滚筒复合式硬币分拣机
杜哲民 孙郑杰 张佳林 李彦 王忠祥 张冲冲
摘要：目前国内的硬币分拣大多为人工操作，筛选效率低，劳动成本高。设计出一种硬币分拣机，包括主体部分以及控制部分，主体部分主要由带孔滚筒、各类滑道和转盘组成，控制部分主要由电机和颜色传感器组成。在滚筒分拣模块中，通过带孔滚筒的转动实现长距离筛选，在转盘单个分离模块中通过转盘的转动和柱形滑道实现硬币单个分离，在颜色识别分离模块中通过颜色识别控制滑道的导向分拣不同颜色的硬币。
关键词：滚筒分拣；转盘单个分离；颜色识别
0引言
随着无人售票、自动售货机的推广，硬币流通量也将大大增加，但大量硬币的清分工作却是摆在我们面前的难题，特别是公交公司、金融部门等每天要对大量硬币进行分类，筛选工作需要大量的人力和时间来完成，导致的结果便是高成本低效率。
现如今国内市场上硬币分拣机种类繁多，但是制造复杂、价格昂贵、缺少实用价值，不适用于中小型硬币处理机构。因此，研究与开发符合我国使用标准且性能稳定、功能完善、高速节能的自动化硬币分拣机有着非常重要的实际意义。本设备旨在通过主体结构部分和自动控制部分的相互配合，实现自动分拣、收集功能，最终达到提高效率，减轻劳动成本。
1 国内外研究概况
硬币分拣问题，国际上多个国家已经研制出来硬币分拣和包装的机器，如日本GLORY公司生产的WR-400C型硬币点算包装机，日本的LAUREL公司生产的LAC-16、劳雷尔LPS-25，瑞士SCANCOIN公司生产的SC22型小型硬币分拣设备。 在国内[1-3]也有多个大学和企业进行过硬币处理机的研制工作。1995年底清华大学与昆明机床有限公司共同研制出YB50型硬币包卷机成功。河北邯郸商通电子有限公司于2007年研制出了ST800A型硬币清分机。
2总体设计构想
作出如图1所示的总体结构图。该设计分为主体部分和控制部分。图中，1-漏斗、2-一号电机、3-外筒、4-收集滑道、5-柱形滑道、6-固定环形缺口挡板、7-颜色传感器、8-新版一角硬币收集滑道、9-五角硬币收集滑道、10-单刀双掷阀门、11-普通滑道、12-二号电机11、13-转盘、14-老版一角硬币收集滑道、15-一元硬币收集滑道、16-芯筒、17-滚筒端盖。
3主体部分
主体部分由漏斗、芯筒、外筒、滚筒端盖、收集滑道、柱形滑道、新版一角硬币收集滑道、五角硬币收集滑道、普通滑道、老版一角硬币收集滑道、一元硬币收集滑道、转盘以及固定环形缺口挡板组成。芯筒为无端盖圆柱薄壁筒，芯筒右侧有螺纹，芯筒壁上冲有圆孔，成杨辉三角排布，所冲孔的长度距芯筒右端的距离为Ll，芯筒内壁上排布成杨辉三角分布的圆柱体，能防止硬币重叠，减缓硬币滑落速度；外筒为无端盖圆柱薄壁筒，外筒右侧有螺纹，外筒壁上圆孔成杨辉三角排布，冲孔的长度距芯筒右端的距离为L2，在外筒内壁上排布成杨辉三角分布的圆柱体能防止硬币重叠，减缓硬币滑落速度；收集滑道，两端为弧形挡板，收集滑道总长为L3，L1、L2、L3满足L1< L2< L3；滚筒端盖车有螺纹并与芯筒和外筒通过螺纹连接，滚筒端盖中部为圆形孔，以使漏斗向芯筒中加入混合硬币；柱形滑道底面为正方形的薄壁滑道，底部与转盘平行，距离为1.5d，d为五角硬币厚度；普通滑道、老版一角硬币收集滑道以及一元硬币收集滑道呈Y型连接。
4控制部分
控制部分由电机、颜色传感器以及单刀双掷阀门组成。电机有两个，其中一个与滚筒端盖连接，从而带动芯筒和外筒转动，一个与转盘连接，从而带动转盘转动。颜色传感器安放在普通滑道的顶端。单刀双掷阀门安装于老版一角硬币收集滑道和一元硬币收集滑道交点处。
5具体实施方式
滚筒复合式硬币分拣机，包括主体部分以及控制部分。在作业时，打开电源，将适量混合的硬币放入漏斗，硬币会随漏斗底部的导管进入芯筒，在芯筒的转动下，除一元硬幣外的硬币进入外筒，一元硬币从芯筒的底端进入一元硬币收集滑道；进入外筒的硬币，在外筒的转动下，除老版一角硬币外的硬币进入收集滑道，老版一角硬币从外筒的底端进入老版一角硬币收集滑道；进入收集滑道的硬币沿滑道进入柱形滑道成柱形排布，柱形滑道的底端与转盘平行，且相距1.5倍五角硬币厚度，硬币通过固定环形缺口挡板的缺口进入普通滑道，经过颜色传感器的识别区时，由颜色传感器进行颜色辨别，如若识别为银白色，则将信号传至单刀双掷阀门，单刀双掷阀门至于五角硬币收集滑道滑道人口处打开新版一角硬币收集滑道入口，硬币进入新版一角硬币收集滑道，如识别为黄色，则将信号传至单刀双掷阀门，单刀双掷阀门至于新版一角硬币收集入口处打开五角硬币收集滑道入口，五角硬币进入五角硬币收集滑道。当漏斗中无剩余硬币，则分拣完成，切断电源，整理己分拣完成的硬币。
6机构优势
该滚筒复合式硬币分拣机降低了人工分拣工作成本，减少了大量人力消耗，通过滚筒上孔和圆柱的配合加大了混合硬币的分散度，在通过滚筒倾斜角度和一号电机转速的协调，可提高硬币分拣的精确度，通过颜色的差异，可精确地区分外观尺寸区别较小的新版一角硬币和五角硬币，使用方便，便于安装及操作，分离精确度好，分离效率高。
7经济性分析
该装置采用滚筒式筛选，避免了传送带式结构复杂、占用空间较大的缺点，滚筒可以通过增加转动的圈数从而提升硬币与孔接触的频率，这样既节约了空间，又节省了材料。由于该滚筒式硬币筛选机的筛选桶和硬币摩擦接触，所以选择有机玻璃作为筛选桶材料，化学稳定，耐磨，易加工，透明性强。硬币的收集装置，采用ABS板作为材料，成本较低。该硬币筛选机可以在1分钟筛选约500枚硬币，筛选效率高，筛选精度大。
8应用前景
此滚筒式硬币筛选机制造容易、使用方便，可以解决人工分拣的繁琐，可以广泛地应用于超市、银行及公交公司等场合。该装置无需二次清分，准确性高，省时省力，而其单件制造成本约为1000元，有良好的市场前景。
参考文献：
[1]郭星，商云男.ST800A型硬币清分机造型设计研究[J].包装工程.2007.28（8）：164-166.
[2]董祥龙.具有自动分拣、自动辨伪功能硬币分拣包装机的设计与研究[D].东北大学，2010：2-9.
[3]郎家峰.硬币检测清分系统研究[D].南京航空航天大学，2005.
