紙幣搬送シミュレーション方法
【課題】紙幣搬送シミュレーション方法において、多様な折れや皺などを有する条件紙幣が使用される紙幣搬送装置を高信頼性を有しつつ短期間に開発することを可能とすること。
【解決手段】紙幣搬送シミュレーション方法は、ジャム障害情報を分析して各種搬送ガイド形状及び各種障害紙幣の特徴を定性的に一次抽出し、その各種搬送ガイドの形状を簡易化した各種簡易搬送ガイドを用いた搬送実験で得られたジャムし易い各種搬送ガイド形状及び各種条件紙幣の特徴及び寸法を二次抽出してＦＥＭモデルを作成し、このＦＥＭモデルにおける紙幣搬送解析を実行してその解析結果と二次抽出した搬送実験結果とを比較してよく一致するものを選択し、各種条件紙幣の特徴及び寸法を決めて基準化したＦＥＭモデルを作成し、この基準化したＦＥＭモデルをデータベース格納し、このデータベースをＡＴＭの三次元ＣＡＤ設計システムを用いてシミュレーションする。
【解決手段】紙幣搬送シミュレーション方法は、ジャム障害情報を分析して各種搬送ガイド形状及び各種障害紙幣の特徴を定性的に一次抽出し、その各種搬送ガイドの形状を簡易化した各種簡易搬送ガイドを用いた搬送実験で得られたジャムし易い各種搬送ガイド形状及び各種条件紙幣の特徴及び寸法を二次抽出してＦＥＭモデルを作成し、このＦＥＭモデルにおける紙幣搬送解析を実行してその解析結果と二次抽出した搬送実験結果とを比較してよく一致するものを選択し、各種条件紙幣の特徴及び寸法を決めて基準化したＦＥＭモデルを作成し、この基準化したＦＥＭモデルをデータベース格納し、このデータベースをＡＴＭの三次元ＣＡＤ設計システムを用いてシミュレーションする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙幣搬送シミュレーション方法に係り、特に、条件紙幣が用いられるＡＴＭ(Automatic Teller Machine)などの紙幣搬送装置に適用可能な紙幣搬送シミュレーション方法に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＡＴＭなどの紙幣搬送装置における紙幣搬送ガイドの設計開発は、既設計データまたは設計者の経験に基づいて紙幣搬送ガイドの試作品を作り、この試作品による紙幣搬送の評価試験から試作品の改良すべき箇所を割り出して再度試作改良品を作り、この試作改良品に対してさらに評価試験を繰り返すといった方法で実施されてきた。
【０００３】
従来のような搬送ガイドの試作及び評価を繰り返す方法では、搬送ガイド用試作金型をその都度設計、製造しなければならない。このような開発では、試作段階の評価に膨大な時間が必要となるだけでなく、紙幣搬送障害の模様やジャム障害などが発生するメカニズムなどを具体的に解明することが困難であった。また、ＡＴＭなどの紙幣搬送装置においては、多様な折れや皺などを有する、いわゆる癖がある紙幣（条件紙幣）が使用されるため、癖がない紙幣（普通紙幣）の搬送において問題が全くない搬送ガイドでも、条件紙幣が搬送される際にジャム障害が発生することがあった。このような条件紙幣に対する高精度、高信頼性を有する紙幣搬送装置の設計要求が高くなっている。
【０００４】
このため、条件紙幣の搬送に対するジャム障害を発生させない信頼性に優れた紙幣搬送装置を短期間で開発できるように、仮想的な解析を用いて条件紙幣に対応した信頼性の高い紙幣搬送装置を開発することが重要となっている。すなわち、解析によって設計の段階で搬送障害をあらかじめ予測することができれば、試作回数の低減ができ、信頼性の高い製品を早期に市場に投入することが可能となるからである。
【０００５】
近年では、近似解析手法などを用いたコンピュータシミュレーションによる設計支援方法が採用される傾向にある。この設計支援方法によれば、試作品を作らなくてもある程度の性能を予測、解析可能なことから、製品開発の期間とコストを大幅に削減できる。
【０００６】
係るコンピュータシミュレーションには、種々の解析法が用いられ、例えば有限要素法（ＦＥＭ：Finite Element Method）を用いることがよく知られている。このＦＥＭは、構造物を有限要素と呼ばれる有限の大きさの多数の領域に分割し、各有限要素に比較的簡単な特性を与えて系全体を解析する手法である。
【０００７】
そして、搬送装置内で柔軟媒体物の搬送動作をコンピュータシミュレーションする手法としては、次の技術が公知である。
【０００８】
特開２００２−３５２１７６号公報（特許文献１）のシート状柔軟物の運動解析方法では、紙などのシート状柔軟物を複数の微小剛体に分割するとともに、各微小剛体間を３種類の弾性体とシート状柔軟物の並進方向に面分を有するシェル要素とによって連結した運動解析モデルを作成して、シート状柔軟物の三次元動的変形を微小剛体の集合についての運動解析により近似するようにしている。
【０００９】
また、特開２００２−１４０３７２号公報（特許文献２）の柔軟媒体物搬送シミュレーション装置では、柔軟媒体のサイズ情報と三次元搬送経路と移動量情報とに基づいて柔軟媒体の搬送位置を算出するとともに、柔軟媒体の形状、幅方向と直交する面内における二次元形状として算出し、算出された三次元搬送位置と二次元形状とサイズ情報とに基づいて柔軟媒体物の三次元像を作成し、その三次元像をシミュレーション結果として出力するようにしている。このような簡易な手法にて、柔軟媒体物の搬送動作をリアルタイムで且つ三次元的に柔軟媒体搬送動作を表示可能にして、柔軟媒体物の搬送の様子を三次元的に視認し確実に把握できるようになっている。
【００１０】
特開２００４−１７１４２６号公報（特許文献３）の紙搬送設計支援装置では、紙搬送シミュレーションに用いるパーツのデータを出力するものであり、搬送に用いられるパーツの三次元形状データを入力する三次元ＣＡＤとパーツの属性グループの入力手段及び出力手段とを備えることにより、紙搬送解析のためのシミュレーションで用いるパーツのデータを簡便に受渡すことを可能とするものである。
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−３５２１７６号公報
【特許文献２】特開２００２−１４０３７２号公報
【特許文献３】特開２００４−１７１４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、特許文献１〜３のような搬送シミュレーションの手法において、紙幣搬送装置の設計に際し、実機を造らずにシミュレーション上でその有効性を検討するためには、まだ解決されるべき点も多い。
【００１３】
即ち、特許文献１〜３の搬送シミュレーションの手法では、多様な折れや皺などを有する条件紙幣が使用される紙幣搬送装置への適用性について十分に配慮されておらず、このような条件紙幣が用いられた場合にジャム障害などが発生するおそれがあった。換言すれば、ＡＴＭの紙幣搬送装置における紙幣の搬送では、前述したように、多様な折れや皺などを有する条件紙幣の搬送があり、このような条件紙幣の搬送に対してもジャム障害などを発生させない信頼性に優れた紙幣搬送装置を短期間で開発できるようにするための紙幣搬送シミュレーションが望まれる。また、ＡＴＭの紙幣搬送装置では、種々の機能を実現するために、様々な形状の搬送ガイド（例えば、直線状の搬送ガイドの他に、２パーツをリンクするＶ字型受渡し搬送ガイド、搬送の進行方向を変化する屈曲搬送ガイドなど）が設けられ、これらの異なる形状の搬送ガイドにおけるジャム障害の発生を防止することが必要である。
【００１４】
本発明の目的は、多様な折れや皺などを有する条件紙幣が使用される紙幣搬送装置を高信頼性を有しつつ短期間に開発することを可能とする紙幣搬送シミュレーション方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前述の目的を達成するための本発明の第１の態様は、各種条件紙幣が各種搬送ガイドで搬送される際に発生するジャム障害をコンピュータを用いてシュミレーションする紙幣搬送シミュレーション方法において、既存の実機ＡＴＭによる搬送試験などから入手したジャム障害情報を前記コンピュータに記憶し、このジャム障害情報を分析して定性的に一次抽出した各種搬送ガイド形状及び各種障害紙幣の特徴を前記コンピュータに記憶し、前記定性的に一次抽出した各種搬送ガイドの形状を簡易化した各種簡易搬送ガイドを試作して各種条件紙幣の搬送実験を行ない、この搬送実験で得られたジャムし易い各種搬送ガイド形状及びこれに対応する各種条件紙幣の特徴及び寸法を二次抽出して前記コンピュータに記憶し、前記簡易化した搬送ガイド及び条件紙幣のＦＥＭモデルを作成し、このＦＥＭモデルにおける紙幣搬送解析を実行してその解析結果を記憶装置に記憶し、この解析結果と上述した二次抽出した搬送実験結果とを比較してよく一致するものを選択し、各種条件紙幣の特徴及び寸法を決めて基準化したＦＥＭモデルを作成し、この基準化したＦＥＭモデルをデータベース格納し、このデータベースをＡＴＭの三次元ＣＡＤ設計システムを用いてシミュレーションすることである。
【００１６】
係る本発明の第１の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記ＦＥＭモデルは、Ｖ字型搬送受渡しガイドと先端折れ条件紙幣及び耳折れ条件紙幣との組合せと、屈曲搬送ガイドと短手折れ条件紙幣及び皺付き条件紙幣との組合せとを含むものであること。
（２）前記三次元ＣＡＤ設計システムからシミュレーションする対象の搬送ガイドのデータを出力してPre/Postプロセッサーによって搬送ガイドの幾何モデルを作成し、前記ＦＥＭモデルを備えたデータベースから分析しようとするガイド形状に合わせる条件紙幣モデルを選定し、前記搬送ガイドの幾何モデルと前記条件紙幣モデルとの境界条件及び接触条件を定義してＦＥＭモデルを作成し、この作成したＦＥＭモデルを汎用ＦＥＭ解析ソフトウェアを用いて解析し、この解析結果をPre/Postプロセッサーによって評価して条件紙幣のジャムの有無を判定すること。
【００１７】
また、本発明の第２の態様は、各種条件紙幣が各種搬送ガイドで搬送される際に発生するジャム障害をシュミレーションするコンピュータにおいて動作する紙幣搬送シミュレーションプログラムにおいて、既存の実機ＡＴＭによる搬送試験などから入手したジャム障害情報を前記コンピュータに記憶する手順と、このジャム障害情報を分析して定性的に一次抽出した各種搬送ガイド形状及び各種障害紙幣の特徴を前記コンピュータに記憶する手順と、前記定性的に一次抽出した各種搬送ガイドの形状を簡易化した各種簡易搬送ガイドを試作して各種条件紙幣の搬送実験を行ない、この搬送実験で得られたジャムし易い各種搬送ガイド形状及びこれに対応する各種条件紙幣の特徴及び寸法を二次抽出して前記コンピュータに記憶する手順と、前記簡易化した搬送ガイド及び条件紙幣のＦＥＭモデルを作成し、このＦＥＭモデルにおける紙幣搬送解析を実行してその解析結果を記憶装置に記憶する手順と、この解析結果と上述した二次抽出した搬送実験結果とを比較してよく一致するものを選択し、各種条件紙幣の特徴及び寸法を決めて基準化したＦＥＭモデルを作成し、この基準化したＦＥＭモデルをデータベース格納する手順とを実行させるものである。
【００１８】
係る本発明の第２の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記データベースをＡＴＭの三次元ＣＡＤ設計システムを用いてシミュレーションする手順を有すること。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の紙幣搬送シミュレーション方法によれば、多様な折れや皺などを有する条件紙幣が使用される紙幣搬送装置を高い信頼性を有して短期間に開発することを可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施例について図を用いて説明する。
【００２１】
まず、本実施例の紙幣搬送シミュレーション方法を用いて設計するＡＴＭに関して図１を参照しながら説明する。
【００２２】
紙幣搬送装置を構成するＡＴＭ５０は、図１に示すように、利用者が紙幣２の入金及び出金を行う入出金口３と、紙幣２の鑑別を行う鑑別部４と、入金した紙幣２を取引成立までの間一時的に集納する一時スタッカ５と、紙幣２の集納及び放出を行う還流庫６と、非還流の紙幣や損券などを集納する入金庫７と、紙幣２の装填及び回収を行う装填回収庫８と、各要素をつなぎ紙幣を双方向に搬送する搬送路１とを備えて構成されている。
【００２３】
係るＡＴＭ５０の搬送路１における紙幣搬送動作を説明する。利用者がＡＴＭ５０に入金紙幣２を投入すると、その紙幣２を入出金口３で一枚ずつ分離し、鑑別部４へと搬送する。鑑別部４にて紙幣２の真偽及び枚数を判断し、真券と判断した紙幣を一時スタッカ５に一時的に集納する。真券とならなかった紙幣を入出金口２に搬送して利用者に返却する。利用者により入金金額の確認が行なわれると、紙幣２を一時スタッカ５から金種別に入金庫７及び還流庫６に搬送して集納する。出金時には、利用者に指定された金額に基づき、対応する金種を集納している還流庫６から紙幣を一枚ずつ分離して鑑別部４へと搬送する。鑑別部４にて紙幣枚数や破損の有無を判定し、正常とみなした紙幣２を入出金口３に搬送すると共に、正常とみなされなかった紙幣２を一時スタッカ５に集納した後に入金庫７に搬送し収納する。
【００２４】
なお、図１に詳細な搬送ガイドの形状を示してないが、ＡＴＭ５０内の搬送路１には、直線状の搬送ガイドの他に、例えば、２パーツをリンクするＶ字型受渡し搬送ガイド、搬送の進行方向を変化する屈曲搬送ガイドなどからなる各種搬送ガイドを備えている。
【００２５】
次に、本実施例の紙幣搬送シミュレーション方法について図２を参照しながら説明する。図２は本実施例に係るコンピュータよる紙幣搬送シミュレーション方法を示すフローチャート図である。
【００２６】
先ず、既存の実機ＡＴＭによる連続搬送試験から紙幣障害情報を入手してコンピュータに入力して記憶装置に記憶し、解析プログラムを用いてこの紙幣障害情報を分析し、紙幣のジャムが発生する箇所やジャムした紙幣の種類とジャム状況などの情報に基づいて搬送ガイド形状及び障害紙幣の特徴を定性的に一次抽出し、記憶装置に記憶する（ステップＳ１）。
【００２７】
しかし、実機ＡＴＭによる連続搬送試験では、ある紙幣が一旦ジャムすると、後続紙幣が全て搬送装置内に止まってしまい、紙幣の変形状態などの情報が入手できなくなる。そのため、ステップ１で定性的に一次抽出した搬送ガイドの形状を簡易化した搬送ガイドを試作して各種条件紙幣の搬送実験の検証を行ない、ジャムし易い条件紙幣種を明確化して、条件紙幣及び搬送ガイドの代表寸法や特徴などを二次的に抽出し、記憶装置に記憶する（ステップＳ２）。
【００２８】
次いで、簡易化した搬送ガイドと条件紙幣とを合わせたＦＥＭモデルを作成し、ＦＥＭモデルにおける紙幣搬送解析を解析プログラムを用いて実行し、その解析結果を記憶装置に記憶する（ステップＳ３）。
【００２９】
次いで、その解析結果と上述した実験結果とを比較してよく一致するものを選択し、紙幣ジャムが発生するメカニズムを解明できる解析手法として構築し、条件紙幣の代表的な種類、特徴寸法、剛性などを決めてＦＥＭモデルを基準化し、データベースを作成する（ステップＳ４）。このデータベースは、ＡＴＭの三次元ＣＡＤ設計システムと連携した紙幣搬送解析システムに組み込まれて用いられる。
【００３０】
次に、上述した条件紙幣のＦＥＭモデルを基準化するプロセスによって、紙幣ジャム現象を再現及び解明する代表的な搬送ガイド及びそれに対応する条件紙幣の例を図３を参照しながら説明する。
【００３１】
図３（Ａ）はＡＴＭにおける２つパーツからなるガイド部２１ａ、２１ｂをリンクするＶ字型受渡しガイド２１の例である。このＶ字型受渡しガイド２１において、左側から送られてきた紙幣２は、回転するローラ９に挟持されることにより右側への搬送力を受け、ガイド部２１ａ、２１ｂ内を左から右に搬送される。
【００３２】
係るＶ字型受渡しガイド２１では、例えば先端折れ紙幣２ａＡの先端がガイド部２１ａの傾斜部と接触することにより、先端折れ紙幣２ａＡの先端が完全に折れしてしまってジャムすることがある。その場合のガイド部２１ａ、２１ｂの特徴を傾斜角度θｇ、搬送路隙間ｈ、受渡しＶ字型幅Ｗ、ローラ９からＶ字受渡し部までの距離Ｌと設定する。また、このＶ字型受渡しガイド２１では、リンクされる２つガイド部２１ａ、２１ｂの間に搬送方向と直交する方向の隙間があるため、耳折れ紙幣２ｂＡのエッジがガイドのくし歯エッジと接することにより引っかかってジャムすることがある。その場合のガイド部２１ａ、２１ｂの特徴を搬送方向と直交する軸方向の隙間と設定する。
【００３３】
図３（Ｂ）はＡＴＭにおける搬送進行方向を変化するガイド部２２ａを有する屈曲搬送ガイド２２の例である。この屈曲搬送ガイド２２において、左側から送られてきた紙幣２は、回転するローラ９に挟持されることにより右側への搬送力を受け、ガイド部２２ａ内を下から上へさらには右側に方向が反転して搬送される。屈曲搬送ガイド２２は、搬送路内ローラやベルトを搬送路面内に設けるために、ガイド部２２ａに一定幅Ｗの切欠部（図示せず）を設けることが必要である。係る屈曲搬送ガイド２２では、短手折れ紙幣２ｃＤや皺付き紙幣２ｄＢが切欠部の出口に設けられた傾斜部と接触することにより、短手折れ紙幣２ｃＤや皺付き紙幣２ｄＢがぺこ折れしてジャムが発生する可能性が高い。その場合の屈曲ガイド部２２ａの特徴を曲率半径Ｒ、切欠部の幅Ｗ、出口に設けられる傾斜角θｇと設定する。
【００３４】
次に、条件紙幣を基準化するためのＦＥＭを用いた解析方法について図４を参照しながら説明する。
【００３５】
ＦＥＭを用いた解析において、その解析結果と上述した実験結果との一致性を得るため、ＦＥＭモデルの作成法とその特徴寸法とを決める必要がある。このＦＥＭモデルは、図４に示すように、初期状態の条件紙幣２と、補助ガイド１１と、搬送力及び搬送速度を与えるための上下２つの挟持ローラ９２、９１で構成するローラ搬送部９０と、ガイド路１０Ａの形状を変更できるガイド部１０と、から成っている。図４では、条件紙幣２が上述した先端折れ紙幣２ａＡの例で示され、また、ガイド部１０が上述した受渡しガイド部２１ａの例で示されているが、上述した２種類の搬送ガイド２１、２２を含む複数の搬送ガイドと対応する条件紙幣２ａＡ、２ｂＡ、２ｃＢ、２ｄＢを含む条件紙幣との解析が行えるように複数の基本ＦＥＭモデルを作成する。なお、図４（Ｂ）では、条件紙幣２、挟持ローラ９２、９１及びガイド路１０Ａを有限要素に分割したメッシュで表示してある。
【００３６】
そして、条件紙幣２が挟持ローラ９２、９１や狭いガイド１０に入り易いため、所定の傾斜角を持つ補助ガイド１１を設けて、条件紙幣２と補助ガイド１１との間の摩擦係数を０に設定してある。条件紙幣２は、薄い柔軟物であり、解析ではシェル要素に近似する。また、ガイド部１０と補助ガイド１１は剛体のシェル要素として扱う。ローラ搬送部９０は、２つの挟持ローラ９１、９２のどちらか１つを弾性体に近似して、条件紙幣２に搬送力と速度を与えている。この場合には、剛体としたローラ９１はシェル要素として扱い、弾性体としたローラ９２は立体的な６面体や４面体要素として扱う。なお、２つの挟持ローラ９１、９２とも弾性体に近似して条件紙幣２に搬送力と速度を与えるようにしてもよい。また、条件紙幣２は、ローラ挟持力を受ける前に、後端側から初期速度が与えられる。なお、挟持ローラ９１、９２とも強制的に規定の速度で回転させる。
【００３７】
そして、条件紙幣２と、補助ガイド１１、挟持ローラ９１、９２及びガイド部１０との接触条件を定義して、ＦＥＭモデルを作成する。作成したＦＥＭモデルは、汎用解析ソフトウェア、例えば、Livermore Software Technology Corporation製のＬＳ−ＤＹＮＡ（商品名）の陽解法を用いて解析される。この解析は、実験結果と合わせるために、条件紙幣２の折れ部剛性や、メッシュ分割の合理性を検討する。また、解析に伴う条件紙幣２や、挟持ローラ９１、９２などの運動物の減衰係数を実験測定から決める。
【００３８】
次に、上述した先端折れ条件紙幣２ａＡの特徴寸法とそのＦＥＭモデルを図５を参照しながら説明する。図５に示す先端折れ紙幣２ａＡでは、先端折れ長さＳは１０ｍｍ以内に、傾斜角αは６０度以内に設置する。データベースに記憶される代表的な寸法は、折れ長さＳが１０ｍｍ、７．５ｍｍ及び５ｍｍ、傾斜角αが６０度、４５度、３０度の組み合わせにする。複数回の実験検証と解析結果との比較を行い、先端折れ条件紙幣や他種折れ紙幣は、折れ目幅は２ｍｍ以内に設定し、この部分の剛性は他の部分の剛性より１／１０から１／２までの範囲内に設定する。また、ＦＥＭモデルのメッシュを他の部分よりも細化する。
【００３９】
次に、図６を参照しながら、図５に示すような条件紙幣の特徴及び寸法を有する条件紙幣モデルのデータベースを用いて、より高効率で高精度の三次元ＣＡＤ設計システムとの連携が行なえる紙幣搬送シミュレーション方法を説明する。
【００４０】
まず、実機設計物のデータを持っている三次元ＣＡＤ設計システムを起動する（ステップＳ１１）。次いで、検討しようとする対象の搬送ガイドユニットのデータを出力し（ステップＳ１２）、Pre/Postプロセッサーによるガイドの幾何モデルを作成する（ステップＳ１３）。一方、基準化した条件紙幣のＦＥＭモデルを備えたデータベースから、分析しようとするガイド形状を認識した上で、そのガイド形状に合わせる条件紙幣モデルを選定し、所定の条件紙幣モデルのデータを読み出す（ステップＳ１４）。
【００４１】
次いで、上述した搬送ガイドの幾何モデルとともに、境界条件と接触条件を定義した上で、ＦＥＭモデルを作成する。作成したＦＥＭモデルに、汎用ＦＥＭ解析ソフトウェア、例えば、例えば上述したＬＳ−ＤＹＮＡなどの陽解法を用いて、解析を実行する（ステップＳ１５）。この解析結果をPre/Postプロセッサーによって評価し（ステップＳ１６）、条件紙幣のジャムの有無を判定する（ステップＳ１７）。ジャムがあれば、搬送ガイドの特徴設計パラメータの変更と修正を行ない、ステップＳ１１に戻って再度の解析を行なう。ジャムが発生しない場合には、その一つケースの解析を完了する。本発明は、このフローチャートに示すようなプロブラムを作りだし、紙幣搬送シミュレータ方法及びそのシステムを提供する。
【００４２】
本実施例の紙幣搬送シミュレーション方法及びシステムを言い換えると次の通りである。
（１）本実施例の紙幣搬送シミュレーション方法は、紙幣を搬送するガイドにおけるガイドの設計と紙幣の搬送性能を評価するため、有限要素法を用いて仮想的に紙幣の挙動シミュレーションする方法であって、ガイド及び被搬送紙幣を、それぞれ有限の大きさの多数の要素に分割した有限要素モデル及び紙幣に、所定の設定条件に基づいて近似する条件紙幣モデルを基準化する処理工程を備える。
（２）本実施例の紙幣搬送シミュレーション方法は、実機の紙幣搬送性能を評価するため、実機搬送ガイドと上記（１）で基準化した条件紙幣モデルを備えたデータベースを用いてシミュレーションする紙幣搬送シミュレーション処理工程と、モデルを基準化する処理及び搬送シミュレーション処理から所定の情報を取得する情報取得処理工程と、三次元CAD設計システムに搬送ガイドの最適設計パラメータをリアルタイムに得る工程とを備える。
（３）本実施例の紙幣搬送シミュレーション方法は、条件紙幣モデルを基準化する処理工程の設定条件を、搬送ガイドの特徴に合わせる所定の条件紙幣の物性条件、形状条件及び特徴寸法に基づいて決定し、紙幣搬送シミュレーション処理工程の搬送条件を、基準化した条件紙幣モデルと搬送ガイドの幾何モデルに搬送力、搬送速度及び接触条件に基づいて決定し、情報を取得処理工程によって、搬送される紙幣の挙動、形状、性能、ジャム有無情報などに関する情報を取得する方法である。
（４）本実施例の紙幣搬送シミュレーションシステムは、紙幣搬送性能と信頼性を評価するため、有限要素法を用いて仮想シミュレーションシステムであって、紙幣の搬送シミュレーションに関する諸処理工程を行ない、条件紙幣のジャムの有無を自動的に判定する及びガイドの最適設計パラメータを得ることができる演算処理装置を備えている。
【００４３】
本実施例によれば、紙幣搬送ガイドの試作をしなくても、紙幣搬送のジャム性能を評価ができ、しかも、試作品の評価試験よりも精度、効率の高い性能評価を行なえ、工数の低減や解析有効性向上の両立を達成する紙幣搬送シミュレーション方法を提供することができる。すなわち、本実施例に係る条件紙幣モデルの基準化と搬送シミュレーション方法及びその装置を適用すると、紙幣搬送の従来の性能推定と試作評価などにかかっていた工数や費用を大幅に減少することができると共に、搬送ガイドの最適設計や、紙幣ジャムに及ぼす影響とジャムの発生メカニズムなど、実機試験では把握が不可能であった現象を明確にすることができるので、ＡＴＭの搬送装置の開発に関する改良、改善、性能説明及び最適仕様設計などを効率的に行うことができる。また、紙幣搬送ガイドの特徴に合わせる条件紙幣を基準化する及びジャム自動判定方法では、単種紙幣とガイドにおける解析方法より、膨張な解析作業を減らし、より効率向上と現象解明にもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の紙幣搬送シミュレーション方法を用いて設計するＡＴＭの構成図である。
【図２】本実施例に係る紙幣搬送シミュレーション方法を示すフローチャート図である。
【図３】本実施例に係る紙幣搬送シミュレーション方法で用いる搬送ガイド及びそれに対応する条件紙幣の例を示す図である。
【図４】本実施例に係る紙幣搬送シミュレーション方法で用いる条件紙幣モデルを基準化するためのFEM解析方法の説明図である。
【図５】本実施例に係る紙幣搬送シミュレーション方法で用いる先端折れ条件紙幣の有限要素モデルとその特徴寸法を説明するための図である。
【図６】本実施例に係る紙幣搬送シミュレーション方法の適用方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１…搬送路、２…紙幣、２ａＡ…先端折れ紙幣、２ｂＡ…耳折れ紙幣、２ｃＢ…短手折れ紙幣、２ｄＢ…皺付き紙幣、３…入出金口、４…鑑別部、５…一時スタッカ、６…還流庫、７…入金庫、８…装填回収庫、
９…ローラ、１０…ガイド部、１０Ａ…ガイド路、１１…補助ガイド、１２…搬送ベルト、２１…Ｖ字型受渡し搬送ガイド、２１ａ、２１ｂ…ガイド部、２２…屈曲搬送ガイド、２２ａ…ガイド部、５０…ＡＴＭ（紙幣搬送装置）、９０…ローラ搬送部、９１…剛体挟持ローラ、９２…弾性体挟持ローラ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紙幣搬送シミュレーション方法に係り、特に、条件紙幣が用いられるＡＴＭ(Automatic Teller Machine)などの紙幣搬送装置に適用可能な紙幣搬送シミュレーション方法に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＡＴＭなどの紙幣搬送装置における紙幣搬送ガイドの設計開発は、既設計データまたは設計者の経験に基づいて紙幣搬送ガイドの試作品を作り、この試作品による紙幣搬送の評価試験から試作品の改良すべき箇所を割り出して再度試作改良品を作り、この試作改良品に対してさらに評価試験を繰り返すといった方法で実施されてきた。
【０００３】
従来のような搬送ガイドの試作及び評価を繰り返す方法では、搬送ガイド用試作金型をその都度設計、製造しなければならない。このような開発では、試作段階の評価に膨大な時間が必要となるだけでなく、紙幣搬送障害の模様やジャム障害などが発生するメカニズムなどを具体的に解明することが困難であった。また、ＡＴＭなどの紙幣搬送装置においては、多様な折れや皺などを有する、いわゆる癖がある紙幣（条件紙幣）が使用されるため、癖がない紙幣（普通紙幣）の搬送において問題が全くない搬送ガイドでも、条件紙幣が搬送される際にジャム障害が発生することがあった。このような条件紙幣に対する高精度、高信頼性を有する紙幣搬送装置の設計要求が高くなっている。
【０００４】
このため、条件紙幣の搬送に対するジャム障害を発生させない信頼性に優れた紙幣搬送装置を短期間で開発できるように、仮想的な解析を用いて条件紙幣に対応した信頼性の高い紙幣搬送装置を開発することが重要となっている。すなわち、解析によって設計の段階で搬送障害をあらかじめ予測することができれば、試作回数の低減ができ、信頼性の高い製品を早期に市場に投入することが可能となるからである。
【０００５】
近年では、近似解析手法などを用いたコンピュータシミュレーションによる設計支援方法が採用される傾向にある。この設計支援方法によれば、試作品を作らなくてもある程度の性能を予測、解析可能なことから、製品開発の期間とコストを大幅に削減できる。
【０００６】
係るコンピュータシミュレーションには、種々の解析法が用いられ、例えば有限要素法（ＦＥＭ：Finite Element Method）を用いることがよく知られている。このＦＥＭは、構造物を有限要素と呼ばれる有限の大きさの多数の領域に分割し、各有限要素に比較的簡単な特性を与えて系全体を解析する手法である。
【０００７】
そして、搬送装置内で柔軟媒体物の搬送動作をコンピュータシミュレーションする手法としては、次の技術が公知である。
【０００８】
特開２００２−３５２１７６号公報（特許文献１）のシート状柔軟物の運動解析方法では、紙などのシート状柔軟物を複数の微小剛体に分割するとともに、各微小剛体間を３種類の弾性体とシート状柔軟物の並進方向に面分を有するシェル要素とによって連結した運動解析モデルを作成して、シート状柔軟物の三次元動的変形を微小剛体の集合についての運動解析により近似するようにしている。
【０００９】
また、特開２００２−１４０３７２号公報（特許文献２）の柔軟媒体物搬送シミュレーション装置では、柔軟媒体のサイズ情報と三次元搬送経路と移動量情報とに基づいて柔軟媒体の搬送位置を算出するとともに、柔軟媒体の形状、幅方向と直交する面内における二次元形状として算出し、算出された三次元搬送位置と二次元形状とサイズ情報とに基づいて柔軟媒体物の三次元像を作成し、その三次元像をシミュレーション結果として出力するようにしている。このような簡易な手法にて、柔軟媒体物の搬送動作をリアルタイムで且つ三次元的に柔軟媒体搬送動作を表示可能にして、柔軟媒体物の搬送の様子を三次元的に視認し確実に把握できるようになっている。
【００１０】
特開２００４−１７１４２６号公報（特許文献３）の紙搬送設計支援装置では、紙搬送シミュレーションに用いるパーツのデータを出力するものであり、搬送に用いられるパーツの三次元形状データを入力する三次元ＣＡＤとパーツの属性グループの入力手段及び出力手段とを備えることにより、紙搬送解析のためのシミュレーションで用いるパーツのデータを簡便に受渡すことを可能とするものである。
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−３５２１７６号公報
【特許文献２】特開２００２−１４０３７２号公報
【特許文献３】特開２００４−１７１４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、特許文献１〜３のような搬送シミュレーションの手法において、紙幣搬送装置の設計に際し、実機を造らずにシミュレーション上でその有効性を検討するためには、まだ解決されるべき点も多い。
【００１３】
即ち、特許文献１〜３の搬送シミュレーションの手法では、多様な折れや皺などを有する条件紙幣が使用される紙幣搬送装置への適用性について十分に配慮されておらず、このような条件紙幣が用いられた場合にジャム障害などが発生するおそれがあった。換言すれば、ＡＴＭの紙幣搬送装置における紙幣の搬送では、前述したように、多様な折れや皺などを有する条件紙幣の搬送があり、このような条件紙幣の搬送に対してもジャム障害などを発生させない信頼性に優れた紙幣搬送装置を短期間で開発できるようにするための紙幣搬送シミュレーションが望まれる。また、ＡＴＭの紙幣搬送装置では、種々の機能を実現するために、様々な形状の搬送ガイド（例えば、直線状の搬送ガイドの他に、２パーツをリンクするＶ字型受渡し搬送ガイド、搬送の進行方向を変化する屈曲搬送ガイドなど）が設けられ、これらの異なる形状の搬送ガイドにおけるジャム障害の発生を防止することが必要である。
【００１４】
本発明の目的は、多様な折れや皺などを有する条件紙幣が使用される紙幣搬送装置を高信頼性を有しつつ短期間に開発することを可能とする紙幣搬送シミュレーション方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前述の目的を達成するための本発明の第１の態様は、各種条件紙幣が各種搬送ガイドで搬送される際に発生するジャム障害をコンピュータを用いてシュミレーションする紙幣搬送シミュレーション方法において、既存の実機ＡＴＭによる搬送試験などから入手したジャム障害情報を前記コンピュータに記憶し、このジャム障害情報を分析して定性的に一次抽出した各種搬送ガイド形状及び各種障害紙幣の特徴を前記コンピュータに記憶し、前記定性的に一次抽出した各種搬送ガイドの形状を簡易化した各種簡易搬送ガイドを試作して各種条件紙幣の搬送実験を行ない、この搬送実験で得られたジャムし易い各種搬送ガイド形状及びこれに対応する各種条件紙幣の特徴及び寸法を二次抽出して前記コンピュータに記憶し、前記簡易化した搬送ガイド及び条件紙幣のＦＥＭモデルを作成し、このＦＥＭモデルにおける紙幣搬送解析を実行してその解析結果を記憶装置に記憶し、この解析結果と上述した二次抽出した搬送実験結果とを比較してよく一致するものを選択し、各種条件紙幣の特徴及び寸法を決めて基準化したＦＥＭモデルを作成し、この基準化したＦＥＭモデルをデータベース格納し、このデータベースをＡＴＭの三次元ＣＡＤ設計システムを用いてシミュレーションすることである。
【００１６】
係る本発明の第１の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記ＦＥＭモデルは、Ｖ字型搬送受渡しガイドと先端折れ条件紙幣及び耳折れ条件紙幣との組合せと、屈曲搬送ガイドと短手折れ条件紙幣及び皺付き条件紙幣との組合せとを含むものであること。
（２）前記三次元ＣＡＤ設計システムからシミュレーションする対象の搬送ガイドのデータを出力してPre/Postプロセッサーによって搬送ガイドの幾何モデルを作成し、前記ＦＥＭモデルを備えたデータベースから分析しようとするガイド形状に合わせる条件紙幣モデルを選定し、前記搬送ガイドの幾何モデルと前記条件紙幣モデルとの境界条件及び接触条件を定義してＦＥＭモデルを作成し、この作成したＦＥＭモデルを汎用ＦＥＭ解析ソフトウェアを用いて解析し、この解析結果をPre/Postプロセッサーによって評価して条件紙幣のジャムの有無を判定すること。
【００１７】
また、本発明の第２の態様は、各種条件紙幣が各種搬送ガイドで搬送される際に発生するジャム障害をシュミレーションするコンピュータにおいて動作する紙幣搬送シミュレーションプログラムにおいて、既存の実機ＡＴＭによる搬送試験などから入手したジャム障害情報を前記コンピュータに記憶する手順と、このジャム障害情報を分析して定性的に一次抽出した各種搬送ガイド形状及び各種障害紙幣の特徴を前記コンピュータに記憶する手順と、前記定性的に一次抽出した各種搬送ガイドの形状を簡易化した各種簡易搬送ガイドを試作して各種条件紙幣の搬送実験を行ない、この搬送実験で得られたジャムし易い各種搬送ガイド形状及びこれに対応する各種条件紙幣の特徴及び寸法を二次抽出して前記コンピュータに記憶する手順と、前記簡易化した搬送ガイド及び条件紙幣のＦＥＭモデルを作成し、このＦＥＭモデルにおける紙幣搬送解析を実行してその解析結果を記憶装置に記憶する手順と、この解析結果と上述した二次抽出した搬送実験結果とを比較してよく一致するものを選択し、各種条件紙幣の特徴及び寸法を決めて基準化したＦＥＭモデルを作成し、この基準化したＦＥＭモデルをデータベース格納する手順とを実行させるものである。
【００１８】
係る本発明の第２の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記データベースをＡＴＭの三次元ＣＡＤ設計システムを用いてシミュレーションする手順を有すること。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の紙幣搬送シミュレーション方法によれば、多様な折れや皺などを有する条件紙幣が使用される紙幣搬送装置を高い信頼性を有して短期間に開発することを可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施例について図を用いて説明する。
【００２１】
まず、本実施例の紙幣搬送シミュレーション方法を用いて設計するＡＴＭに関して図１を参照しながら説明する。
【００２２】
紙幣搬送装置を構成するＡＴＭ５０は、図１に示すように、利用者が紙幣２の入金及び出金を行う入出金口３と、紙幣２の鑑別を行う鑑別部４と、入金した紙幣２を取引成立までの間一時的に集納する一時スタッカ５と、紙幣２の集納及び放出を行う還流庫６と、非還流の紙幣や損券などを集納する入金庫７と、紙幣２の装填及び回収を行う装填回収庫８と、各要素をつなぎ紙幣を双方向に搬送する搬送路１とを備えて構成されている。
【００２３】
係るＡＴＭ５０の搬送路１における紙幣搬送動作を説明する。利用者がＡＴＭ５０に入金紙幣２を投入すると、その紙幣２を入出金口３で一枚ずつ分離し、鑑別部４へと搬送する。鑑別部４にて紙幣２の真偽及び枚数を判断し、真券と判断した紙幣を一時スタッカ５に一時的に集納する。真券とならなかった紙幣を入出金口２に搬送して利用者に返却する。利用者により入金金額の確認が行なわれると、紙幣２を一時スタッカ５から金種別に入金庫７及び還流庫６に搬送して集納する。出金時には、利用者に指定された金額に基づき、対応する金種を集納している還流庫６から紙幣を一枚ずつ分離して鑑別部４へと搬送する。鑑別部４にて紙幣枚数や破損の有無を判定し、正常とみなした紙幣２を入出金口３に搬送すると共に、正常とみなされなかった紙幣２を一時スタッカ５に集納した後に入金庫７に搬送し収納する。
【００２４】
なお、図１に詳細な搬送ガイドの形状を示してないが、ＡＴＭ５０内の搬送路１には、直線状の搬送ガイドの他に、例えば、２パーツをリンクするＶ字型受渡し搬送ガイド、搬送の進行方向を変化する屈曲搬送ガイドなどからなる各種搬送ガイドを備えている。
【００２５】
次に、本実施例の紙幣搬送シミュレーション方法について図２を参照しながら説明する。図２は本実施例に係るコンピュータよる紙幣搬送シミュレーション方法を示すフローチャート図である。
【００２６】
先ず、既存の実機ＡＴＭによる連続搬送試験から紙幣障害情報を入手してコンピュータに入力して記憶装置に記憶し、解析プログラムを用いてこの紙幣障害情報を分析し、紙幣のジャムが発生する箇所やジャムした紙幣の種類とジャム状況などの情報に基づいて搬送ガイド形状及び障害紙幣の特徴を定性的に一次抽出し、記憶装置に記憶する（ステップＳ１）。
【００２７】
しかし、実機ＡＴＭによる連続搬送試験では、ある紙幣が一旦ジャムすると、後続紙幣が全て搬送装置内に止まってしまい、紙幣の変形状態などの情報が入手できなくなる。そのため、ステップ１で定性的に一次抽出した搬送ガイドの形状を簡易化した搬送ガイドを試作して各種条件紙幣の搬送実験の検証を行ない、ジャムし易い条件紙幣種を明確化して、条件紙幣及び搬送ガイドの代表寸法や特徴などを二次的に抽出し、記憶装置に記憶する（ステップＳ２）。
【００２８】
次いで、簡易化した搬送ガイドと条件紙幣とを合わせたＦＥＭモデルを作成し、ＦＥＭモデルにおける紙幣搬送解析を解析プログラムを用いて実行し、その解析結果を記憶装置に記憶する（ステップＳ３）。
【００２９】
次いで、その解析結果と上述した実験結果とを比較してよく一致するものを選択し、紙幣ジャムが発生するメカニズムを解明できる解析手法として構築し、条件紙幣の代表的な種類、特徴寸法、剛性などを決めてＦＥＭモデルを基準化し、データベースを作成する（ステップＳ４）。このデータベースは、ＡＴＭの三次元ＣＡＤ設計システムと連携した紙幣搬送解析システムに組み込まれて用いられる。
【００３０】
次に、上述した条件紙幣のＦＥＭモデルを基準化するプロセスによって、紙幣ジャム現象を再現及び解明する代表的な搬送ガイド及びそれに対応する条件紙幣の例を図３を参照しながら説明する。
【００３１】
図３（Ａ）はＡＴＭにおける２つパーツからなるガイド部２１ａ、２１ｂをリンクするＶ字型受渡しガイド２１の例である。このＶ字型受渡しガイド２１において、左側から送られてきた紙幣２は、回転するローラ９に挟持されることにより右側への搬送力を受け、ガイド部２１ａ、２１ｂ内を左から右に搬送される。
【００３２】
係るＶ字型受渡しガイド２１では、例えば先端折れ紙幣２ａＡの先端がガイド部２１ａの傾斜部と接触することにより、先端折れ紙幣２ａＡの先端が完全に折れしてしまってジャムすることがある。その場合のガイド部２１ａ、２１ｂの特徴を傾斜角度θｇ、搬送路隙間ｈ、受渡しＶ字型幅Ｗ、ローラ９からＶ字受渡し部までの距離Ｌと設定する。また、このＶ字型受渡しガイド２１では、リンクされる２つガイド部２１ａ、２１ｂの間に搬送方向と直交する方向の隙間があるため、耳折れ紙幣２ｂＡのエッジがガイドのくし歯エッジと接することにより引っかかってジャムすることがある。その場合のガイド部２１ａ、２１ｂの特徴を搬送方向と直交する軸方向の隙間と設定する。
【００３３】
図３（Ｂ）はＡＴＭにおける搬送進行方向を変化するガイド部２２ａを有する屈曲搬送ガイド２２の例である。この屈曲搬送ガイド２２において、左側から送られてきた紙幣２は、回転するローラ９に挟持されることにより右側への搬送力を受け、ガイド部２２ａ内を下から上へさらには右側に方向が反転して搬送される。屈曲搬送ガイド２２は、搬送路内ローラやベルトを搬送路面内に設けるために、ガイド部２２ａに一定幅Ｗの切欠部（図示せず）を設けることが必要である。係る屈曲搬送ガイド２２では、短手折れ紙幣２ｃＤや皺付き紙幣２ｄＢが切欠部の出口に設けられた傾斜部と接触することにより、短手折れ紙幣２ｃＤや皺付き紙幣２ｄＢがぺこ折れしてジャムが発生する可能性が高い。その場合の屈曲ガイド部２２ａの特徴を曲率半径Ｒ、切欠部の幅Ｗ、出口に設けられる傾斜角θｇと設定する。
【００３４】
次に、条件紙幣を基準化するためのＦＥＭを用いた解析方法について図４を参照しながら説明する。
【００３５】
ＦＥＭを用いた解析において、その解析結果と上述した実験結果との一致性を得るため、ＦＥＭモデルの作成法とその特徴寸法とを決める必要がある。このＦＥＭモデルは、図４に示すように、初期状態の条件紙幣２と、補助ガイド１１と、搬送力及び搬送速度を与えるための上下２つの挟持ローラ９２、９１で構成するローラ搬送部９０と、ガイド路１０Ａの形状を変更できるガイド部１０と、から成っている。図４では、条件紙幣２が上述した先端折れ紙幣２ａＡの例で示され、また、ガイド部１０が上述した受渡しガイド部２１ａの例で示されているが、上述した２種類の搬送ガイド２１、２２を含む複数の搬送ガイドと対応する条件紙幣２ａＡ、２ｂＡ、２ｃＢ、２ｄＢを含む条件紙幣との解析が行えるように複数の基本ＦＥＭモデルを作成する。なお、図４（Ｂ）では、条件紙幣２、挟持ローラ９２、９１及びガイド路１０Ａを有限要素に分割したメッシュで表示してある。
【００３６】
そして、条件紙幣２が挟持ローラ９２、９１や狭いガイド１０に入り易いため、所定の傾斜角を持つ補助ガイド１１を設けて、条件紙幣２と補助ガイド１１との間の摩擦係数を０に設定してある。条件紙幣２は、薄い柔軟物であり、解析ではシェル要素に近似する。また、ガイド部１０と補助ガイド１１は剛体のシェル要素として扱う。ローラ搬送部９０は、２つの挟持ローラ９１、９２のどちらか１つを弾性体に近似して、条件紙幣２に搬送力と速度を与えている。この場合には、剛体としたローラ９１はシェル要素として扱い、弾性体としたローラ９２は立体的な６面体や４面体要素として扱う。なお、２つの挟持ローラ９１、９２とも弾性体に近似して条件紙幣２に搬送力と速度を与えるようにしてもよい。また、条件紙幣２は、ローラ挟持力を受ける前に、後端側から初期速度が与えられる。なお、挟持ローラ９１、９２とも強制的に規定の速度で回転させる。
【００３７】
そして、条件紙幣２と、補助ガイド１１、挟持ローラ９１、９２及びガイド部１０との接触条件を定義して、ＦＥＭモデルを作成する。作成したＦＥＭモデルは、汎用解析ソフトウェア、例えば、Livermore Software Technology Corporation製のＬＳ−ＤＹＮＡ（商品名）の陽解法を用いて解析される。この解析は、実験結果と合わせるために、条件紙幣２の折れ部剛性や、メッシュ分割の合理性を検討する。また、解析に伴う条件紙幣２や、挟持ローラ９１、９２などの運動物の減衰係数を実験測定から決める。
【００３８】
次に、上述した先端折れ条件紙幣２ａＡの特徴寸法とそのＦＥＭモデルを図５を参照しながら説明する。図５に示す先端折れ紙幣２ａＡでは、先端折れ長さＳは１０ｍｍ以内に、傾斜角αは６０度以内に設置する。データベースに記憶される代表的な寸法は、折れ長さＳが１０ｍｍ、７．５ｍｍ及び５ｍｍ、傾斜角αが６０度、４５度、３０度の組み合わせにする。複数回の実験検証と解析結果との比較を行い、先端折れ条件紙幣や他種折れ紙幣は、折れ目幅は２ｍｍ以内に設定し、この部分の剛性は他の部分の剛性より１／１０から１／２までの範囲内に設定する。また、ＦＥＭモデルのメッシュを他の部分よりも細化する。
【００３９】
次に、図６を参照しながら、図５に示すような条件紙幣の特徴及び寸法を有する条件紙幣モデルのデータベースを用いて、より高効率で高精度の三次元ＣＡＤ設計システムとの連携が行なえる紙幣搬送シミュレーション方法を説明する。
【００４０】
まず、実機設計物のデータを持っている三次元ＣＡＤ設計システムを起動する（ステップＳ１１）。次いで、検討しようとする対象の搬送ガイドユニットのデータを出力し（ステップＳ１２）、Pre/Postプロセッサーによるガイドの幾何モデルを作成する（ステップＳ１３）。一方、基準化した条件紙幣のＦＥＭモデルを備えたデータベースから、分析しようとするガイド形状を認識した上で、そのガイド形状に合わせる条件紙幣モデルを選定し、所定の条件紙幣モデルのデータを読み出す（ステップＳ１４）。
【００４１】
次いで、上述した搬送ガイドの幾何モデルとともに、境界条件と接触条件を定義した上で、ＦＥＭモデルを作成する。作成したＦＥＭモデルに、汎用ＦＥＭ解析ソフトウェア、例えば、例えば上述したＬＳ−ＤＹＮＡなどの陽解法を用いて、解析を実行する（ステップＳ１５）。この解析結果をPre/Postプロセッサーによって評価し（ステップＳ１６）、条件紙幣のジャムの有無を判定する（ステップＳ１７）。ジャムがあれば、搬送ガイドの特徴設計パラメータの変更と修正を行ない、ステップＳ１１に戻って再度の解析を行なう。ジャムが発生しない場合には、その一つケースの解析を完了する。本発明は、このフローチャートに示すようなプロブラムを作りだし、紙幣搬送シミュレータ方法及びそのシステムを提供する。
【００４２】
本実施例の紙幣搬送シミュレーション方法及びシステムを言い換えると次の通りである。
（１）本実施例の紙幣搬送シミュレーション方法は、紙幣を搬送するガイドにおけるガイドの設計と紙幣の搬送性能を評価するため、有限要素法を用いて仮想的に紙幣の挙動シミュレーションする方法であって、ガイド及び被搬送紙幣を、それぞれ有限の大きさの多数の要素に分割した有限要素モデル及び紙幣に、所定の設定条件に基づいて近似する条件紙幣モデルを基準化する処理工程を備える。
（２）本実施例の紙幣搬送シミュレーション方法は、実機の紙幣搬送性能を評価するため、実機搬送ガイドと上記（１）で基準化した条件紙幣モデルを備えたデータベースを用いてシミュレーションする紙幣搬送シミュレーション処理工程と、モデルを基準化する処理及び搬送シミュレーション処理から所定の情報を取得する情報取得処理工程と、三次元CAD設計システムに搬送ガイドの最適設計パラメータをリアルタイムに得る工程とを備える。
（３）本実施例の紙幣搬送シミュレーション方法は、条件紙幣モデルを基準化する処理工程の設定条件を、搬送ガイドの特徴に合わせる所定の条件紙幣の物性条件、形状条件及び特徴寸法に基づいて決定し、紙幣搬送シミュレーション処理工程の搬送条件を、基準化した条件紙幣モデルと搬送ガイドの幾何モデルに搬送力、搬送速度及び接触条件に基づいて決定し、情報を取得処理工程によって、搬送される紙幣の挙動、形状、性能、ジャム有無情報などに関する情報を取得する方法である。
（４）本実施例の紙幣搬送シミュレーションシステムは、紙幣搬送性能と信頼性を評価するため、有限要素法を用いて仮想シミュレーションシステムであって、紙幣の搬送シミュレーションに関する諸処理工程を行ない、条件紙幣のジャムの有無を自動的に判定する及びガイドの最適設計パラメータを得ることができる演算処理装置を備えている。
【００４３】
本実施例によれば、紙幣搬送ガイドの試作をしなくても、紙幣搬送のジャム性能を評価ができ、しかも、試作品の評価試験よりも精度、効率の高い性能評価を行なえ、工数の低減や解析有効性向上の両立を達成する紙幣搬送シミュレーション方法を提供することができる。すなわち、本実施例に係る条件紙幣モデルの基準化と搬送シミュレーション方法及びその装置を適用すると、紙幣搬送の従来の性能推定と試作評価などにかかっていた工数や費用を大幅に減少することができると共に、搬送ガイドの最適設計や、紙幣ジャムに及ぼす影響とジャムの発生メカニズムなど、実機試験では把握が不可能であった現象を明確にすることができるので、ＡＴＭの搬送装置の開発に関する改良、改善、性能説明及び最適仕様設計などを効率的に行うことができる。また、紙幣搬送ガイドの特徴に合わせる条件紙幣を基準化する及びジャム自動判定方法では、単種紙幣とガイドにおける解析方法より、膨張な解析作業を減らし、より効率向上と現象解明にもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の紙幣搬送シミュレーション方法を用いて設計するＡＴＭの構成図である。
【図２】本実施例に係る紙幣搬送シミュレーション方法を示すフローチャート図である。
【図３】本実施例に係る紙幣搬送シミュレーション方法で用いる搬送ガイド及びそれに対応する条件紙幣の例を示す図である。
【図４】本実施例に係る紙幣搬送シミュレーション方法で用いる条件紙幣モデルを基準化するためのFEM解析方法の説明図である。
【図５】本実施例に係る紙幣搬送シミュレーション方法で用いる先端折れ条件紙幣の有限要素モデルとその特徴寸法を説明するための図である。
【図６】本実施例に係る紙幣搬送シミュレーション方法の適用方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１…搬送路、２…紙幣、２ａＡ…先端折れ紙幣、２ｂＡ…耳折れ紙幣、２ｃＢ…短手折れ紙幣、２ｄＢ…皺付き紙幣、３…入出金口、４…鑑別部、５…一時スタッカ、６…還流庫、７…入金庫、８…装填回収庫、
９…ローラ、１０…ガイド部、１０Ａ…ガイド路、１１…補助ガイド、１２…搬送ベルト、２１…Ｖ字型受渡し搬送ガイド、２１ａ、２１ｂ…ガイド部、２２…屈曲搬送ガイド、２２ａ…ガイド部、５０…ＡＴＭ（紙幣搬送装置）、９０…ローラ搬送部、９１…剛体挟持ローラ、９２…弾性体挟持ローラ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各種条件紙幣が各種搬送ガイドで搬送される際に発生するジャム障害をコンピュータを用いてシュミレーションする紙幣搬送シミュレーション方法において、
既存の実機ＡＴＭによる搬送試験などから入手したジャム障害情報を前記コンピュータに記憶し、
このジャム障害情報を分析して定性的に一次抽出した各種搬送ガイド形状及び各種障害紙幣の特徴を前記コンピュータに記憶し、
前記定性的に一次抽出した各種搬送ガイドの形状を簡易化した各種簡易搬送ガイドを試作して各種条件紙幣の搬送実験を行ない、この搬送実験で得られたジャムし易い各種搬送ガイド形状及びこれに対応する各種条件紙幣の特徴及び寸法を二次抽出して前記コンピュータに記憶し、
前記簡易化した搬送ガイド及び条件紙幣のＦＥＭモデルを作成し、このＦＥＭモデルにおける紙幣搬送解析を実行してその解析結果を記憶装置に記憶し、
この解析結果と上述した二次抽出した搬送実験結果とを比較してよく一致するものを選択し、各種条件紙幣の特徴及び寸法を決めて基準化したＦＥＭモデルを作成し、この基準化したＦＥＭモデルをデータベース格納し、
このデータベースをＡＴＭの三次元ＣＡＤ設計システムを用いてシミュレーションする
ことを特徴とする紙幣搬送シミュレーション方法。
【請求項２】
請求項１に記載の紙幣搬送シミュレーション方法において、前記ＦＥＭモデルは、Ｖ字型搬送受渡しガイドと先端折れ条件紙幣及び耳折れ条件紙幣との組合せと、屈曲搬送ガイドと短手折れ条件紙幣及び皺付き条件紙幣との組合せとを含むものであることを特徴とする紙幣搬送シミュレーション方法。
【請求項３】
請求項１に記載の紙幣搬送シミュレーション方法において、
前記三次元ＣＡＤ設計システムからシミュレーションする対象の搬送ガイドのデータを出力してPre/Postプロセッサーによって搬送ガイドの幾何モデルを作成し、
前記ＦＥＭモデルを備えたデータベースから分析しようとするガイド形状に合わせる条件紙幣モデルを選定し、
前記搬送ガイドの幾何モデルと前記条件紙幣モデルとの境界条件及び接触条件を定義してＦＥＭモデルを作成し、
この作成したＦＥＭモデルを汎用ＦＥＭ解析ソフトウェアを用いて解析し、
この解析結果をPre/Postプロセッサーによって評価して条件紙幣のジャムの有無を判定する
ことを特徴とする紙幣搬送シミュレーション方法。
【請求項４】
各種条件紙幣が各種搬送ガイドで搬送される際に発生するジャム障害をシュミレーションするコンピュータにおいて動作する紙幣搬送シミュレーションプログラムにおいて、
既存の実機ＡＴＭによる搬送試験などから入手したジャム障害情報を前記コンピュータに記憶する手順と、
このジャム障害情報を分析して定性的に一次抽出した各種搬送ガイド形状及び各種障害紙幣の特徴を前記コンピュータに記憶する手順と、
前記定性的に一次抽出した各種搬送ガイドの形状を簡易化した各種簡易搬送ガイドを試作して各種条件紙幣の搬送実験を行ない、この搬送実験で得られたジャムし易い各種搬送ガイド形状及びこれに対応する各種条件紙幣の特徴及び寸法を二次抽出して前記コンピュータに記憶する手順と、
前記簡易化した搬送ガイド及び条件紙幣のＦＥＭモデルを作成し、このＦＥＭモデルにおける紙幣搬送解析を実行してその解析結果を記憶装置に記憶する手順と、
この解析結果と上述した二次抽出した搬送実験結果とを比較してよく一致するものを選択し、各種条件紙幣の特徴及び寸法を決めて基準化したＦＥＭモデルを作成し、この基準化したＦＥＭモデルをデータベース格納する手順とを実行させるための紙幣搬送シミュレーションプログラム。
【請求項５】
請求項４に記載された紙幣搬送シミュレーションプログラムにおいて、前記データベースをＡＴＭの三次元ＣＡＤ設計システムを用いてシミュレーションする手順を有する紙幣搬送シミュレーションプログラム。
【請求項１】
各種条件紙幣が各種搬送ガイドで搬送される際に発生するジャム障害をコンピュータを用いてシュミレーションする紙幣搬送シミュレーション方法において、
既存の実機ＡＴＭによる搬送試験などから入手したジャム障害情報を前記コンピュータに記憶し、
このジャム障害情報を分析して定性的に一次抽出した各種搬送ガイド形状及び各種障害紙幣の特徴を前記コンピュータに記憶し、
前記定性的に一次抽出した各種搬送ガイドの形状を簡易化した各種簡易搬送ガイドを試作して各種条件紙幣の搬送実験を行ない、この搬送実験で得られたジャムし易い各種搬送ガイド形状及びこれに対応する各種条件紙幣の特徴及び寸法を二次抽出して前記コンピュータに記憶し、
前記簡易化した搬送ガイド及び条件紙幣のＦＥＭモデルを作成し、このＦＥＭモデルにおける紙幣搬送解析を実行してその解析結果を記憶装置に記憶し、
この解析結果と上述した二次抽出した搬送実験結果とを比較してよく一致するものを選択し、各種条件紙幣の特徴及び寸法を決めて基準化したＦＥＭモデルを作成し、この基準化したＦＥＭモデルをデータベース格納し、
このデータベースをＡＴＭの三次元ＣＡＤ設計システムを用いてシミュレーションする
ことを特徴とする紙幣搬送シミュレーション方法。
【請求項２】
請求項１に記載の紙幣搬送シミュレーション方法において、前記ＦＥＭモデルは、Ｖ字型搬送受渡しガイドと先端折れ条件紙幣及び耳折れ条件紙幣との組合せと、屈曲搬送ガイドと短手折れ条件紙幣及び皺付き条件紙幣との組合せとを含むものであることを特徴とする紙幣搬送シミュレーション方法。
【請求項３】
請求項１に記載の紙幣搬送シミュレーション方法において、
前記三次元ＣＡＤ設計システムからシミュレーションする対象の搬送ガイドのデータを出力してPre/Postプロセッサーによって搬送ガイドの幾何モデルを作成し、
前記ＦＥＭモデルを備えたデータベースから分析しようとするガイド形状に合わせる条件紙幣モデルを選定し、
前記搬送ガイドの幾何モデルと前記条件紙幣モデルとの境界条件及び接触条件を定義してＦＥＭモデルを作成し、
この作成したＦＥＭモデルを汎用ＦＥＭ解析ソフトウェアを用いて解析し、
この解析結果をPre/Postプロセッサーによって評価して条件紙幣のジャムの有無を判定する
ことを特徴とする紙幣搬送シミュレーション方法。
【請求項４】
各種条件紙幣が各種搬送ガイドで搬送される際に発生するジャム障害をシュミレーションするコンピュータにおいて動作する紙幣搬送シミュレーションプログラムにおいて、
既存の実機ＡＴＭによる搬送試験などから入手したジャム障害情報を前記コンピュータに記憶する手順と、
このジャム障害情報を分析して定性的に一次抽出した各種搬送ガイド形状及び各種障害紙幣の特徴を前記コンピュータに記憶する手順と、
前記定性的に一次抽出した各種搬送ガイドの形状を簡易化した各種簡易搬送ガイドを試作して各種条件紙幣の搬送実験を行ない、この搬送実験で得られたジャムし易い各種搬送ガイド形状及びこれに対応する各種条件紙幣の特徴及び寸法を二次抽出して前記コンピュータに記憶する手順と、
前記簡易化した搬送ガイド及び条件紙幣のＦＥＭモデルを作成し、このＦＥＭモデルにおける紙幣搬送解析を実行してその解析結果を記憶装置に記憶する手順と、
この解析結果と上述した二次抽出した搬送実験結果とを比較してよく一致するものを選択し、各種条件紙幣の特徴及び寸法を決めて基準化したＦＥＭモデルを作成し、この基準化したＦＥＭモデルをデータベース格納する手順とを実行させるための紙幣搬送シミュレーションプログラム。
【請求項５】
請求項４に記載された紙幣搬送シミュレーションプログラムにおいて、前記データベースをＡＴＭの三次元ＣＡＤ設計システムを用いてシミュレーションする手順を有する紙幣搬送シミュレーションプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２３５７１４（Ｐ２００６−２３５７１４Ａ）
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−４５５８２（Ｐ２００５−４５５８２）
【出願日】平成１７年２月２２日（２００５．２．２２）
【出願人】（５０４３７３０９３）日立オムロンターミナルソリューションズ株式会社 (1,225)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月２２日（２００５．２．２２）
【出願人】（５０４３７３０９３）日立オムロンターミナルソリューションズ株式会社 (1,225)
【Ｆターム（参考）】
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