基于梁运动学分析的高速纸币测厚系统研究

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随着人民币的大量流通,假币、变造币等也正在大量的出现。为了十分有效地鉴别出该类钞票与真钞的区别,纸币的测厚鉴伪就成了点验钞机、清分机十分重要的技术。但是,当前国内大多数银行里的点验钞机、清分机都是使用机械式的测厚系统结构,即利用电涡流传感器检测纸币在过钞过程中弹片(梁)的微小位移变化估计纸币厚度变化。但其中由于测厚系统的机械结构传递的复杂性、机械本身振动影响等都很容易引起电涡流传感器测厚的不准确性。因此就不能完全识别出银行当前普遍出现的假币、变造币厚度异常的问题。为了找出机械式测厚系统纸币测厚的准确性的原因,继而优化机械式测厚系统的机械结构,开展研究在高速运动传输过程的梁的位移变化等迫在眉睫。本文主要是利用纸币清分机中的机械式测厚系统为研究对象,分为下面两个内容展开研究:(1)基于机械式测厚系统的纸币厚度传递过程分析与研究为了很清楚地知道在测厚传递过程中由机械传输引起的测厚不准确性,分析在走钞过程中机械式测厚系统中的关键部件(如摇臂与弹片)的工作状态。本文以清分机的机械式测厚系统为研究对象,详细分析了在走钞传递过程中的摇臂机构、弹片以及电涡流传感器等的工作状态,同时也建立机械式测厚系统传递过程中的数学模型并推导出相应的传递函数;建立梁(弹片)数学模型并推导出相应的挠曲线公式;两者结合推导纸币传输过程中的梁理论挠曲线变化公式。(2)基于高速相机观测测厚系统关键部件在纸币传递过程的运动状态为了分析机械式测厚系统关键部件对测厚造成的不准。本文采用清分机的机械式测厚系统为研究对象,在同一张纸币厚度下,利用高速相机拍摄并结合运动分析软件得到梁(弹片)受力点在静态(低速)下的位移曲线图;利用高速相机拍摄并结合运动分析软件得到的梁受力点以及摇臂接触点在动态(高速)下竖直方向的位移变化图;利用高速相机拍摄梁的运动以及摇臂在高速纸币测厚下的运动并利用运动分析软件得出相关数据,利用matlab绘制出其位移-速度-加速度图像。数据处理与结论:通过在一纸币厚度为0.09mm下,弹片与摇臂接触点的竖直位移为0.071mm;试验得到梁受力点在静态下竖直位移最大为0.063mm;试验得到梁受力点在动态下竖直位移最大为0.064mm。可知在静态下梁受力点竖直方向的理论与实际位移相差0.008mm,绝对误差度达到11.27%,得到电涡流传感器的布局对纸币测厚有很大的影响;在低速与高速下梁受力点的相对误差为0.001mm,得出了梁的微小振动对电涡流传感器的检测具有很大的影响。利用高速相机观测梁与摇臂是否分离,得出的结论是在走钞的过程中,摇臂与梁有一个短暂的分离,导致测厚的不准确性,为后面优化机械式测厚系统打下坚实的基础。
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