一种基于红外加热的弯曲钞票展平装置

摘要

一种基于红外加热的弯曲钞票展平装置，属于金融自动化装备技术领域。该装置包括展辊组件、加热装置和传钞轨道等部件；展辊组件包括直径相等、成对安装的四对展辊对；采用碳纤维红外加热管加热，使用反光面罩提升加热效果，同时使用弯曲的传钞轨道对弯曲钞票进行反向弯曲，使之展平。本发明给出了传钞轨道的最小曲率半径与加热温度存在的函数关系，若给定传钞轨道的最小曲率半径的限制条件，可以计算出实现要求展平效果所需最低温度，避免了温度过高影响周围塑料件的安全性；加热的效率高，预热时间短，升温速度快，寿命长；结构上使用了典型的传输方式，可靠性高，易于形成系列化、模块化的设计方案。

权利要求

1.一种基于红外加热的弯曲钞票展平装置，其特征在于，该装置包括传钞轨道(6)、展辊组件(3)、加热装置(1)、前端支板(2)和后端支板(5)；

传钞轨道(6)包括上层导轨板(601)和下层导轨板(602)，上层导轨板和下层导轨板安装于所述前端支板和后端支板之间，在上层导轨板和下层导轨板中段，其曲率半径最小，所述中段的中间面的最小曲率半径与加热温度满足下列数值关系式：Δy＝-0.054+0.00053·T+0.33·r-1+0.00052·T2-1.3×10-6·r-2+-0.54·T·r-1；

其中：Δy为钞票释放后的曲率变化量，单位为mm-1；T为表征钞票被加热到的温度，单位为℃；r为传钞轨道中段的中间面的最小曲率半径，单位为mm；

所述展辊组件依次包括位于上层导轨板上方的前主动辊(301)、中前主动辊(302)、中后主动辊(303)和后主动辊(304)，以及位于下层导轨板下方的分别与前主动辊(301)、中前主动辊(302)、中后主动辊(303)和后主动辊(304)组成展辊对的前压紧辊(305)、中前压紧辊(306)、中后压紧辊(307)和后压紧辊(308)；

所述加热装置(1)设置在中前主动辊(302)和中后主动辊(303)之间，并位于上层导轨板中段最小曲率半径处的上方，该加热装置(1)包括反光面罩(101)和碳纤维红外加热管(102)；在所述上层导轨板(601)的曲率半径最小处，沿上层导轨板的X方向布置一系列用于透光的透光栅格(9)；所述反光面罩开口正对上层导轨板(601)的透光栅格(9)。

2.按照权利要求1所述的一种基于红外加热的弯曲钞票展平装置，其特征在于：所述前主动辊(301)、中前主动辊(302)、中后主动辊(303)、后主动辊(304)、前压紧辊(305)、中前压紧辊(306)、中后压紧辊(307)和后压紧辊(308)均由一个辊轴(13)和多个套在辊轴上的耐热橡胶轮(4)组成。

3.按照权利要求1或2所述的一种基于红外加热的弯曲钞票展平装置，其特征在于：所述的反光面罩其断面为椭圆形。

4.按照权利要求3所述的一种基于红外加热的弯曲钞票展平 装置，其特征在于：所述上层导轨板和下层导轨板上开有与耐热橡胶轮的位置一一对应的辊轮栅格(7)，所述的耐热橡胶轮伸入传钞轨道内部。

说明书

一种基于红外加热的弯曲钞票展平装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种展平弯曲钞票的装置，尤其涉及一种基于红外加热的弯曲钞票展平装置,可以作为一个模块安装在ATM机中，起到展平弯曲钞票的作用，属于金融自动化装备技术领域。

背景技术

[0002] ATM机的传钞模块是一种典型的介质传送机构，需要将纸质钞票高速的传送至指定位置。钞票在ATM机中的存储过程中，会因为力、热等因素的综合作用而发生弯曲变形，从而影响钞票在传钞模块的传输过程。一种典型的原因是钞票在弯曲的卷筒中存放时间过长，由于钞票材料具有的粘弹性特性，在外加的形变不变的条件下，会发生应力松弛，钞票发生永久的弯曲变形。如果钞票本身的弯曲程度过大，会影响钞票的美观，并导致卡钞率的显著提高。为了降低ATM机的卡钞率，需要在ATM机传钞模块的设计过程中考虑为过度弯曲的钞票提供相应的展平功能。

[0003] 展平过程就是让钞票由弯曲程度较大的状态变为弯曲程度较小的状态，实质上是一个让钞票发生反向弯曲形变的过程；由于在ATM机中钞票的传输过程要求传钞速度快，故而难以通过长时间的粘弹性变形来实现展平，只能通过大曲率的外部加载、使得钞票发生塑性变形，进而实现反向弯曲，即展平。这种通过外力让钞票发生反向弯曲时，加载的外力可以用“加载曲率”，即被外力作用下钞票的弯曲曲率来描述，如果产生了塑性变形，则钞票会在外力释放后发生永久的弯曲变形。

[0004] 钞票作为所处理的对象，除了纸张，还有的一些钞票的材质是塑料，例如在澳大利亚、越南等国家，塑料钞被广泛使用。纸张和塑料都是高分子聚合物组成的复杂材料，其力学特性是温度的函数。随着温度的变化，在同样的应力加载条件下，会显现出不同的应变现象。力和温度是影响柔性介质弯曲变形的主要因素。

[0005] 目前市场上的各家ATM机制造商还没有提供包含展平功能模块的产品。在一些研究中，提供了一些通过力学、热学的方法进行展平的技术方案；其中一种是通过波纹辊给钞票进行加筋操作、提高钞票刚度减少弯曲，此种方案容易造成钞票撕裂；第二种是通过皮带带着钞票通过半径为2mm的圆角，给钞票加载极大的反向曲率，使得钞票发生反向塑性形变，进行展平；该方案虽然可以实现展平，但是因为要通过小半径的轨道导致钞票速度不能提高、同时会快速磨损皮带；第三种是将一个直径约为30mm的铜棒加热到160℃以上的高温，同时让钞票贴着其外缘通过，使得钞票发生反向形变，进行展平等等方案，该方案虽然也可以实现展平效果，但是铜棒的热惯性太大，难以在目前的功率和工作环境温度条件下实现表面温度的实时控制，同时加热的温度过高容易造成周围模块的塑料结构件的损坏。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种基于红外加热的弯曲钞票展平装置，使其在不破坏钞票的情况下，对因长期存放导致弯曲的纸质或塑料钞票进行反向弯曲，降低ATM机的卡钞率。

[0007] 本发明的技术方案如下：

[0008] 一种基于红外加热的弯曲钞票展平装置，其特征在于，该装置包括传钞轨道、展辊组件、加热装置、前端支板和后端支板；

[0009] 所述传钞轨道包括上层导轨板和下层导轨板，上层导轨板和下层导轨板位于所述前端支板和后端支板之间，在上层导轨板和下层导轨板中段，其曲率半径最小，所述中段的中间面的最小曲率半径与加热温度满足下列数值关系式：

[0010] Δy＝-0.054+0.00053·T+0.33·r-1+0.00052·T2-1.3×10-6·r-2+-0.54·T·r-1

[0011] 其中：Δy为钞票释放后的曲率变化量，单位为mm-1，T为表征钞票被加热到的温度，单位为℃，

[0012] r为所述传钞轨道中段中间面的最小曲率半径，单位为mm；

[0013] 所述展辊组件依次包括位于上层导轨板上方的前主动辊、中前主动辊、中后主动辊和后主动辊，以及位于下层导轨板下方的分别与前主动辊、中前主动辊、中后主动辊和后主动辊组成展辊对的前压紧辊、中前压紧辊、中后压紧辊和后压紧辊；

[0014] 所述加热装置设置在中前主动辊和中后主动辊之间，并位于上层导轨板中段最小曲率半径处的上方，所述加热装置包括反光面罩和碳纤维红外加热管；在所述上层导轨板的曲率半径最小处，沿上层导轨板的X方向布置一系列用于透光的透光栅格；所述反光面罩开口正对上层导轨板的透光栅格。

[0015] 上述技术方案，其特征在于：所述前主动辊、中前主动辊、中后主动辊、后主动辊、前压紧辊、中前压紧辊、中后压紧辊和后压紧辊均由一个辊轴和多个套在辊轴上的耐热橡胶轮组成。

[0016] 优选地，所述的反光面罩其断面为椭圆形。

[0017] 优选地，所述上层导轨板和下层导轨板上开有与耐热橡胶轮的位置一一对应的辊轮栅格，恰好将所述的耐热橡胶轮伸入传钞轨道内部。

[0018] 本发明具有以下突出的技术效果：①本发明通过实验研究了钞票的弯曲变形特性，对实验获得的数据采用二次曲面拟合的方法，给出了原本是平整的钞票发生永久弯曲变形的曲率变化量与温度和加载曲率之间的经验公式，即传钞轨道的最小曲率半径与加热温度存在的关系式。②使用红外加热，无论是纸质钞票还是塑料钞票，钞票的吸收谱和碳纤维红外加热管的发射谱重合度高，二者都集中在600-1500的波数段内，碳纤维红外加热效果明显，升温速度快。③直接通过辐射传热，不需要加热展辊等介质，介质(主要是玻璃灯罩)需要的热量少，预热时间短。④红外线是光的一种，可以通过灯罩的设计实现聚焦，实现精准加热，减少热的耗散，降低功率的需求，同时因为聚焦而屏蔽了对周围模块的高温干扰，安全性可以保证。⑤通过辐射加热，避免了高温的加热部件直接触碰纸质钞票或者塑料钞票，特别是避免了因为加热部件表面的高温和直接接触的接触力综合作用对塑料钞票造成的损伤。⑥碳纤维使用寿命长，加热效果稳定，内阻变化小，工作时对周围器件的电磁波干扰较小。

附图说明

[0019] 图1为100元人民币钞票弯曲曲率与弦高之间的对应关系图。

[0020] 图2为本发明提供的一种采用红外加热的展平弯曲钞票的装置的一种辐射源位于钞票轨道上方的实施例的三维结构示意图。

[0021] 图3为所述实施例的拆除前端支板后的三维结构示意图。

[0022] 图4为所述实施例的从X方向观察的6-传钞轨道、101-反光面罩、102-碳纤维红外加热管得到的正视图。

[0023] 图5为所述实施例的碳纤维红外加热管的三维结构示意图。

[0024] 图6为所述实施例的反光面罩的三维结构示意图。

[0025] 图7为所述实施例的后端支板和传钞轨道的相对位置示意图。

[0026] 图8为展辊组件的单个展辊的三维结构示意图。

[0027] 图9为所述实施例的前端支板的三维结构示意图。

[0028] 图10为所述实施例的后端支板的三维结构示意图。

[0029] 图中：1-加热装置；2-前端支板；3-展辊组件；4-耐热橡胶轮；5-后端支板；6-传钞轨道；9-透光栅格；13-辊轴；101-反光面罩；102-碳纤维红外加热管；601-上层导轨板；602-下层导轨板；301-前主动辊；302-中前主动辊；303-中后主动辊；304-后主动辊；305-前压紧辊；306-中前压紧辊；307-中后压紧辊；308-后压紧辊；603-传钞轨道中间面；7-辊轮栅格；8-传钞轨道中间面曲率半径最小处；10-反光面罩第一焦点；11-反光面罩第二焦点。

具体实施方式

[0030] 下面结合附图对本发明的原理结构做进一步的说明：

[0031] 图1为100元人民币钞票弯曲曲率与弦高之间的对应关系图。钞票的弯曲变形可以用钞票的“弦高”或者“曲率”来衡量。弦高与曲率之间的关系是简单的几何关系，针对某一个曲率，当弧长确定以后，就可以通过几何推导计算出相应的弦高。特别的，针对一百元人民币，由于其弧长就是钞票的宽度，为固定值77mm，可以通过几何学的计算得出弦高和曲率的对应关系，如图1所示，横轴为曲率，纵轴为弦高，从图中可以看出在相当大的范围内二者具有线性关系。例如，一张钞票如果其弦高为10mm，则可以通过图1读出，其曲率约为0.14mm-1。

[0032] 实验研究发现，在一定温度范围内，用于制造钞票的纸张和塑料满足以下的弯曲变形规律：随着温度的升高和加载曲率的变大，钞票释放后的曲率变化量越大。因而在确定结构的设计参数时，需要知道初始的钞票曲率范围、通过展平装置后要达到的钞票曲率范围，进而计算出相应的曲率变化量，根据曲率变化量和温度以及加载曲率本身的限制来确定最终的结构参数。一般来说，加载曲率是用具有某一曲率半径的传钞轨道或者某一半径的展辊来实现的，加载曲率是所使用的传钞轨道的最小曲率半径或者展辊半径的倒数；温度可以通过添加加热元件来实现。由于钞票在通过小曲率半径的传钞轨道或由小半径的展辊弯曲时会提升卡钞率，所以整个展平装置的设计本质上是为了达到良好的展平效果，本发明权衡了装置的功率、卡钞率等指标，进行了结构参数的优化设计。展平装置就是通过加热钞票达到一定的温度、给钞票加载一定的反向曲率，从而实现弯曲钞票的展平。

[0033] 通过实验研究了钞票的弯曲变形特性，对实验获得的数据采用二次曲面拟合的方法，给出了原本是平整的钞票发生永久弯曲变形的曲率变化量与温度和加载曲率之间的经验公式，即传钞轨道的最小曲率半径与加热温度存在以下数值关系式：

[0034] Δy＝-0.054+0.00053·T+0.33·r-1+0.00052·T2-1.3×10-6·r-2+-0.54·T·r-1

[0035] 其中：Δy为钞票释放后的曲率变化量，单位为mm-1，T为表征钞票被加热到的温度，单位为℃，r为传钞轨道的最小曲率半径，单位为mm，取值范围为8mm≤r≤30mm，表征钞票被加载的弯曲外力。

[0036] 由于钞票由弯曲变平整和由平整变弯曲本质上是一样的变形过程，根据这个经验公式，要实现某一特定的展平效果(用Δy表示)，可以给定一系列温度(用T表示)和加载曲率(用r表征，是r的倒数)的组合，这些组合都可以实现要求的展平效果，在实施时可以从中选择低功率、低卡钞率的方案。

[0037] 在加热方式上，通过研究，用带反光面罩的碳纤维红外加热管进行加热是一种快速、高效的加热方式。为了提高加热效果，快速加热钞票，可以使用椭圆面反光罩，将碳纤维红外加热管置于镜面铝板制成的椭圆面反光罩的第一焦点处，就可以将灯光聚焦于这个椭圆的第二焦点处，当钞票通过第二焦点处时就可以实现钞票的快速加热。

[0038] 在加力方式上，由于在通过加热装置时传钞轨道的一侧已经安装了加热装置，所以无法安装成对的展辊，故本发明使用的加力方式是使钞票在传送过程中通过弯曲的传钞轨道的方式。

[0039] 在弯曲的钞票通过该装置时，展辊的转动带动钞票沿着传钞轨道进行传输，在经过加热装置时，由碳纤维加热管发出的红外光被反光面罩聚焦并透过透光栅格照射在钞票上，钞票被迅速加热，同时因为钞票正在通过弯曲的传钞轨道，发生了反向弯曲，热、力综合作用下，进而实现弯曲钞票的展平。

[0040] 如图2、图3为本发明的结构示意图，一种基于红外加热的弯曲钞票展平装置，其特征在于，该装置包括展辊组件3、加热装置1、传钞轨道6、前端支板2和后端支板5；传钞轨道6包括上层导轨板601和下层导轨板602，上层导轨板和下层导轨板位于所属前端支板和后端支板之间，所述展辊组件依次包括位于上层导轨板上方的前主动辊301、中前主动辊302、中后主动辊303和后主动辊304，以及位于下层导轨板下方的分别与前主动辊301、中前主动辊302、中后主动辊303和后主动辊304组成展辊对的前压紧辊305、中前压紧辊306、中后压紧辊307和后压紧辊308。

[0041] 装置通过展辊组件3的转动使得钞票实现在传钞轨道6内的传输，传动的动力可以通过外接的电机和传动机构实现。

[0042] 如图4为本发明的传钞轨道6和加热装置1的从X方向查看得到的正视图，在上层导轨板601和下层导轨板602中间有一个假想的传钞轨道中间面603，所述传钞轨道中间面的中段为其曲率半径最小处，即传钞轨道中间面曲率半径最小处8，其曲率半径为r。

[0043] 所述加热装置1包括反光面罩101和碳纤维红外加热管102，反光面罩101的断面为椭圆形，一种可行的结构如下：反光面罩101的内表面是其反光面，为抛光后的曲面，在沿着X方向观察的视图中，由于加热装置1、传钞轨道6均沿着X方向布置，所以反光面罩的内表面积聚为一个在长轴的一端有开口的椭圆曲线，碳纤维红外加热管102的外轮廓积聚为一个圆形，其圆心即为碳纤维红外加热管102的轴线，所述圆心与所述椭圆曲线的远离开口的焦点即反光面罩第一焦点10重合；反光面罩101位于上层导轨板601最小曲率半径处的上方；所述椭圆曲线的开口正对上层导轨板601的透光栅格9处，沿着X方向观察，传钞轨道中间面
603积聚为一条曲线，所述椭圆的靠近开口的焦点即反光面罩第二焦点11位于传钞轨道中间面603积聚形成的曲线(即图中的点划线)上。

[0044] 碳纤维红外加热管102的形状如图5所示，一般为外购件，反光面罩101的形状如图6所示，一般使用反光铝板制造；碳纤维红外加热管102的电能提供可以通过外接的电路连接到碳纤维红外加热管102的电极上实现。

[0045] 参见图7，在所述上层导轨板601的曲率半径最小处，沿上层导轨板的X方向(即导轨板的纵向)布置一系列用于透光的透光栅格9；所述反光面罩开口正对上层导轨板601的透光栅格9。在上层导轨板和下层导轨板上开有与耐热橡胶轮的位置一一对应的辊轮栅格7，恰好将所述的耐热橡胶轮伸入传钞轨道内部。

[0046] 参见图8,所述前主动辊、中前主动辊、中后主动辊、后主动辊、前压紧辊、中前压紧辊、中后压紧辊和后压紧辊均由一个辊轴13和多个套在辊轴上的耐热橡胶轮4组成。

[0047] 图9和图10示出了前端支板2和后端支板5互为对称的三维结构示意图。

[0048] 实施例：

[0049] 考虑到ATM机中的具体工况，一方面为了让钞票高速通过时避免卡钞，要求弯曲的传钞轨道的最小曲率半径r≥8mm，考虑到结构的紧凑性，要求r≤30mm；另一方面为了减少其他塑料结构件的安全风险并降低装置的功率，加热的温度越低越好，由经验公式可知在r∈[8,30]区间时，Δy不变，则r越大，需要的T越大，所以为了使T最小，要选择最小的r，即r＝8mm；装置的具体展平性能是实现将原本弦高为14-15mm的钞票进行展平，展平后的弦高小于5mm，要实现弦高变化量为10mm，根据图1曲线的线性性，可知其曲率变化量为0.14mm-1，即要求Δy＝0.14，根据经验公式，代入r＝8，Δy＝0.14，即可算出T的值为67℃，此时可以实现Δy＝0.14的同时，满足结构尺寸限制并使得装置总功率最小。