CN102590885B

CN102590885B - 基于红外技术的皮革检测方法及装置

Info

Publication number: CN102590885B
Application number: CN2012100330500A
Authority: CN
Inventors: 沈伟; 王军政; 李金仓
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2012-02-14
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2032-02-14
Also published as: CN102590885A

Abstract

本发明公开了基于红外技术的皮革检测装置和方法，在该检测装置中，红外发射管阵列和红外接收管阵列中的一阵列通过固定支架设置于生产线皮革传送带的上方，另一阵列通过固定支架设置于生产线皮革传送带的下方，且红外发射管与红外接收管在垂直方向上位置一一对应，相对应的红外发射管和红外接收管构成一套红外对管；两套相邻的红外对管靠紧安装，构成一个检测点；各个检测点以直线方式等间隔排列，均匀分布于固定支架上；红外发射管阵列和红外接收管阵列的长度L大于传送带的宽度；在一个检测点中，两个红外发射管并联且连接信号处理电路，两个红外接收管并联且连接信号处理电路。本发明能够减低误喷率，皮革位置测量精度高，结构简单，易于实现。

Description

基于红外技术的皮革检测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种基于红外技术的皮革检测方法与装置，属于自动化检测技术领域。

背景技术

喷浆是皮革生产中重要工序之一。为了保证生产效率和产品质量，该工序大都采用自动化的皮革喷浆机完成。

如附图1所示，皮革喷浆机由传送带、皮革检测装置、喷室、烘室和喷枪等部分构成。传送带实现皮革在整个喷浆过程中的运送。它由数十根尼龙材质的传送线组成，能够有效避免浆液在传送带面的淤积。皮革检测装置实现传送带上皮革位置的检测，为喷枪的工作提供指示。喷枪位于喷室之内，根据控制指令将浆液喷涂至皮革上。烘室位于喷室之后，将皮革上的浆液烘干。

皮革喷浆过程如下：半成品皮革随传送带前行，经过皮革检测装置后进入喷室。喷室中，喷枪根据皮革检测结果进行喷浆。喷浆后的皮革进入烘室进行烘干，最后下线结束整个喷浆过程。该过程要求喷枪实现有皮即喷，无皮停喷。即无皮革时，喷枪先停喷越过该处，到有皮革处再继续喷浆。由于喷浆过程中的皮革大小不一，形状各异，因此传送带上皮革的分布具有随机性。如果无法有效的确定皮革的位置，那么将会有相当部分浆液喷涂到皮革之外，不仅增大了生产成本，而且对环境也会造成污染。而如何确定皮革位置，则依赖于皮革检测装置。

皮革检测装置的作用是根据传送带上皮革的位置产生相应的电信号。如果检测效果十分精确，那么喷浆控制器依据该信号控制喷枪，即能够实现有皮即喷、无皮停喷。因此皮革检测对于喷浆过程的自动化控制具有非常重要的意义。

当前皮革检测装置由日光灯管和光电开关构成。其实现方式如下：光电开关沿皮革宽度方向以直线方式均匀分布于传送带一侧；日光灯管作为光源与光电开关平行安装于传送带另一侧。喷浆过程中，皮革从光电开关阵列和日光灯管之间通过。因为皮革能够对光线产生遮挡作用，所以传送带上有皮革的位置，光线无法通过，相应位置的光电开关被关断；传送带上没有皮革的位置，光线就会透射到相应位置的光电开关上，使之导通。根据光电开关的通断状态，控制系统获得了皮革的位置信息，从而给出喷枪的控制指令。

现有的皮革检测方法主要存在以下几个不可避免的问题：

(1)皮革传送线对可见光具有遮挡作用，光电开关检测面积较小，检测时传送线可能会被认为是皮革，产生误喷。

(2)日光灯发光连续，如果皮革间稍有空隙，不论大小，均会有光透射到光电开关之上，使之导通。这样会导致喷枪工作中频繁启停，生产效率降低。

(3)日光灯管使用寿命有限，需要经常更换，同样影响着皮革的生产效率。

(4)在实际应用过程中，除日光灯管外其它各种可见光源极多，或多或少会对检测过程造成干扰，导致误判。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于红外技术的皮革检测方法与装置，该方案能够减低误喷率，皮革位置测量精度高，能够测量的皮革位置范围大，结构简单，易于实现，适用于皮革喷浆、检测和面积测量等相关领域。

该方案是这样实现的：

一种基于红外技术的皮革检测装置，该装置由红外对管阵列和信号处理电路组成；所述红外对管阵列包括红外发射管阵列、红外接收管阵列和固定支架；

固定支架用于固定红外对管阵列及红外对管阵列在皮革生产线上的安装；

红外发射管阵列和红外接收管阵列中的一阵列通过固定支架设置于生产线皮革传送带的上方，另一阵列通过固定支架设置于生产线皮革传送带的下方；红外发射管阵列中的红外发射管排列为一条直线，红外接收管阵列中的红外接收管也排列为一条直线，且红外发射管与红外接收管在垂直方向上位置一一对应，相对应的红外发射管和红外接收管构成一套红外对管；两套相邻的红外对管靠紧安装，构成一个检测点；各个检测点以直线方式等间隔排列，均匀分布于固定支架上；红外发射管阵列和红外接收管阵列的长度L大于传送带的宽度；

在一个检测点中，两个红外发射管并联且连接信号处理电路，两个红外接收管并联且连接信号处理电路；

所述信号处理电路由红外发射管工作电路和红外接收管工作电路组成；红外发射管工作电路用来为红外发射管供电；红外接收管工作电路完成红外接收管的供电、红外接收管检测信号的读取、整形并提供给喷浆控制器。

较佳地，检测点的安放间距d根据喷浆过程所需控制精度确定，令d小于或等于待喷皮革表面的停喷孔隙宽度，所述停喷孔隙是指喷枪停止动作不对其进行喷浆的孔隙。

本发明还提供了一种基于红外技术的皮革检测方法，采用如上所述的任意一中皮革检测装置，该方法包括：

步骤1：根据喷浆过程所需控制精度，确定红外对管阵列中各检测点的安放间隔d，令d小于或等于待喷皮革表面的停喷孔隙宽度，所述停喷孔隙是指喷枪停止动作不对其进行喷浆的孔隙；根据待喷皮革幅面宽度，选择红外发射管阵列和红外接收管阵列的长度L，使该阵列红外对管的分布宽度大于待喷皮革的幅面最大宽度；在喷浆生产线的竖直方向上，将红外发射管阵列和接收管阵列分别通过固定支架安装于生产线皮革传送带上下两侧，使各组红外发射管和红外接收管一一对应并且各套红外对管关于皮革传送带的中心对称分布；根据喷浆控制器处理速度和皮革传送速度，确定扫描时间间隔；

步骤2：喷浆过程中，检测点根据皮革遮挡情况，产生相应的状态信号；

步骤3：信号处理电路对所述状态信号整形之后根据来自喷浆控制器的控制信号将其输出；

步骤4：喷浆控制器采用扫描的方式读入信号处理电路整形后的状态信号，判断当前生产线上皮革分布的位置，根据皮革分布的位置进行喷浆。

有益效果：

采用本发明提出的测试方法制作的测试装置，有以下有益效果：

(1)本发明采用双红外对管结构组成检测点，紧邻安装且并联的红外发射管发出红外光的宽度足以覆盖传送线，而且接收管也是并联的形式，无论同一检测点中的哪个接收管导通，都认为该检测点处没有皮革，因此可以有效去除皮革传送线对检测过程的干扰，提高了检测准确度，降低了误判率。

(2)本发明通过设置检测点间距d，以调节控制精度，对于宽度大于或等于d的孔隙，喷枪停喷，而宽度小于d的孔隙，喷枪正常工作，这样不会因为不想关注的细小孔隙都控制停喷，避免了喷枪工作中频繁启停，生产效率降低的问题。

(3)本发明采用红外对管，其使用寿命相对较长，工作可靠，不需要经常更换，有利于提高皮革的生产效率。

(4)本发明采用红外光源进行检测，而日常和生产环境中的红外光源很少，因此抗干扰能力强，环境适应性好，进一步降低了误判率，可以避免其它光源作为检测光源导致的使用寿命短、无法保证喷浆系统长期不间断工作的问题。

本方法适用于皮革喷浆、检测和面积测量等相关领域。

附图说明

附图1是喷浆系统结构示意图。

附图2是基于红外技术的皮革检测装置组成示意图。

附图3是红外对管阵列布置结构示意图。

附图4是红外发射管工作电路。

附图5是红外接收管工作电路。

具体实施方式

为更好地说明本发明的目的及优点，下面参照附图结合实例对本发明的结构和原理进一步说明。

本发明基于红外技术的皮革检测方法原理如下：生产过程中，待喷浆皮革从红外对管阵列间通过。因为皮革会对红外光线产生遮挡，所以传送带上有皮革的位置，红外光线无法通过，相应位置的接收管处于断路状态；传送带上没有皮革的位置，红外光线能够顺利通过，相应位置的接收管处于导通状态。信号处理电路将红外接收管的状态转化为控制器可以处理的电信号。喷浆控制器采用扫描方法实现红外接收管状态信号的读取，根据红外接收管的通断情况判断各检测点的测量范围内是否有皮革存在，从而控制喷枪工作，实现有皮则喷，无皮停喷。同时还能够获得该时刻遮挡红外光线的皮革面积。

依据本发明所述的基于红外技术的皮革检测方法制造的基于红外技术的皮革检测装置红外对管阵列和信号处理电路，如图2所示。其中，

红外对管阵列包括红外发射管阵列、红外接收管阵列和固定支架。

固定支架用于固定红外对管阵列及其在皮革生产线上的安装，红外发射管阵列和红外接收管阵列通过固定支架设置于生产线皮革传送带的上方和下方，反之亦可。较常用的，该固定支架可以包括上支架和下支架，上支架和下支架分别设置于生产线皮革传送带的上方和下方，红外发射管阵列固定于上支架和下支架中的一个，红外接收管阵列固定于上支架和下支架中的另一个。

如图3所示，红外发射管阵列中的红外发射管排列为一条直线，红外接收管阵列中的红外接收管也排列为一条直线，且红外发射管与红外接收管在空间垂直方向上位置一一对应，空间垂直位置相对应的红外发射管和红外接收管构成一套红外对管。两套相邻的红外对管靠紧安装，构成一个检测点。各检测点以直线方式等间隔排列，均匀分布于固定支架上。在一个检测点中，两个红外发射管并联且连接信号处理电路，两个红外接收管并联且连接信号处理电路。

为了防止漏检，如附图3所示，红外发射管阵列和红外接收管阵列的长度L应比传送带的宽度略大。

相邻检测点的安放间距d决定了控制精度，即传送带上宽度不小于d的皮革间隙均能够被检测，从而控制停止喷浆，因此在设计时根据喷浆过程所需控制精度确定安放间距d，令d小于或等于待喷皮革表面的停喷孔隙宽度，所述停喷孔隙是指喷枪停止动作不对其进行喷浆的孔隙，这样对于宽度大于或等于d的孔隙，喷枪停喷，而宽度小于d的孔隙，喷枪正常工作，这样不会因为不想关注的细小孔隙都控制停喷，避免了喷枪工作中频繁启停，生产效率降低的问题。

在实际中，红外发射管阵列和红外接收管阵列二者安装于皮革传送带的上下两方，哪方在上并不重要。图3示出了红外发射管阵列安装于皮革传送带下方，红外接收管阵列安装于皮革传送带上方的实施方式，重要的是阵列中各组红外发射管和接收管在垂直方向上位置一一对应。为了保护检测装置，可以在红外发射管阵列和红外接收管阵列前方均分别安装玻璃加以保护。

红外发射管阵列的作用是产生检测所需的红外光线。喷浆过程中，检测点所属的两个红外发射管同时工作产生红外光线。因为两个红外发射管发出的红外光线宽度之和足以覆盖传送线宽度，传送线无法同时遮挡两束红外光线，所以采用该工作模式，有效地去除了皮革传送线带来的干扰，提高了系统的可靠性和检测精度。

红外接收管阵列的作用是接收穿过传送带的红外光线。检测点所属的两个红外接收管同时接收红外光线。只要其中一组红外接收管接收到红外光线，则该检测点处于导通状态。红外接收管阵列的状态信号通过电缆传输给信号处理电路。

信号处理电路由红外发射管工作电路和红外接收管工作电路组成。红外发射管工作电路用来实现红外发射管的有效可靠供电。红外接收管工作电路完成红外接收管的可靠供电、红外接收管检测信号的读取、整形，并配合喷浆控制器以扫描的方式读取整形后的信号。

其中整形是将检测信号转换为表示红外接收管通断的信号，且其电平符合喷浆控制器的要求，因此预先设定一门限信号，将红外接收管检测信号的电平与门限信号的电平进行比较，如果大于门限信号电平，则输出低电平，否则，输出高电平，高电平和低电平组成方波信号，该方波信号的电平符合喷浆控制器的输入电平要求。这里的门限信号由皮革生产过程中的环境条件决定。生产环境杂光干扰较强，则门限信号幅值较大；杂光干扰较弱，则门限信号幅值较小。

图4和图5分别给出了一种红外发射管工作电路和红外接收管的工作电路的连接电路图。

如图4所示，红外发射管工作电路的组成和连接关系为：每个检测点中的两支红外发射管D1、D2正端相连，接至+5V电源；D1、D2负端相连，接至电阻R1一端；电阻R1另一端接+5V电源的地。该电路结构简单可靠，目的是实现发射管D1，D2的供电。其中电阻R1在电路中起限流的作用。

如图5所示，红外接收管工作电路的组成和连接关系为：每个检测点中的两个红外接收管Q1、Q2正端相连，接至+12V电源；D1、D2负端与电阻R2一端以及比较器的负输入端相连；电阻R2另一端接+12V电源的地；比较器由+5V电源供电，正输入端与门限信号相连，输出端与上拉电阻R4、三态门输入端连接；R4另一端接+5V电源；门限信号由电位计VR1的滑动触点给出；VR1两端点分别与+12V电源和地连接，调节电位计VR1滑动触点位置，可以实现门限信号的调整；三态门控制端与喷浆控制器输出的控制信号相连，三态门输出端与喷浆控制器的输入端口相连。通过该电路，喷浆控制器能够完成整形后状态信号的有序读取。

喷浆控制器可以采用扫描方法实现红外接收管状态信号的读取。那么在连接时，将所有检测点的三态门输出端每8个编为一组，每组中的8个输出端依次连接喷浆控制器中的8个公共输入端口I0～I7，8个三态门控制端连在一起受一个共同的信号控制，而不同组检测点的三态门控制端连接喷浆控制器中的不同控制信号端，需要读取某组检测点状态信号时，仅需控制相应组的控制端打开三态门，即可实现该组信号的输出，从而实现控制器公共输入端口的分时复用，那么采用控制器的一组输入端口就可以读取所有检测点的状态信号。扫描过程如下：生产过程中，喷浆控制器按照设定的扫描时间间隔，从红外接收管阵列首端开始，以每次8路的速度将各检测点的状态信号依次读入固定的输入端口直至阵列尾端，完成一次扫描。通过采用扫描算法，控制器既保证了检测的效果又节省了输入端口资源。

根据读入的红外接收管状态信号，喷浆控制器可以判断各检测点的测量范围内是否有皮革存在，同时还能够获得自喷浆过程开始至当前时刻遮挡红外光线的皮革面积。结合传送带的运动速度v，即可实现皮革面积S的测量。记自喷浆过程开始至当前时刻各检测点k处于断路状态的时间长度为t_k，全部检测点数目为n，则该皮革面积S的表达式为：

S = Σ_{k = 1}^{n} d (v \cdot t_{k}) - - - (1)

例如一共n＝48个检测点，其中有40个关断时间为10s，3个为8s，5个为6s，传送带速度为0.2m/s，间距d为0.05m，则当前时刻已经喷涂过的皮革面积为40*0.05*0.2*10+3*0.05*0.2*8+5*0.05*0.2*6。

皮革生产过程中，应用本发明进行皮革检测过程步骤如下：

步骤1：根据喷浆过程所需的控制精度(即待喷皮革表面孔隙宽度多大时，喷枪停止动作)，确定红外对管阵列中各检测点的安放间隔d，令d小于或等于待喷皮革表面的停喷孔隙宽度，所述停喷孔隙是指喷枪停止动作不对其进行喷浆的孔隙。那么，当要求控制精度越高，停喷孔隙越小，则间隔d越近，反之要求控制精度越低，停喷孔隙越大，则间隔d越远。考虑到喷浆生产效率和经济性的平衡，若无特殊要求，通常监测点间隔选取为一个检测点的宽度的4-6倍左右，也就是两套红外对管的并联宽度的4-6倍。如果喷浆控制器的控制精度极高，则相应的间隔宽度可以缩小。

根据待喷皮革幅面宽度，选择红外发射管阵列和红外接收管阵列的长度L，使该红外对管阵列的分布宽度略大于待喷皮革的幅面最大宽度；在喷浆生产线的竖直方向上，将红外发射管阵列和接收管阵列分别通过固定支架安装于生产线的上下两侧(红外发射管阵列在上或在下均可)，使各组红外发射管和红外接收管一一对应并且各套红外对管关于生产线的中心对称分布；根据喷浆控制器的处理速度和皮革传送速度，确定扫描时间间隔。皮革传送速度越快，则扫描时间应该越小，这样可以保证检测精度，但是扫描时间的确定也要考虑到喷浆控制器的处理速度，要在喷浆控制器允许范围内。

步骤2：喷浆过程中，双红外对管根据传送线上皮革位置和孔隙分布造成的皮革遮挡情况，产生相应的状态信号。

步骤3：信号处理电路对该状态信号整形之后根据喷浆控制器给出的控制信号将其输出。

步骤4：喷浆控制器采用扫描的方式读入信号处理电路处理后的状态信号，判断当前生产线上皮革分布的位置，根据皮革分布的位置进行喷浆，实现喷浆过程的有效控制以提高喷浆效率、减小环境污染。

而且喷浆控制器还可以采用表达式(1)计算自喷浆过程开始至任意时刻遮挡红外光线的皮革面积，使喷浆控制器能够实时掌握当前已完成喷浆皮革的总量，从而可以实现喷浆皮革总量控制。这样控制器能够根据操作人员预先的生产量设定实现整个喷浆生产过程的全自动控制。

虽然结合了附图描述了本发明的具体实施方式，但是对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于红外技术的皮革检测装置，其特征在于，该装置由红外对管阵列和信号处理电路组成；所述红外对管阵列包括红外发射管阵列、红外接收管阵列和固定支架；

所述信号处理电路由红外发射管工作电路和红外接收管工作电路组成；红外发射管工作电路用来为红外发射管供电；红外接收管工作电路完成红外接收管的供电、红外接收管检测信号的读取、整形并提供给喷浆控制器；

检测点的安放间距d根据喷浆过程所需控制精度确定，令d小于或等于待喷皮革表面的停喷孔隙宽度，所述停喷孔隙是指喷枪停止动作不对其进行喷浆的孔隙；

红外发射管工作电路的组成和连接关系为：每个检测点中的两红外发射管D1、D2正端相连，接至+5V电源；D1、D2负端相连，接至电阻R1一端；电阻R1另一端接+5V电源的地；每个检测点中的两个红外接收管Q1、Q2正端相连，接至+12V电源；D1、D2负端连接电阻R2的一端和比较器的负输入端；电阻R2的另一端接+12V电源的地；所述比较器由+5V电源供电，正输入端与门限信号相连，输出端与上拉电阻R4、三态门输入端连接；电阻R4另一端接+5V电源；门限信号由电位计VR1的滑动触点给出，VR1两端点分别与+12V电源和地连接；三态门的控制端与喷浆控制器输出的控制信号相连，输出端与喷浆控制器的输入端口相连。

2.如权利要求1所述的皮革检测装置，其特征在于，由电位计VR1的滑动位置所决定的门限信号根据皮革生产过程中的环境确定：生产环境杂光干扰较强，则门限信号幅值较大；杂光干扰较弱，则门限信号幅值较小。

3.如权利要求1所述的皮革检测装置，其特征在于，所有检测点的三态门输出端每8个为一组，每组中的8个输出端依次连接喷浆控制器中的8个公共输入端口I0～I7，8个三态门控制端连在一起受一个共同的信号控制，不同组检测点的三态门控制端连接喷浆控制器中的不同控制信号端。

4.如权利要求1所述的皮革检测装置，其特征在于，红外发射管阵列和红外接收管阵列前方均安装玻璃加以保护。

5.一种基于红外技术的皮革检测方法，采用如权利要求1至4任意一项所述的皮革检测装置，其特征在于，该方法包括：

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤4进一步包括：根据所述状态信号，采用公式（1）计算自喷浆过程开始至当前时刻遮挡红外光线的皮革面积S：

S = Σ_{k = 1}^{n} d (v \cdot t_{k}) - - - (1)

其中，v为传送带的运动速度，n为全部检测点数目，d为检测点的安放间隔，t_k为自喷浆过程开始至当前时刻检测点k处于断路状态的时间长度，k=1,2，…，n。