CN106447885A - 一种硬币清分收集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硬币清分收集装置，包括分币部件、硬币分离与收集装置支撑外架、硬币收集装置部件以及红外光电管和控制器等，所述分币部件采用了倾斜式的放置方法，且分币部件盖沿设计稍高，用于同时放入大量硬币。所述分币部分采用了盘式轨道送币机构和防卡式硬币传送机构，实现了单币的分离运送功能，提高硬币传送效率；本发明所述的硬币收集部件能够实现对硬币个数以及金额的计数，单筒收集满50枚硬币实现硬币收集部件的旋转换筒动作，提高硬币收集效率；本发明所述的基于待分硬币的尺寸大小的混币清分装置能够实现每分钟分离硬币量500枚左右，清分效率高。该装置的成本低，并且预计寿命长，可广泛适用于公交公司、农贸市场和银行等场所。

Description

一种硬币清分收集装置

技术领域：

本发明属于机电一体化领域，具体涉及一种能够迅速将混币分离并且清点计数的硬币清分收集装置。

背景技术：

硬币清分收集装置，是根据硬币形状大小设计的集硬币分离、计数、包装等功能为一体的机器。它可以实现一整套功能，也可以拆分开实现独立的某一功能。

硬币的大规模使用带来一个非常现实的问题，诸如公交公司，自动售货，零售点等已经出现了硬币回收人工清点的种种困难。就目前而言，我国目前流通的硬币主要集中在小面额(1元，5角，1角)币种。

如何做到硬币回收的准确高效是处理大数量硬币清分的关键问题。在国际上，多个国家已经研制出来硬币分拣和包装的机器，例如日本GLORY公司生产的WR-400C型硬币点算包装机，日本的LAUREL公司生产的LAC-16、劳雷尔LPS-2S等包括硬币分拣和包装的大型一体式处理设备。其中GLORY公司还有单独的包装机器如WAS-21A/21B等。瑞士公司SCANCOIN也生产了SC22型硬币分拣设备。但这其中的大多数机器体积庞大，价格昂贵。又由于是国外生产的机器，不能用来分离和收集人民币。

在国内也有多个大学和企业进行过硬币处理机的研制工作。南京航空航天大学、华北电力大学和合肥工业大学都对硬币的分拣包装一体机进行了研究，取得了一定的进展。但目前市场上还没有量产的硬币分离与收集装置，硬币分离与收集装置的研究具有很大的发展空间。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述国内外硬币分离机器的缺点，提供一种体积小、分离效率高、分离收集效果好的硬币分离收集装置。该装置配合其红外计数器以及控制器可以快速实现硬币的自动计数和收集功能。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

一种硬币清分收集装置，包括分币部件支撑平台、分币部件和硬币分离与收集装置支撑外架，其中，分币部件支撑平台用于固定分币部件，同时将分币部件与硬币分离与收集装置支撑外架连接在一起；还包括固定于分币部件支撑平台上的步进电机支撑平台，经分币部件支撑平台倾斜，并固定于硬币分离与收集装置支撑外架的分币部件，所述步进电机支撑平台上设有第一步进电机和带传动，带传动连接扭矩输送固定盘，扭矩输送固定盘连接分币部件，下落孔下板设于分币部件支撑平台的上方，所述下落孔下板上方设有下落孔上板，所述下落孔上板上设有宽度可调分币板，所述下落孔上板中心设有轴承孔，设有止推圆柱滚子轴承，所述止推圆柱滚子轴承上方设有扫币叶轮，所述下落孔上板上方同心安装衬板和托币盘，所述托币盘中心开孔，设有定心轴承和夹板，同时其上方设有分币盘，所述分币盘上方设有边沿固定层、分币部件盖沿，所述分币部件盖沿上设有扫币软片，所述下落孔下板下方设有承币盘，固定于硬币分离与收集装置支撑外架前面和两侧的硬币收集装置部件，从上到下依次是硬币导管连接头、上支撑板、中间收集装置、下支撑板以及固定于所述下支撑板的第二步进电机，第二步进电机通过联轴器与长轴相连，为硬币收集小单元提供旋转的动力，所述硬币导管连接头通过硬币收集导管与承币盘下端相连，所述硬币导管连接头开有测量孔并设有红外光电管。

本发明进一步的改进在于，中间收集装置包括平行设置的上板和下板，以及设置在上板和下板之间的两根支撑条和一对硬币收集筒固定夹。

本发明进一步的改进在于，所述分币盘上开有若干盛币孔，其下的托币盘开槽处位于倾斜放置时的高处，且所述扫币软片和分币盘的间隙小于两枚硬币厚度。

本发明进一步的改进在于，所述叶轮通过扭矩输送固定盘获取动力的，其与所述分币盘同步旋转，分币盘的每一个孔都在叶轮片之间。

本发明进一步的改进在于，所述宽度可调分币板固定在下落孔下板上，其上表面和下落孔下板上表面处于同一平面，宽度可调分币板外径和下落孔上板内沿间会形成槽径不同的三个槽。

本发明进一步的改进在于，所述红外光电管的数据输出端与单片机最小系统相连，最终反馈信号至金额显示数码管和第二步进电机。

与现有技术相比，本发明具有如下的优点：

由于硬币数量较大，且不规则放置。其设计的硬币分离装置由分离部件、分类部件、收集部件以及辅助控制部分三个模块构成。这样的设计可以使分工更加合理，保持很高的效率，同时实现产品性能的提升。

由于在分离硬币前，硬币处于整堆放置状态，首先需要将堆放硬币进行单层分离。在分离的基础上，再对单层硬币进行分类。分类结束后进行收集整理，使之可以用于包装与保管。设计思路明晰，且各部分之间可以独立工作。

为了减小体积，增加稳定性，设计时将分离部件与分类部件安装在同一地方，使之结构更为紧凑。本发明的零件从上至下依次是：分币部件盖沿、扫币软片、边沿固定层、扭矩输送固定盘、分币盘、托币盘(中心装有定心轴承)、衬板、扫币叶轮、止推圆柱滚子轴承、宽度可调分币板、下落孔上板、下落孔下板和承币盘。

1)分离部件的设计实现

由于硬币整堆的放置较为复杂，分离机构的设计目的便是将硬币从整堆的放置中分离出来。分离部件主要由两个主要机构组成。两个创新型的机构是盘式轨道送币机构和防卡式硬币传送机构。分类部件位于分离部件下部。分离部件通过一个第一步进电机为其提供动力，使分离部件内的分币盘37等零件旋转，实现堆放硬币到单层硬币的分离。

其盘式轨道送币机构是分离部件最上层的机构。其特征是盘上开有许多盛币孔，其下的托币盘开槽倾斜安装时位于最高处，硬币到达托币盘14开槽处时就会下落。其设计的原因是针对整堆硬币，其可以很好地将硬币从中分离出来，为防止在每个开槽中存放多枚硬币，所以在设计时使孔的直径与厚度在两枚一毛硬币与一枚一元硬币之间。同时采用扫币软片来很好地实现该功能。

防卡式硬币传送机构由上层的托币盘和下层的扫币叶轮组成。扫币叶轮也是通过扭矩输送固定盘获取动力的，它与分币盘同步旋转，在设计的过程中分币盘的每一个孔都在扫币叶轮的叶轮片之间，以保证硬币落下来就会落在两叶轮片之间，防止硬币被卡住。硬币的下表面和下落孔上板上表面接触。

由于分币部件的零件堆叠层数较多，因此在其中设计了双轴承减小摩擦定心结构。通过止推轴承与定心轴承的结合，保证旋转的同时减少各盘之间的摩擦力。这有利于减少能源消耗、增加分离盘的使用寿命、减小噪音。对提高硬币的分离效率有很大的作用。

2)分类部件的设计实现

分类部件的设计主要思路是根据不同面值硬币的直径不同进行设计与分类。在经过分离部件，将整堆硬币进行单层分离后进行分类。

分类部件的设计原理是通过圆弧形槽宽递增式分币结构实现各个币种按直径不同的分离。扫币叶轮的叶片间的硬币贴着下落孔上板上表面滑动，在遇到分币薄板处时根据不同的直径落入承币盘不同的通道内。宽度可调分币板用螺栓固定在下落孔下板上，宽度可调分币板上表面和下落孔上板的上表面处于同一平面，这样硬币就可以无障碍的滑过这两个平面的接缝部分。宽度可调分币板外径和衬板内径之间会形成槽径不同的三个槽。

由于分离的硬币尺寸不同，故采用小直径硬币先落，大直径硬币后落的方法来保证三种硬币在分类时不会发生混淆现象。扫币叶轮推动硬币从小口径槽到大口径槽滑动，就可以实现将硬币按直径从小到大的分离。在设计中对该槽的加工进度要求较高，误差应当小于0.2mm。精度过差会导致硬币分类产生混淆，其可以通过提高加工精度来避免。

3)收集部件的设计实现

收集部件由两部分组成，一部分实现对硬币的收集，另一部分实现对硬币的计数及收币筒的更换。收集部件由三组如图5所示的硬币收集装置部件8组成，该硬币收集装置部件从上到下依次是硬币导管连接头、上支撑板、中间收集装置(硬币收集装置旋转部件上板、两根收币部件支撑条、一对硬币收集筒固定夹、硬币收集筒底座)、下支撑板以及动力传输装置等。

三组硬币收集装置部件分别安装在硬币分离与收集装置支撑外架的前、左、右三个方向，用以收集三种直径的硬币(本装置是一毛、五角和一元硬币)在硬币收集装置部件的硬币收集装置旋转部件上板和硬币收集筒底座之间安装可拆卸的硬币收集筒，上面进行分类后的硬币通过硬币导管连接头进入到硬币收集筒中。硬币收集筒的直径恰好略大于相应硬币的直径，故在硬币掉落后会自动实现整齐的堆放，不需要人力进行整理。

硬币的计数及收币筒的更换部分的主要实现，依靠红外光电管和单片机最小系统的控制。每有一枚硬币落下，均会在红外光电管中有感应信号。这可以记录每个币种的落币个数，实现对硬币的计数功能。在统计三个币种的硬币数量后，可以得到硬币的总金额。硬币收集筒的更换，主要是为了便于包装，达到50枚进行包装，通过红外光电管的计数来进行实现，当到达相应数量时，中间收集装置进行旋转，将收集满的硬币收集筒转出，将空筒进行对接，以便后续硬币的放入。通过该方法，我们可以对硬币实现包装整理。

4)辅助部件的设计实现

辅助控制部分由硬件和软件两部分组成，硬件包括电源，驱动器，电机，传感器，STC89C52芯片等自动化器件。选用红外光电管作为传感元件，当硬币经过红外光电管时会发生遮挡，红外光电管就会产生信号，将此信号输入单片机中设置程序就可实现光电门的计数功能，同时用数码管显示当前的硬币金额以及对应数量。当计数到达设定值时，单片机控制步进电机旋转，更换硬币收集筒收集。

附图说明：

图1、图2分别为在前侧视角下、后侧视角下的基于硬币尺寸大小的硬币分离收集装置结构示意图；

图3、图4为本发明的硬币分离组件结构示意图；

图中：1为分币部件支撑平台；2为分币部件；3为硬币分离与收集装置支撑外架；4为硬币收集导管；5为第一步进电机；6为步进电机支撑平台；7为分币部件支撑桁架；8为硬币收集装置部件；9为支撑板平台螺栓；10为支撑板固定角块；11为分币部件连接螺母；12为止推圆柱滚子轴承；13为宽度可调分币板；14为托币盘；15为扫币叶轮；16为分币部件盖沿；17为扭矩输送固定盘；18为扫币软片；19为分币部件整体连接螺栓；20为衬板；21为边沿固定层；22为置于下方的扭矩输送固定盘；23为下落孔下板；24为下落孔上板；25为承币盘；37为分币盘。

图5、图6分别是俯视与仰视视角的本发明的收集部件结构示意图；

其中：26为42电机支撑平板；27为下支撑板；28为收币部件支撑条；29为上支撑板；30为硬币导管连接头；31为硬币收集装置旋转部件上板；32为硬币收集筒；33为硬币收集筒底座；34为收集部件固定角块；35为硬币收集筒固定夹；36为第二步进电机；38为长轴。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1至5所示，本发明一种硬币清分收集装置包括分币部件支撑平台1、分币部件2和硬币分离与收集装置支撑外架3，其中，分币部件支撑平台1用于固定分币部件2，同时将分币部件2与硬币分离与收集装置支撑外架3连接在一起；还包括固定于分币部件支撑平台1上的步进电机支撑平台6，经分币部件支撑平台1倾斜，并固定于硬币分离与收集装置支撑外架3的分币部件2，所述步进电机支撑平台6上设有第一步进电机5和带传动，带传动连接扭矩输送固定盘17，扭矩输送固定盘17连接分币部件2，下落孔下板23设于分币部件支撑平台1的上方，所述下落孔下板23上方设有下落孔上板24，所述下落孔上板24上设有宽度可调分币板13，所述下落孔上板24中心设有轴承孔，设有止推圆柱滚子轴承12，所述止推圆柱滚子轴承12上方设有扫币叶轮15，所述下落孔上板24上方同心安装衬板20、托币盘14，所述托币盘14中心开孔，设有定心轴承和夹板(图2中两者均被衬板20挡住，不可见)，同时其上方设有分币盘37，所述分币盘37上方设有边沿固定层21、分币部件盖沿16，所述分币部件盖沿16上设有扫币软片18，所述下落孔下板23下方设有承币盘25，固定于硬币分离与收集装置支撑外架3前面和两侧的硬币收集装置部件8，从上到下依次是硬币导管连接头30、上支撑板29、中间收集装置、下支撑板27以及固定于所述下支撑板27的第二步进电机36，第二步进电机36通过联轴器与长轴38相连，为硬币收集小单元提供旋转的动力，所述硬币导管连接头30通过硬币收集导管4与承币盘25下端相连，所述硬币导管连接头30开有测量孔并设有红外光电管，红外光电管置于测量孔中，用于计数，产生计数信号到控制器(单片机最小系统)。其中，第一步进电机5采用57型步进电机，具体型号为57BYG250B，扭矩1.2NM，轴长56mm；第二步进电机采用42型步进电机，具体型号为42BYGH47，扭矩0.55NM，轴长48mm。

具体来说，图1为本发明一种硬币清分收集装置的结构示意图，这种基于硬币尺寸大小的硬币分拣装置，包括分币部件支撑平台1，用于固定分币部件2，同时将分币部件2与硬币分离与收集装置支撑外架3连接在一起；硬币收集导管将分离的硬币倒入到下方的硬币收集装置中，实现快速自动化的收集。

图2为从侧后方观察本发明的视图，步进电机支撑平台6上设有第一步进电机5和带传动(图2中被分币部件支撑平台1挡住，未标出)，第一步进电机5为整个分离部件2提供动力的同时，步进电机支撑平台6将第一步进电机5与分币部件2的位置固定，保证动力的稳定性。步进电机支撑平台6的后方与硬币分离与收集装置支撑外架3用螺栓连接，下方与分币部件支撑桁架7用连接角块和螺栓连接在一起。硬币收集装置部件8的上方为一个硬币导管连接头30，与硬币收集导管4相互连接。整个硬币收集装置部件8通过6个连接角块10和连接螺栓9与硬币分离与收集装置支撑外架3连接在一起。

图3和图4为分币部件2的爆炸视图。分币部件盖沿16安装在整个分币部件的最上方，用于盛放硬币。分币部件盖沿16的下方有直径稍小的分币盘37，分币盘37通过旋转将大堆的硬币分为单枚的硬币。分币盘37上有四个螺栓孔，其下方隔一层托币盘14还有一层扫币叶轮15，扫币叶轮15上也有4个螺栓孔。装配时与扫币叶轮15相连接的是置于下方的扭矩输送固定盘22，扭矩输送固定盘17、分币盘37、扫币叶轮15、下方的扭矩输送固定盘22这四个零件用4个直径为4mm的螺栓连接在一起，中间夹着一层托币盘14(不用螺栓连接)。衬板20套在分币盘37的外部，用于防止硬币的漏出。宽度可调分币板13上有4个沉头通孔，螺栓可通过这4个孔将其与下落孔下板23相互固定。边沿固定层21套在扫币叶轮15的外部，防止硬币从扫币叶轮漏出。下落孔上板24上开有止推轴承安装盲孔，用于安装止推轴承12。下落孔上板24同时也开有一个大槽，用于安装宽度可调分币板13。托币盘14、分币部件盖沿16、衬板20、边沿固定层21、下落孔下板23、下落孔上板24上均有6个直径6mm的螺栓孔，通过6个螺栓将整个分币部件连接成为一个整体。另外，分币部件盖沿16的圆柱面上开有直径3mm的螺栓通孔，连接螺栓通过该孔将分币部件盖沿16与扫币软片18连接在一起，保证单枚硬币的分离效率与准确性。分币部件最下方有承币盘25，承币盘25与下落孔下板23相互连接在一起，起到分币部件与收币部件之间的联通作用，方便硬币收集导管4连接两部分。

图5和图6为不同视角下的收币部件的结构示意图。所述硬币收集部件的上支撑板29的中间开有通孔，硬币导管连接头30的下方有一截外径较小的部分，与该通孔的直径相同，刚好可以插入该通孔中。装配时，用胶水将两者粘在一起，形成一个整体。硬币导管连接头30的上部分外径也较小，可以套入硬币收集导管4。硬币收集部件的上支撑板29的边沿另外还开有一个小通孔，长轴38与下方的第二步进电机36连接后一直通到上方小通孔的部分，用于旋转收币部分，更换硬币收集筒32。与上支撑板29相互紧贴的是硬币收集装置旋转部件上板31，该零件的圆心位置也有一个通孔，长轴38从中间穿出。两端各有一个通槽，可以放置并固定硬币收集筒32。硬币收集装置旋转部件上板31与硬币收集筒底座33用两块收币部件支撑条28相连接。收币部件支撑条28上有通孔，螺栓通过通孔，将硬币收集筒固定夹35与收币部件支撑条28夹紧并固定。硬币收集筒底座33下方开有一个盲孔，安装有一个止推轴承，由收币部件支撑条28、硬币收集装置旋转部件上板31、硬币收集筒32、硬币收集筒底座33构成的硬币收集小单元通过安装在下面的止推轴承，可以在收币旋转机构的下支撑板27上方旋转，实现硬币的换筒连续收集功能。第二步进电机36通过联轴器与长轴38相连，为硬币收集小单元提供旋转的动力。42电机支撑平板26固定第二步进电机36。

所述的硬币分拣装置由1个分币部件2、3个硬币收集装置部件8、若干支撑部件以及辅助装置等构成。控制器安装在57步进电机5的正下方，用于控制电机的转动以及实现硬币计数、金额计数等功能。

利用图1所示的一种硬币清分收集装置的具体实现方法如下：

1)首先将需要进行分离的混币倒入分币部件2中，由于盖沿较高，即使较多的硬币放入后，硬币也不会漏出，由于分币部件2在整个硬币分拣装置中为倾斜放置方式，倾倒硬币将硬币倒入扫币软片18的下方为佳；

2)接上硬币分拣装置的总电源，打开步进电机控制器的开关，让步进电机5通过扭矩输送固定盘17带动分币部件2的部分零件沿逆时针旋转；

3)大堆的硬币留在倾斜放置的分币部件2的斜下方，由于分币盘37上有稍大于1元硬币直径的通孔，在转过硬币堆时，它能将底层的硬币带出硬币堆；

4)安装在盖沿侧面的扫币软片与分币盘37相互接触，因为分币盘的厚度基本等于一枚硬币的厚度，并受到扫币软片18轻微的压力作用，能够保证被分币盘37带走的硬币为单枚；

5)分币盘37通过旋转将硬币带到分币部件2的上方部分，在此处通过托币盘14上开有的弧形槽进入扫币叶轮15的硬币槽中；

6)扫币叶轮15带着硬币再旋转半圈，经过下落孔上板24和宽度可调分币板13构成的开口逐渐递增的漏币槽，按照硬币直径的不同从槽中的不同地方落出，实现硬币的分离；

7)分离的硬币从承币盘25的不同的出口落入到硬币收集导管4，再由硬币收集导管4落入到硬币收集装置部件8中；

8)硬币导管连接头30内安装有体积较小的红外光电管，硬币经过时会因光强改变发出脉冲信号到控制器，控制器对硬币计数，并通过数码管显示金额和硬币数目；

9)当计数器到规定数额50时，控制器向第二步进电机36的驱动器发出信号，驱动器驱动电机36旋转180度，更换一个硬币收集筒32。

综上所述，本发明的基于硬币尺寸大小的硬币分拣装置的创新点体现在功能、结构与性能三个方面。

在功能创新上，该装置有如下特色：

1)采用单层分离与不同币种分离两步进行，提高了硬币分离的效率；

2)装置具备硬币整理计数功能，满额定数量(如50枚)的硬币装为一筒，存储方便。

在结构创新性上，

1)装置采用倾斜式分币部件2，且分币部件盖沿16设计稍高，可同时放入大量硬币；

2)采用盘式轨道送币机构(分币盘37、托币盘14构成)实现了单币的分离运送功能；

3)采用防卡式硬币传送机构(托币盘14、扫币叶轮15构成)，提高硬币传送效率；

在性能上，该装置能够实现每分钟分离硬币量500枚左右，清分效率高。另外，该装置的成本低，并且预计寿命长，可以广泛应用于公交公司、农贸市场和银行等场所。

Claims (6)

1.一种硬币清分收集装置，其特征在于，包括分币部件支撑平台(1)、分币部件(2)和硬币分离与收集装置支撑外架(3)，其中，分币部件支撑平台(1)用于固定分币部件(2)，同时将分币部件(2)与硬币分离与收集装置支撑外架(3)连接在一起；还包括固定于分币部件支撑平台(1)上的步进电机支撑平台(6)，经分币部件支撑平台(1)倾斜，并固定于硬币分离与收集装置支撑外架(3)的分币部件(2)，所述步进电机支撑平台(6)上设有第一步进电机(5)和带传动，带传动连接扭矩输送固定盘(17)，扭矩输送固定盘(17)连接分币部件(2)，下落孔下板(23)设于分币部件支撑平台(1)的上方，所述下落孔下板(23)上方设有下落孔上板(24)，所述下落孔上板(24)上设有宽度可调分币板(13)，所述下落孔上板(24)中心设有轴承孔，设有止推圆柱滚子轴承(12)，所述止推圆柱滚子轴承(12)上方设有扫币叶轮(15)，所述下落孔上板(24)上方同心安装衬板(20)和托币盘(14)，所述托币盘(14)中心开孔，设有定心轴承和夹板，同时其上方设有分币盘(37)，所述分币盘(37)上方设有边沿固定层(21)、分币部件盖沿(16)，所述分币部件盖沿(16)上设有扫币软片(18)，所述下落孔下板(23)下方设有承币盘(25)，固定于硬币分离与收集装置支撑外架(3)前面和两侧的硬币收集装置部件(8)，从上到下依次是硬币导管连接头(30)、上支撑板(29)、中间收集装置、下支撑板(27)以及固定于所述下支撑板(27)的第二步进电机(36)，第二步进电机(36)通过联轴器与长轴(38)相连，为硬币收集小单元提供旋转的动力，所述硬币导管连接头(30)通过硬币收集导管(4)与承币盘(25)下端相连，所述硬币导管连接头(30)开有测量孔并设有红外光电管。

2.根据权利要求1所述的一种硬币清分收集装置，其特征在于，中间收集装置包括平行设置的上板(31)和下板(33)，以及设置在上板(31)和下板(33)之间的两根支撑条(28)和一对硬币收集筒固定夹(35)。

3.根据权利要求1所述的一种硬币清分收集装置，其特征在于，所述分币盘(37)上开有若干盛币孔，其下的托币盘(14)开槽处位于倾斜放置时的高处，且所述扫币软片(18)和分币盘(37)的间隙小于两枚硬币厚度。

4.根据权利要求1所述的一种硬币清分收集装置，其特征在于，所述叶轮(15)通过扭矩输送固定盘(17)获取动力的，其与所述分币盘(37)同步旋转，分币盘(37)的每一个孔都在叶轮片之间。

5.根据权利要求1所述的一种硬币清分收集装置，其特征在于，所述宽度可调分币板(13)固定在下落孔下板(23)上，其上表面和下落孔下板(23)上表面处于同一平面，宽度可调分币板(13)外径和下落孔上板(24)内沿间会形成槽径不同的三个槽。

6.根据权利要求1所述的一种硬币清分收集装置，其特征在于，所述红外光电管的数据输出端与单片机最小系统相连，最终反馈信号至金额显示数码管和第二步进电机(36)。