CN102338682A

CN102338682A - 一种在线检测密封容器内压力的方法

Info

Publication number: CN102338682A
Application number: CN2011102529124A
Authority: CN
Inventors: 张树君; 李涵; 陈焕青; 姚余连; 巩小东
Original assignee: Shandong Mingjia Package Inspection Technology Co Ltd
Current assignee: Shandong Mingjia Package Inspection Technology Co Ltd
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2012-02-01

Abstract

本发明公开了一种在线检测密封容器内压力的方法，通过容器触发传感器、位置传感器、温度传感器、编码器和电磁脉冲击打装置，对容器盖施加一个适度的击打力，声波经过滤波放大、A/D转换，输入到DSP，判定合格与否，将不合格容器剔除。本发明能够在高速运转的生产线上对灌装的容器内的压力高低进行实时检测，不合格产品在线直接剔除，检测灵敏度高，提高了生产效率。

Description

一种在线检测密封容器内压力的方法

技术领域

本发明涉及一种自动化检测技术，尤其涉及一种在线检测密封容器内压力的方法。

背景技术

啤酒和含气饮料一般都含有二氧化碳，啤酒中溶解的二氧化碳有利于啤酒的起泡性，饮后赋予一种舒适的刺激感觉，即所谓的杀口力，特别是在15℃左右饮用时，二氧化碳逐步放出，给人以清新、爽快的感觉，还能闻出啤酒特有的酒花香味。二氧化碳在碳酸饮料中具有以下作用：1、清凉作用，当二氧化碳从体内排放出来时，会把体内的热带出来，降低体温，使人有凉爽之感；2、抑制微生物生长，延长碳酸饮料的货架期；3、突出香味，并使碳酸饮料具其特有的甜、酸味感；4、适当的刹口感。由此可见，二氧化碳在啤酒和含气饮料中有重要的意义。如果在灌装容器时封盖存在缺陷，会造出二氧化碳的逃逸，造出产品口味变差或变质。如果二氧化碳超标，可以造出容器内压力超标，造出容器爆炸，特别是玻璃容器，会造出对消费者伤害。随着社会的不断发展，人们对食品饮料的质量安全的重视程度愈发提高。食品质量安全工作重要性的认识的逐步提高，加大了对食品质量的监督和检查力度，食品质量安全直接关系到广大人民群众切身利益，关系到和谐发展和社会稳定。

在现在的啤酒和饮料包装生产过程中，特别是玻璃瓶容器，要求在生产灌装之后，对容器进行封盖处理，压盖以保证产品的质量和风味。然而在压盖过程中，由于生产线速度非常高，玻璃瓶子有时会存在碰伤、瓶口破损、裂纹，压盖封盖机械也会存在磨损，稳定性随之下降，在生产中可能出现缺盖，歪盖和封盖密闭不严等情况。

在目前中国的啤酒和饮料生产线上，主要是人工目测进行在线检测，这种方法效率低，劳动强度大，员工眼睛容易疲劳，检测可靠性差。只能检测出无盖和压力损失大泄露厉害的不合格品，对于轻微泄露和压力过高的容器无法辨别检出。在一些可乐和啤酒的进口生产线上，有德国进口的在线检测设备和装置，由于德国进口设备对瓶子高度要求、对瓶盖材料的要求比较严格，国内的好多瓶子和瓶盖材料难以到达规定的要求，再加上车间温度、噪音等等环境影响，所以，检测可靠性不高，在国内无法推广使用。

发明内容

本发明的目的是：提供一种能够在高速运转的生产线上对灌装的容器内的压力高低进行实时检测，并把不合格的容器进行剔除的在线检测密封容器内压力的方法。

本发明的技术方案是：包括以下步骤：

（1）在输送带上移动的容器，通过位于容器盖上面的容器触发传感器、位置传感器、温度传感器，由容器触发传感器产生触发信号，温度传感器检测环境温度，位置传感器、编码器校正定位，通过MCU驱动电磁脉冲击打装置，对容器盖施加一个适度的击打力；

（2）电磁脉冲击打装置使容器盖受力发出声音信号，声音信号传送给音频处理电路，声波经过滤波放大、A/D转换，输入到DSP；

（3）DSP计算得到的声波波形特征，根据统计分布规律确定的特征阈值范围判断规则，将该波形特征与设定的极限值进行比较，将超出范围极限的容器判定为不合格；

（4）将不合格信号送给MCU，并控制剔除器当容器到达剔除位置时动作，剔除不合格容器。

本发明的有益效果是：采用该发明的方法，实现了在线检测容器内压力和密封质量的自动检测，可以检测出生产线上的不合格产品：瓶盖缺失、歪盖、泄露（瓶子或容器内压力太低）、容器内压力过高。(1) 保证了产品质量。基于声学技术的在线检测装置具有可以长期连续、无疲劳、高速的对产品进行在线逐一检测，检测灵敏度高，保证了产品的质量。(2) 提高了劳动生产率，减轻工人劳动强度。由于采用在线检测系统，非接触不间断检测，检测到不合格容器无需停机，从而提高全员劳动生产率。(3) 降低了生产成本。不合格产品在线直接剔除，误剔除率低，减少检测人员数量，提高了生产效率，大大降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明的检测流程图；

图2 本发明采用设备的结构示意图；

图3为声波完整采样波形图。

具体实施方式

本发明是基于声学技术，利用击打容器盖，接受容器盖的回声信号，对音频信号进行数字处理、分析，以确定容器内压力大小的技术方法，适用于啤酒、饮料等高速生产线上的玻璃瓶等容器非接触实时在线检测。

以啤酒瓶为例，目前国内所使用的啤酒瓶皇冠盖大部分都为马口铁或镀铬铁冲压成型，厚度通常为0.23mm，硬度为Ｔ3或Ｔ4，镀锡层为1.1/2.8g/m²。皇冠盖封盖以后可以看作是边界固定的圆形膜，圆形膜受到外部击打会产生振动，膜的位移表示为：

其边界条件可归结为：

可知，圆形膜周界固定的物理条件数学上可归结为，求解零界贝赛尔函数的根植，满足边界条件的根植有n个，用

表示，即：

(n= 1,2,3….)

因为

中包含频率f_0n, 所以振动频率不是任意值，而只能取某些特定的值，这是弹性体的一个共性，由上式可得：

其中基频为：

可以看出，圆形膜的基频与膜半径a成反比，同时圆形膜的基频也同张力T和面密度σ有关，膜绷得越紧张力越大，以及膜材料的密度越小或者越薄，基频就越高。所以通过对瓶盖进行频域分析，就可以确定瓶盖的张力，也就可以确定出瓶内压力大小。

图1为本发明的检测流程图，从图中看出，系统通过上电、初始化后，容器将传感器触发，控制电磁击打，通过声音A/D转换、音频处理和分析，进行网络传输到DSP，DSP进行计算，判定合格与否，将不合格容器进行剔除。下面结合图2 本发明采用设备的结构示意图作进一步描述，本发明方法包括以下步骤。

步骤一：在输送带1上移动的容器2，依次通过位于容器盖上面的容器触发传感器3、位置传感器4、温度传感器6，由容器触发传感器3产生触发信号，通过温度传感器6测量环境温度，补偿因温度升高导致的容器内压升高，位置传感器4读取容器与击打器间的距离，补偿高度差产生的测量偏差，位置传感器4和编码器9对检测容器校正定位，通过MCU8驱动电磁脉冲击打装置7，对容器盖施加一个适度的击打力。电磁脉冲击打装置7、容器触发传感器3、位置传感器4、温度传感器6安装在一个可以升降的支架5上，通过支架5的升降改变检测传感器与容器间的距离。当容器（例如瓶子）高时，调整手柄，升高支架；当容器矮时，调整手柄，降低支架。容器2与电磁脉冲击打装置7具体的位置，是通过位置传感器4进行信号校正确定，校正方法：在准备生产一种新的产品时，首先把容器2产品静止放在位置传感器4的下面，调整支架，位置传感器4会把测量到的信号反馈到MCU，根据规定的信号阈值确定击打装置的精确高度确定。例如：啤酒瓶上皇冠瓶盖，在位置传感器3~5mm的位置。

步骤二：电磁脉冲击打装置7使容器盖受力发出声音信号，声音信号传送给音频处理电路，声波经过滤波放大、A/D转换，输入到DSP。当待测容器到达电磁脉冲击打装置7的击打头下方时，DSP发送激励脉冲，由驱动电路给击打头激励电流产生磁场，电磁脉冲击打装置的磁场使容器金属盖受力变形，在几何形状和容器盖金属材料根据内部压力一定时，容器盖产生一个对应的固有频率振动，产生容器盖振荡声波，也就是会有一个击打回音出，声波由麦克风接收，送给音频处理电路，经过放大、滤波、A/D转换输入进DSP进行频域变换。

步骤三：DSP计算得到的基频率、主波能量、主波衰减量等声波波形特征，根据统计分布规律确定的特征阈值范围判断规则，将该波形特征与设定的极限值进行比较，将超出范围极限的容器判定为不合格。图3是声波完整采样波形图，为采集到的一个完整波形，通过窗截取感兴趣部分处理，频率窗取5个周期波形的数据，通过快速傅里叶变换获得基频，经过温度、距离补偿，判断基频是否在标准阈范围内，若在阈值范围为合格；对不在阈值范围内容器，则由阻尼比和能量继续判断。在阻尼窗内取3个波形，将最高波峰与第三波峰比做阻尼比，在能量窗采样6个完整波形，能量为累加平方和，若缺盖则能量值较小，歪盖的阻尼比较大。判断标准阈值由连续无差别试验完成。选100个合格品样本，连续通过电磁脉冲激振、提取基频、能量和阻尼，统计绘制分布曲线，确定合格品标准区间，即为标准阈值范围。

步骤四：将不合格信号送给MCU，并控制剔除器11当容器到达剔除传感器10位置时动作，剔除不合格容器，用编码器将容器盖在指定区精确定位连续采样。

本发明选用了MCU+DSP双核心控制方案，MCU控制整个系统运行，DSP负责音频信号处理和网络通讯，MCU与DSP之间通过HPI接口无缝对接，以保证系统可靠运行。MCU (Micro Controller Unit)中文名称为微控制单元，又称单片微型计算机(Single Chip Micro computer)，是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。

本发明采用的硬件电路主要包括DSP处理器、MCU，声音传感器、滤波放大电路、A/D，电磁击打电路，光电触发、编码器、剔除器控制电路，网卡芯片、CPLD组合逻辑电路等，CPLD组合逻辑电路是简化外围数字电路设计，将片选、逻辑控制等集中到一片，方便系统改进升级。外部还包括人机交换界面、检测支架及旋转编码器和剔除器等部分。本发明能够在高速运转的生产线上对灌装的容器内的压力高低进行实时检测，以判断密封是否合格，并根据检测结果，剔除不合格的灌装容器，可检测的灌装容器包括含气饮料、啤酒或液体食品的容器等，可以检测出瓶盖缺失、歪盖、泄露、容器内压力过高等不合格产品。

Claims

1.一种在线检测密封容器内压力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所示的在线检测密封容器内压力的方法，其特征在于：所述电磁脉冲击打装置、容器触发传感器、位置传感器、温度传感器安装在可升降的支架上。

3.根据权利要求1所示的在线检测密封容器内压力的方法，其特征在于：步骤（3）中的声波波形特征包括基频率、主波能量、主波衰减量。