本發(fā)明涉及一種展平彎曲鈔票的裝置，尤其涉及一種基于接觸加熱的彎曲鈔票展平裝置,可以作為一個模塊安裝在atm機中，起到展平彎曲鈔票的作用，屬于金融自動化裝備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

atm機的傳鈔模塊是一種典型的介質(zhì)傳送機構(gòu)，需要將紙質(zhì)鈔票高速的傳送至指定位置。鈔票在atm機中的存儲過程中，會因為力、熱等因素的綜合作用而發(fā)生彎曲變形，從而影響鈔票在傳鈔模塊的傳輸過程。一種典型的原因是鈔票在彎曲的卷筒中存放時間過長，由于鈔票材料具有的粘彈性特性，在外加的形變不變的條件下，會發(fā)生應(yīng)力松弛，鈔票發(fā)生永久的彎曲變形。如果鈔票本身的彎曲程度過大，會影響鈔票的美觀，并導(dǎo)致卡鈔率的顯著提高。為了降低atm機的卡鈔率，需要在atm機傳鈔模塊的設(shè)計過程中考慮為過度彎曲的鈔票提供相應(yīng)的展平功能。

展平過程就是讓鈔票由彎曲程度較大的狀態(tài)變?yōu)閺澢潭容^小的狀態(tài)，實質(zhì)上是一個讓鈔票發(fā)生反向彎曲形變的過程；由于在atm機中鈔票的傳輸過程要求傳鈔速度快，故而難以通過長時間的粘彈性變形來實現(xiàn)展平，只能通過大曲率的外部加載、使得鈔票發(fā)生塑性變形，進而實現(xiàn)反向彎曲，即展平。這種通過外力讓鈔票發(fā)生反向彎曲時，加載的外力可以用“加載曲率”，即被外力作用下鈔票的彎曲曲率來描述，如果產(chǎn)生了塑性變形，則鈔票會在外力釋放后發(fā)生永久的彎曲變形。

鈔票作為所處理的對象，除了紙張，還有的一些鈔票的材質(zhì)是塑料，例如在澳大利亞、越南等國家，塑料鈔被廣泛使用。紙張和塑料都是高分子聚合物組成的復(fù)雜材料，其力學(xué)特性是溫度的函數(shù)。隨著溫度的變化，在同樣的應(yīng)力加載條件下，會顯現(xiàn)出不同的應(yīng)變現(xiàn)象。力和溫度是影響柔性介質(zhì)彎曲變形的主要因素。

目前市場上的各家atm機制造商還沒有提供包含展平功能模塊的產(chǎn)品。在一些研究中，提供了一些通過力學(xué)、熱學(xué)的方法進行展平的技術(shù)方案；其中一種是通過波紋輥給鈔票進行加筋操作、提高鈔票剛度減少彎曲，此種方案容易造成鈔票撕裂；第二種是通過皮帶帶著鈔票通過半徑為2mm的圓角，給鈔票加載極大的反向曲率，使得鈔票發(fā)生反向塑性形變，進行展平；該方案雖然可以實現(xiàn)展平，但是因為要通過小半徑的軌道導(dǎo)致鈔票速度不能提高、同時會快速磨損皮帶；第三種是將一個直徑約為30mm的銅棒加熱到160℃以上的高溫，同時讓鈔票貼著其外緣通過，使得鈔票發(fā)生反向形變，進行展平等等方案，該方案雖然也可以實現(xiàn)展平效果，但是銅棒的熱慣性太大，難以在目前的功率和工作環(huán)境溫度條件下實現(xiàn)表面溫度的實時控制，同時加熱的溫度過高容易造成周圍模塊的塑料結(jié)構(gòu)件的損壞。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于接觸加熱的彎曲鈔票展平裝置，使其在不破壞鈔票的情況下，對因長期存放導(dǎo)致彎曲的紙質(zhì)或塑料鈔票進行反向彎曲，降低atm機的卡鈔率。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于接觸加熱的彎曲鈔票展平裝置，其特征在于，該裝置包括展輥組件、加熱裝置、傳鈔軌道、前端支板和后端支板；所述展輥組件和加熱裝置安裝在前端支板和后端支板上；所述展輥組件包括直徑相等的前主動輥、中主動輥、后主動輥、前壓緊輥和后壓緊輥，前主動輥、中主動輥和后主動輥成v形布置，前主動輥和后主動輥分別與前壓緊輥和后壓緊輥成對安裝；

每個展輥的半徑與加熱溫度存在以下關(guān)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為鈔票釋放后的曲率變化量，單位為mm^-1，t為鈔票被加熱到的溫度，單位為℃，r為展輥的半徑，取值范圍為8≤r≤30，單位為mm；

所述傳鈔軌道包括上層導(dǎo)軌板和下層導(dǎo)軌板，所述前主動輥、中主動輥和后主動輥位于上層導(dǎo)軌板的上方，前壓緊輥、后壓緊輥和加熱裝置位于下層導(dǎo)軌板的下方；

所述加熱裝置的外部為筒狀加熱帶，內(nèi)部采用陶瓷加熱片，筒狀加熱帶與中主動輥下方接觸且與之相互壓緊。

上述技術(shù)方案中，其特征在于：所述前主動輥、中主動輥、后主動輥、前壓緊輥和后壓緊輥均由一個輥軸和多個套在輥軸上的耐熱橡膠輪組成。

優(yōu)選地，所述上層導(dǎo)軌板和下層導(dǎo)軌板上開有與耐熱橡膠輪的位置一一對應(yīng)的輥輪柵格。

上述技術(shù)方案中，其特征在于：所述的加熱裝置還包括上蓋板和下支架；陶瓷加熱片置于下支架和上蓋板之間，筒狀加熱帶包裹在陶瓷加熱片外部。

優(yōu)選地，在上蓋板的兩側(cè)對稱設(shè)置一個用于加熱裝置軸向定位的定位凸臺，在后端支板上設(shè)有一個與加熱裝置的下支架的后端形狀和大小一致、用于支撐和安裝加熱裝置的支撐凸臺，在前支板上有一個用于支撐和安裝加熱裝置的安裝孔。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點及突出的技術(shù)效果：①本發(fā)明通過實驗研究了鈔票的彎曲變形特性，對實驗獲得的數(shù)據(jù)采用二次曲面擬合的方法，給出了原本是平整的鈔票發(fā)生永久彎曲變形的曲率變化量和溫度、加載曲率之間的經(jīng)驗公式，即每個展輥的半徑與加熱溫度存在的關(guān)系式。②接觸式加熱可以在短時間內(nèi)將被加熱的物體加熱到與熱源溫度相同，尤其是在加熱鈔票這種薄膜材料時其加熱所需要的時間在與熱源接觸良好時約等于零。③筒狀傳熱帶可以直接使用打印機中的定影膜，無需自行設(shè)計和制造。通過筒狀傳熱帶可以迅速導(dǎo)熱，筒狀傳熱帶厚度十分輕薄，熱慣性小，加熱這種介質(zhì)需要的熱量少，預(yù)熱時間短。④陶瓷加熱片的溫度易于控制，可以實現(xiàn)在某一溫度區(qū)間內(nèi)精確加熱，進而控制展平效果；通過使用陶瓷加熱片控制加熱溫度，可以避免因為加熱部件表面的高溫和直接接觸的接觸力綜合作用對鈔票造成的損傷。

附圖說明

圖1為100元人民幣鈔票彎曲曲率與弦高之間的對應(yīng)關(guān)系圖。

圖2為本發(fā)明提供的一種基于接觸加熱的彎曲鈔票展平裝置的實施例的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為鈔票展平裝置拆除前端支板后的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為加熱裝置從前上方視角查看的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為加熱裝置的從后下方視角查看的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為加熱裝置的后視圖。

圖7為展輥組件中的單個展輥的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為傳鈔軌道的等軸測三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為本發(fā)明前端支板的從正視視角查看的等軸測三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10為本發(fā)明后端支板的從正視視角查看的等軸測三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-加熱裝置、101-陶瓷加熱片、102-上蓋板、103-下支架、104-筒狀傳熱帶、105-定位凸臺、2-前端支板、201-安裝孔、3-展輥組件、301-前壓緊輥、302-前主動輥、303-中主動輥、304-后主動輥、305-后壓緊輥、4-耐熱橡膠輪、5-后端支板、501-支撐凸臺、6-傳鈔軌道、601-上層導(dǎo)軌板、602-下層導(dǎo)軌板、7-輥軸、8-輥輪柵格。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)做進一步的說明：

圖1為100元人民幣鈔票彎曲曲率與弦高之間的對應(yīng)關(guān)系圖。鈔票的彎曲變形可以用鈔票的“弦高”或者“曲率”來衡量。弦高與曲率之間的關(guān)系是簡單的幾何關(guān)系，針對某一個曲率，當弧長確定以后，就可以通過幾何推導(dǎo)計算出相應(yīng)的弦高。特別的，針對一百元人民幣，由于其弧長就是鈔票的寬度，為固定值77mm，可以通過幾何學(xué)的計算得出弦高和曲率的對應(yīng)關(guān)系，如圖1所示，橫軸為曲率，縱軸為弦高，從圖中可以看出在相當大的范圍內(nèi)二者具有線性關(guān)系。例如，一張鈔票如果其弦高為10mm，則可以通過圖1讀出，其曲率約為0.14mm^-1。

實驗研究發(fā)現(xiàn)，在一定溫度范圍內(nèi)，用于制造鈔票的紙張和塑料滿足以下的彎曲變形規(guī)律：隨著溫度的升高和加載曲率的變大，鈔票釋放后的曲率變化量越大。因而在確定結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)時，需要知道初始的鈔票曲率范圍、通過展平裝置后要達到的鈔票曲率范圍，進而計算出相應(yīng)的曲率變化量，根據(jù)曲率變化量和溫度以及加載曲率本身的限制來確定最終的結(jié)構(gòu)參數(shù)。一般來說，加載曲率是用具有某一曲率半徑的傳鈔軌道或者某一半徑的展輥來實現(xiàn)的，加載曲率是所使用的傳鈔軌道的最小曲率半徑或者展輥半徑的倒數(shù)；溫度可以通過添加加熱元件來實現(xiàn)。由于鈔票在通過小曲率半徑的傳鈔軌道或由小半徑的展輥彎曲時會提升卡鈔率，所以整個展平裝置的設(shè)計本質(zhì)上是為了達到良好的展平效果，本發(fā)明權(quán)衡了裝置的功率、卡鈔率等指標，進行了結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計。展平裝置就是通過加熱鈔票達到一定的溫度、給鈔票加載一定的反向曲率，從而實現(xiàn)彎曲鈔票的展平。

通過實驗研究了鈔票的彎曲變形特性，對實驗獲得的數(shù)據(jù)采用二次曲面擬合的方法，給出了原本是平整的鈔票發(fā)生永久彎曲變形的曲率變化量和溫度、加載曲率之間的經(jīng)驗公式，即每個展輥的半徑與加熱溫度存在以下關(guān)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為鈔票釋放后的曲率變化量，單位為mm^-1，t為表征鈔票被加熱到的溫度，單位為℃；r為所用展輥的半徑，單位為mm，取值范圍為8mm≤r≤30mm，表征鈔票被加載的彎曲外力。

由于鈔票由彎曲變平整和由平整變彎曲本質(zhì)上是一樣的變形過程，根據(jù)這個經(jīng)驗公式，要實現(xiàn)某一特定的展平效果(用δy表示)，可以給定一系列溫度(用t表示)和加載曲率(用r表征，是r的倒數(shù))的組合，這些組合都可以實現(xiàn)要求的展平效果，在實施時可以從中選擇低功率、低卡鈔率的方案。

如圖2、圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。該裝置包括展輥組件3、加熱裝置1、傳鈔軌道6、前端支板2和后端支板5；所述展輥組件3和加熱裝置1安裝在前端支板2和后端支板5上；所述展輥組件包括形狀大小相同但位置不同的五個展輥：前主動輥302、中主動輥303、后主動輥304、前壓緊輥301和后壓緊輥305，所述前主動輥302、中主動輥303和后主動輥304成v形布置，所述前壓緊輥301和后壓緊輥305分別與前主動輥和后主動輥成對安裝；每個展輥通過軸承安裝在前端支板2和后端支板5上。

傳鈔軌道6包括對鈔票的傳輸過程進行限位和引導(dǎo)的上層導(dǎo)軌板601和下層導(dǎo)軌板602，前主動輥302、中主動輥303和后主動輥304位于上層導(dǎo)軌板的上方，前壓緊輥301、后壓緊輥305和加熱裝置1位于下層導(dǎo)軌板的下方；

裝置通過展輥組件3的轉(zhuǎn)動使得鈔票實現(xiàn)在傳鈔軌道6內(nèi)的傳輸，傳動的動力可以通過外接的電機和傳動機構(gòu)實現(xiàn)。

圖4、圖5和圖6為本發(fā)明的加熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。在加熱方式上，本發(fā)明使用了筒狀傳熱帶包裹陶瓷加熱片作為加熱裝置，筒狀傳熱帶直接使用定影膜，是一種快速、高效的加熱方式，無需自行設(shè)計制造；加熱裝置的電能提供可以通過外接的電路連接到加熱陶瓷片的電極上實現(xiàn)；該加熱裝置1包括陶瓷加熱片101、筒狀傳熱帶104、下支架103和上蓋板102，筒狀傳熱帶104位于展輥組件的中主動輥303下方且與之相互壓緊，陶瓷加熱片101置于下支架103和上蓋板102之間，筒狀傳熱帶104包裹于陶瓷加熱片101、下支架103和上蓋板102的外部。陶瓷加熱片101、筒狀傳熱帶104、下支架103、上蓋板102之間的更清晰的相對位置關(guān)系參見圖6給出的后視圖。

在上蓋板102的兩側(cè)對稱設(shè)置一個用于加熱裝置1軸向定位的定位凸臺105，在后端支板上設(shè)有一個與加熱裝置1的下支架103后端的形狀和大小一致、用于支撐和安裝加熱裝置1的支撐凸臺501；結(jié)合圖9，在前支板上有用于支撐和安裝加熱裝置1的安裝孔201，加熱裝置1的前端從前端支板2的安裝孔201中伸出；從圖5可以看出加熱裝置1的后端的形狀，特別是下支架103中空部分的形狀，結(jié)合圖10給出的后端支板5上的用于支撐的支撐凸臺501的形狀，可知支撐凸臺501伸入下支架103中空部分的后端。

在彎曲的鈔票通過本發(fā)明時，展輥的轉(zhuǎn)動帶動鈔票沿著傳鈔軌道進行傳輸，在經(jīng)過加熱裝置時，由展輥壓緊在加熱裝置上，鈔票被迅速加熱，同時因為鈔票被包裹在展輥上，發(fā)生了反向彎曲，進而可以實現(xiàn)彎曲鈔票的展平。

在加力方式上，為了實現(xiàn)令鈔票反向彎曲到一定曲率的過程更加可控，同時將鈔票壓緊在加熱裝置上實現(xiàn)接觸式加熱，本發(fā)明使用的加力方式是使鈔票在傳送過程中包裹住一定半徑的展輥方式。

圖7為單個展輥實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。所述前主動輥302、中主動輥303、后主動輥304、前壓緊輥301和后壓緊輥305均由一個輥軸7和多個套在輥軸上的耐熱橡膠輪4組成，將多個耐熱橡膠輪均勻的套在輥軸上，使耐熱橡膠輪能與傳鈔軌道上的輥輪柵格8一一對應(yīng)。如圖8傳鈔軌道的結(jié)構(gòu)示意圖所示，上層導(dǎo)軌板和下層導(dǎo)軌板上開有與橡膠輪的位置一一對應(yīng)的輥輪柵格8，用于將橡膠輪伸入導(dǎo)軌內(nèi)部。

實施例：考慮到atm機中的具體工況，一方面為了讓鈔票高速通過時避免卡鈔，要求展輥的半徑r≥8mm，考慮到結(jié)構(gòu)的緊湊性，要求r≤30mm；另一方面為了減少其他塑料結(jié)構(gòu)件的安全風(fēng)險并降低裝置的功率，加熱的溫度越低越好，由經(jīng)驗公式可知在r∈[8,30]區(qū)間時，δy不變，則r越大，需要的t越大，所以為了使t最小，要選擇最小的r，即r＝8mm；裝置的具體展平性能是實現(xiàn)將原本弦高為14-15mm的鈔票進行展平，展平后的弦高小于5mm，要實現(xiàn)弦高變化量為10mm，根據(jù)圖1曲線的線性性，可知其曲率變化量為0.14mm^-1，即要求δy＝0.14，根據(jù)經(jīng)驗公式，代入r＝8，δy＝0.14，即可算出t的值為67℃，此時可以實現(xiàn)δy＝0.14的同時，滿足結(jié)構(gòu)尺寸限制并使得裝置總功率最小。