CN102814291A - 基于电容检测的塑料制品自动检测分配方法 - Google Patents

基于电容检测的塑料制品自动检测分配方法 Download PDF

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姚科
高福荣
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Abstract

本发明涉及一种基于电容检测的塑料制品自动检测分配方法，该方法基于用于输送塑料制品的输送单元、设置在输送单元上用于扫描检测的电容器和设置在输送单元上用于分配塑料制品的分配单元，通过在输送单元上设置有检测电容器，解决了检测过程中塑料制品如何输送的问题，实现了对塑料制品内部缺陷的无接触检测，克服了人工检测的误差和接触式检测对产品的损害，检测灵敏度高、连续性强，同时检测过程中省去了运动扫描的过程，效率高，并减少导线分布电容对检测结果的影响；本发明中还包括有采用分配单元根据检测结果对塑料制品进行分配的步骤，自动化程度高，节约大量的人力成本，适用于工业生产中对产品的检测。

Description

基于电容检测的塑料制品自动检测分配方法
技术领域
本发明涉及一种检测和分配技术，更具体地，涉及到利用电容式传感器检测塑料制品并根据检测结果进行分配的方法。
背景技术
塑料（高分子）制品一出现就以其低廉的价格在工业上得到广泛的应用，随着制造工艺的进步和性能的不断增强，塑料制品在很多领域甚至已经取代了传统的金属材料，由于其制造数量巨大，对于塑料制品的生产厂家来说，如何快速而有效地对塑料制品进行检测是一个很普遍的问题，一般情况下，塑料制品的检测主要包括外观规格是否合格、产品内部是否有缺陷，其中前者影响产品的美观程度，后者主要影响产品的力学性能。目前人们对塑料制品的检测方法主要有以下两种：
一是人工检测，即采用手工和肉眼检察的方法对塑料制品进行检测，如使用游标卡尺或者米尺测量产品的规格大小，或者通过肉眼检测塑料产品表面是否有缺陷，如划痕、凹坑等，不过由于主观因素的影响，不同的人对同一制品的检测结果可能不同，同一个人在不同时间对同一产品的检测的结果也可能不同，所以这种方法具有很高的不确定性；同时，对于不透明的材料，如果想要通过人工目测来实现对产品内部是否有气泡，塑封芯片的位置是否正确的检测，这几乎是不可能实现的。
第二种方式是设备检测，作为对前一种方法的补充，用户往往使用设备来获得靠人工检测无法完成的结果，如利用已有的检测设备对产品进行拉伸、压缩、弯曲、剪切、加温老化等实验，通过分析得到产品的力学性能状况、耐温性能。不过这种方法通常需要专业的仪器设备和专业的人才，检测成本较高，同时这些方法大部分需要接触到产品，甚至破坏产品才能得到相关信息，使用范围有限。当然，工业上也有利用视觉分析，超声波探伤的等非接触方法进行检测的系统，不过视觉系统也不能检测塑料制品内部的缺陷，超声波对面积型缺陷的检出率较高，但对体积型缺陷的检出率较低，只适宜检测厚度较大的工件，对检测物体的材质、晶粒度有一定要求，且定量精度不高，检测结果无直接见证记录。
本发明申请人在之前提出利用电容传感器专门对塑料制品的各项特征进行检测的方法及相应设备，并申请有专利保护（专利（申请）号为201120118869.8），该检测系统结构简单，检测结果的连续性好，灵敏度高，可以对产品的规格尺寸和内部一致性做出检测；但上述检测系统未解决检测过程中塑料制品如何输送的问题，还需要人手操作将塑料制品放置到电容两极之间的检测空位才能进行检测，检测后也需要人手将塑料制品撤离，效率低下，不能与现在高自动化程度的工业生产流水线良好配合；而上极板运动扫描的过程，不但增加了每个塑料制品的检测时间，而且测量端的连接导线较长，导线分布电容对测量结果存在着一定的影响，特别是导线随上极板运动时，引入了较大的测量噪声。
发明内容
本发明的目的，就是克服现有技术的不足，提供基于电容检测的塑料制品自动检测分配方法，解决了检测过程中塑料制品如何输送的问题，自动化程度高，检测结果的连续性强，其无接触的扫描还避免了对塑料制品的损坏。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
基于电容检测的塑料制品自动检测分配方法，基于用于输送塑料制品的输送单元、设置在输送单元上用于扫描检测的电容器和设置在输送单元上用于分配塑料制品的分配单元，所述方法包括以下步骤：
(1)所述输送单元任意一段的输送表面采用导电材料制作成下极板作为电容器的一个极，所述下极板上方设置有导电的上极板作为电容器的另一个极，上极板和下极板分别与周围空间相互电气隔离，所述上极板和下极板之间设置有检测空位，上极板与下极板构成一个电容器；
(2)分别从上极板和下极板引出一条导线与电容测量单元连接，所述电容测量单元内顺序连接有用于将电容转化为通用模拟量的信号转换模块、将通用模拟量转化为数字信号的模数转换模块、用于接收该数字信号的采集模块和用于控制分配单元动作的控制模块；
(3)控制模块中预设电容输出信号的参考值P和差值参考值                                               
Figure 2012103037583100002DEST_PATH_IMAGE002
；
(4)将塑料制品放置于输送单元上，由输送单元对塑料制品进行输送，塑料制品沿输送路线通过上极板和下极板构成的电容器；
(5)电容器对通过的塑料制品进行扫描，在该过程中电容测量单元对上极板和下极板组成的电容器间的电容值进行检测并将该电容值转化为数字信号输出，记录输出信号与路径坐标的对应关系得到本次扫描的输出信号-行程曲线Q1；
(6)在输出信号-行程曲线Q1上任意位置求取输出信号值P1，并求出输出信号值P1与参考值P的差值
Figure 2012103037583100002DEST_PATH_IMAGE004
，如果
Figure 924490DEST_PATH_IMAGE004
不大于
Figure 253840DEST_PATH_IMAGE002
，则认为塑料制品合格，否则认为该塑料制品不合格，并由控制模块将检测结果转化为控制指令输送到分配单元；
(7)输送单元将塑料制品输送到分配单元，接收到指令的分配单元动作，将合格的塑料制品和不合格的塑料制品分开输送。
进一步地，所述分配单元包括一旋转轴，旋转轴一端通过联轴器与驱动其旋转的电机连接，旋转轴上固定有随旋转轴转动分配输送路线的角板，所述电机通过导线连接电容测量单元的控制模块。
进一步地，所述步骤(1)中，上、下极板之间的检测空位高度大于塑料制品的高度，塑料制品能够顺利通过上、下极板构成的电容器；同时，上极板下表面与下极板的上表面相互平行，保证电容器中上、下极板任意一处对应位置的垂直距离相等。
进一步地，所述上极板通过支架固定设置在输送单元上方。
更进一步地，所述支架为采用不导电材料制作的绝缘支架。
进一步地，所述上、下极板的材质为金属导体。
更进一步地，所述上、下极板的材质为不锈钢。
为了让信号转化模块对电容值的转化具有唯一性，所述信号转换模块将电容器的电容值转化为通用模拟量的过程中，通用模拟量与电容值呈一一映射关系。
作为一种优选实施方式，所述信号转换模块将电容器的电容值转化为模拟电压信号，输出信号与电容值呈线性关系。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明在输送单元上设置有检测电容器，塑料制品在输送的过程中利用设置在输送单元上的平板式电容式传感器进行检测，解决了检测过程中塑料制品如何输送的问题，实现了对塑料制品内部缺陷的无接触检测，克服了人工检测的误差和接触式检测对产品的损害，检测灵敏度高、连续性强，同时检测过程中省去了运动扫描的过程，效率高，并减少导线分布电容对检测结果的影响；本发明中还包括有采用分配单元根据检测结果对塑料制品进行分配的步骤，自动化程度高，节约大量的人力成本，适用于工业生产中对产品的检测。
附图说明
图1为本发明的一种实施例的结构示意图；
图2为本发明上极板的安装结构示意图；
图3为本发明测量端的导线连接示意图；
图4为本发明所述电容测量单元功能示意图；
图5为本发明的输出信号P1与参考值P的对比图；
图6为本发明的另一种实施例的结构示意图。
图中：1-前级输送带；2-中级输送带；3-后级输送带；4-下极板；5-上极板；6-支架；7-塑料制品；8-分配单元；81-角板；82-旋转轴；83-电机；84-联轴器；101-信号转换模块；102-模数转换模块；103-采集模块；104-控制模块。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做出进一步说明。
实施例1
参见图1至图3，本发明所述的基于电容检测的塑料制品自动检测分配方法，基于用于输送塑料制品的输送单元、设置在输送单元上用于扫描检测的电容器和设置在输送单元上用于分配塑料制品的分配单元，其中输送单元优选为多级输送带，包括前级输送带1、中级输送带2和后级输送带3，如图1所示。前级输送带1主要负责把塑料制品7传送到电容传感器所在的环节——中级输送带2；中级输送带2表面的传送轮带优选采用不锈钢制作，导电的传送轮带作为电容器的下极板4，中级输送带2的两侧设置有通过采用绝缘材料制作的支架6，支架6上固定有上极板5，上极板5位于下极板4的正上方作为电容器的另一个极，如图2所示，上极板5为金属导体，优选为不锈钢制作，上极板5下表面与下极板4上表面平行，上、下极板之间设置有检测空位，上极板5和下极板4分别设置有与电容测量单元相连的导线；中级输送带2后方依次为分配单元8和后级输送带3，分配单元8包括角板81、旋转轴82和电机83，角板81固定在旋转轴82上，旋转轴82一端通过联轴器84与电机83连接，通过电机83的旋转带动角板81的旋转，后级输送带3包括上下两路输送路线，通过分配单元8对输送的塑料制品7进行分配，分别用于输送检测结果得到的不同种类的产品。
基于以上结构，所述的上极板5和下极板4形成的平板电容器的电容值为
                                 
Figure 2012103037583100002DEST_PATH_IMAGE006
   
其中：
Figure 2012103037583100002DEST_PATH_IMAGE008
为平板电容器之间介质的介电常数，A为两平板间的相对面积，d为两板间的相对距离，以上三个参数中的任意一个改变都会导致平板电容器的电容值发生改变。
在本实施例中，由于上极板5的面积小于下极板4的面积且上极板5均处于下极板4的正上方，所以
Figure 2012103037583100002DEST_PATH_IMAGE010
式中平板电容器的相对面积A即为上极板5下表面的面积。
参见图4，与上述平板电容器的两块极板相连的电容测量单元，用于测量该平板电容器的电容值并对接收信号进行处理，该测量单元内顺次连接有信号转换模块101、模数（A/D）转换模块102、采集模块103和控制模块104四部分，其中信号转换模块101用于连接电容器两极板引出的导线并将上述电容器的电容值转换成通用模拟量输出，该通用模拟量为标准模拟电压或模拟电流，在特定的电容检测单元中，每一个电容值均对应一个唯一确定的通用模拟量，两者之间呈一一映射关系，优选为线性关系；模数转换模块102用于将上述通用模拟量转化为数字信号并送给采集模块103；采集模块103用于采集模数转换模块82输出的数字信号并输送到控制模块104；控制模块104通过导线连接分配单元8的电机83，控制模块104中预设有电容输出信号的参考值P和差值参考值
Figure 639691DEST_PATH_IMAGE002
，输入的数字信号与参考值进行对比，根据对比结果输出控制指令到分配单元8的电机83。
基于上述检测系统的结构和理论基础，本发明提供了一种基于电容检测的塑料制品自动检测分配方法：进行检测时，将塑料制品7放置于前级输送带1上，由前级输送带1将塑料制品7输送到中级输送带2——电容传感器处；塑料制品7通过上极板5和下极板4构成的电容器，电容器对通过的塑料制品7进行扫描，在该过程中电容测量单元对上极板5和下极板4组成的电容器间的电容值进行检测并将该电容值转化为数字信号输出，记录输出信号与路径坐标的对应关系得到本次扫描的输出信号-行程曲线Q1；参照图5，在输出信号-行程曲线Q1上任意位置求取输出信号值P1，并求出输出信号值P1与参考值P的差值
Figure 308570DEST_PATH_IMAGE004
，如果
Figure 2012103037583100002DEST_PATH_IMAGE011
不大于
Figure 426567DEST_PATH_IMAGE002
，则认为该塑料制品7合格，否则认为该塑料制品7不合格，并由控制模块104将检测结果转化为控制指令输送到分配单元8；若塑料制品7的检测结果为合格，需分流到在后级输送带3的上层进行传送，则对应电机83旋转角度的零点即不旋转（默认状态电机83定位在该传送带通道）；若塑料制品7的检测结果为不合格，需分流到在后级输送带3的下层进行传送，则对应电机83旋转一定的角度（对应位于下层的传送带与角板81的角度），从而实现了合格品和不合格品的分流。
实施例2
参照图6，本发明的实施例2在结构与工作原理上与实施例1大致相同，其不同点在于本实施例中的后级输送带3是分为左右两路输送路线，分配单元8的安装位置也更改为适应后级输送带3左右两路输送路线的位置。
本发明可应用检测塑料制品内部是否一致或者塑料制品间是否一致，并根据检测结果进行分流。本发明在输送单元上设置有检测电容器，塑料制品7在输送的过程中利用设置在输送单元上的平板式电容式传感器进行检测，解决了检测过程中塑料制品7如何输送的问题，实现了对塑料制品7内部缺陷的无接触检测，克服了人工检测的误差和接触式检测对产品的损害，检测灵敏度高、连续性强，同时检测过程中省去了运动扫描的过程，效率高，并减少导线分布电容对检测结果的影响；本发明中还包括有采用分配单元8根据检测结果对塑料制品7进行分配的步骤，自动化程度高，节约大量的人力成本，适用于工业生产中对产品的检测。
当然，应该明白，以上具体实施例所公布的内容仅为本发明的部分优选方案，凡是基于本发明的技术方案、符合本发明的技术精神，属于本领域技术人员无需进行创造性劳动即可得到的实施都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于电容检测的塑料制品自动检测分配方法，基于用于输送塑料制品的输送单元、设置在输送单元上用于扫描检测的电容器和设置在输送单元上用于分配塑料制品的分配单元，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)所述输送单元任意一段的输送表面采用导电材料制作成下极板作为电容器的一个极，所述下极板上方设置有导电的上极板作为电容器的另一个极，上极板和下极板分别与周围空间相互电气隔离，所述上极板和下极板之间设置有检测空位，上极板与下极板构成一个电容器；
(2)分别从上极板和下极板引出一条导线与电容测量单元连接，所述电容测量单元内顺序连接有用于将电容转化为通用模拟量的信号转换模块、将通用模拟量转化为数字信号的模数转换模块、用于接收该数字信号的采集模块和用于控制分配单元动作的控制模块；
(3)控制模块中预设电容输出信号的参考值P和差值参考值                                                
Figure 2012103037583100001DEST_PATH_IMAGE001
；
(4)将塑料制品放置于输送单元上，由输送单元对塑料制品进行输送，塑料制品沿输送路线通过上极板和下极板构成的电容器；
(5)电容器对通过的塑料制品进行扫描，在该过程中电容测量单元对上极板和下极板组成的电容器间的电容值进行检测并将该电容值转化为数字信号输出，记录输出信号与路径坐标的对应关系得到本次扫描的输出信号-行程曲线Q1；
(6)在输出信号-行程曲线Q1上任意位置求取输出信号值P1，并求出输出信号值P1与参考值P的差值
Figure 283620DEST_PATH_IMAGE002
，如果
Figure 678829DEST_PATH_IMAGE002
不大于
Figure 555519DEST_PATH_IMAGE001
，则认为塑料制品合格，否则认为该塑料制品不合格，并由控制模块将检测结果转化为控制指令输送到分配单元；
(7)输送单元将塑料制品输送到分配单元，接收到指令的分配单元动作，将合格的塑料制品和不合格的塑料制品分开输送。
2.如权利要求1所述的基于电容检测的塑料制品自动检测分配方法，其特征在于，所述分配单元包括一旋转轴，旋转轴一端通过联轴器与驱动其旋转的电机连接，旋转轴上固定有随旋转轴转动分配输送路线的角板，所述电机通过导线连接电容测量单元的控制模块。
3.如权利要求1所述的基于电容检测的塑料制品自动检测分配方法，其特征在于，所述步骤(1)中，上、下极板之间的检测空位高度大于塑料制品的高度。
4.如权利要求3所述的基于电容检测的塑料制品自动检测分配方法，其特征在于，所述上极板下表面与下极板的上表面相互平行。
5.如权利要求1所述的基于电容检测的塑料制品自动检测分配方法，其特征在于，所述上极板通过支架固定设置在输送单元上方。
6.如权利要求5所述的基于电容检测的塑料制品自动检测分配方法，其特征在于，所述支架为采用不导电材料制作的绝缘支架。
7.如权利要求1所述的基于电容检测的塑料制品自动检测分配方法，其特征在于，所述上、下极板的材质为金属导体。
8.如权利要求7所述的基于电容检测的塑料制品自动检测分配方法，其特征在于，所述上、下极板的材质为不锈钢。
9.如权利要求1所述的基于电容检测的塑料制品自动检测分配方法，其特征在于，所述信号转换模块将电容器的电容值转化为通用模拟量的过程中，通用模拟量与电容值呈一一映射关系。
10.如权利要求9所述的基于电容检测的塑料制品自动检测分配方法，其特征在于，所述信号转换模块将电容器的电容值转化为通用模拟量的过程中，通用模拟量与电容值呈线性关系。
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