CN104360094A - 一种用于测量点验钞机速度变化的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测量点验钞机速度变化的实验装置，包括光电式旋转增量编码器，用于采集点验钞机的滚轮组实时速度；逻辑分析仪，用于读取光电式旋转增量编码器采集到的速度信息，并以方波的形式进行显示；弹性联轴器，用于消除滚轮组的输出轴与光电式旋转增量编码器的输入轴之间的相对运动；XYZR轴微调平台，用于调整光电式旋转增量编码器的输入轴位置，以使光电式旋转增量编码器的输入轴与滚轮组的输出轴同一轴线；DSP电源板，用于给光电式旋转增量编码器供电；PC机，用于对逻辑分析仪采到的数据进行处理并绘出曲线，以显示点验钞机的速度值变化情况。本发明高精度、模块化、实用性强，能精准的测出走钞时的速度变化。

Description

一种用于测量点验钞机速度变化的实验装置

技术领域

本发明涉及点验钞机动力学实验的技术领域，尤其是指一种用于测量点验钞机速度变化的实验装置。

背景技术

随着科学技术的高速发展，市场对于点验钞机的工作效率有了更高的要求。点钞的速度则由走钞机构(滚轮组)的纸币传输速度直接控制。目前，对于走钞机构的进钞纸币之间的力学特性及其平稳性的研究方法主要有以下几种：1)对纸币的力学非线性特性建立有限元数值模型，对于走纸机构滚轮材料性质、滚轮大小、正向力及马达速度与走纸速度及定位精度、偏摆关系进行数值模拟，这种方法是进行了理论分析及测算，只是在理论层面上计算和证明一些力学、速度等模型关系的情况，但缺少高精度实验平台真实情况的的验证和真实实际情况的说明，不能有力的说明真实情况；2)提出纸张进给机构的几何模型，并分析进给过程的接触力，利用多体系统动力学仿真软件根据建立几何模型，仿真分析出在此过程中纸张与胶辊之间的接触力及走钞状态，结果在分析纸币在走钞通道中的运动情况时，在进入钞阶段、走钞阶段中纸币与滚轮间的相互作用会导致速度的改变，这种仿真的方法也只是在实际的参数设置方面与实际情况很接近，并且在有限的参数基础上，将大致情况给仿真演示出来。但毕竟参数设置上依然是有限和不完全吻合。故仿真的方法也不能完全的将实际情况展现出来。而这些速度的变化都会对纸币的传输稳定性、传感器的信号采集带来不利影响，因此有必要对点验钞机走钞过程中的滚轮转速进行监测，尤其是对走钞过程中，纸币与滚轮间相互作用时的速度变化监测。并得到科学准确的实验数据，为后续点验钞机的设计开发提供数据参考。目前国内的点验钞机的生产多处于仿制阶段，对于理论的研究还处于起步阶段，因此有必要设计一专用的实验装置，为点验钞机的走钞机构各部件结构参数、物理特性的后续设计开发提供参考具有重要意义。

现有技术不能真实、精准、实时的显示走钞机构的过钞速度及平稳性，所以本装置在研究点钞机测速及平稳性方面具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高精度、模块化、实用性强的用于测量点验钞机速度变化的实验装置，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，并精准的测出走钞时的速度变化。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种用于测量点验钞机速度变化的实验装置，包括有：

光电式旋转增量编码器，用于采集点验钞机的滚轮组实时速度；

逻辑分析仪，用于读取所述光电式旋转增量编码器采集到的速度信息，并以方波的形式进行显示；

弹性联轴器，用于消除所述滚轮组的输出轴与光电式旋转增量编码器的输入轴之间的相对运动；

XYZR轴微调平台，用于调整所述光电式旋转增量编码器的输入轴位置，以使所述光电式旋转增量编码器的输入轴与滚轮组的输出轴同一轴线；

DSP电源板，用于给所述光电式旋转增量编码器供电；

PC机，用于对所述逻辑分析仪采到的数据进行处理并绘出曲线，以显示点验钞机的速度值变化情况；

其中，所述XYZR轴微调平台设在点验钞机的一侧，所述光电式旋转增量编码器固定于XYZR轴微调平台上，通过所述弹性联轴器与点验钞机的滚轮组输出轴连接，并通过微调所述XYZR轴微调平台，以实现其输入轴与滚轮组的输出轴同一轴线；所述光电式旋转增量编码器和逻辑分析仪分别连接DSP电源板，且所述逻辑分析仪连接于PC机。

所述逻辑分析仪配套软件Logic 1.18.exe，实验时，需在软件Logic 1.18.exe的设置界面设置所述逻辑分析仪的采样频率、采样存储深度参数，并在Options选项里Logic16channels的Use channel里设置采样通道数目，分别用来采所述光电式旋转增量编码器的A相、B相以及点验钞机对管信号。

所述PC机配套Matlab软件，通过所述Matlab软件来plot从逻辑分析仪导入的数据，以曲线形式显示点验钞机的速度值变化情况。

所述光电式旋转增量编码器以脉冲形式输出信号，主要由光栅盘和光电检测装置组成，其中，所述光栅盘是在圆板上等分地开通多个长方形孔而成，其与点验钞机的电动机同轴，电动机旋转时，所述光栅盘与电动机同速旋转，经主要由发光二极管组成的光电检测装置检测输出多个脉冲信号，通过计算光电式旋转增量编码器每秒输出脉冲的个数就能反映当时转速，进而显示走钞时的速度变化，其计算方法是在光电式旋转增量编码器相邻脉冲的时间间隔内对已知频率为高频脉冲计数，根据所得计数值及频率计算电机转速。

所述光电式旋转增量编码器的信号线及正、负电线连接到DSP电源板上；所述逻辑分析仪由PC机供电，其信号线是有负极线两个，正极线也正是其通道的个数。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、可实时测定放钞后转速降低的明显变化，后改变走钞滚轮对间压力这一项结构参数可实时显示走钞稳定性的情况，实验结果表明本发明可以精确地显示过钞时点验钞机的滚轮组微小速度变化，且随着对滚轮副之间正压力的增大，纸币加速到额定走钞速度的时间就越短；

2、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，并能精准地测出走钞时的速度变化。

附图说明

图1为本发明所述光电式旋转增量编码器、XYZR轴微调平台、弹性联轴器、点验钞机的实验安装图。

图2a为滚轮组转速与时间关系图。

图2b为滚轮组转速曲线放大图。

图3a为滚轮组间压力为5N时的滚轮组转速与时间关系图。

图3b为滚轮组间压力为15N时的滚轮组转速与时间关系图。

图3c为滚轮组间压力为30N时的滚轮组转速与时间关系图。

图3d为滚轮组间压力为45N时的滚轮组转速与时间关系图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本实施例所述的用于测量点验钞机速度变化的实验装置，包括有：

光电式旋转增量编码器，用于采集点验钞机的滚轮组实时速度；

逻辑分析仪，用于读取所述光电式旋转增量编码器采集到的速度信息，并以方波的形式进行显示；

弹性联轴器，用于消除所述滚轮组的输出轴与光电式旋转增量编码器的输入轴之间的相对运动；

XYZR轴微调平台，用于调整所述光电式旋转增量编码器的输入轴位置，以使所述光电式旋转增量编码器的输入轴与滚轮组的输出轴同一轴线；

DSP电源板，用于给所述光电式旋转增量编码器供电；

配有Matlab软件的PC机，通过所述Matlab软件来plot从逻辑分析仪导入的数据，以曲线形式显示点验钞机的速度值变化情况。

所述光电式旋转增量编码器以脉冲形式输出信号，主要由光栅盘和光电检测装置组成，其中，所述光栅盘是在圆板上等分地开通多个长方形孔而成，其与点验钞机的电动机同轴，电动机旋转时，所述光栅盘与电动机同速旋转，经主要由发光二极管组成的光电检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算光电式旋转增量编码器每秒输出脉冲的个数就能反映当时转速，进而显示走钞时的速度变化，其计算方法是在光电式旋转增量编码器相邻脉冲的时间间隔内对已知频率为高频脉冲计数，根据所得计数值及频率计算电机转速。

因光电式旋转增量编码器的采集需要5V电源提供电源，因此，中间接一个5V的电路板来为光电式旋转增量编码器提供电源，也正是这样采用DSP电源板，将光电式旋转增量编码器发出来的信号线及正负电线给连接到DSP电源板上，这是光电式旋转增量编码器与DSP电源板之间的电路连接，而逻辑分析仪的外发的信号线是有负极线两个，正极线也正是其通道个数有16个，运用这些设置线可以正确连接DSP电源板的VCC(正极)、GND(地线)。

所述逻辑分析仪配套软件Logic 1.18.exe，实验时，需在软件Logic 1.18.exe的设置界面设置所述逻辑分析仪的采样频率、采样存储深度参数，并在Options选项里Logic16channels的Use channel里设置采样通道数目，分别用来采所述光电式旋转增量编码器的A相、B相以及点验钞机对管信号。所述逻辑分析仪可以实现三通道100M的高采样频率，深度最高可达10G，且与PC机的连接方式USB即可，由PC机供电，具有采样频率很高、采样深度深、体积小、携带方便等优点。

由于要求高精度测量点验钞机的滚轮组速度变化，但点验钞机工作时却存在一定的振动，这就对光电式旋转增量编码器的安装位置及精度有较高要求。那就要尽量避免因点验钞机工作时产生的振动对光电式旋转增量编码器信号采集的影响。本发明采用一系列的减振措施，具体是通过夹持支架来固定光电式旋转增量编码器的安装位置；采用弹性联轴器来消除点验钞机的滚轮组输出轴与光电式旋转增量编码器的输入轴因相对运动产生的误差，点验钞机的滚轮组输出轴与光电式旋转增量编码器的输入轴之所以需通过弹性联轴器进行传动，原因是由于在机械加工时和安装时存在一定误差，这时就需要选择弹性联轴器以消除两轴的相对运动，弹性联轴器是运用平行或螺旋切槽系统来适应各种偏差和精确传递扭矩的一种常见连接件；采用XYZR轴微调平台精准地校正两轴的同心度，使其同一轴线，此选用的XYZR轴微调平台，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，每个方向上的运动精确都可高达0.01mm。如图1所示，安装时，将光电式旋转增量编码器1固定到加工好的夹持支架2上，并将光电式旋转增量编码器1和夹持支架2一起固定于XYZR轴微调平台3上，再将XYZR轴微调平台3固定于有机玻璃板上，后将点验钞机4固定于该有机玻璃板上，通过平行尺调整XYZR轴微调平台3的Z轴旋转方向上的测微头旋钮，保证光电式旋转增量编码器1的输入轴端面与点验钞机4的滚轮组输出轴401端面保持平行，并锁紧Z轴旋转方向上的紧定旋钮，此时根据设计时的尺寸对XYZR轴微调平台3的Y轴水平方向和Z轴垂直方向分别进行调整，调整到设计位置时锁紧紧定旋钮，这时将弹性联轴器5固定于点验钞机4的滚轮组输出轴401上，并通过微调XYZR轴微调平台3的X轴旋钮将光电式旋转增量编码器1送入弹性联轴器5的另一端，并旋转滚轮组观察弹性联轴器5是否有明显形变，如果没有则说明两轴基本同轴。

实验时，首先打开逻辑分析仪配套软件Logic 1.18.exe并进入设置界面。在此界面左上角设置逻辑分析仪的采样频率，采样存储深度等参数。在Options选项里Logic16channels的Use channel里设置采样通道数目，分别用来采光电式旋转增量编码器A相、B相和点验钞机对管信号。设置好逻辑分析仪一些重要参数后，对点验钞机和光电式旋转增量编码器进行通电，按输出+启动按键进入点验钞机的常转模式，这时点击逻辑分析仪软件里的开始键，然后向开机状态下的点验钞机进钞台放入练习专用卷，逻辑性分析仪将对光电式旋转增量编码器的数据进行采集。在选择的的通道里会显示采的脉冲波的信息，在通道栏的右边有一些直观的观察波形图信息的方法，如设置标定线T2-T1将标定的线分别定格在一个周期脉冲波的开始处和结束处，这样可以清晰地显示出脉冲每一个周期的长短，由此可以观察波长周期的稳定性，也反映出过钞速度是否稳定。此外，还可以在Options>Export data里将所采到的光电式旋转增量编码器信号导出。

根据所采到的数据类型，通过PC机对逻辑分析仪所采得的数据进行处理并绘出曲线，如图2a和2b所示。其具体步骤是在逻辑分析仪自带软件里利用Export选项将数据导出到PC机桌面上，而后根据数据类型编写出相应程序，将程序读入到Matlab软件中，在其中运行程序来plot数据类型，图2a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，对管就会发出脉冲波形，由图2b可知当有纸币通过滚轮组时，滚轮组的转速将发生陡变，图中下凹部分代表三张纸币分别通过滚轮组时滚轮组转速的变化。纸币以一定初速度进入滚轮组，导致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，纸币的速度将趋于稳定。由此表明，纸币的速度变化趋势与滚轮组速度变化趋势相似，都是在进钞阶段有个速度陡变。如图3a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。如附图3b、3c、3d所示，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持一致。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。如图3a至3d所示，进钞结束进入走钞阶段时，当滚轮组间压力分别为5N、15N、30N、45N时，滚轮直径D＝35mm，则可以计算出纸币的加速度为：2.74m/、18.3m/、23.8m/、34.5m/。由此可知随着滚轮组间的压力不断增大，纸币进入滚轮组时，滚轮组转速降低越多，相反滚轮组施于纸币摩擦力也就越大，纸币以获得更大加速度加速通过滚轮组。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于测量点验钞机速度变化的实验装置，其特征在于，包括有：

光电式旋转增量编码器，用于采集点验钞机的滚轮组实时速度；

逻辑分析仪，用于读取所述光电式旋转增量编码器采集到的速度信息，并以方波的形式进行显示；

弹性联轴器，用于消除所述滚轮组的输出轴与光电式旋转增量编码器的输入轴之间的相对运动；

XYZR轴微调平台，用于调整所述光电式旋转增量编码器的输入轴位置，以使所述光电式旋转增量编码器的输入轴与滚轮组的输出轴同一轴线；

DSP电源板，用于给所述光电式旋转增量编码器供电；

PC机，用于对所述逻辑分析仪采到的数据进行处理并绘出曲线，以显示点验钞机的速度值变化情况；

其中，所述XYZR轴微调平台设在点验钞机的一侧，所述光电式旋转增量编码器固定于XYZR轴微调平台上，通过所述弹性联轴器与点验钞机的滚轮组输出轴连接，并通过微调所述XYZR轴微调平台，以实现其输入轴与滚轮组的输出轴同一轴线；所述光电式旋转增量编码器和逻辑分析仪分别连接DSP电源板，且所述逻辑分析仪连接于PC机。

2.根据权利要求1所述的一种用于测量点验钞机速度变化的实验装置，其特征在于：所述逻辑分析仪配套软件Logic 1.18.exe，实验时，需在软件Logic1.18.exe的设置界面设置所述逻辑分析仪的采样频率、采样存储深度参数，并在Options选项里Logic16 channels的Use channel里设置采样通道数目，分别用来采所述光电式旋转增量编码器的A相、B相以及点验钞机对管信号。

3.根据权利要求1所述的一种用于测量点验钞机速度变化的实验装置，其特征在于：所述PC机配套Matlab软件，通过所述Matlab软件来plot从逻辑分析仪导入的数据，以曲线形式显示点验钞机的速度值变化情况。

4.根据权利要求1所述的一种用于测量点验钞机速度变化的实验装置，其特征在于：所述光电式旋转增量编码器以脉冲形式输出信号，主要由光栅盘和光电检测装置组成，其中，所述光栅盘是在圆板上等分地开通多个长方形孔而成，其与点验钞机的电动机同轴，电动机旋转时，所述光栅盘与电动机同速旋转，经主要由发光二极管组成的光电检测装置检测输出多个脉冲信号，通过计算光电式旋转增量编码器每秒输出脉冲的个数就能反映当时转速，进而显示走钞时的速度变化，其计算方法是在光电式旋转增量编码器相邻脉冲的时间间隔内对已知频率为高频脉冲计数，根据所得计数值及频率计算电机转速。

5.根据权利要求1所述的一种用于测量点验钞机速度变化的实验装置，其特征在于：所述光电式旋转增量编码器的信号线及正、负电线连接到DSP电源板上；所述逻辑分析仪由PC机供电，其信号线是有负极线两个，正极线也正是其通道的个数。