硬幣整理機(jī)的設(shè)計(jì)含NX三維及13張CAD圖,硬幣,整理,收拾,整頓,設(shè)計(jì),nx,三維,13,cad 硬幣整理機(jī)的設(shè)計(jì) 附錄 為慈善組織智能高速，高自動化變種硬幣分類 摘要 - 對于超過300噸的和2000種不同類別的舊的和使用過的硬幣準(zhǔn)確分類幾乎100％的認(rèn)可，需要開發(fā)獨(dú)特的智能高速，高變自動化的硬幣分類機(jī)。我們已經(jīng)開發(fā)的以另一個(gè)錢計(jì)數(shù)專家命名的機(jī)器被稱為“達(dá)戈貝爾”?；诠鈱W(xué)識別，來自約100個(gè)國家不同的硬幣都被以高達(dá)每秒10金幣的速度分類和排序。除了關(guān)于物流，硬件和軟件信息組件，控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫，對收藏如此大量的金錢和這兩年制造業(yè)的成果背后的故事進(jìn)行了討論。 關(guān)鍵詞：操作，圖像識別，控制系統(tǒng)，處理，過程自動化。 I.引言 在2002年年初當(dāng)歐元被引進(jìn)時(shí)，在許多歐洲國家的硬幣和紙幣變?yōu)闊o效。在大多數(shù)國家，慈善組織開始收集。最后一個(gè)大型慈善募捐“ Lich t的插件鄧克爾“ （奧地利慈善機(jī)構(gòu)）收集了幾噸硬幣和多種貨幣的紙幣。然而，這一成果導(dǎo)致了獨(dú)特的技術(shù)和后勤問題：如果它經(jīng)整理，傳遞到其原產(chǎn)國并進(jìn)行交換，那它僅具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。該鑄幣和紙幣的總重量超過300噸。抽樣統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，硬幣和紙幣來自100多個(gè)國家。假設(shè)一個(gè)國家的硬幣有10個(gè)不同的硬幣面值，這就導(dǎo)致了總數(shù)超過1000種不同的硬幣類別。 常用的硬幣分類機(jī)僅能處理具有非常有限量的硬幣種類。標(biāo)準(zhǔn)分揀技術(shù)基于電磁和硬幣的機(jī)械性能。但是，硬幣的種類與金額，以及時(shí)間和可靠性的要求要求光學(xué)識別。用這種方法，每個(gè)硬幣都要用數(shù)碼相機(jī)掃描兩側(cè)。兩個(gè)掃描點(diǎn)之間，硬幣要通過倒轉(zhuǎn)單元。該相機(jī)將圖像發(fā)送到計(jì)算機(jī)，使用智能算法的硬幣分類。從分類器輸出的硬幣通過機(jī)械開關(guān)，被發(fā)送到各自的盒子。 II.布局，概述 由于流通的硬幣中含有大量廢物材料（回形針，錢盒，螺絲，極其彎曲硬幣等），所以必須以一個(gè)強(qiáng)大的方式專門設(shè)計(jì)一種高速硬幣分揀機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。當(dāng)金幣被送入系統(tǒng)時(shí)大多數(shù)廢料可以被移除。少數(shù)種類將被整理到預(yù)分揀設(shè)備，然后自動檢測并在采集單元移除。圖2展示出了整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械布局。 III圖像采集 所采用的B / W型相機(jī)具有1280×1024像素的空間分辨率和8位灰度分辨率。空間圖像采集后立即出現(xiàn)，使輸入圖像的空間分辨率是640 ×512象素，這對應(yīng)于每個(gè)像素0.084毫米。被拍攝的硬幣圖像的傳送速度為570毫米/ s的一個(gè)100微秒的快門速度，從而保證了實(shí)際上畫面穩(wěn)定（圖3） 。照明是由5個(gè)圓管搭載一臺40千赫電源提供的。旋轉(zhuǎn)對稱排列的管和單元的金屬外殼是確保激烈的漫射光所必需的，這樣使硬幣的細(xì)微表面浮雕能清晰可見，并且沒有突兀的影子。 試驗(yàn) 在試驗(yàn)階段（生產(chǎn)前）所有硬幣類型的樣品都要掃描確認(rèn)（可能是每個(gè)硬幣類型幾個(gè)），無論是正面還是背面的平均圖像分別作為主影像存儲在不同硬幣類別。甚至一種貨幣的硬幣面額都會有顯著的變化。例如，一個(gè)20林（前奧地利貨幣）硬幣有2個(gè)不同的前面和18種不同的背面浮雕，這些必須分配給不同的類（微小差異，如不同沖壓年是不相關(guān)的）。有趣的是，即使兩個(gè)硬幣用相同的壓花也可能會在尺寸上略有不同（這是通過使用不同的壓花工具導(dǎo)致的）。建立試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫在有代表性的隨機(jī)樣本的基礎(chǔ)上，可以預(yù)先確定硬幣的數(shù)量和類型的從而進(jìn)行成本效益排序（轉(zhuǎn)換成本<處理成本）。這給了將被試驗(yàn)的硬幣的基本信息。光學(xué)評估的速度很大程度上依賴于可用的預(yù)分類質(zhì)量（見選擇標(biāo)準(zhǔn)）和試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)數(shù)目。在第一個(gè)試生產(chǎn)階段，所有硬幣的掃描圖像都要記錄。通過評估這些圖像，通過試驗(yàn)新硬幣驗(yàn)證預(yù)選質(zhì)量并進(jìn)行擇優(yōu)選擇。我們終于獲得由超過650個(gè)不同的硬幣類型組成的數(shù)據(jù)庫，擁有2000個(gè)浮雕的總數(shù)（每個(gè)硬幣兩面浮雕;許多硬幣類型有很多不同壓紋）。為了能夠進(jìn)行光學(xué)識別硬幣，其信息必須從圖像中和它的固定位置中提取。通過與數(shù)據(jù)庫中（超過2000）所有試驗(yàn)硬幣圖像進(jìn)行對比找到硬幣的圖像，則可以判定該硬幣是否與一個(gè)已知的硬幣相匹配。應(yīng)當(dāng)指出該掃描的硬幣的旋轉(zhuǎn)位置與試驗(yàn)的圖像可能會有所不同。因此，每個(gè)圖像必須進(jìn)行不同旋轉(zhuǎn)位置（約1間隔）的多次比較。鑒于計(jì)算所需的對比圖像數(shù)量和類型數(shù)額巨大，必須進(jìn)行優(yōu)化選擇以實(shí)現(xiàn)可接受的分揀速度。預(yù)選標(biāo)準(zhǔn)的是簡單快速確定（見下一節(jié)）使比較的次數(shù)最小化。此外，它并不是圖像數(shù)據(jù)本身進(jìn)行比較，而是每個(gè)圖像（相當(dāng)于一個(gè)電子指紋）用一個(gè)獨(dú)特的標(biāo)志進(jìn)行計(jì)算并且這些標(biāo)志能簡單快速進(jìn)行比較。 硬幣分類 在生產(chǎn)中的硬幣分類過程分為四個(gè)階段：（1）檢測（2）預(yù)選（3）驗(yàn)證（4）選擇 檢查 盡管它可以假設(shè)該硬幣在整個(gè)拍攝的圖像中是可見的，它的精確位置也是可以有很大變化的。圖像處理的第一步，必須確定硬幣的精確位置和大小。更準(zhǔn)確地說，一個(gè)blob （二進(jìn)制圖像，其中0 =背景和1 =硬幣）表示描述硬幣的表面。已經(jīng)證明了把斑點(diǎn)加在凸蓋周圍的優(yōu)越性。因此任何孔（一些錢幣在中心有孔）也認(rèn)為是硬幣表面的一部分。 此任務(wù)是比原來更加困難盡管這里描述的方法可以通過從圖像處理庫使用標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)從而用相對較少的努力來實(shí)現(xiàn)，它有時(shí)會因?yàn)橛蟹浅０档挠矌哦?。這些問題是由輸送帶引起的，其嚴(yán)重污染硬幣。盡管有旋轉(zhuǎn)刷子自動清洗，一個(gè)新的輸送帶短短幾個(gè)小時(shí)后就會顯現(xiàn)出的最大污染。該皮帶（為了說明目的對比度已經(jīng)略有增強(qiáng)，）會有高于期望的亮度，尤其是在硬幣一般都排列出現(xiàn)的中心位置。雖然這不是一個(gè)10格羅申的問題，但較深的硬幣確實(shí)是個(gè)問題。幾乎全黑的皮帶是最好的，它甚至可為相對較暗的硬幣提供足夠的對比度。然而，這種條件僅能在新皮帶或手動清洗的情況下實(shí)現(xiàn)。二者都與不可接受的工作量相關(guān)聯(lián)，況且只能偶爾實(shí)行。因此，我們需要找到一種穩(wěn)健的硬幣檢測工序，使其即使在有較高污染的時(shí)候也能繼續(xù)工作。 在硬幣到達(dá)數(shù)碼相機(jī)之前，它通過一個(gè)光柵。這種光柵每2毫秒通過測量大約厚度產(chǎn)生硬幣的高度輪廓。只要測量的物體類似于一個(gè)硬幣其平均厚度與硬幣的長度都以圖像進(jìn)程傳遞處理。被測物體因太不平衡或太厚而被壓縮空氣吹出。 圖5顯示出一個(gè)硬幣的測量高度分布。該光柵測量傳感器處光的到達(dá)量。 圖6顯示了如何從圖5中的讀數(shù)轉(zhuǎn)換成毫米?？諅魉蛶Ш图佑矌艂魉蛶ёx數(shù)之間的差值會被繪制在水平軸線上。在毫米量級上的相關(guān)聯(lián)的高度差可以在垂直軸上看出。這條直線是從特別制造的刻度盤上通過專門的插值讀數(shù)計(jì)算出來的。這6個(gè)點(diǎn)來自這些刻度盤。雖然直線清楚地錯(cuò)過了原點(diǎn)，但這個(gè)線性函數(shù)也證實(shí)了預(yù)期的理論。分析表明，該傳送帶在邊緣比在中間稍高，從而產(chǎn)生這樣的效果。極薄的物體（<0.2毫米）會在這個(gè)低處完全消失，因此不能被檢測到。然而，最薄的必須檢測到的硬幣有足夠的為0.7毫米厚度。盡管會發(fā)生顯著差異，但必須對每個(gè)輸送帶/光柵組合實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)。 由于硬幣的長度，兩個(gè)側(cè)面的中心是確定的，它們的位置是由線性內(nèi)插，從另一個(gè)中減去計(jì)算得到的。這一長度為兩個(gè)側(cè)面之間的位置差。此長度被解釋為圓形硬幣的直徑，因此，被估計(jì)的硬幣的表面面積就被確定了。此硬幣表面面積以像素為單位從圖像中的像素總數(shù)（= 640 * 512）中減去在，以獲得通過傳送帶采集到的表面面積。此輸送帶面積乘以選取的0.7數(shù)值，賦予值p 。因?yàn)檩^暗的p像素的存在，整個(gè)圖像的亮度直方圖現(xiàn)在用于確定最小灰度值g。二值化是使用閾值g= 40進(jìn)行的。所有較亮的像素都賦予值1 ，所有其他的賦予值0 。系數(shù)0.7保證了即使有背景和硬幣本身黑暗的尖端也能分別在圖8中看出，聚集，使得即使是在皮帶較亮的部分也可以在二進(jìn)制圖象中完全看出硬幣。 形態(tài)學(xué)開端操作 - 侵蝕隨后擴(kuò)張 - 是在二值化圖象上進(jìn)行的。一個(gè)大小為7 * 7的方塊作為內(nèi)核。這消除了輸送帶的全部光線而保留硬幣的。這一效果是基于這樣的假設(shè)，輸送帶有足夠的均勻分布的暗點(diǎn)并且比硬幣暗。這就是通常使用交叉線的黑皮帶的情況，盡管這些線與線之間存在黑洞。盡管受到污染，這些開口保持相對黑暗，而線可以比硬幣的表面亮很多。只有在極暗的硬幣和一個(gè)嚴(yán)重污染的輸送帶的情況下這一方法行不通。最大的一團(tuán) （相鄰像素組賦予二進(jìn)制值1 ）被看到。如果這個(gè)斑點(diǎn)是至少100個(gè)高像素， 100寬像素，并且包含至少3000個(gè)像素（試探性的取最小值），它被認(rèn)為是一個(gè)硬幣的團(tuán)點(diǎn)。否則視為沒有找到硬幣。 最后， 計(jì)算斑點(diǎn)的凸蓋，以使不平整的邊緣都平滑。表面積和中心重心坐標(biāo)從該凸蓋計(jì)算得到。直徑是從表面積而得。由于攝像機(jī)是標(biāo)定的，直徑可被轉(zhuǎn)化為毫米。 在計(jì)算的直徑時(shí)圓形硬幣就被假定了。具有角的硬幣，通過延伸的圓的獲得直徑。直徑是粗預(yù)分類所需的。原則上，該表面區(qū)域中的像素也可以被使用。然而，因?yàn)橐院撩诪閱挝坏闹睆较啾仁謩訙y量更容易所以能給出更高的清晰度。 預(yù)選 分類標(biāo)準(zhǔn)：直徑和厚度 下圖顯示所有硬幣的直徑/厚度分布（每點(diǎn)對應(yīng)的硬幣型與相應(yīng)的直徑和厚度）的一部分。假如單純按直徑大小的不同進(jìn)行分類，能夠很快發(fā)現(xiàn)少數(shù)，便于 處理的帶有少量不同的能迅速被證明是偽造的硬幣數(shù)量。對于一個(gè)現(xiàn)實(shí)可行的 1毫米的直徑間隔（考慮到磨損和壓花公差），仍然會有每類多達(dá)75個(gè)不同的硬幣類型（參見圖10）。此外，因?yàn)槊款惖膸缀尾町悾ㄍǔＪ遣牧咸匦裕﹥H僅是略微變化的，所以更好的無壓花的評估分類是非常困難的。 分類標(biāo)準(zhǔn)：硬幣頻率 一種硬幣類型（ATS10格羅）出現(xiàn)迄今為止最頻繁（約數(shù)量40％）。相比較而言，所有其它硬幣出現(xiàn)相當(dāng)少的次數(shù)（<1％）。在累積頻率圖11中可以看到 20毫米直徑處出現(xiàn)了跳躍。優(yōu)先挑出10格羅的硬幣能在實(shí)質(zhì)上減少必須用相當(dāng)耗時(shí)的光學(xué)分類方法進(jìn)行分類的硬幣數(shù)量（大約每秒鐘10個(gè)硬幣）。盡管10個(gè)羅的硬幣人工觀察也很容易，但是缺少已經(jīng)證明合適的機(jī)械分類工序（例如，在這個(gè)直徑范圍內(nèi)將仍留約50種不同的硬幣類型）。 分類標(biāo)準(zhǔn)：硬幣材質(zhì) 另一個(gè)硬幣的快速預(yù)分類標(biāo)準(zhǔn)是它們的制成材料。投幣機(jī)使用確定硬幣是否為正版的基礎(chǔ)上，探測器金屬特性。然而，這些探測器不能我們的任務(wù)提供任何有用的預(yù)選標(biāo)準(zhǔn)（高10 Hz和極大量的頻率排序不同的硬幣） ，因此不使用。 分類標(biāo)準(zhǔn)：顏色 用肉眼來評估硬幣的顏色和表面情況是相當(dāng)簡單直接的。另一方面，顏色和亮度信息僅在有限的程度上可以機(jī)械地評估。此外，硬幣的顏色和亮度信息很大程度上依賴于年代和磨損程度，所以直接預(yù)選不是權(quán)宜之計(jì)。 硬幣驗(yàn)證：驗(yàn)證首先需要6個(gè)能提供最佳的相關(guān)值候選硬幣。它基本上由實(shí)際上獲得的（旋轉(zhuǎn)最佳匹配）硬幣的總邊緣圖像中抽取的邊緣圖像組成。這需要一個(gè)復(fù)雜的過程，實(shí)現(xiàn)比較嚴(yán)格的對照，即使硬幣帶有偏心浮雕。 獲得兩個(gè)區(qū)分圖像（處理主負(fù)采集和采集主負(fù)圖像）并存儲污染和失真兩個(gè)數(shù)據(jù)。 表決：上述程序分別同時(shí)適用于 硬幣的兩面（在兩個(gè)電腦運(yùn)行相同的算法）。然后第二臺電腦在雙方核查結(jié)果的基礎(chǔ)上作出最終決定（稱為表決）。表決包括尋找匹配的前后面分類，并評估它們。其他進(jìn)入最后表決程序的參數(shù)包括硬幣在兩個(gè)采集間旋轉(zhuǎn)的角度（這個(gè)旋轉(zhuǎn)當(dāng)然應(yīng)該是零，但在實(shí)踐中通常是小于20 °） 。表決確認(rèn)的代碼最終傳遞到硬幣分選線，確保硬幣自然到達(dá)正確的插槽中。 IV機(jī)械裝置 硬幣分揀系統(tǒng)的主要機(jī)械部件 包括： 帶有預(yù)分類和分離裝置的硬幣進(jìn)給器 采集單元 硬幣分揀線 控制站 控制站的概念 高分類頻率（每秒10個(gè)硬幣）和每個(gè)硬幣耗時(shí)的計(jì)算需要一個(gè)定義為的通信通道的控制系統(tǒng)。兩個(gè)完全相同的控制系統(tǒng)具有完全相同的硬件和軟件來構(gòu)建此系統(tǒng)。結(jié)果表明啟動時(shí)間大大減少，因?yàn)樗皇窃谝粋€(gè)系統(tǒng)已經(jīng)完成后，把完全一致的數(shù)據(jù)復(fù)制到所述的第二控制系統(tǒng)。因?yàn)榭梢栽谄渌到y(tǒng)觀察其表現(xiàn)這也使得錯(cuò)誤檢測簡單得多了。 每個(gè)系統(tǒng)的控制設(shè)置：西門子 - 1CPU 414-2 DP ，64個(gè)輸入，96個(gè)輸出，8個(gè)模擬輸出，1個(gè)通訊卡，1個(gè)高速記錄計(jì)數(shù)器模塊。 我們必須確保設(shè)計(jì)的程序得非常有效率，因?yàn)榭紤]到大量數(shù)據(jù)和非常短的響應(yīng)時(shí)間，需要CPU保持很短的周期時(shí)間?？紤]到內(nèi)部的指令集編程比周期時(shí)間長，導(dǎo)致設(shè)定此任務(wù)結(jié)構(gòu)的嘗試文本失敗。所有部門可自由分配，可使多達(dá)8000種不同硬幣在同一時(shí)間分類。只要各部門都連接到系統(tǒng)，則它們的分配都能控制或更改。 V硬幣分揀機(jī)的關(guān)鍵點(diǎn) 特別強(qiáng)調(diào)的是分揀設(shè)施和硬幣檢測設(shè)備間的通信，因?yàn)椴徽_的數(shù)據(jù)傳送將導(dǎo)致分類錯(cuò)誤。另一通信方面是硬幣絕不能漏檢或“迷失” 否則會導(dǎo)致所有之后的硬幣不能被分類 。通信是通過RS232接口與專門的特別為這臺機(jī)器開發(fā)出來內(nèi)部手控機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。 更進(jìn)一步的方面是輸送帶的長度和輸送帶上隨時(shí)的精確位置記錄相連接的移出閥的短暫循環(huán)周期。例如，在最后部分硬幣需要約5秒從記錄點(diǎn)移動到彈出位置，對應(yīng)于大約2.5m的傳送帶長度。當(dāng)它已經(jīng)到達(dá)移出位置時(shí)，移出閥被觸發(fā)40毫秒，硬幣必須精確噴射到限定部位。在連續(xù)生產(chǎn)中，多達(dá)50個(gè)硬幣同時(shí)整理在傳送帶上并相應(yīng)噴出。所有位置和噴射時(shí)間都是自由選擇的，而且這些位置在訓(xùn)練過程中是可以優(yōu)化選擇的。 可以注意到取決于尺寸和自由選擇的硬幣的噴射時(shí)間的不同。此外，觸發(fā)磁閥必須通過切換光電耦合器，否則這一短暫的響應(yīng)時(shí)間不可能是SPS的標(biāo)準(zhǔn)輸出負(fù)載。 VI分類結(jié)果的評估 0顯示的是取決于各自的硬幣類型的最終結(jié)果的累積硬幣值。硬幣類型標(biāo)繪在x軸上遞減的順序值。 可以清楚地看出，這180種最有成效的硬幣（所有試驗(yàn)硬幣種類的27 ％ ）占據(jù)了99 ％的整體產(chǎn)量。一方面，在這99％后終止的是技術(shù)上不可行的（所有的硬幣必須要經(jīng)過識別）;另一方面，余下的1 ％的值在絕對數(shù)值上仍是比轉(zhuǎn)換成本高的，因此它可以轉(zhuǎn)換為有效消費(fèi)。 虛線表示出的是取決于硬幣分類類型的硬幣的累積數(shù)。在約550的硬幣類型處的轉(zhuǎn)點(diǎn)是由為了保持盡可能低的二次通過硬幣數(shù)而進(jìn)行到不能再換位（值= 0 ，但數(shù)量顯著）并試驗(yàn)分類（所有的都放在一起）的實(shí)際情況導(dǎo)致的。 關(guān)鍵的分類數(shù)據(jù)結(jié)果： 硬幣總數(shù)： 66500000 處理的硬幣數(shù)： 71000000 多次處理的硬幣數(shù)： 450萬 總生產(chǎn)時(shí)間：1.5年 檢出率： > 93 ％ 7 ％ 包括：未經(jīng)試驗(yàn)的硬幣;試驗(yàn)了但無法識別的硬幣（污染，損壞）;和“廢幣” （獎(jiǎng)牌，停車場代幣等） 產(chǎn)量：幾乎100 ％ ，因?yàn)闊o法識別的硬幣作為收藏被賣給錢幣商了。