CN105819037B - 基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法及装置 - Google Patents

基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋方法及装置，包括：激光光电传感器探头、接收阵列、控制器及空袋剔除装置，激光光电传感器探头及接收阵列安装在茶叶包装流水线尾部；光电传感器探头及接收阵列输出端分别与控制器相连接。控制器输出端与空袋剔除装置相连接。本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法及装置，排除了茶叶袋的检测位置和袋内茶叶的分布的影响，防止检测中出现误检，提高了检测的准确性和可靠性。

Description

基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法及装置
技术领域
本发明涉及工业包装领域，具体的说，是涉及一种基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法及装置。
背景技术
在工业自动化的茶叶袋包装流水线上，由于卡料或缺料等故障经常出现茶叶袋内空茶现象，造成产品不合格，浪费大量生产成本。目前关于茶叶空袋检测的方法有人工检测和单探头光电检测两种方法。人工检测效率低，成本高。而单光电探头检测方法的检测效率虽高于人工检测，但受茶叶袋的检测位置和袋内茶叶的分布等情况的影响，也常常出现误检等情况，因此单光电探头检测的方法可靠性不高。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种结构合理、安全系数高、操作方便、检测精度高的基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法及装置。
本发明所采取的技术方案是：
一种基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测装置，包括：第一标志位光电传感器探头、第二标志位光电传感器探头和采样光电传感器探头、接收阵列、控制器，
光电传感器探头及接收阵列安装在茶叶包装流水线尾部；光电传感器探头及接收阵列输出端分别与控制器相连接。
所述光电传感器探头和接收阵列共5组，包括：
第一标志位光电传感器探头和第二标志位光电传感器探头；第二标志位光电传感器探头设置在第一标志位光电传感器探头后部；
第二标志位光电传感器探头后部设置有采样传感器探头；采样传感器探头包括：中部光电传感器探头和底端光电传感器探头；中部光电传感器探头为一组；底端光电传感器探头为两组；
所述光电传感器探头设置在茶叶包装流水线一侧，所述接收阵列设置在茶叶包装流水线另一侧；光电传感器探头和接收阵列设置在同一水平面上。
第一标志位光电传感器探头和第二标志位光电传感器探头对应茶叶袋底部；高于茶叶包装流水线上表面5-10毫米。
中部光电传感器探头对应茶叶袋中心位置；
底端光电传感器探头对应茶叶袋底部；高于茶叶包装流水线上表面5-10毫米。
底端2个光电传感器探头间的跨度不小于一个茶叶袋的宽度，不大于两个茶叶袋的宽度。
一种基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法，包括：
步骤1，茶叶包装流水线尾部安装激光光电传感器探头及接收阵列，PLC控制器及空袋剔除装置；光电传感器探头设置在茶叶包装流水线一侧，接收阵列设置在茶叶包装流水线另一侧；
步骤2，第一标志位光电传感器探头和第二标志位光电传感器探头的采集频率为：f＝1/t＝v/s；
其中：s为包装流水线输送带上相邻两茶叶袋间的距离；v为包装流水线输送带的传送速度；
第一标志位光电传感器探头采集信号如果为“0”，第一标志位处有茶叶袋，反之若为“1”，则说明第一标志位处无茶叶袋或为空袋；
第二标志位光电传感器探头采集信号如果为“0”，第二标志位处有 茶叶袋，反之若为“1”，则说明第二标志位处无茶叶袋或为空袋；
根据第一标志位光电传感器探头和第二标志位光电传感器探头采集信号，决定PLC对1个中部光电传感器探头和2个底端光电传感器探头的采样频率；
设第一标志位采集信号对应变量a，第二标志位采集信号对应变量b，PLC对中部光电传感器探头和底端光电传感器探头的采样频率对应变量c，则a、b、c对应如下关系：
If sign(a)＝1，sign(b)＝1，then c＝4f；
If sign(a)＝1，sign(b)＝0，then c＝2f；
If sign(a)＝0，sign(b)＝1，then c＝f；
If sign(a)＝0，sign(b)＝0，then c＝2f；
PLC对中部光电传感器和底端光电传感器信号进行采集；
步骤3，中部光电传感器探头和底端光电传感器探头的发射端发出激光信号，接收阵列捕捉激光信号；接收阵列接收到激光信号则输出信号为“1”，接收阵列未接收到激光信号，则输出为“0”；
步骤4，判断PLC控制器接收端接收到的输入信号是否全为“1”；
如果PLC控制器接收端接收到的输入信号不是全为“1”，PLC控制器判断茶叶袋内有茶叶，茶叶袋计数器加1，返回步骤2；
PLC控制器接收端接收到的输入信号全为“1”，PLC控制器判断茶叶袋为空茶叶袋；
PLC控制器查询上一组传感器信号输出信号是否全部为“1”；
如果上一组传感器信号输出信号不是全部为“1”；
PLC控制器向剔除装置发出控制信号，剔除装置将空茶叶袋剔除，返回步骤2；如果上一组传感器信号输出信号全部为“1”执行步骤6；
步骤5，PLC空袋计数器C10加1；
步骤6，判断PLC空袋计数器C10的值是否大于等于6，如果PLC空袋计数器C10的值不大于6，那么，
PLC控制器向剔除装置发出控制信号，剔除装置将空茶叶袋剔除，返回步骤2；
如果PLC空袋计数器C10的值大于6，那么，
PLC控制器判断传送带上无茶叶袋需要检测；
步骤7，PLC控制器发出停止检测信号，停止检测，传送带停止运转。
本发明相对现有技术的有益效果：
本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法及装置，排除了茶叶袋的检测位置和袋内茶叶的分布的影响，防止检测中出现误检，提高了检测的准确性和可靠性。
附图说明
图1是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法控制流程图；
图2是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法对空茶叶袋检测的俯视结构示意图；
图3是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法对空茶叶袋检测的主视结构示意图；
图4是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法对正常位置茶叶袋检测的俯视结构示意图；
图5是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法对正常位置茶叶袋检测的主视结构示意图；
图6是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法对右偏离正常位置的茶叶袋检测的俯视结构示意图；
图7是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法对右偏离正常位置的茶叶袋检测的主视结构示意图；
图8是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法对左偏离正常位置的茶叶袋检测的俯视结构示意图；
图9是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法对左偏离正常位置的茶叶袋检测的主视结构示意图；
图10是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法对第一种倒在输送带上的茶叶袋检测的俯视结构示意图；
图11是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法对第一种倒在输送带上的茶叶袋检测的主视结构示意图；
图12是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法对第二种倒在输送带上的茶叶袋检测的俯视结构示意图；
图13是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法对第二种倒在输送带上的茶叶袋检测的主视结构示意图；
图14是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法对第三种倒在输送带上的茶叶袋检测的俯视结构示意图；
图15是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法对第三种倒在输送带上的茶叶袋检测的主视结构示意图；
图16是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法对第四种倒在输送带上的茶叶袋检测的俯视结构示意图；
图17是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法对第四种倒在输送带上的茶叶袋检测的主视结构示意图；
图18是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法对第五种倒在输送带上的茶叶袋检测的俯视结构示意图；
图19是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法对第五种倒在输送带上的茶叶袋检测的主视结构示意图；
图20是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法对第六种倒在输送带上的茶叶袋检测的俯视结构示意图；
图21是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法对第六种倒在输送带上的茶叶袋检测的主视结构示意图；
图22是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测装置的俯视视结构示意图；
图23是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测装置的主视结构示意图；
图24是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法的第二标志位传感器被遮挡的俯视结构示意图；
图25是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法的第二标志位传感器被遮挡的主视结构示意图；
图26是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测装置的5个光电传感器位置示意图；
图27是本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测装置的茶叶袋6种不同姿态示意图。
附图中主要部件符号说明：
图中：
1、茶叶袋包装流水线 2、空茶叶袋
3、茶叶袋 4、茶叶
5、光电传感器探头 6、接收阵列
7、空袋剔除装置
11、第一标志位光电传感器探头
12、第二标志位光电传感器探头。
具体实施方式
以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明：
附图1-27可知，一种基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测装置，包括：第一标志位光电传感器探头11、第二标志位光电传感器探头12和采样光电传感器探头5、接收阵列6、控制器，
光电传感器探头及接收阵列安装在茶叶包装流水线尾部；光电传感器探头及接收阵列输出端分别与控制器相连接。
所述光电传感器探头和接收阵列共5组，包括：
第一标志位光电传感器探头和第二标志位光电传感器探头；第二标志位光电传感器探头设置在第一标志位光电传感器探头后部；
第二标志位光电传感器探头后部设置有采样传感器探头；采样传感器探头包括：中部光电传感器探头和底端光电传感器探头；中部光电传感器探头为一组；底端光电传感器探头为两组；
所述光电传感器探头设置在茶叶包装流水线一侧，所述接收阵列设置在茶叶包装流水线另一侧；光电传感器探头和接收阵列设置在同一水平面上。
中部光电传感器探头对应茶叶袋中心位置；
底端光电传感器探头对应茶叶袋底部；高于茶叶包装流水线上表面5-10毫米。
底端2个光电传感器探头间的跨度不小于一个茶叶袋的宽度，不大于 两个茶叶袋的宽度。
一种基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法，
茶叶包装流水线尾部安装激光光电传感器探头及接收阵列，PLC控制器及空袋剔除装置；光电传感器探头设置在茶叶包装流水线一侧，接收阵列设置在茶叶包装流水线另一侧；
如图1为茶叶空袋检测流程示意图。
该流程开始于步骤s1001。
然后步骤s1002，系统上电。
在步骤s1003，系统调试。
在步骤s1004，启动系统，PLC程序初始化，计数器清零。
在步骤s1005，第一标志位光电传感器探头和第二标志位光电传感器探头的采集频率为：f＝1/t＝v/s；
其中：s为包装流水线输送带上相邻两茶叶袋间的距离；v为包装流水线输送带的传送速度；
第一标志位光电传感器探头采集信号如果为“0”，第一标志位处有茶叶袋，反之若为“1”，则说明第一标志位处无茶叶袋或为空袋；
第二标志位光电传感器探头采集信号如果为“0”，第二标志位处有茶叶袋，反之若为“1”，则说明第二标志位处无茶叶袋或为空袋；
根据第一标志位光电传感器探头和第二标志位光电传感器探头采集信号，决定PLC对1个中部光电传感器探头和2个底端光电传感器探头的采样频率；
设第一标志位采集信号对应变量a，第二标志位采集信号对应变量b，PLC对中部光电传感器探头和底端光电传感器探头的采样频率对应变量c，则a、b、c对应如下关系：
If sign(a)＝1，sign(b)＝1，then c＝4f；
If sign(a)＝1，sign(b)＝0，then c＝2f；
If sign(a)＝0，sign(b)＝1，then c＝f；
If sign(a)＝0，sign(b)＝0，then c＝2f；
其中，sign(x)叫做符号函数，在数学和计算机运算中，其功能是取某个数的符号(正或负)：
当x>0，sign(x)＝1；
当x＝0，sign(x)＝0；
当x<0，sign(x)＝-1；
在通信中，sign(t)表示这样一种信号：
当t≥0，sign(t)＝1；即从t＝0时刻开始，信号的幅度均为1；
当t<0，sign(t)＝-1；在t＝0时刻之前，信号幅度均为-1。
PLC对中部光电传感器和底端光电传感器信号进行采集；
中部光电传感器探头和底端光电传感器探头的发射端发出激光信号，接收阵列捕捉激光信号；接收阵列接收到激光信号则输出信号为“1”，接收阵列未接收到激光信号，则输出为“0”；
在步骤s1006，判断PLC控制器接收端接收到的输入信号是否全为“1”；如果PLC控制器接收端接收到的输入信号不是全为“1”，执行步骤s1007；PLC控制器接收端接收到的输入信号全为“1”执行步骤s1009。
在步骤s1007，PLC控制器判断茶叶袋内有茶叶。
在步骤s1008，PLC控制器茶叶袋计数器加1，然后执行步骤s1005。
在步骤s1009，PLC控制器判断茶叶袋为空茶叶袋。
在步骤s1010，PLC控制器查询上一组传感器信号输出信号是否全部 为“1”。
如果上一组传感器信号输出信号不是全部为“1”，执行步骤s1011；如果上一组传感器信号输出信号全部为“1”，执行步骤s1012。
在步骤s1011，PLC控制器向剔除装置发出控制信号，剔除装置将空茶叶袋剔除，然后执行步骤s1005。
在步骤s1012，PLC空袋计数器C10加1。
在步骤s1013，判断PLC空袋计数器C10的值是否大于等于6，如果PLC空袋计数器C10的值不大于6，那么执行步骤s1011；如果PLC空袋计数器C10的值大于6，那么执行步骤s1014。
在步骤s1014，PLC控制器判断传送带上无茶叶袋需要检测，PLC控制器发出停止检测信号，停止检测，传送带停止运转。
流程结束于步骤s1015。
茶叶袋有3种不同侧面，它在传送带上会出现6种不同姿态。如图25所示。
根据茶叶袋6种姿态的分布规律，2个探头放底部，1个探头放中部，3个检测探头在传送带“行进方向”上是等距的，它们负责对茶叶袋检测与判断。为进一步提高检测准确性，设第一和第二共2个标志位，并在第一、第二标志位处各安置探头，2个标志位决定了PLC对3个检测探头的采样频率。
本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法，当PLC对3个采样检测探头的采样频率c＝4f，则PLC根据相邻检测的4组信号数据判断茶叶袋的状态，如果4组数据中只要有一组判断为有茶叶袋，则此次对应检测判断为有茶叶袋，如果4组数据全判断为空茶叶袋(或无茶叶袋)，则此次对应检测判断为空茶叶袋(或无茶叶袋)。类似地，PLC对 3个检测探头的采样频率c＝2f，则PLC根据相邻检测的2组信号数据判断茶叶袋的状态，如果2组数据中只要有一组判断为有茶叶袋，则此次对应检测判断为有茶叶袋，如果2组数据全判断为空茶叶袋(或无茶叶袋)，则此次对应检测判断为空茶叶袋(或无茶叶袋)。PLC对3个检测探头的采样频率c＝f，则PLC根据相邻检测的1组信号数据判断茶叶袋的状态。
本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测装置具体实现方法如下：
5个传感器的接收端将信号传递给PLC，通过PLC内设定的控制算法进行判断。设当光电传感器的发射端发出激光时，接收端若捕捉到激光信号，则输出信号为“1”，若未接收到激光信号，则输出为“0”。
如图1至图2所示，空茶叶袋的检测，3个接收端接收到激光信号后输出信号均为“1”，PLC则根据全“1”信号判断为空茶叶袋。
如图3至图4所示，如果茶叶袋在正常位置且袋内有茶叶，3个传感器的接收端就会感应不到光信号，于是均输出为“0”。PLC判断全“0”信号，为袋内有茶。
如图5至图8所示，为茶叶袋在输送过程，偏离了其正常位置(偏左或偏右)，此时传感器接收端输出的信号可能会出现2个“1”信号，1个“0”信号，或者1个“1”信号，2个“0”信号，此时PLC也判断袋内有茶。
如图9至图20所示为茶叶袋倒在输送带上的各种状态，这些状态下传感器接收端输出的信号可能2个“1”信号，1个“0”信号；或者1个“1”信号，2个“0”信号；接收到上述信号PLC判断袋内有茶。
综上，PLC接收到的任何一组检测信号中只要含有1个“0”信号，则判断袋内有茶，同时合格茶叶袋的数量值加“1”，完成合格茶叶袋的 计数；如果PLC接收到的一组检测信号全部为“1”信号，则判断为空茶叶袋。
如图21-22所示。激光接收阵列的信号输入PLC控制器的输入端，PLC通过控制算法做出判断，然后发出控制信号给空袋剔除装置，剔除装置按控制命令执行相应的动作。
本发明基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测方法及装置，排除了茶叶袋的检测位置和袋内茶叶的分布的影响，防止检测中出现误检，提高了检测的准确性和可靠性。

Claims (1)

1.一种基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测装置，其特征在于包括：第一标志位光电传感器探头、第二标志位光电传感器探头和采样光电传感器探头、接收阵列、控制器，
光电传感器探头及接收阵列安装在茶叶包装流水线尾部；光电传感器探头及接收阵列输出端分别与控制器相连接；
所述光电传感器探头和接收阵列共5组，包括：
第一标志位光电传感器探头和第二标志位光电传感器探头；第二标志位光电传感器探头设置在第一标志位光电传感器探头后部；
第二标志位光电传感器探头后部设置有采样传感器探头；采样传感器探头包括：中部光电传感器探头和底端光电传感器探头；中部光电传感器探头为一组；底端光电传感器探头为两组；
所述光电传感器探头设置在茶叶包装流水线一侧，所述接收阵列设置在茶叶包装流水线另一侧；光电传感器探头和接收阵列设置在同一水平面上；
第一标志位光电传感器探头和第二标志位光电传感器探头对应茶叶袋底部；高于茶叶包装流水线上表面5-10毫米；
中部光电传感器探头对应茶叶袋中心位置；
底端光电传感器探头对应茶叶袋底部；高于茶叶包装流水线上表面5-10毫米；
底端2个光电传感器探头间的跨度不小于一个茶叶袋的宽度，不大于两个茶叶袋的宽度；
基于激光光电传感器阵列的茶叶空袋检测装置上的检测方法，其特征在于：包括：
步骤1，茶叶包装流水线尾部安装激光光电传感器探头及接收阵列，PLC控制器及空袋剔除装置；光电传感器探头设置在茶叶包装流水线一侧，接收阵列设置在茶叶包装流水线另一侧；
步骤2，第一标志位光电传感器探头和第二标志位光电传感器探头的采集频率为：f＝1/t＝v/s；
其中：s为包装流水线输送带上相邻两茶叶袋间的距离；v为包装流水线输送带的传送速度；
第一标志位光电传感器探头采集信号如果为“0”，第一标志位处有茶叶袋，反之若为“1”，则说明第一标志位处无茶叶袋或为空袋；
第二标志位光电传感器探头采集信号如果为“0”，第二标志位处有茶叶袋，反之若为“1”，则说明第二标志位处无茶叶袋或为空袋；
根据第一标志位光电传感器探头和第二标志位光电传感器探头采集信号，决定PLC对1个中部光电传感器探头和2个底端光电传感器探头的采样频率；
设第一标志位采集信号对应变量a，第二标志位采集信号对应变量b，PLC对中部光电传感器探头和底端光电传感器探头的采样频率对应变量c，则a、b、c对应如下关系：
If sign(a)＝1，sign(b)＝1，then c＝4f；
If sign(a)＝1，sign(b)＝0，then c＝2f；
If sign(a)＝0，sign(b)＝1，then c＝f；
If sign(a)＝0，sign(b)＝0，then c＝2f；
PLC对中部光电传感器和底端光电传感器信号进行采集；
步骤3，中部光电传感器探头和底端光电传感器探头的发射端发出激光信号，接收阵列捕捉激光信号；接收阵列接收到激光信号则输出信号为“1”，接收阵列未接收到激光信号，则输出为“0”；
步骤4，判断PLC控制器接收端接收到的输入信号是否全为“1”；
如果PLC控制器接收端接收到的输入信号不是全为“1”，PLC控制器判断茶叶袋内有茶叶，茶叶袋计数器加1，返回步骤2；
PLC控制器接收端接收到的输入信号全为“1”，PLC控制器判断茶叶袋为空茶叶袋；
PLC控制器查询上一组传感器信号输出信号是否全部为“1”；
如果上一组传感器信号输出信号不是全部为“1”，那么PLC控制器向剔除装置发出控制信号，剔除装置将空茶叶袋剔除，返回步骤2；
如果上一组传感器信号输出信号全部为“1”执行步骤5；
步骤5，PLC空袋计数器C10加1；
步骤6，判断PLC空袋计数器C10的值是否大于等于6，如果PLC空袋计数器C10的值不大于6，那么，
PLC控制器向剔除装置发出控制信号，剔除装置将空茶叶袋剔除，返回步骤2；
如果PLC空袋计数器C10的值大于6，那么，
PLC控制器判断传送带上无茶叶袋需要检测；
步骤7，PLC控制器发出停止检测信号，停止检测，传送带停止运转。
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