計數(shù)型硬幣分離機研制

江偉++馬世濤++章國勇++張濤濤++龍躍成++王芝偉

【摘 要】依據(jù)硬幣直徑大小和硬幣重量的異同可將不同直徑的硬幣加以分類，整理，再利用計數(shù)器對硬幣進行清點。對計數(shù)型硬幣分離機的自動分類、清點、整理系統(tǒng)的組成、工作原理及控制技術(shù)做了詳細的分析。通過采用透明塑料板進行加工、試驗，基本上定出該硬幣自動分類器的關(guān)鍵尺寸，且能達到高效區(qū)分效率。通過對硬幣自動分類的研制，實現(xiàn)了硬幣自動分類、清點功能，且具有較高的區(qū)分效率和穩(wěn)定性，達到了預期目標。

【關(guān)鍵詞】硬幣 分類 清點 整理

生活中硬幣由人工分類、清點、包裝是工作非常大的工作，且因效率低、速度慢，造成了人力資源的浪費。硬幣伴隨著人們的生活，在超市、公交車公司、火車站自動售票機等地方大量集中，因此用機械清點并包裝硬幣將提高硬幣分類、清點、整理的效率，也能有效減輕人的工作量，有更多的時間可以分配。也會使硬幣的處理更加的快速，充分地解決了現(xiàn)實生活中因硬幣流通量逐步增大而帶來的難分類、清點和整理的問題。與國內(nèi)部分人研究的同類產(chǎn)品相比，這款硬幣分類、清點、整理裝置技術(shù)設計相對簡單，分類整理效率高，價格低廉等優(yōu)勢，這款設計一定會方便那些大量使用硬幣場合的用戶。

1 工作流程

依據(jù)硬幣直徑大小和硬幣重量的異同可將不同直徑的硬幣加以分類，整理，再利用計數(shù)器對硬幣進行清點。其工作流程如圖1所示。

將混合硬幣放入分離篩，通過第一面分離篩，可實現(xiàn)將1元面值的硬幣分離出來；通過第二面分離篩，可實現(xiàn)將0.5元和0.1元面值的硬幣分離出來。至此三種硬幣實現(xiàn)了分類。然后將分離出的硬幣落在轉(zhuǎn)動皮帶上，利用計數(shù)器對硬幣進行清點整理。

2 結(jié)構(gòu)設計

2.1 第一面分離篩

硬幣分離的基本原理是依據(jù)不同硬幣的直徑的大小的差異，實現(xiàn)對硬幣的區(qū)分。這是大多數(shù)硬幣分離機構(gòu)研制的主要方法，我們也使用了這種易區(qū)分且高效的方法。目前，市面上流通的第五套人民幣三種不同面值硬幣的直徑和重量如表1 所示。

經(jīng)過多次試驗我們發(fā)現(xiàn)分離篩的孔徑的大小影響硬幣分離的效率以及硬幣區(qū)分的精度，所以分離區(qū)不同的孔徑的大小要控制在一定的范圍，來實現(xiàn)稍小于孔尺寸的硬幣能夠順利落下，而直徑大于孔徑的硬幣得以區(qū)分，達到自動區(qū)分的目的，分離機結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2.1.1 （1元）第一面分離篩

分離篩上分布著許多直徑為22.0mm的孔，通過電動機帶動分離篩振動來控制硬幣下滑的速度，0.1元和0.5元硬幣會直接通過分離篩上的圓孔落到第二面分離篩，實現(xiàn)對1元的區(qū)分。而0.5元和1.0元硬幣則會在第二面分離篩進行分類。

2.1.2 （0.5元）第二面分離篩

從第一面分離篩落到第二面分離篩上的硬幣包含0.5元和0.1元硬幣。分離篩上錯布著直徑為19.4mm的孔，此時直徑小于19.4mm的硬幣從孔落下，進入第三面分離篩。而直徑大于19.4mm的0.5元硬幣順著分離篩進入清點整理區(qū)。

2.1.3 第三面分離篩

第三面分離篩是收集第二面分離篩落下的0.1元硬幣，并對分離后的0.1元硬幣進行清點整理。

2.2 清點區(qū)

清點區(qū)主要由傳送帶和計數(shù)器組成，下落的硬幣落到高速轉(zhuǎn)動的傳送帶上，經(jīng)過電子計數(shù)器完成清點工作，分離機清點裝置圖如圖3所示。

2.3 收集整理區(qū)

收集整理區(qū)是由傳送帶將清點好的硬幣收集箱對硬幣進行整理。

3 加工及試驗

3.1 材料的選擇

硬幣依靠自身的重量滑落到收取區(qū)中，對硬幣自動分離器的材料的平面度以及剛度要求也較高。

3.1.1 材料類型的選擇

結(jié)合實現(xiàn)產(chǎn)品功能以及加工工藝等諸多方面考慮，選擇透明塑料亞克力板作為分離器的材料，利用該材料既可以滿足性能要求又給我們的加工帶來便利。

3.1.2 材料厚度的選擇

加工過程中，首先用透明塑料亞克力板的厚度為5mm，用膠粘結(jié)接后可以避免分離篩的彎曲變形，其平面度也好。但鉆孔后透明塑料板會因為分離篩上孔太多而影響其剛度條件，會使試驗效果受到影響。第二次加工把整體厚度提高到8mm，同時保證了工件的平面度與剛度，達到良好的試驗效果。在經(jīng)濟性的前提下，提高透明塑料板的厚度可最大可能的提高其剛度，使其滿足剛度條件。

3.2 分離篩傾斜角度的確定

利用以上數(shù)據(jù)，加工出成品進行試驗。具體試驗方法如下：

取90個硬幣（每種幣值各30個），將加工好的分離篩以一定的角度傾斜放置，并固定好。然后將混合好的硬幣從入幣口放入第一面分離篩，觀察其分離效果，并記錄其傾斜角度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在8-14°左右，硬幣分離效果達到分離要求。

3.3 分離篩上孔徑的確定

各分離區(qū)孔徑的大小將直接影響分離器分離效果，對于孔徑的設計必須進行嚴格的實驗。

以1.0元分離區(qū)上的孔為例，項目組在試驗板上鉆出一系列孔徑不一且呈遞增趨勢的孔，孔徑分別為：21mm、21.5mm、21.8mm、22mm、23mm。通過多次實驗，發(fā)現(xiàn)孔徑在22mm 的時候硬幣區(qū)分效率最高，能高效地將壹元硬幣與其它兩種硬幣區(qū)分開來。用同樣的方法確定出0.5元分離區(qū)孔徑為19.4mm。

3.4 電動機的確定

由于電動機要帶動分離篩振動以及計數(shù)區(qū)的三個帶傳動機構(gòu)，所需轉(zhuǎn)矩較大，轉(zhuǎn)速也比較快，因此選用較大型號交流電動機，經(jīng)查閱相關(guān)資料，項目組最終選擇電動機型號為YS7124系列三相異步電動機（370W）。

3.5 計數(shù)器的確定

采用光電感應計數(shù)器，用紅外點光源，計數(shù)器部分由接收電路、電壓放大整形電路、光電耦合器、CD4518等組成，經(jīng)過譯碼器的譯碼，最后通過顯示器顯示計數(shù)結(jié)果。其電路簡單、可靠，可以實現(xiàn)0—99的計數(shù)顯示。

光電計數(shù)器采用紅外感應器件，或者光電對射器件，其計數(shù)范圍發(fā)散，不適合體積大的固件計數(shù)。該計數(shù)器成本低，價格便宜，性能可靠，穩(wěn)定性高，抗干擾能力強，計數(shù)方向明確，也可對大體積固件計數(shù)，能夠滿足現(xiàn)代生產(chǎn)和生活的需要。

光電計數(shù)器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成系統(tǒng)電路主要由接收電路、信號放大電路、波形整形電路、計數(shù)器、譯碼器、顯示器、控制電路等組成。

3.6 加工方式的選擇

由于該硬幣自動分類器中孔數(shù)比較多，而且在滑槽處直要求精確0.1mm，為保證加工精度采用激光切割，使誤差控制在允許范圍之內(nèi)。

3.7 方案的創(chuàng)新點

3.7.1 分離篩

采用一元分離篩、五角分離篩、一角收集篩、曲柄、連桿、皮帶、電動機。電動機帶動皮帶進而帶動曲柄搖桿機構(gòu)中的連桿使分離篩上下擺動，硬幣隨分離篩不同的直徑能得到充分的分離；分離好的硬幣隨分離篩滑到右邊，由傳送帶傳送到電子計數(shù)器處清點、整理。

3.7.2 區(qū)分孔徑效率高

分離篩中設置了許多不同孔徑的高精度孔，以實現(xiàn)稍小于孔尺寸的硬幣由孔落下，而大于孔徑的硬幣得到區(qū)分。孔的大小控制在一定范圍內(nèi)，孔的大小影響硬幣的區(qū)分精度和區(qū)分效率。

3.7.3 清點計數(shù)裝置

清點區(qū)主要由傳送帶和光電計數(shù)器組成，下落的硬幣落到轉(zhuǎn)動的傳送帶上，實用性強；經(jīng)過計數(shù)器完成清點工作，精準度高。

3.8 試驗小結(jié)

通過采用透明塑料板進行加工、試驗，基本上定出該硬幣自動分類器的關(guān)鍵尺寸，且能達到高效區(qū)分效率。為了提高硬幣分離機的使用壽命，項目組下一步將選用剛性好，摩擦系數(shù)較小的不銹鋼材料作為硬幣分離機構(gòu)的滑道材料，分離機整體裝配效果圖如圖4所示。

4 結(jié)語

通過對硬幣自動分類的研制，實現(xiàn)了硬幣自動分類、清點功能，且具有較高的區(qū)分效率和穩(wěn)定性，達到了預期目標。但由于研制時間有限，使得該硬幣自動分類器在造型和功能上還存在不足。今后，項目組將對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，縮小產(chǎn)品體積。此外，還將增加包裝等功能，使其能應用于公交車公司、超市、火車站等更多場合。以減輕人工分類、清點、整理各類硬幣的勞動強度，解決生活中因硬幣流通量逐步增大而帶來的難清點和整理的問題。

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