一种基于接触加热的弯曲钞票展平装置的制作方法

本发明涉及一种展平弯曲钞票的装置，尤其涉及一种基于接触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：

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。

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。

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。

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。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于接触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。

本发明的技术方案如下：

一种基于接触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、加热装置、传钞轨道、前端支板和后端支板；所述展辊组件和加热装置安装在前端支板和后端支板上；所述展辊组件包括直径相等的前主动辊、中主动辊、后主动辊、前压紧辊和后压紧辊，前主动辊、中主动辊和后主动辊成v形布置，前主动辊和后主动辊分别与前压紧辊和后压紧辊成对安装；

每个展辊的半径与加热温度存在以下关系式：

δy＝-0.054+0.00053·t+0.33·r^-1+0.00052·t²-1.3×10^-6·r^-2+-0.54·t·r^-1

式中：δy为钞票释放后的曲率变化量，单位为mm^-1，t为钞票被加热到的温度，单位为℃，r为展辊的半径，取值范围为8≤r≤30，单位为mm；

所述传钞轨道包括上层导轨板和下层导轨板，所述前主动辊、中主动辊和后主动辊位于上层导轨板的上方，前压紧辊、后压紧辊和加热装置位于下层导轨板的下方；

所述加热装置的外部为筒状加热带，内部采用陶瓷加热片，筒状加热带与中主动辊下方接触且与之相互压紧。

上述技术方案中，其特征在于：所述前主动辊、中主动辊、后主动辊、前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。

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。

上述技术方案中，其特征在于：所述的加热装置还包括上盖板和下支架；陶瓷加热片置于下支架和上盖板之间，筒状加热带包裹在陶瓷加热片外部。

优选地，在上盖板的两侧对称设置一个用于加热装置轴向定位的定位凸台，在后端支板上设有一个与加热装置的下支架的后端形状和大小一致、用于支撑和安装加热装置的支撑凸台，在前支板上有一个用于支撑和安装加热装置的安装孔。

本发明具有以下优点及突出的技术效果：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和温度、加载曲率之间的经验公式，即每个展辊的半径与加热温度存在的关系式。②接触式加热可以在短时间内将被加热的物体加热到与热源温度相同，尤其是在加热钞票这种薄膜材料时其加热所需要的时间在与热源接触良好时约等于零。③筒状传热带可以直接使用打印机中的定影膜，无需自行设计和制造。通过筒状传热带可以迅速导热，筒状传热带厚度十分轻薄，热惯性小，加热这种介质需要的热量少，预热时间短。④陶瓷加热片的温度易于控制，可以实现在某一温度区间内精确加热，进而控制展平效果；通过使用陶瓷加热片控制加热温度，可以避免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钞票造成的损伤。

附图说明

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。

图2为本发明提供的一种基于接触加热的弯曲钞票展平装置的实施例的三维结构示意图。

图3为钞票展平装置拆除前端支板后的三维结构示意图。

图4为加热装置从前上方视角查看的三维结构示意图。

图5为加热装置的从后下方视角查看的三维结构示意图。

图6为加热装置的后视图。

图7为展辊组件中的单个展辊的三维结构示意图。

图8为传钞轨道的等轴测三维结构示意图。

图9为本发明前端支板的从正视视角查看的等轴测三维结构示意图。

图10为本发明后端支板的从正视视角查看的等轴测三维结构示意图。

图中：1-加热装置、101-陶瓷加热片、102-上盖板、103-下支架、104-筒状传热带、105-定位凸台、2-前端支板、201-安装孔、3-展辊组件、301-前压紧辊、302-前主动辊、303-中主动辊、304-后主动辊、305-后压紧辊、4-耐热橡胶轮、5-后端支板、501-支撑凸台、6-传钞轨道、601-上层导轨板、602-下层导轨板、7-辊轴、8-辊轮栅格。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理结构做进一步的说明：

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。

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。

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和温度、加载曲率之间的经验公式，即每个展辊的半径与加热温度存在以下关系式：

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为所用展辊的半径，单位为mm，取值范围为8mm≤r≤30mm，表征钞票被加载的弯曲外力。

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。

如图2、图3为本发明的结构示意图。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；所述展辊组件3和加热装置1安装在前端支板2和后端支板5上；所述展辊组件包括形状大小相同但位置不同的五个展辊：前主动辊302、中主动辊303、后主动辊304、前压紧辊301和后压紧辊305，所述前主动辊302、中主动辊303和后主动辊304成v形布置，所述前压紧辊301和后压紧辊305分别与前主动辊和后主动辊成对安装；每个展辊通过轴承安装在前端支板2和后端支板5上。

传钞轨道6包括对钞票的传输过程进行限位和引导的上层导轨板601和下层导轨板602，前主动辊302、中主动辊303和后主动辊304位于上层导轨板的上方，前压紧辊301、后压紧辊305和加热装置1位于下层导轨板的下方；

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。

图4、图5和图6为本发明的加热装置的结构示意图。在加热方式上，本发明使用了筒状传热带包裹陶瓷加热片作为加热装置，筒状传热带直接使用定影膜，是一种快速、高效的加热方式，无需自行设计制造；加热装置的电能提供可以通过外接的电路连接到加热陶瓷片的电极上实现；该加热装置1包括陶瓷加热片101、筒状传热带104、下支架103和上盖板102，筒状传热带104位于展辊组件的中主动辊303下方且与之相互压紧，陶瓷加热片101置于下支架103和上盖板102之间，筒状传热带104包裹于陶瓷加热片101、下支架103和上盖板102的外部。陶瓷加热片101、筒状传热带104、下支架103、上盖板102之间的更清晰的相对位置关系参见图6给出的后视图。

在上盖板102的两侧对称设置一个用于加热装置1轴向定位的定位凸台105，在后端支板上设有一个与加热装置1的下支架103后端的形状和大小一致、用于支撑和安装加热装置1的支撑凸台501；结合图9，在前支板上有用于支撑和安装加热装置1的安装孔201，加热装置1的前端从前端支板2的安装孔201中伸出；从图5可以看出加热装置1的后端的形状，特别是下支架103中空部分的形状，结合图10给出的后端支板5上的用于支撑的支撑凸台501的形状，可知支撑凸台501伸入下支架103中空部分的后端。

在弯曲的钞票通过本发明时，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，由展辊压紧在加热装置上，钞票被迅速加热，同时因为钞票被包裹在展辊上，发生了反向弯曲，进而可以实现弯曲钞票的展平。

在加力方式上，为了实现令钞票反向弯曲到一定曲率的过程更加可控，同时将钞票压紧在加热装置上实现接触式加热，本发明使用的加力方式是使钞票在传送过程中包裹住一定半径的展辊方式。

图7为单个展辊实施例的结构示意图。所述前主动辊302、中主动辊303、后主动辊304、前压紧辊301和后压紧辊305均由一个辊轴7和多个套在辊轴上的耐热橡胶轮4组成，将多个耐热橡胶轮均匀的套在辊轴上，使耐热橡胶轮能与传钞轨道上的辊轮栅格8一一对应。如图8传钞轨道的结构示意图所示，上层导轨板和下层导轨板上开有与橡胶轮的位置一一对应的辊轮栅格8，用于将橡胶轮伸入导轨内部。

实施例：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，要求展辊的半径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。