устройство управления подающим колесом стопоукладчика и способ стартстопной синхронизации подающего колеса

Формула изобретения

1. Устройство для стартстопной синхронизации подающего колеса стопоукладчика в устройстве контроля и обработки листового материала, имеющее подающее колесо со множеством спиральных пальцев, образующих карманы, в которые периодически поступают листы, шаговый двигатель, предназначенный для приведения подающего колеса во вращение, и контроллер, предназначенный а) для остановки подающего колеса в первом положении, в котором первый лист, не сминаясь, может войти в первый карман, на время, необходимое для входа первого листа в первый карман,

б) для поворота подающего колеса перед подходом к нему второго листа на один шаг во второе положение, в котором второй лист, не сминаясь, может войти во второй карман, и

в) для остановки подающего колеса во втором положении на время, необходимое для входа второго листа во второй карман, и обеспечивающий тем самым старт-стопную синхронизацию подающего колеса с подходящими к нему листами.

2. Устройство по п.1, в котором контроллер по заднему фронту поступающего в него из главного контроллера синхронизирующего сигнала начинает шаговый поворот подающего колеса.

3. Устройство по п.2, в котором при отсутствии в течение определенного времени синхронизирующего сигнала контроллер начинает цикл опорожнения колеса.

4. Устройство по п.1, в котором контроллер управляет шаговым поворотом подающего колеса таким образом, что колесо сначала постепенно разгоняется до максимальной скорости, а затем постепенно замедляется до полной остановки.

5. Устройство по п.1, в котором устройство для контроля листового материала представляет собой устройство для контроля банкнот.

6. Способ старт-стопной синхронизации подающего колеса стопоукладчика в устройстве для контроля и обработки листового материала, при этом указанное подающее колесо имеет множество спиральных пальцев, образующих карманы, в которые периодически поступают листы, и приводится во вращение шаговым двигателем, заключающийся в том, что:

а) останавливают подающее колесо и удерживают его неподвижным в первом положении, в котором первый лист, не сминаясь, может войти в первый карман на время, необходимое для входа первого листа в первый карман,

б) поворачивают подающее колесо на один шаг до подхода к нему второго листа во второе положение, в котором второй лист, не сминаясь, может войти во второй карман, и

в) останавливают подающее колесо и удерживают его неподвижным во втором положении на время, необходимое для входа второго листа во второй карман, обеспечивая тем самым старт-стопную синхронизацию подающего колеса с подходящими к нему листами.

7. Способ по п.6, в котором при выполнении операции б) из главного контроллера получают синхронизирующий сигнал, по заднему фронту которого начинают шаговый поворот подающего колеса.

8. Способ по п.7, в котором при отсутствии синхронизирующего сигнала в течение определенного времени начинают цикл опорожнения колеса.

9. Способ по п.6, в котором при шаговом повороте подающего колеса его сначала постепенно разгоняют до максимальной скорости, а затем постепенно замедляют до полной остановки.

10. Способ по п.6, в котором листы представляют собой банкноты.

Описание изобретения к патенту

Предпосылки создания изобретения

1. Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству для контроля или обработки листового материала, например банкнот, в частности к устройству для укладывания в стопки или накопления листового материала (стопоукладчику) устройства для контроля или обработки листового материала. Стопоукладчик имеет по меньшей мере одно лопастное, или подающее, колесо, в которое селективно подаются прошедшие контроль или обработку листы, шаговый двигатель, вращающий подающее колесо, принимающее листы и укладывающее их в стопки, и схему управления шаговым двигателем, синхронизирующую движение колеса с движением листов вращением подающего колеса в старт-стопном, или прерывистом (шаговом), режиме. Режим вращения колеса задается контроллером, и колесо, которое вращается только в промежутках между подходами к нему листов, во время входа листов в образующие накопительные карманы промежутки между пальцами (лопастями) колеса остается неподвижным, что исключает возможность столкновения входящих в колесо листов с краями его накопительных карманов.

Настоящее изобретение относится также к способу накопления или укладывания в стопки прошедших контроль или обработку листов и их селективного отвода в стопоукладчик, в котором для накопления листов и укладывания листов в стопки используют лопастное подающее колесо. При осуществлении предлагаемого в изобретении способа подающее колесо поворачивают только в промежутках между подходами листов к колесу и оставляют неподвижным и правильно позиционированным к моменту подхода к нему каждого листа, что исключает возможность столкновения входящих в колесо листов с краями его накопительных карманов.

2. Уровень техники

Колеса стопоукладчиков, называемые также звездочками или накопительными лопастными колесами, широко применяются для накопления и укладывания в стопки прошедшего контроль или обработку листового материала, например банкнот. Показанное на фиг.1-3 колесо 1 стопоукладчика известной конструкции имеет множество спиральных лопастей (пальцев) 4, которые образуют накопительные карманы 5. В процессе вращения колеса карманы 5 последовательно подходят к входному желобу 6, и по результатам контроля (например, после определения номинала банкнот) листы селективно направляются в желоб поворотной заслонкой 7. В карманах скорость поступательного движения листов падает, и листы без каких-либо повреждений могут быть уложены в пачки. После попадания листов в карманы 5 колеса оно переводится в режим очистки (опорожнения), и находящиеся в карманах листы собираются в приемном лотке 8.

Обработка банкнот обычно происходит с высокой скоростью, поэтому повреждения листов, происходящие до их попадания в соответствующие карманы колеса в результате столкновения листа с одним из спиральных пальцев 4, как это проиллюстрировано на фиг.2, могут привести к пропускам в подаче листов в приемный лоток или к заеданию колеса из-за смятия листов.

Возможность столкновения листов с колесом возникает при малейшем отклонении времени подхода листов к подающему (накопительному) колесу от номинального значения.

Для уменьшения вероятности столкновений было предложено увеличить угол входа листа в карман, снизив тем самым возможность удара листа в заднюю поверхность пальца перед входом листа в карман, что, однако, не привело к существенному снижению количества соударений. Более эффективный, но и более сложный известный в настоящее время способ снижения соударений и смятия листов основан на синхронизации вращения колеса с зафиксированным моментом подхода листов к накопителю путем изменения его скорости вращения, в частности ускорением или замедлением колеса для компенсации отклонения момента подхода листа к накопителю от номинального значения.

Для синхронизации вращения колеса стопоукладчика с движением поступающих к нему листов в стопоукладчиках известной конструкции используют, как показано на фиг.3, по меньшей мере один оптический датчик 9, расположенный по ходу движения листов до колеса (накопителя) и выдающий информацию о движении листов к входному желобу 6. Выходные сигналы датчика или датчиков поступают в микроконтроллер 10. Микроконтроллер 10 передает временные сигналы (отметки времени) в контроллер 11 двигателя, который определяет время подхода листа к колесу и регулирует скорость приводимого во вращение шаговым двигателем 12 колеса таким образом, что лист входит в один из карманов 5 колеса строго в момент совпадения входа в карман с траекторией движения листа. Кроме того, микроконтроллер 10 синхронизирует работу заслонки 7 и/или контроллера 7' заслонки, направляя банкноты в тот или иной накопитель или на дальнейшую обработку.

Как показано на фиг.4, при управлении устройством, показанным на фиг.3, известным способом микроконтроллер 10, получив сигнал с выхода оптического датчика 9 (шаг 1), передает информацию о проходе листа в контроллер 11 двигателя, который по полученной от микроконтроллера 10 информации рассчитывает время подхода листа к карману колеса (шаг 2). Затем на основании данных о положении или фазе шагового двигателя 12 его контроллер 11 рассчитывает величину замедления или ускорения колеса, необходимую для того, чтобы карман колеса оказался в требуемом положении точно в момент подхода к нему листа (шаг 3). Аналогичная процедура повторяется и при подходе к датчику 9 следующего листа.

В таком способе управления стопоукладчиком, показанным на фиг.3, все расчеты и регулирование скорости должны выполняться в промежутке времени между моментом подхода листа к оптическому датчику 9 и моментом его подхода к подающему колесу 1. В устройстве для контроля банкнот США или Канады, в котором скорость проверки достигает 10 банкнот в секунду, промежуток времени между подходом к оптическому датчику переднего края банкноты и подходом банкноты к подающему колесу составляет приблизительно 13,5 мс, а время до момента входа в карман заднего края банкноты составляет от 22 до 24 мс. Из-за большой скорости обработки, а также из-за большого момента, необходимого для ускорения или замедления двигателя в течение очень небольшого промежутка времени между моментом окончания расчета требуемой скорости и подходом банкноты к колесу, к шаговому двигателю, вращающему подающее колесо, предъявляются очень высокие требования.

Примером решения проблемы, связанной с большим вращающим моментом двигателя, может служить устройство управления двигателем непрерывно вращающегося подающего колеса, предложенное в патенте US 5641156. В предложенной в этом патенте системе для снижения величины ускорения или замедления, необходимой для точного согласования положения колеса с подходящими к нему банкнотами, шаговый двигатель изменяет скорость вращения колеса только в том случае, когда шаг, или расстояние между банкнотами выходит за допустимые пределы, при этом скорость вращения колеса изменяется на величину, достаточную для того, чтобы колесо пришло в положение, в котором в него может войти банкнота. Кроме того, для дополнительного снижения величины регулирования скорости подающего колеса в предложенном устройстве используют отдельный привод, предназначенный для ускорения или замедления самих банкнот.

Однако даже с учетом предложенных в патенте US 5641156 решений для надежной синхронизации колеса и банкнот необходимо использовать очень сложные системы регулирования и сравнительно мощный двигатель, что приводит к ограничению скорости обработки банкнот и увеличению стоимости и веса всего устройства контроля и обработки банкнот и потребляемой им мощности.

Краткое изложение сущности изобретения

Первой задачей настоящего изобретения является разработка такого устройства для высокоскоростной обработки и/или контроля листового материала с подающим колесом со множеством спиральных пальцев, образующих карманы для прошедших контроль и/или обработку листов, в котором вызванная отклонениями от номинального времени подхода листов к колесу вероятность смятия листов была бы сведена к минимуму.

Второй задачей настоящего изобретения является разработка такого устройства для высокоскоростной обработки и/или контроля листового материала с подающим колесом со множеством спиральных пальцев, образующих карманы для прошедших контроль и/или обработку листов, в котором позиционирование с высокой точностью карманов и попадание в них последовательно движущихся листов осуществлялось бы без постоянного контроля и/или регулирования скорости подающего колеса для компенсации отклонений времени подхода листов к колесу от номинального значения.

Третьей задачей настоящего изобретения является разработка такого устройства для высокоскоростной обработки и/или контроля листового материала с подающим колесом со множеством спиральных пальцев, образующих карманы для прошедших контроль и/или обработку листов, в котором позиционирование с высокой точностью карманов и попадание в них последовательно движущихся листов осуществлялось бы без каких-либо выполняемых в реальном времени расчетов времени подхода листов к колесу или без постоянного регулирования положения колеса.

Четвертой задачей настоящего изобретения является разработка такого устройства для высокоскоростной обработки и/или контроля листового материала с подающим колесом со множеством спиральных пальцев, образующих карманы для прошедших контроль и/или обработку листов, в котором позиционирование с высокой точностью карманов и попадание в них последовательно движущихся листов осуществлялось бы с использованием шагового двигателя с шаговым поворотом по заданным параметрам, позволяющим снизить до минимума вращающий момент двигателя и, следовательно, уменьшить его мощность и защитить подающее колесо и находящиеся в нем листы от усилий, возникающих при внезапных повторяющихся ускорениях и замедлениях колеса.

Пятой задачей настоящего изобретения является разработка такого устройства для высокоскоростной обработки и/или контроля листового материала с подающим колесом со множеством спиральных пальцев, образующих карманы для прошедших контроль и/или обработку листов, в котором потребление энергии накопительным устройством было бы сведено к минимуму.

Шестой задачей настоящего изобретения является разработка такого способа управления содержащим множество образующих спиральные карманы пальцев подающим колесом устройства для высокоскоростной обработки и/или контроля листового материала, который при вхождении листов в карманы позволял бы исключить столкновение листов с краями таких карманов и который не требовал бы выполнения в реальном времени расчетов времени подхода листов к колесу или постоянного регулирования скорости колеса для компенсации отклонений времени подхода листов к колесу от номинального значения.

Указанные выше задачи решаются с помощью предлагаемого в предпочтительном варианте стопоукладчика с подающим колесом, в котором к моменту подхода листов к колесу совмещение карманов колеса с входным желобом осуществляется не замедлением или ускорением непрерывно вращающегося колеса, а его шаговым поворотом по заданным параметрам до совмещения одного из карманов колеса с желобом и остановкой колеса в этом положении до тех пор, пока лист не войдет в карман колеса.

Предлагаемый в изобретении шаговый поворот подающего колеса из одного заданного неподвижного положения в другое исключает необходимость в выполнении в реальном времени расчета момента подхода листа к колесу, поскольку при этом в отличие от известных конструкций с непрерывным вращением колеса, в которых колесо должно быть остановлено строго в момент подхода к нему листа, колесо можно остановить в любой момент времени до подхода к нему следующего листа. Поэтому при продолжительности поворота колеса, меньшей минимального интервала времени между подходами к колесу последовательно движущихся листов, поворот колеса можно начинать в любой момент времени после входа листа в карман по любому сигналу, связанному с движением листов, в частности:

1) по сигналу оптического датчика, расположенного до подающего колеса или на входе в стопоукладчик,

2) по синхронизирующим сигналам главного контроллера стопоукладчика или по сигналам управления заслонкой либо

3) по любому другому сигналу, связанному с движением листов.

Поворот колеса можно, например, начинать через определенное время после регистрации заднего фронта сигнала оптического датчика или заднего фронта связанного с ним синхронизирующего сигнала ("synch"), поскольку период времени от прохода заднего края листа под оптическим датчиком, расположенным до входного желоба обычного стопоукладчика, до входа листа в карман можно определить заранее.

Следует отметить, что настоящее изобретение предполагает возможность шагового поворота подающего колеса различными способами, однако наиболее предпочтительным является вариант, в котором предлагаемая в изобретении система управления стопоукладчиком имеет программируемый микроконтроллер прерываний, задающий такой режим ускорения и замедления колеса, при котором колесо после входа в него листа поворачивается на определенный угол, равный, например, 30 градусам. Поворот колеса предпочтительно начинать в момент прохождения заднего фронта (среза) синхроимпульса, поступающего из главного контроллера в программируемый микроконтроллер прерываний и в контроллер заслонки в качестве сигнала о том, что очередной лист подходит к колесу и должен в него войти. Отставание переднего фронта синхроимпульса от предыдущего импульса может быть любым, однако для того, чтобы между запуском нового импульса и моментом подхода к колесу следующей банкноты оставалось определенное время, задний фронт синхроимпульса должен опережать момент входа в карман колеса заднего края листа.

Так, например, при обработке или контроле банкнот США или Канады со скоростью десять банкнот в секунду поворот подающего колеса можно начинать через 9,5 мс после прохода под оптическим датчиком заднего края банкноты, т.е. приблизительно за 4 мс до того, как задний край банкноты войдет в подающее колесо, и через 4 мс после начального (стартового) синхроимпульса.

В предпочтительном варианте изобретения синхроимпульс используют не только для начала поворота колеса по заднему фронту импульса, но и для начала очистки (опорожнения) подающего колеса от собирающихся в его карманах листов или банкнот. Так, в частности, при отсутствии синхроимпульса в течение определенного периода времени, например в течение 100 мс, начинается цикл опорожнения, продолжающийся в течение шести последовательных поворотов колеса. При появлении во время опорожнения колеса синхроимпульса необходимо иметь достаточный запас времени для того, чтобы колесо успело повернуться в нужное положение для завершения если не всего цикла, то по меньшей мере данного этапа опорожнения. В предлагаемом в изобретении стопоукладчике остается достаточно времени для завершения начавшегося этапа опорожнения, поскольку цикл шагового поворота колеса продолжается приблизительно 30 мс, а передний фронт синхроимпульса по меньшей мере на 35 мс опережает момент подхода к подающему колесу следующей банкноты или другого листа.

Еще одна особенность предпочтительного варианта изобретения заключается в том, что для сведения к минимуму усилий, возникающих при внезапном ускорении и замедлении подающего колеса, параметры ускорения и замедления шагового двигателя, передаваемые программируемым микроконтроллером прерываний в контроллер шагового двигателя, обеспечивают максимально плавный разгон колеса до полной скорости и такое же плавное его последующее замедление. Для дополнительной защиты подающего колеса от ударной нагрузки вал подающего колеса можно соединить с двигателем винтовой пружиной или другим демпфирующим устройством.

Краткое описание чертежей

На прилагаемых к описанию чертежах показано:

на фиг.1 и 2 - схемы входа банкноты в известное подающее колесо,

на фиг.3 - схема известного стопоукладчика с постоянным регулированием скорости синхронизированного подающего колеса,

на фиг.4 - блок-схема регулирования скорости известного подающего колеса,

на фиг.5 - схема предлагаемого в предпочтительном варианте изобретения стопоукладчика с непрерывным регулированием скорости синхронизированного подающего колеса,

на фиг.6 - временная диаграмма контроллера шагового двигателя подающего колеса, выполненного в соответствии с предпочтительным вариантом настоящего изобретения, и

на фиг.7 - блок-схема программы управления двигателем стопоукладчика, показанного на фиг.5.

Предпочтительные варианты выполнения изобретения

Показанный на фиг.5 стопоукладчик устройства для высокоскоростной обработки и/или контроля листового материала, выполненный в соответствии с предпочтительным вариантом, имеет подающее колесо 20 со множеством спиральных пальцев 21, образующих карманы 22, в которых собираются прошедшие контроль и/или обработку листы, например банкноты США или Канады, и разделительные карточки. Стопоукладчик имеет транспортер с приводными лентами 23 и 24, который с большой скоростью перемещает листы к управляемой контроллером 26 заслонке 25, предназначенной для сортировки листов по результатам их контроля, например по номиналу банкнот. Отсортированные листы проходят через входной желоб 27 с роликами 28 и 29 к подающему колесу 20, которое переносит листы к приемному лотку, накопителю или другому устройству 30, в котором они собираются в пачки или подвергаются дальнейшей обработке.

Подающее колесо приводится в движение выходным валом 32 шагового двигателя 31, работой которого управляет контроллер 33. Общее управление работой по меньшей мере стопоукладчика в устройстве контроля и/или обработки листов осуществляет главный контроллер 34, который через отдельный оптический интерфейс соединен с программируемым микроконтроллером 35 прерываний, соединенным в свою очередь с контроллером 33 шагового двигателя.

Программируемый микроконтроллер прерываний выполняет две следующие функции:

1. Для совмещения карманов подающего колеса с входным желобом к моменту подхода листа к колесу программируемый микроконтроллер прерываний выдает в контроллер 33 шагового двигателя команду на поворот шагового двигателя 31 в положение, в котором карман подающего колеса находится на пути движения банкноты, и на остановку колеса до входа листа в его накопительный карман.

2. Программируемый микроконтроллер прерываний определяет также момент начала цикла опорожнения подающего колеса и выдает в контроллер шагового двигателя команду на поворот колеса для его опорожнения от находящихся в карманах листов, которые собираются в приемном лотке 30.

Ниже указано, что в предпочтительном варианте изобретения обе эти команды выдаются в ответ на синхронизирующий сигнал SYNCH, который из главного контроллера подается в микроконтроллер и может использоваться для управления контроллером 26 заслонки. Появление синхронизирующего сигнала зависит от результатов проведенного до стопоукладчика контроля и/или обработки листа, т.е. информации о том, что лист обработан полностью и находится на пути в накопительное устройство или должен быть направлен в подающее колесо (специалистам хорошо известно, что каждое устройство такого типа или накопитель листового материала обычно имеет не одно показанное на схеме, а несколько последовательно расположенных подающих колес). Кроме того, длительность синхронизирующего сигнала должна быть достаточной для того, чтобы обеспечить прохождение банкноты и ее подход к стопоукладчику, и поэтому по меньшей мере появление заднего фронта синхронизирующего сигнала зависит от выходного сигнала датчика 36, определяющего подход листа к заслонке 25.

Как показано на фиг.6 и 7, которые иллюстрируют работу устройства для контроля листового материала на примере банкнот США и Канады, при подходе проверенной банкноты (БН) к подающему колесу и после пуска устройства или после предыдущего опорожнения колеса (во время которого колесо опорожняется и поворачивается в положение, в котором новая банкнота может войти в один из его карманов), в программируемый контроллер прерываний поступает синхронизирующий сигнал SYNCH (шаг 101), и через 4 мс после прохождения переднего края (ПК) банкноты под оптическим датчиком 36 (выходной сигнал которого обозначен на фиг.6 буквами PDE) банкнота подходит к подающему колесу (шаг 102). Затем под датчиком 36 проходит задний край (ЗК) банкноты, который через 4 мс входит в подающее колесо, после чего в контроллер прерываний синхронизирующий импульс SYNCH перестает поступать (шаг 103).

В момент поступления заднего фронта синхронизирующего импульса программируемый микроконтроллер 35 прерываний запускает новый цикл шагового поворота колеса, в течение первых 6 мс которого колесо остается неподвижным, после чего в течение 30 мс колесо поворачивается, разгоняясь до максимальной угловой скорости (шаг 104) и постепенно останавливаясь (шаг 105). Подающее колесо останавливается и остается неподвижным в положении приема банкноты до прихода в стопоукладчик следующей банкноты и поступления в контроллер прерываний заднего фронта следующего синхронизирующего импульса или до начала цикла опорожнения.

Цикл опорожнения колеса, во время которого колесо очищают от накопившихся в нем банкнот, начинается в том случае, если в течение заданного периода времени в контроллер прерываний не поступит синхронизирующий импульс, указывающий на наличие на входе в стопоукладчик очередной банкноты. В рассматриваемом примере этот период времени составляет 100 мс, и во время цикла опорожнения колесо последовательно поворачивается на шесть шагов, при этом в зависимости от конкретных условий количество таких шагов поворота колеса может быть разным. В любой момент во время опорожнения колеса в контроллер прерываний может поступить новый синхронизирующий импульс, и в этом случае после очередного поворота колесо останавливается. Поскольку полная продолжительность поворота колеса на один шаг не превышает 30 мс, а движение банкноты к колесу после появления переднего фронта синхронизирующего импульса занимает 35 мс, к моменту подхода банкноты к колесу поворот колеса на один шаг можно закончить, не опасаясь повреждения банкноты, после чего колесо может снова поворачиваться в обычном шаговом режиме по заднему фронту каждого следующего синхроимпульса.

Очевидно, что управление шаговым двигателем можно существенно упростить при установке на вал двигателя не показанного на схеме датчика углового положения или диска с лимбом, зубцами или какими-либо иными метками, характеризующими угловое положение вала, и при использовании счетчика, показывающего угол поворота вращающегося в шаговом режиме вала. Конструкция шагового двигателя и схема его остановки в заданном положении хорошо известны и не являются объектом настоящего изобретения.

Очевидно, кроме того, что структура показанного на фиг.5 стопоукладчика может быть иной, не выходящей при этом за объем изобретения. Так, например, главный контроллер 34, программируемый микроконтроллер 35 прерываний и контроллер 33 шагового двигателя могут быть выполнены в виде единого компьютерного блока, отдельных элементов схемы, составных контроллеров и т.д.

Для специалистов в данной области очевидно также, что момент начала цикла шагового вращения и/или цикла очистки (опорожнения) колеса может быть задан самыми различными способами, и поэтому изобретение не ограничено каким-либо определенным пусковым сигналом, основанным, в частности, на использовании синхронизирующего импульса. Так, например, цикл шагового вращения подающего колеса можно начинать не по заднему фронту упомянутого выше синхронизирующего импульса, а по заднему фронту импульсного сигнала, выдаваемого оптическим датчиком 36, или на основании прямой информации о входе банкноты в карман подающего колеса, выдаваемой соответствующим образом расположенным датчиком.

Подробно рассмотренные в описании предпочтительные варианты выполнения предлагаемого в изобретении устройства и способа не исключают возможности внесения в них различных, в частности указанных выше, очевидных для специалистов изменений и усовершенствований, которые, однако, не должны нарушать основной идеи изобретения и выходить за его пределы, которые определяются не приведенным выше описанием и рассмотренными чертежами, а исключительно приложенной к описанию формулой изобретения.