CN102730245B - 一种成箱卷烟的包装缺陷检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种成箱卷烟的包装缺陷检测装置及检测方法，装置包括设置在输送成箱卷烟的传送带（2）上的分别作为探测器启动开关和传送带速度感应装置的两个光电开关（3），设置于传送带上并位于光电开关后的作为LCR串联谐振回路电感（L）的门型线圈（1），电感（L）与电容（C）和电阻（R）串联构成LCR谐振回路，电感作为探测器，电阻的压降经检波和线性放大构成信号拾取电路（4），信号拾取电路与信号处理系统（5）电连接，信号处理系统与传送带开关（6）电连接。本发明综合各种检测技术的优点，可提升成品烟箱包装缺陷检测的准确性与适用性。

Description

一种成箱卷烟的包装缺陷检测装置及检测方法

技术领域

本发明属于卷烟无损检测技术领域，主要用于在无损的状态下，检测传送带上的成箱卷烟是否缺条，缺包，受潮，严重挤压变形，金属包装纸是否缺少或多层。也可用于检测成条卷烟内是否缺支。

背景技术

现有的成箱卷烟包装缺陷检测技术主要有以下两种，一种是通过称重方式进行检测，另一种是通过成像技术如X光透视技术进行检测。称重方式一般分为电子称称重与核子称称重，虽然对物体称重时都具有较高的重量精确度，但是因为成品卷烟件烟重量容易受原材及辅料重量波动变化的影响，例如烟支圆周增大，烟丝重量就增大，烟支圆周减小，烟丝重量也减少，批次包装纸箱厚度及大小的变化影响等，常常造成所称成品卷烟重量没有一个比较恒定可靠的重量准确值。例如烟支圆周太大，如果少条，但因为所称重量和标准圆周的成品件烟重量相同，将无法检测出卷烟产品少条；烟支圆周太细，即使所称重量和标准圆周的成品件烟重量轻很多，但成品件烟却没有少条，将误报检测为卷烟产品少条。因此，称重检测的准确度实质上并不高，造成称重检测的识别度不高，误检率高。成像技术是在成品卷烟件烟未封箱前对每一层的25条卷烟利用电子摄像头进行拍摄，如果有一层数量没有达到25条而报警进行拦截检测的。虽然成像技术对每一件每一层卷烟拥有所拍摄图像照片而具有较强的说服力，但是成像技术只能安装于自动化封箱机上，如果生产企业采用了人工装箱，这些人工装箱的成品件烟将没有成像照片记录，当人工装箱少条的时候将无法发现，无法追踪。因此成像技术的应用依然具有安装的局限性，只仅仅适合于自动化机器装箱线，不适合人工装箱。

在金属检测技术领域，早在20世纪五六十年代，就已采用磁场的低频穿透式检测技术对金属进行无损检测。低频磁场穿透是利用物质磁导率的差异，初级线圈电生磁，次级线圈磁生电，通过被测物体的磁导率变化对于感应电动势的影响来检测，当感应电动势瞬间漂移到阀值，触发开关进行报警。但由于没有能力进行精细化的数据处理，检测时需要同时使用两个线圈，探测结构复杂，敏感度不高而且易受干扰产生误报，因此，即便将其应用于件烟的无损检测仍存在问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，综合吸取各种检测技术的优点，提升成品烟箱包装缺陷检测技术的准确性与适用性，提供一种成箱卷烟的包装缺陷检测装置及其检测方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种成箱卷烟的包装缺陷检测装置，该装置包括设置在输送成箱卷烟的传送带上的分别作为探测器启动开关和传送带速度感应装置的两个光电开关，设置于传送带上并位于光电开关后的作为LCR串联谐振回路电感的门型线圈，电感与电容和电阻串联构成LCR谐振回路，LCR串联谐振回路中的电感作为探测器，LCR串联谐振回路中电阻的压降经检波和线性放大构成信号拾取电路，信号拾取电路与信号处理系统电连接，信号处理系统与传送带开关电连接。

进行成箱卷烟包装缺陷检测的方法，采用LCR串联谐振回路中的电感做探测器，使用门型线圈装置作为LCR串联谐振回路的电感L，通过门型线圈的被测物体的磁导率决定电感的大小,当成箱卷烟通过门型线圈中心时，引起电感的变化，电感的变化通过信号拾取电路把信号线性放大处理后送至信号处理系统进行检测，预先储存有正常信号的信号处理系统处理检测信号，判读检测信号与正常信号状态的差异，检测信号与正常信号状态一致为合格，不一致为不合格；当检测到检测信号与正常信号状态不一致时，信号处理系统关闭传送带开关，从而识别检测出有包装缺陷的成箱卷烟。

采用本发明方法，物体磁导率的测量方法是在样环上绕N匝线圈测其电感，

μ=μ₀×μ_s=L÷（N²×S/l）；

式中，μ₀指真空磁导率,μ₀=4π×10^(-7)，μ_s指被测物质的相对磁导系数,空心的时候μ_s=1,μ₀×μ_s即为被测物体的磁导率μ，N指线圈的匝数，N=2～16，S指线圈所围面积，l指线圈长度；

LCR串联谐振回路的激励信号源中信号的频率f₀采用线圈中心为空时的谐振频率，计算公式如下：

$f_0=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}$

式中，L为电感，C为电容，当LRC串联谐振回路的电感发生变化时，其谐振频率的变化会导致负载电阻的电流变化，从而引起负载电阻的压降发生变化，LCR串联谐振回路谐振时通过负载电阻的电流最大，只要有物体通过门型线圈中心，都会导致负载电阻电流减小，对此可做标量测量；在正式测试前需要调试LCR串联谐振回路的电容，以负载电阻的功耗最大时，认为信号源的频率是LCR串联谐振回路的谐振频率。

信号处理系统预先储存的正常信号是在正常工作前对标准样品做采样并建模获取的；建模方法是将标准件反复测试多遍，形成10个标准数据识别单元，每个数据单元又是多次采样的平均值，测试得到的标准差为建议阀值；检测时，将检测到的数据单元分别与标准数据识别单元进行比对，比对结果不超过阀值为合格，超过阀值即可报警。

本发明方法从成箱卷烟开始经过门型线圈时即刻开始采样，由两个光电开关控制采样经过的时间t₁与t₂，门型线圈距最近的光电开关距离是S，两个光电开关之间的距离是S₁，成箱卷烟经过距线圈最近的光电开关后，采样延时T=(t₂‐t₁)×S/S₁,以此判定传送带速度、检测采样需要开启的延时参数、以及采样的间隔时间，确保所有烟箱被测时采样方式不受传送带速度的影响。

本发明至少具有以下优点：

1、本发明的检测装置及其检测方法均与件烟重量无关，原材料及辅料的轻重变化不会影响检测结果，只有箱内的物质材质和存在的结构能够影响检测结果。从而解决了称重检测技术的不确定性，提升烟箱缺条或缺支检测的准确性。

2、封箱后的件烟无论是自动化生产线装箱方式还是人工装箱方式，都能进行统一检测，从而弥补成像检测技术的局限性，提高了检测技术的适用性。

3、本发明装置结构简单，信号处理系统借助现代计算机技术，具有强大的数据处理能力，可简化探测结构，改进检测项目，提高检测精细程度。

下面结合说明书附图进一步阐述本发明的内容。

附图说明

图1是本发明检测装置的示意图；

图2是检测装置的信号拾取示意图；

图3是LRC串联谐振回路的电感变化时，其谐振频率的变化导致负载电阻R的电流变化趋势图。

具体实施方式

图1所示为本发明的一种成箱卷烟的包装缺陷检测装置，该装置包括设置在输送成箱卷烟的传送带2上的分别作为探测器启动开关和传送带速度感应装置的两个光电开关3，设置于传送带上并位于光电开关后的作为LCR串联谐振回路电感L的门型线圈1，电感L与电容C和电阻R串联构成LCR串联谐振回路，LCR串联谐振回路中的电感L作为探测器，LCR串联谐振回路中电阻R的压降经检波和线性放大构成信号拾取电路4，信号拾取电路4与信号处理系统5电连接，信号处理系统5与传送带开关6电连接。电感L与串联电容C构成LC振荡回路，LC振荡回路的谐振频率不易高，在中波频段300K-1.0Mhz即可，太高分布电容引入干扰增大，太小则LCR串联谐振回路的谐振状态很难找。信号拾取电路4对检测到的信号进行线性放大及采样，以便于AD转换器进行数字化处理。采样周期的确定方法是：传送带传送烟箱的速度控制在每个570mm-650mm长的烟箱通过门型线圈的时间是2秒左右，2秒左右的时间共计采样200次，约3mm行程采样一次，每根84mm长的香烟烟支被采样20次左右。

通常成品卷烟件烟都要经过传送带进行出入库输送，可在传送带的某一中途点固定两个光电开关3，两个光电开关之间要有一定距离。光电开关用于检测是否有成品卷烟贯通经过此输送位置，并作为采样控制开关和传送带速度的监控。

采用本发明检测装置进行成箱卷烟缺条检测的方法如下：采用LCR串联谐振回路中的电感做探测器，使用门型线圈装置1作为LCR串联谐振回路的电感L，通过门型线圈的被测物体的磁导率μ决定电感L的大小,当成箱卷烟通过门型线圈中心时，引起电感的变化，电感的变化使LCR串联谐振回路的谐振频率发生变化，LCR串联回路对于信号源的阻抗随之变化，通过信号拾取电路4把电阻R的压降信号线性放大处理后送至工控机组成的信号处理系统5进行检测，预先储存有正常信号的信号处理系统5处理检测信号，判读检测信号与正常信号状态的差异，检测信号与正常信号状态一致为合格，不一致为不合格；当检测到检测信号与正常信号状态不一致时，信号处理系统5关闭传送带开关6，从而识别出有包装缺陷的成箱卷烟。

本发明如图2所示采用LCR的串联谐振回路构成检测装置。门型线圈装置构成空心线圈，其电感L的经验公式是：

L=(μ₀×μ_s×N×N×S)/l；

式中μ₀指真空磁导率,真空磁导率=4π×10^(-7)，μ_s指被测物质的相对磁导系数，线圈空心的时候μ_s=1,μ₀×μ_s即为被测物体的磁导率μ,N指线圈的匝数，N=2～16，S指线圈所围面积，l指线圈长度。

LCR串联谐振回路的激励信号源中信号的频率f₀采用线圈中心为空时的谐振频率，计算公式如下：

$f_0=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}$

式中，L为电感，C为电容，当LRC串联谐振回路的电感发生变化时，其谐振频率的变化会导致负载电阻R的电流变化，变化趋势如图3所示，从而引起负载电阻的压降发生变化，LCR串联谐振回路谐振时通过负载电阻的电流最大，只要有物体通过门型线圈中心，都会导致负载电阻电流减小，对此可做标量测量，如做矢量测量，精细化程度更高。在正式测试前需要调试LCR串联谐振回路的电容C，以负载电阻的功耗最大时，认为信号源的频率是LCR串联谐振回路的谐振频率。

本发明检测方法由于直接与门型线圈的电感L相关，LC阻抗的变化直接导致测量结果变化，非常敏感，选择合适的频率，即可减小分布电容和外磁的干扰。采用低频无法达到的逐段采样方式，用变化趋势判断，有较高的抗干扰能力，应用范围广泛，可用于金属、非金属等多种材质物体的检测。

信号处理系统5预先储存的正常信号是在正常工作前对标准样品做采样并建模获取的；建模方法是将标准件反复测试多遍，形成10个标准数据识别单元，每个数据单元又是多次采样的平均值，测试得到的标准差为建议阀值；检测时，将检测到的数据单元分别与标准数据识别单元进行比对，比对结果不超过阀值为合格，超过阀值即可报警。

本发明采用分段积分的方法，对于采样数据每20次做一次累加，累加后的数据作为识别单元。还有其他的数据识别单元模型，可以把一件烟所记录的信号分成前后两大部分，再对每一部分进行数据累加，然后对前后两大部分进行相减后的绝对值作动态对比，因为前后两部分的信号样本数目相同，但样本中的每一个信号数值是不一定相同的，如果模块程序对比后的绝对值有重大跃升偏差，也就说明前后物体间有差异，此方法对于缺条检测也非常有效。

为了保证烟箱开始经过门型线圈时即刻开始采样，需要对采样进行控制，在传送带上有光电开关控制采样经过的时间t₁与t₂，门型线圈距最近的光电开关距离是S,两个光电开关的距离是S₁。经过距线圈最近的光电开关后，采样延时T=(t₂-t₁)×S/S₁，以此判定传送带速度、检测采样需要开启的延时参数、以及采样的间隔时间，确保所有烟箱被测时采样方式不受传送带速度的影响。

本发明设置的门型线圈1的大小以保持四周距离成品烟箱表面2厘米左右为宜，门型线圈与烟箱的间隔距离应尽可能靠近，避免干扰。线圈用普通5类网线饶两匝。由于网线中有4对双绞线，因而可以通过调整线对的串并关系，使线圈在2匝和16匝之间调整，具体的匝数以满足LCR串联谐振回路的谐振频率与激励源的谐振频率趋近，以LCR负载的功率最大化为判断依据。本实施例LCR串联谐振回路的激励信号源中信号的频率f₀采用750khz。

烟箱通过门型线圈的时候，由于烟箱内的烟卷有锡箔，烟叶，滤嘴等结构的差异，会引起门型线圈的电感发生变化。电感变化导致LCR串联谐振回路对于激励源的阻抗发生变化，而使负载R的实际功耗从最大向往小的方向发展，直至谐振消失。对于负载电阻做压降的采样，经线性发大后送到信号处理系统做A/D转换，转换后的数值即为输入数据。

本发明一般应用于烟卷在成箱封装后，进入商业流通环节时对成箱包装的卷烟所做的最后一次检测。检测在不开箱、不破坏原有成品箱的封装的条件下进行，烟箱在传送带上运行中快速完成检测，一旦发现有包装缺陷的香烟产品，系统即报警，并记录被检烟箱的标号，以备随后进行的人工开箱复检。

Claims (4)

1.一种成箱卷烟的包装缺陷检测方法，其特征在于，成箱卷烟的包装缺陷检测装置包括设置在输送成箱卷烟的传送带（2）上的分别作为探测器启动开关和传送带速度感应装置的两个光电开关（3），设置于传送带上并位于光电开关后的作为LCR串联谐振回路电感（L）的门型线圈（1），电感（L）与电容（C）和电阻（R）串联构成LCR谐振回路，LCR串联谐振回路中的电感（L）作为探测器，LCR串联谐振回路中电阻（R）的压降经检波和线性放大构成信号拾取电路（4），信号拾取电路(4)与信号处理系统（5）电连接，信号处理系统（5）与传送带开关（6）电连接；

检测方法为，采用LCR串联谐振回路中的电感做探测器，使用门型线圈装置（1）作为LCR串联谐振回路的电感（L），通过门型线圈的被测物体的磁导率（μ）决定电感（L）的大小,当成箱卷烟通过门型线圈中心时，引起电感的变化，电感的变化通过信号拾取电路（4）把信号线性放大处理后送至信号处理系统（5）进行检测，预先储存有正常信号的信号处理系统（5）处理检测信号，判读检测信号与正常信号状态的差异，检测信号与正常信号状态一致为合格，不一致为不合格；当检测到检测信号与正常信号状态不一致时，信号处理系统（5）关闭传送带开关（6），从而识别检测出有包装缺陷的成箱卷烟。

2.根据权利要求1所述的一种成箱卷烟的包装缺陷检测方法，其特征在于，物体的磁导率（μ）的测量方法是在门型环上绕N匝线圈测其电感（L），

μ=μ₀×μ_s=L÷（N²×S/l）；

式中，μ₀指真空磁导率,μ₀=4π×10^(-7)，μ_s指被测物质的相对磁导系数,空心的时候μ_s=1,μ₀×μ_s即为被测物体的磁导率μ，N指线圈的匝数，N=2～16，S指线圈所围面积，l指线圈长度；

LCR串联谐振回路的激励信号源中信号的频率f0采用线圈中心为空时的谐振频率，计算公式如下：

$f_0=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}$

式中，L为电感，C为电容，当LRC串联谐振回路的电感发生变化时，其谐振频率的变化会导致负载电阻（R）的电流变化，从而引起负载电阻的压降发生变化，LCR串联谐振回路谐振时通过负载电阻的电流最大，只要有物体通过门型线圈中心，都会导致负载电阻电流减小，对此可做标量测量；在正式测试前需要调试LCR串联谐振回路的电容（C），以负载电阻的功耗最大时，认为信号源的频率是LCR串联谐振回路的谐振频率。

3.根据权利要求1所述的一种成箱卷烟的包装缺陷检测方法，其特征在于，信号处理系统（5）预先储存的正常信号是在正常工作前对标准样品做采样并建模获取的；建模方法是将标准件反复测试多遍，形成10个标准数据识别单元，每个数据单元又是多次采样的平均值，测试得到的标准差为建议阀值；检测时，将检测到的数据单元分别与标准数据识别单元进行比对，比对结果不超过阀值为合格，超过阀值即可报警。

4.根据权利要求1所述的一种成箱卷烟的包装缺陷检测方法，其特征在于，从成箱卷烟开始经过门型线圈时即刻开始采样，由两个光电开关控制采样经过的时间t₁与t₂，门型线圈距最近的光电开关距离是S，两个光电开关之间的距离是S₁，成箱卷烟经过距线圈最近的光电开关后，采样延时T=(t₂-t₁)×S/S₁,以此判定传送带速度、检测采样需要开启的延时参数、以及采样的间隔时间，确保所有烟箱被测时采样方式不受传送带速度的影响。

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