于零的数据个数Vrplus，再判断Vrplus是否大于Th3，如果是，则该薄片类介质存在厚度异常，否，则薄片类介质厚度正常，其中Th3是按照设备特性设定的阈值，是通过公式计算Vr后，结果误差的最大允许值。图12示出的薄片类介质通过时的单通道信号振幅显示该薄片类介质厚度异常。

本实施例提供的薄片类介质厚度鉴别装置其厚度轴与浮动轴通过一驱动马达同时驱动，避免了厚度轴与浮动轴之间打滑的现象，减少了机械磨损，提高了厚度鉴别精度。另外，浮动轴采用特殊的弹性材料层和外轮壳层结合的方式，使得该浮动轴满足外轮壳层可以随轴心转动，且保证富有弹性的外轮壳层可以随薄片类介质厚度的变化而进行上下浮动，也就是说，薄片类介质进入或退出时，只需要外轮壳层发生位移，而不需要整个轴发生位移即可检测得到薄片类介质的厚度，减少了误差。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种薄片类介质厚度鉴别装置，其包括：

一框架，包括两侧板以及一正面，用于安装和承载下述零部件；

一厚度轴，其两端通过第一轴承安装于该框架的两侧板上；

一浮动轴，其两端通过第二轴承安装于该框架的两侧板上，其外表面与该厚度轴的外表面相切接触；

一传感器，安装于该框架的正面，用于检测该浮动轴与该厚度轴相切的切点的振幅；

其特征在于，该厚度轴的一端固定连接有一第一同步带轮，该第一同步带轮通过一第一同步带与一第一同步带齿轮连接；该浮动轴的一端固定连接有一第二同步带轮，该第二同步带轮通过一第二同步带与一第二同步带齿轮连接；该第一同步带齿轮与该第二同步带齿轮啮合，且该第一同步带齿轮装配在一驱动马达的轴上。

2.如权利要求1所述的薄片类介质厚度鉴别装置，其特征在于，该第一同步带齿轮包括一第一同步带部和一第一齿轮部，该第一同步带套接在该第一同步带轮和第一同步带齿轮的该第一同步带部上。

3.如权利要求2所述的薄片类介质厚度鉴别装置，其特征在于，该第二同步带齿轮包括一第二同步带部和一第二齿轮部，该第二同步带套接在该第二同步带轮和第二同步带齿轮的该第二同步带部上，该第二同步带齿轮的该第二齿轮部与该第一同步带齿轮的该第一齿轮部相啮合。

4.如权利要求3所述的薄片类介质厚度鉴别装置，其特征在于，该第二同步带齿轮套在一第三轴承上，该第三轴承套在一铆接在该框架侧板的轴上，该第二同步带齿轮可绕该框架侧板的轴旋转。

5.如权利要求1所述的薄片类介质厚度鉴别装置，其特征在于，该厚度轴的一端与该第一同步带轮之间以及该浮动轴的一端与该第二同步带轮之间通过D型结构固定连接。

6.如权利要求1～5中任意一项所述的薄片类介质厚度鉴别装置，其特征在于，该浮动轴由内向外依次包括轴心、弹性材料层和外轮壳层，该外轮壳层的外表面与该厚度轴的外表面相切接触。

7.如权利要求6所述的薄片类介质厚度鉴别装置，其特征在于，该弹性材料层包括至少三个弹性箔片，每一弹性箔片的一端固定在该轴心上，另一端固定在该外轮壳层的内壁上，且该三个弹性箔片呈漩涡状均匀分布。

8.一种薄片类介质厚度鉴别方法，包括：

步骤01，校准基准数据Vm0；

步骤02，校准薄片类介质标准厚度数据Hstd；

步骤03，传感器采集薄片类介质通过时的信号数据Vm2；

步骤04，计算Vr，首先修正采集数据Vm2去除零值基准数据Vm0得到修正数据Vm2re(t)＝Vm2(t)-Vm0(t)，然后计算Vr(t)＝Vm2re(t)-Hstd+ΔTh2，其中ΔTh2为按照设备特性设定的一阈值；

步骤05，统计Vr数据中存在大于零的数据个数Vrplus；以及

步骤06，判断Vrplus是否大于按照设备特性设定的另一阈值Th3，如果是，则薄片类介质厚度异常，如果否，则薄片类介质厚度正常。

9.如权利要求8所述的薄片类介质厚度鉴别方法，其特征在于，该步骤01进一步包括：

步骤011，传感器采集无介质通过时的信号基准数据Vm0；

步骤012，对信号基准数据Vm0进行平滑滤波；以及

步骤013，存储信号基准数据Vm0。

10.如权利要求8所述的薄片类介质厚度鉴别方法，其特征在于，该步骤02进一步包括：

步骤021，传感器采集有正常介质通过时的信号数据Vm1；

步骤022，对信号数据Vm1进行平滑滤波；

步骤023，读取信号基准数据Vm0；以及

步骤24，计算薄片类介质标准厚度Hstd，其中n代表一次采集数据的长度。