硬币分类分拣机设计开题报告

西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文)开题报告题目:硬币分类分拣机设计系别机电信息系专业金属材料工程班级B120207姓名刘志恒学号B12021212导师万宏强2015年12月20日1.设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）1.1题目背景和意义目前在世界范围内，硬币以其成本低，流通次数多、耐磨损、易回收等无可替代的优势将占领小面额货币市场是大势所趋。我国第五版人民币的发行，辅币(10元以下)硬币化已经成为一种趋势，硬币的投放量还将大幅度增加。随着无人售票、自动售货机的推广，硬币流通量大大增加，特别是公交公司、金融部门等每天要对大量硬币进行分类，工作量巨大。然而，近年来，硬币的回笼问题一直阻碍着硬币的流通，具体表现在：1.公交、超市等硬币集中使用部门对于大量回收来的硬币，很难及时清点与处理；2.银行、证劵公司等各金融机构对硬币的清分和包卷工作，大都处于人工操作阶段；3.市场上出现的各类伪币，若不能进行高速、有效地检伪，将会进一步提高硬币的回收和周转成本；4.虽然市场上已经有各种硬币分类机，但其体积大、价格高，但由于价格昂贵，一次分离量少等原因，不适用于中小型硬币处理机构，目前国内仍普遍采用人工处理的方式。由于硬币手工分类分拣成本大，利润小，且误差多，因此，研究与开发符合我国使用标准与包卷规范、性能稳定、功能完善、高速节能的全自动硬币分分类分拣机，以满足国内大众的使用需求，有着非常大的实际意义的，产品也有着广阔的应用前景和良好的经济前景。1.2国内外相关研究情况1.2.1国外研究情况在国外一些金融业发达的国家,硬币的种类和流通量都非常大,而那里为配合硬币流转和运行管理的机具设备也很多并且十分先进，这些硬币机具根据技术特征主要可分为六大类别：1.计数类硬币机具，这类机具的主要技术特征是进行单一币种的计数，通过计数机的预置功能,配上相应的接管装置及包装纸管或塑管,该机还能完成同一币种的半手工包装。2.清分类硬币机具，这类机具的主要技术特征是可实现多币种的一次清分、计数、计值和鉴伪。这类机具是硬币机具中使用最为广泛的机种。3.包装类硬币机具，这类机具的主要技术特征是完成硬币的成卷纸包装。成卷硬币总高度≤110毫米;每卷硬币枚数可根据需要设定(应相应调整卷纸宽度)。包装类机具主要分台式与立式两种。近年来由于台式包装机故障维修率较高,已趋淘汰。4.清洗消毒类硬币机具，这类机具的主要技术特征是完成入库硬币再投放前的清洗、除垢、检破损、消毒等功能。此类机具属大型设备,在国外采取下单定做的办法,价格十分昂贵。5.兑换类硬币机具，此类机具的主要功能是完成纸币兑换硬币。产品分硬币散币兑换机与成卷包装币兑换机两种。散币兑换机一般设置在自助服务设施较集中的地方便利于民众;成卷兑换机一般设置在无人银行实行收费兑换。6.自助服务类硬币机具，这类机具中产品很多,如硬币储蓄自动服务机、纪念币自动售货机等等[1]。在这个领域，国际上很多银行器具公司也做了大量工作。如瑞典ScanCoinAB公司，它是一家专业生产各种银行器具的公司，也是国际上公认的银行器具做的最好的公司，成系列地研制了针对不同货币体制下的清分系统。日本GLORY公司生产了WR-400C型硬币点算包装机,LAUREL公司生产了LAC-16、劳雷尔LPS-25等包括硬币分拣和包装的大型-体式处理设备[2-7]。它们的分拣速度较快,机构复杂,可以处理的硬币数量极多,并都包括了纸卷包装系统。瑞士SCANCOIN公司生产了SC22型等小型硬币分拣设备,它们体积小巧,机构较简单,一次处理的硬币数量不多,但应用范围可以更广泛[8]。但是，中国的货币比较复杂，他们的系统应用在中国尚有一系列问题。1.2.2国内研究情况国内于九十年代中期开始从国外引进相关产品，后开始发展自主制造，最初由清华大学和昆明机床有限公司合作对日本的机器进行仿制,却不能完美实现功能而仍处于研究阶段,之后国内多个大学和企业加入了研究行列。到目前为止,南京航空航天大学、合肥工业大学等学校已经研制出了大型硬币处理机的理论模型[9-11]。河北邯郸商通电子有限公司也己经设计生产出了小型的硬币清分计数机器。对于国外硬币处理机来说,无论是大型还是小型的都有一定的水平,技术较成熟,但是价格昂贵,而且不能适应国内的硬币系统。国内的大型处理机除了进口之外,虽然进行过一些仿制,但由于技术问题未能批量生产,而且大型处理机适应的场合有限,一般银行等小型企业不会购置,无法普及。国内的小型硬币处理机虽然可以实现清分功能,但是缺乏鉴伪环节,因此研究一种小型的桌面硬币清分、鉴伪仪器是有意义的。国内的一些知名大学：清华大学、北京科技大学、上海交通大学、杭州电子科技大学、苏州大学、福州大学等多家单位均对如何进行正确的对硬币真伪识别做过研究[12-21]，并且取得了一些成就，现在最可靠的技术是涡流检测。涡流检测硬币真伪主要根据其材质及表面图案的特征,为此硬币真伪检测器可依据涡流检测原理进行设计。传感器电路采用电容三点式LC振荡电路,其中L为硬币检测线圈。电路工作时,检测线圈周围将产生一个与LC振荡电路频率相同的交变磁场。当有硬币进入线圈时,硬币表面因涡流效应而感生出涡流,此涡流继而产生新的磁场,其方向与原磁场方向相反。两者产生的磁场相互作用,将使电路中振荡电流的频率发生改变。产生涡流的大小与硬币线圈距离、材质及表面图案等因素有关,为此只要检测电路中振荡频率的改变量,就可获得硬币的相关信息，进而辨别硬币的真伪。现在市场上有少量国产机器，但是此类机器结构简单，功能不够完善，总体性能水平与国外产品有一定的差距，还需要长足的发展。并且在银行等和硬币有密切接触的地方，硬币分类分拣机的普及程度十分低，归根结底是因为国外的机器过于昂贵，国内的机器功能单一不可靠。2.课题研究2.1主要内容国内流通的硬币，包括各类游戏币，分拣速度100枚/min吞吐量10000枚2.2硬币分类分拣机的分选方案方案一：筛选式图2.1筛选式将硬币由机器上方批量投入机器内部，然后启动机器，电机带动机器内部的筛分盘转动，筛分盘上有孔洞，每层筛分盘的孔洞大小和不同种类的硬币直径相匹配，由上至下每层的孔直径逐渐减小，筛分盘旁边有滑轨，筛选的硬币由滑轨滑入储币盒内，从而达到筛分不同种类硬币的用途。方案二：斜轨式图2.2斜轨式斜轨式原理是由电机带动转盘，转盘边缘有硬币槽，转盘转动时每个硬币槽一次可带动一枚硬币，转盘边缘有略大于转盘的格挡环，当硬币槽转动至上方时候正好格挡环有一缺口，因为转速很快，在离心作用下硬币将脱离转盘滑向一轨道，轨道倾斜放置，轨道一侧有空隙，每隔一定距离有一挡板，挡板的距离根据硬币直径确定，当硬币从左侧进入，较小的硬币在第一个格子就掉出滚道，而较大的硬币要到后面才掉出滚道，轨道外面放着对应的收集盒，硬币掉出来就落进盒子内。方案三：差孔筛选式图2.3差孔筛选式此方案的原理与方案一原理相似，但是不同的是此方案只有两个筛选盘，上面的筛盘与下方电机连接，由电机驱动转动，下方的筛选盘固定，不能转动。上方的盘厚度只有一个硬币厚，盘上有数个孔洞，孔的大小根据硬币直径确定，孔大小按顺序排列，所以每次转动时候孔内只能容纳一枚硬币。下方的筛选盘孔的排列顺序和上方的顺序正好相反，当上方的筛选盘转动时，每次只会有一个孔与下盘相匹配，当上下匹配时候硬币将会掉入下方。2.3确定最优方案方案一结构简单，工作效率高，所以整体造价低，但是体积庞大，工作噪音大，并且因为结构原因在加装硬币真伪识别装置时需要加装多套识别装置，并不符合设计原则，而且此方案因为工作噪音的原因不利于银行等单位工作使用。方案二与方案一相比来说，虽然方案二的工作效率不如方案一，但是工作时候声音小，不会有噪音产生，对银行、超市等单位使用单位来说很合适，并且方案二的整体结构较方案一比体积较小，利于存放和搬运。方案三的设计结构最为紧凑，体积小，工作安静无噪音，最适合搬运和存放，所以适合小型单位使用。但是方案三的工作效率最低，分类分拣的速度比不上前面的方案，所以，综上所述，最终方案选择方案二最为合适。2.4最优方案的详细设计及分析该设备的研究主要由储币及计数系统、真伪辨别系统、盛币斗、动力系统、等组成。结构下图2.4所示：图2.4详细设计图1.盛币斗；2.真伪辨别系统；3.滑轨；4.储币及计数系统；5.假币储币仓；6.临时盛币仓；7.转盘系统储币及计数系统储币及计数系统包括各类硬币的储币仓和硬币计数系统，计数系统采用光电传感器，每个储币仓入口有一传感器，每当硬币掉入储币仓内时候计数器计数一次，并且将计数结果在屏幕显示出来。真伪辨别系统真伪辨别系统采用现有成熟的涡流真伪辨别技术[22]，当有硬币通过轨道时候系统将辨别真伪，当检查出有假币时候系统会自动将假币推入假币储存仓内，并且在屏幕上显示出来结果。盛币斗盛币斗可以放入大量硬币，根据设计要求可容纳10000枚硬币，目前世面流通的硬币最重的为6.05g，10000枚硬币最重60.5kg，硬币材质钢芯镀镍，理论上60.5kg硬币大约能占体积为7707cm³，考虑到间隙，按照10000cm³计算，所以盛币斗容量设计为10000cm³.动力系统动力系统由可调速的单相电机构成，电机将带动转盘工作。2.5课题研究方法本课题主要通过CAD绘图、理论校核、发表论文进行完成。3本课题研究的重点及难点，前期已开展工作3.1课题重点问题及难点：a.硬币的真伪辨别，b.分类分拣功能的设计。c.不同种类的硬币怎么整理成相同运动方式。3.2前期已开展的工作、初选设计方案：（1）查阅相关资料，积累基础知识；（2）初步了解国内外现有的设计及组装（3）选用设计方案（4）运用CAD绘图软件进行制图4、完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）1-3周调研、收集资料完成开题报告4-6周外文翻译、设计计算7-8周结构设计9周中期检查10-11周绘制总装图和零件图12-14周撰写设计说明书、整理设计资料、准备答辩15周答辩指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导教师：年月日所在系审查意见：系主管领导：年月日参考文献[1]吴时欣.国外的硬币机具[J].金融时报.2000年11月21日第6版[2]SidneyM.Davey,Ferndale,RobertJ,Ebbert,etal．Coinwrappingmachine[P].UnitedStates:3382647,May14,1968.[3]JohnK.McCollough,Spartanburg,S.C.Coinwrappingmachine[P].UnitedStates:3583126,June.8,1971.[4]YoshihiroHatanaka.Papersupplyingdeviceincoin-wrappingmachine[P].UnitedStates:3821917,July.2,1974.[5]YoshihiroHatanaka,kazutoAsami,ShiroNakai.Rotarydiskspeedcontrolinautomaticcoinprocessingapparatus[P].UnitedStates:3861408,Jan.21,1975.[6]VictorG.Ristvedt.Wrappedcoinrollandmethodofformingsame[P].UnitedStates:4765464,Aug.23,1988.[7]GaryP.Watts,RichardA.Mazur,JohnF,etal.Softwareloadingsystemforacoinwrapper[P].UnitedStates:5940623,Aug.17,1999.[8]苗晓明,翟江兰.基于虚拟装配的硬币自动包装机设计方法[J].包装工程,2006,27(l):92-94.[9]张丽娟．基于DSP的高速硬币清分系统[D]．南京：南京航空航天大学，2005．[10]潘春岭．基于PC总线的高速硬币清分机研制[D]．南京：南京航空航天大学，2005．[