一種基于Solidworks的新型硬幣鑒偽分揀機設計

董祥龍 李中會

（東華大學機械工程學院，上海 201620）

引言

眾所周知，硬幣是一個國家金融系統中不可缺少的一環，它規格統一、易于識別、不易磨損，可以進行長時間的流通。因此，在世界各國得到了廣泛的應用[1]。我國迄今為止已經發行了4套182枚硬幣，并都參與流通。然而隨著時代的發展，小硬幣卻也產生了大問題。多則新聞報道了銀行面對大量混雜的硬幣一籌莫展：一來硬幣質量較大，難以儲存；二來分揀需要大量的人力，耗時費力。近年來，隨著假幣的日漸猖獗，硬幣問題越演越烈。報道顯示，昆明公交僅去年一年就收到73萬元假硬幣，給集團帶來巨大損失[2]。由此可見，設計一臺具有鑒偽功能的硬幣分揀機意義重大。

1 硬幣分揀機的機械結構設計

1.1 機械結構部分方案

結構部分的設計應滿足：首先實現預定的總體尺寸要求；其次能夠實現硬幣的分離、分揀、傳輸和儲存；第三具有一定的強度能夠支撐其整個機器；最后還應保證各電子元器件安裝到位。因此在以上要求下設計了如下五個主要結構單元：硬幣分離單元、硬幣處理單元、硬幣輸送單元、硬幣包裝單元和假幣剔除單元。硬幣分離單元利用離心力的原理將成堆放入的硬幣分散開，并送入硬幣筒中形成一個縱向序列；硬幣處理單元則通過結構的尺寸控制來實現對目前主流的四種大小硬幣（小1角、5角、大1角和1元）的分揀；硬幣輸送單元則利用硬幣自身的重力產生動力來將硬幣送入制定的收幣筒內；硬幣包裝單元暫時儲存硬幣輸送單元送過來的硬幣，在儲存滿了之后通過轉動送到操作者的手中進行包裝；假幣剔除單元利用電渦流傳感器對硬幣進行真偽判斷，在出現假幣時，電磁鐵吸合，打開假幣剔除單元的入口，此時假幣將沿著軌道滑入假幣容器中，實現分離。

1.2 硬幣分離單元

硬幣分離單元包含進幣盤、進幣盤下和分幣盤三個主要零件。如圖1所示，進幣盤為倒圓臺型設計，傾角按照經驗和實驗結果取30°，設計容量為一次容納500枚硬幣，經過計算取高度為40mm。此造型既能夠容納硬幣，也保證了硬幣能在自身重力的作用下沿盤壁下滑至分幣盤上。分幣盤在電機的作用下高速旋轉，其上的硬幣在與盤面之間的摩擦力的作用下做離心運動，最終運動到分幣盤的圓周附近，在左右兩側的開口處滑入硬幣筒中。在重力的作用下下落并形成一個縱向的硬幣序列，以供硬幣處理單元利用。

圖1 硬幣分離單元

1.3 硬幣處理單元

硬幣處理單元包含了上蓋板、分揀盤和分揀盤下三個主要零件。如圖2所示，上一單元的硬幣形成的硬幣序列在分揀盤的作用下一一從硬幣筒中滑出，并沿著分揀盤下做圓周運動，此時將經過由小到大的四個孔，硬幣經過時將會依次落下小1角、5角、大1角和1元。上蓋板的作用是防止硬幣在高速移動時偏離預定軌道，分揀盤在電機的作用下旋轉而產生動力，分揀盤下則提供了四種類型的孔和硬幣運行表面。為提高分揀的效率，在保證尺寸盡可能小的情況下，將分揀過程設計為兩個硬幣入口，一次旋轉帶出兩枚硬幣，每180°完成一次分揀，因此僅有一對缺口的分揀盤旋轉一周將分出4枚硬幣。分揀盤設計有6對缺口，每轉將分出24枚硬幣。大大增加了分揀效率。

圖2 硬幣處理單元

1.4 硬幣輸送單元

硬幣輸送單元包括接幣盤和軌道兩種主要零件。如圖3所示，其中接幣盤包括3種共10個，分別為真幣接幣盤左4個、真幣接幣盤右4個和假幣接幣盤2個；軌道同樣為3種共10個，分別為軌道左4個、軌道右4個和假幣軌道2個。硬幣從分揀盤下中掉落后經由接幣盤掉到軌道上，再沿著軌道進入下一單元。此處不僅利用虛擬裝配調整軌道的角度和尺寸，還從制造加工性出發來設計本單元。其中接幣盤外形為圓柱型，而軌道則采用了平面設計，3種軌道都由3mm的鋼板制成，加工工藝性更加優越。

圖3 硬幣輸送單元

1.5 硬幣包裝單元

本單元是將硬幣導向機構輸送過來的硬幣收集，并在數量達到時轉出送達操作者手中。利用硬幣自身的重力實現落幣和收集，在硬幣容器滿了之后通過電機控制機構底部的轉盤轉動，將硬幣送到操作者的手中。經研究國內外的一些含有包裝機構的大型硬幣處理設備后，得到如下結論：此類機器一般價格昂貴并且體積龐大[3][4]。因此設計出如圖4所示的包裝流程。此過程方便簡單，既有效地利用了操作者的人力成本，也大大縮減了結構尺寸，使得在桌面型設備中實現了包裝。方法如下：首先特別制作一種一端開口、一端封閉的紙筒，開口端多出一部分可以將其套在硬幣容器上。然后將它們一起放入包裝出幣機構中，在硬幣收集達到一定數量之后，將硬幣容器取出，將開口一端以人力擰緊，并實現封閉，最后將含有硬幣的紙筒倒出即可得到包裝成卷的硬幣卷。

圖4 包裝流程圖

2 基于電渦流傳感器的鑒偽原理和實驗驗證

分別選用直徑20mm和直徑8mm的電渦流傳感器進行實驗驗證。實驗對象為7種材質、4種大小的硬幣以及3種偽幣。對每個硬幣測出12個數據，并用折線圖表示出來如圖5和圖6所示。圖5所示的為直徑8mm的傳感器探頭與基礎面距離為固定2.6mm時得到的數據。可以看出，所有數據大致可以分為四個區域：其中舊版小1角、舊版5角和偽幣3反饋值完全相同，無法分辨；大1角單獨列出；偽幣1和偽幣2互相交叉且與其他折線明顯分離；剩下的硬幣都互有交叉。圖6所示的為直徑20mm的傳感器探頭測得的數據，結果從上到下共有6個區域。其中新版1元和舊版1元發生了重合，但因其都是1元，并不影響結果；偽幣1和偽幣2互相重合，但因都是偽幣，也不會影響結果；最下面舊版小1角、舊版5角與偽幣3又發生了重合。

由此得到結論：偽幣1與2可以通過傳感器容易的辨別，但偽幣3由于材質的特性與舊版小1角以及舊版5角相似而無法分辨。所以電渦流傳感器可以用來進行大部分偽幣的鑒別，但也有一定的局限性，在材質相似的情況下容易產生誤判。但根據實際情況，偽幣主要出現在1元上，因此將鑒偽單元單獨放在1元的出口處時，將可以大大提高鑒偽分辨率。

圖5 測試結果一

圖6 測試結果二

3 結論

本文從結構上提出了一種小型桌面式硬幣鑒偽分揀機模型，從原理和結構上實現了對硬幣的分離、分揀、鑒偽和包裝。通過實驗驗證了電渦流傳感器鑒偽是可行的，并通過改進安裝位置提高了鑒偽分辨率。

[1]郭星，商云男.ST800A型硬幣清分機造型設計研究[J].包轉工程,2007,28(8):164～166.

[2]李文忠.昆明公交去年收到73萬元假硬幣一年損失百萬元[N].都市時報，2010-01-20.

[3]肖麗英.YB50全自動硬幣計數、包卷機的研制[J].包轉工程,2003,24(3):28～29.

[4]邵成科.硬幣鑒偽方法與自動包裝設備的技術方案設計[D].華北電力大學碩士論文,2005,2.

[5]趙丁選.光機電一體化設計使用手冊[M].北京:化學工業出版社,2003:67～69.