专利名称：用于确定钞票厚度的设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于确定钞票厚度的设备和方法。
背景技术：
现金分配器(cash dispenser)是在自动柜员机中使用的在请求时分配纸币的机电设备。现金分配器通常由控制逻辑板、到主机器的通信端口、机动化传递机构(例如马达、带、辊子和带轮)和多个现金盒的阵列构成。美国专利6，903，358公开了利用从利用光传感器获得的非常小的模拟信号。然而，用于遮蔽落在传感器上的光量的狭缝的运动非常小。因而，来自传感器的电压变化需要较大放大率并且输出较低SNR。旋转可变差动变压器(RVDT)可以用于惰轮偏转角的角度检测。用于转动RVDT的机械臂和连杆容易超出界限。机械臂和连杆的有限质量给运动增加了显著惯性，从而导致初始运动延迟以及峰值角度处的过冲。质量的钟摆效应给出振铃(衰减振动)信号。RVDT 容易受到附近磁场(例如驱动马达或螺线管)的影响。输出信号是交流信号，该交流信号需要复杂且快速的电路来进行瞬时信号捕捉。现金分配器具有机械系统，所述机械系统通常通过摩擦辊子和压板从现金盒内的堆叠一次一张地移除单张钞票。然而，如果该机械系统由于不同的湿度水平或机械老化 (例如辊子的材料变老并且僵硬)，则有可能同时移除两张或更多张的钞票。期望提供一种检测是否发生这种状况的设备以改进现金分配器的可靠性。因而，对于所有处理纸张类介质的机器来说新的检测方法都十分重要。
实用新型内容在第一优选方面中，提供了一种用于确定钞票厚度的设备，所述设备包括用于发出光束的光发生器；和用于检测所发出的光束的至少一部分的传感器阵列；其中所述钞票的厚度通过由所述传感器阵列检测所发出的光束的预定位置的变化来确定。所发出的光束的预定位置的变化可以通过所述光发生器响应于进入路径的纸张基板的厚度运动一偏转角θ引起，所述路径限定在惰轮和固定辊子之间，所述惰轮连接至操作地附接至所述光发生器的保持器。 所述惰轮可以通过惰轮臂连接至所述保持器。所述惰轮的位置可以相对于进入限定在惰轮和固定辊子之间的路径的纸张基板的厚度移位。所述传感器阵列可以具有至少20DPI的分辨率。所述设备可以进一步包括孔口控制件，所述孔口控制件放置在所述光发生器的前面，用于控制所发出的光束的尺寸，使得光束的宽度小于所述传感器阵列的作用区域的尺寸。所述孔口控制件可以是来自由会聚透镜、鲍威尔透镜、狭缝和针孔遮蔽件构成的组中的任一个。所述光发生器可以是激光二极管、可见光源或不可见红外发射器。在第二方面中，提供了一种用于确定钞票厚度的方法，所述方法包括将光束的至少一部分发射到传感器阵列上；通过由所述传感器阵列检测所发出的光束的预定位置的变化确定所述钞票的厚度。所述光束可以由光发射器发出，并且所发出的光束的预定位置的变化是通过所述光发生器响应于进入路径的纸张基板的厚度运动一偏转角θ引起的，所述路径限定在惰轮和固定辊子之间，所述惰轮连接至操作地附接至所述光发生器的保持器。
下面将参照附图描述本实用新型的实施例，在附图中图1是根据本实用新型的一个实施方式的现金分配器设备的框图；图2是根据本实用新型的一个实施方式的描绘落在传感器阵列上的光束的图和相关的电压图；图3是根据本实用新型的一个实施方式的当存在纸张基板时的电压图；图4是根据本实用新型的一个实施方式的描绘落在传感器阵列上的偏心光束的图(其中未测量照明区域的位于传感器作用区域(元件N)外的部分)和相关的电压图；图5是根据本实用新型的一个实施方式的偏心光束的电压图，其中在存在不同厚度的纸张基板时照明区域的一部分位于传感器作用区域外；图6是示出当有两张钞票在一起时的框图；以及图7是示出当纸张基板比正常薄(即不同介质)时的框图。
具体实施方式
参照图1、图6和图7，提供了一种现金分配器设备100。该现金分配器设备100总体上包括光发生器8和远距传感器阵列10。光发生器8刚性地安装在保持器11上。由光发生器8发出的、落在传感器阵列10上的光束的偏转用于检测引入的纸张基板1的厚度。 现金分配器设备100应该不透来自周围环境的光以使信噪比保持高于可接收水平。进入的纸张1具有预定厚度α并且沿着限定在固定辊子2和惰轮3之间的路径行进。固定辊子2的位置不改变并且以其旋转轴线为中心旋转以使纸张基板1沿着固定辊子2和惰轮之间的路径移动。惰轮3附接至从保持器11的枢转点5(中心)伸出的惰轮臂 4。惰轮臂4刚性地连接至保持器11和惰轮3。这使得能够将惰轮3的所有线性运动转换和转变成保持器11的角运动。进入的纸张1的厚度α将导致惰轮3的位置移位，并且作为响应，惰轮臂4导致保持器11围绕枢转点5旋转偏转角θ。例如，较厚的纸张基板1将导致惰轮3发生更大位移，这导致偏转角θ更大。更大的偏转角θ又导致发出的光束12 横向偏移更大距离。保持器11可围绕枢转点5自由旋转偏转角θ。保持器11的旋转在存在纸张基板1时通过惰轮3和惰轮臂4产生。传感器阵列10安装在距离保持器11的枢转点5距离P 处。纸张基板1的厚度与传感器装置从基准点分开设置的有效距离的测量值有关。因而，纸张基板1上的褶皱会将传感器装置的距离设置得比在平坦纸的情况下大。纸张基板 1的真实厚度在该情况下不改变。传感器阵列10是在一维线性取向或二维区域内的紧密区域中排列在一起的光电感测元件的集合，其中每个传感器元件(像素)IOA与其他传感器元件紧密相邻，并且朝向相同的入射光源具有类似的电响应。每个像素的输出与落在它们上的入射光的量成比例。 换言之，如果不均勻光分布被投射在传感器阵列10上，则获得横跨传感器阵列10的不均勻输出信号。该输出是数字和/或模拟电压信号并且稍后由现金分配器100的微控制器20 或比较器进行处理。转到图6，在进入的纸张基板1上存在褶皱或多于一张的纸张基板堆叠在一起的情况下，纸张基板1的较大有效厚度α，将设置较大的偏转角θ，并且最终将导致较大的线性位移D’。D’位于传感器阵列10的区域内。在这种情况下，现金分配器100可以确定是否超过了与单张纸张基板1的厚度对应的预定量。褶皱纸张或堆叠在一起的多于一张的纸张能够被传送至坏纸张路径而不是传送至正常的好纸张路径。如果D’显著地大于与单张纸张基板1的已知厚度对应的预定量，则微处理器20 获知有多于一张的单张纸张基板1正在通过惰轮3和固定辊子2之间。转到图7，另选地，在D’显著小于预定量的情况下，微处理器20获知可能没有单张纸张基板1，其可能是不是由纸张制成的不同类型的介质或期望的介质。这可能是因为在纸张堆叠中错误地混入了纸张基板。光发生器8将转过偏转角θ，并且光束12垂直于光发生器8发出。在第一实施方式中，传感器阵列10通过在同一片硅基板上以高密度(例如200到 1000DPI像素精度)形成光电感测元件IOA的阵列并以单个IC形式封装而构成。这种形成方式可以在诸如照相机中使用的2D CXD或CMOS芯片或扫描仪中使用的ID CXD或CIS之类的传感器单元中找到。通过该方法形成的作用区域大致与用于光检测的IC上的暴露硅区域具有相同尺寸。在第二实施方式中，传感器阵列10通过将分立的光电传感器IOA焊接在PCB上或将它们安装在机械保持器中以形成一片紧密构成的光电传感器组件。所述分立的光电传感器IOA可以是表面安装的光电晶体管或光电二极管。然而，该组件给出了更低的像素精度 (小于20DPI)，这是由于每个分立光电传感器的晶片尺寸比第一实施方式的大得多，并且其封装材料使得其过于庞大而无法将许多光电传感器安装在小区域内。通常在每个光电传感器10之间存在间隙，从而引入了不精确性。光发生器8从诸如激光二极管、可见光源或不可见红外发射器之类的光源产生光束12。光发生器8在恒定电源或脉冲控制的开/关电路的作用下操作以节约光发射器8的能量和寿命。孔口控制件9(例如会聚透镜或狭缝或针孔遮蔽件)放置光发生器8的前面， 以控制光束的尺寸，使得照射光斑的宽度小于传感器阵列10的作用区域的尺寸。在一些实施方式中，所述孔口控制件是鲍威尔透镜，所述鲍威尔透镜产生改进的线均勻性并用于产生直线。投射在传感器阵列10上的光束的形状并不重要。然而，重要的是一侧或两侧的光束边缘必须位于传感器阵列10的作用区域内以给出明亮和黑暗之间的阈值读数。在没有纸张1的状况下，从光发生器8发出的光束12在位置D投射在传感器阵列 10上。这给出了位于D的中心的局部最大读数点。由于光束12的宽度小于传感器阵列10 的宽度，因此光束12的边缘生成了用于位置检测的阈值水平。参照图2，光学12的整个宽度落在传感器阵列10上。传感器阵列10的传感器元件1至N的电压(电信号)如图中所示给出上升和下降边沿。始终存在没有光的低噪音电平和照明区域中的近似饱和电平。在传感器阵列10的传感器元件1之前和元件N之后没有电压信号。参照图3，当存在纸张基板1时，偏转角θ将光束12横向偏移到新的位置D’。位移D’由如下公式表示D，= P · sin ( θ )假定传感器阵列10垂直与光束12，在大多数情况下偏转角0°彡θ彡5°。P = IOcmD，=P. sin(5° )D，= P. 0. 08716D，= 0. 8716cm参照图4，偏心光束12落在传感器阵列10上。传感器阵列10的传感器元件1到 N的电压(电信号)仅给出了一个边沿。该单个边沿或者是上升沿或者是下降沿。在传感器阵列10的传感器元件N之外没有电压信号。参照图5，通过检测光束12的光边缘的位置变化，能够通过现金分配器100确定纸张基板1的厚度。传感器阵列10的分辨率(DPI)起到了重要作用。传感器阵列10的DPI 越高，D和D’之间将有更多像素经历局部最大和光束边缘位置的变化。因而将给予现金分配器10精确的结果来确定纸张基板1的厚度。在传感器阵列10中的元件N之外没有电压信号。光发生器8质量较轻并且靠近保持器11的枢转点5定位。例如，非常明亮的LED 8的小的塑料孔口 9可以分别用作所述光发生器8和孔口控制件9。惯性和钟摆对惰轮3、 惰轮臂4、保持器11、光发生器8和孔口控制件9的影响较小。假定光束12具有足够功率到达传感器阵列10，则传感器距离P可以延长至与现金分配器100的最大尺寸一样远。这增加了由于偏转角θ引起的位移D’的大�。换岽疵飨匀钡�。尽管已经描述了钞票，但可以设想本实用新型可以用于确定其他货币类可流通票据或本票或纸类礼券或票。本领域技术人员应意识到，在不脱离宽泛描述的本实用新型的范围或精神的情况下可以对具体实施方式
中所示的本实用新型进行各种改变和/或修改。因此，当前的实施方式应被认为在所有方面都是示例性而非限制性的。
权利要求1.一种用于确定钞票厚度的设备，所述设备包括用于发出光束的光发生器；和用于检测所发出的光束的至少一部分的传感器阵列；其特征在于，所述钞票的厚度通过由所述传感器阵列检测所发出的光束的预定位置的变化来确定。
2.根据权利要求1所述的用于确定钞票厚度的设备，其特征在于，所发出的光束的预定位置的变化是通过所述光发生器响应于进入路径的纸张基板的厚度运动一偏转角(θ ) 引起的，所述路径限定在惰轮和固定辊子之间，所述惰轮连接至操作地附接至所述光发生器的保持器。
3.根据权利要求2所述的用于确定钞票厚度的设备，其特征在于，所述惰轮通过惰轮臂连接至所述保持器。
4.根据权利要求3所述的用于确定钞票厚度的设备，其特征在于，所述惰轮的位置相对于进入限定在惰轮和固定辊子之间的路径的纸张基板的厚度移位。
5.根据权利要求1所述的用于确定钞票厚度的设备，其特征在于，所述传感器阵列具有至少20DPI的分辨率。
6.根据权利要求1所述的用于确定钞票厚度的设备，所述设备还包括孔口控制件，所述孔口控制件放置在所述光发生器的前面，用于控制所发出的光束的尺寸，使得光束的宽度小于所述传感器阵列的作用区域的尺寸。
7.根据权利要求6所述的用于确定钞票厚度的设备，其特征在于，所述孔口控制件是来自由会聚透镜、鲍威尔透镜、狭缝和针孔遮蔽件构成的组中的一个。
8.根据权利要求1所述的用于确定钞票厚度的设备，其特征在于，所述光发生器是激光二极管、可见光源或不可见红外发射器。
专利摘要本实用新型涉及一种用于确定钞票(1)的厚度的设备(100)，所述设备包括用于发出光束(12)的光发生器(8)；和用于检测所发出的光束(12)的至少一部分的传感器阵列(10)；其中所述钞票(1)的厚度通过由所述传感器阵列(10)检测从所发出的光束(12)的预定位置的变化来确定。
文档编号G01B11/06GK202255300SQ201120329130
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月1日 优先权日2010年9月3日
发明者廖伯文 申请人:确力电子有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
