CN106925532A - 一种基于光电触发信号的容器标准规格在线检测系统及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于光电触发信号的容器标准规格在线检测系统及检测方法，所述在线检测系统包括待检容器输送模块、传感检测模块、信号处理模块、执行模块和编码器；所述传感检测模块为光电传感器；所述信号处理模块包括顺序电路连接的预处理模块、分类器模块和控制器模块，所述传感检测模块输出端与预处理模块输入端电路连接，所述控制器模块输出端与执行模块输入端电路连接；所述执行模块为剔除器。与现有技术相比较，具有能够在高速运行的产品流水线上，对容器在高度、宽度、完整度及倒瓶状态进行实时检测，效果稳定且精确，保障后续加工过程中设备安全，提高产品质量的特点。

Description

一种基于光电触发信号的容器标准规格在线检测系统及检测 方法
技术领域
本发明涉及一种基于光电触发信号的容器标准规格在线检测系统及检测方法，尤其涉及啤酒瓶、饮料瓶等容器回收过程中的在线检测系统及检测方法。
背景技术
啤酒饮料等容器使用之后为了实现资源的重复利用，都会对啤酒饮料等容器进行回收二次使用。这类容器回收之后首先需要进行分拣，分拣的目的是将不同规格的容器进行分类，同时将出现破损的容器剔除。目前，对于分拣操作主要是依靠人工分拣，分拣过程仅凭操作人员依靠视觉判断容器的规格，存在检测速度慢、误差较大等问题，不同规格的容器进入生产线后容易对后续检测或加工设备造成损坏。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种基于光电触发信号的容器标准规格在线检测系统及检测方法，该发明能够在高速运行的产品流水线上，对容器在高度、宽度、完整度及倒瓶状态进行实时检测，并采用专用系列剔除器将其剔除处理，使标准瓶进入生产线，从而保证了检测效率，减少劳动力，提高了产品质量，保障后续加工过程中设备安全。本发明技术方案如下：
一种基于光电触发信号的容器标准规格在线检测系统，包括待检容器输送模块、传感检测模块、信号处理模块、执行模块和编码器；
所述待检容器输送模块包括传动机构和用于驱动传动机构转动的驱动电机，所述驱动电机与信号处理模块电路连接，输送模块用于在生产线上输送待检测容器；
所述传感检测模块为光电传感器，所述光电传感器设置在传动机构一侧待检测容器经过处，所述传动机构另一侧设有与光电传感器对应的反射板；所述光电传感器为四个，四个光电传感器分别为高瓶光电传感器、矮瓶光电传感器、瓶颈光电传感器和瓶底光电传感器，其中高瓶光电传感器、矮瓶光电传感器、瓶颈光电传感器和瓶底光电传感器按照自上而下的顺序依次设置；光电传感器作为系统信号输入，传输给信号处理模块进行判别；高瓶光电传感器检测容器是否为高瓶，若瓶子触发高瓶光电，则认为高度超出标准范围，应剔除；矮瓶光电传感器检测容器是否为矮瓶，若瓶子未触发矮瓶光电，则认为高度未达到标准范围，应剔除；瓶颈光电传感器检测容器是否为胖瘦瓶及倒瓶，若触发光电的脉冲宽度超出标准范围，则为胖瓶，应剔除，若触发光电的脉冲宽度未达到标准范围，则为瘦瓶，应剔除；若瓶底光电触发，瓶颈光电未触发，则可能为倒瓶或碎瓶；瓶底光电传感器检测容器是否为倒瓶或碎瓶，若仅有瓶底光电触发且脉冲值在设定的脉冲值范围内，则判断为倒瓶或碎瓶，剔除或停机处理；
所述信号处理模块包括顺序电路连接的预处理模块、分类器模块和控制器模块，所述传感检测模块输出端与预处理模块输入端电路连接，所述控制器模块输出端与执行模块输入端电路连接；信号处理模块用于判别容器是否存在缺陷，以及适时向执行模块发送信号进行剔除；所述预处理模块用于将各光电传感器的输入信号经过滤波和特征空间映射转换为分类器模块可使用的特征向量；其中滤波采用空间滤波方式，对于光电持续时间较短的1信号进行滤除，避免扰动干扰；特征向量为6维向量，分别为：高瓶光电传感器触发状态、矮瓶光电传感器触发状态、瓶颈光电传感器触发状态、瓶底光电传感器触发状态、瓶颈光电传感器触发编码器长度和瓶底光电传感器触发编码器长度；特征向量经过预处理模块输送给分类器模块；所述分类器模块用于通过各光电传感器的输入信号对每个待检测容器进行分类判别，以判断该容器是否存在缺陷，以及缺陷类型，发送给控制器模块；分类器模块的输入信号为6维向量，输出信号为8维向量，其中这8维向量中，每次的输出结果只可能有1维为1，其余为0，即各输出结果之间正交；这8维分别对应分类结果为：正常、高瓶、矮瓶、胖瓶、瘦瓶、倒瓶、破损瓶和碎玻璃，其中输出为1的代表该容器被选定为对应类型的结果；所述控制器模块用于检测每个介于光电传感器和剔除器之间所有容器的位置，接收分类器模块所发出的分类结果，并将其结果与每个容器相对应，在被判别为存在缺陷的容器到达剔除器位置时，根据其被判别的缺陷类型向对应的剔除器发送剔除信号，控制剔除器将不合格容器剔除；
所述执行模块用于接收信号处理模块指令将不合格容器剔除，所述执行模块为剔除器，所述剔除器包括第一剔除头、第二剔除头和第三剔除头；所述第一剔除头为方形柔性击打块，用于剔除高瓶、矮瓶、胖瓶、瘦瓶、半截瓶等；所述第二剔除头为“C”形柔性击打块，用于剔除倒瓶，其被设计为“C”形目的在于避免其与第一剔除头运动相互干扰，并且第二剔除头的宽度D应当满足以下条件：设容器重心距瓶底h1，容器瓶肩以下区域高度为h2，一般h1<h2，则：D < h2且 D >∣2 h1- h2∣；第三剔除头为高压气嘴，用于将不易被柔性击打块剔除的碎玻璃进行有效清除；
所述编码器安装在驱动电机上，编码器与控制器模块电路连接，用于实时探测输送道当前速度，并将信号传输给控制器模块。
作为优选，所述信号处理模块可以为PLC、单片机、工控机、ARM、DSP和FPG中的任意一种。
作为优选，所述第一剔除头和第二剔除头均为气动气缸驱动。
作为优选，所述传动机构为传动链条或传动皮带。
一种基于光电触发信号的容器标准规格在线检测方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一：安装于驱动电机上的编码器随着传动机构传动而转动，其脉冲值随时间变化；待检测容器随传动机构进入检测设备，逐个触发光电传感器；
步骤二：编码器记录各个光电传感器开始触发时的脉冲值，并将各脉冲值传至信号处理模块；当带检测容器完全离开光电传感器时，编码器将失去触发时的脉冲值传至信号处理模块；信号处理模块对各个光电触发脉冲值进行分析判断；
步骤三：①高瓶光电传感器未触发、矮瓶光电传感器触发且瓶颈、瓶底脉冲值在正常范围内，则判断为标准瓶，通过；
②高瓶光电传感器有触发，则判断为高瓶，信号处理模块存储编码器脉冲值并发出剔除信号1，容器到达剔除器时由第一剔除头进行剔除；
③高瓶光电传感器、矮瓶光电传感器均未触发，则判断为矮瓶，信号处理模块存储编码器脉冲值并发出剔除信号1，容器到达剔除器时由第一剔除头进行剔除；
④高瓶光电传感器未触发、矮瓶光电传感器触发，瓶颈光电传感器触发脉冲大于正常范围，则判断为胖瓶，信号处理模块存储编码器脉冲值并发出剔除信号1，容器到达剔除器时由第一剔除头进行剔除；
⑤高瓶光电传感器未触发、矮瓶光电传感器触发，瓶颈光电传感器触发脉冲小于正常范围，则判断为瘦瓶，信号处理模块存储编码器脉冲值并发出剔除信号1，容器到达剔除器时由第一剔除头进行剔除；
⑥高瓶光电传感器、矮瓶光电传感器、瓶颈光电传感器均未触发，瓶底光电传感器触发脉冲值在倒瓶预设范围内，则判断为倒瓶，信号处理模块存储编码器脉冲值并发出剔除信号2，容器到达剔除器时由第二剔除头进行剔除；
⑦高瓶光电传感器、矮瓶光电传感器均未触发，瓶底光电传感器触发脉冲小于正常范围；或高瓶光电传感器、矮瓶光电传感器、瓶颈光电传感器均未触发，瓶底光电传感器触发在破损瓶预设范围内，则判断为破损瓶，此时信号处理模块发出停机信号并发出报警信号；
⑧高瓶光电传感器、矮瓶光电传感器、瓶颈光电传感器均未触发，瓶底光电传感器触发脉冲值在碎玻璃预设范围内，则判断为碎玻璃，信号处理模块存储编码器脉冲值并发出剔除信号3，容器到达剔除器时由第三剔除头进行高压吹气进行处理。
本发明的有益效果为：
该发明能够在高速运行的产品流水线上，对容器在高度、宽度、完整度及倒瓶状态进行实时检测，效果稳定且精确，保障后续加工过程中设备安全，提高产品质量。
附图说明
图1为本发明光电传感器与待检测容器之间位置关系结构示意图；
图2为本发明第一剔除头、第二剔除头和第三剔除头之间组合关系俯视结构示意图；
图3为本发明第一剔除头、第二剔除头和第三剔除头之间组合关系主视结构示意图；
图4为本发明控制原理框图；
图5为本发明光电触发与容器类型判断算法示意图。
图中所示：
1、高瓶光电传感器，2、矮瓶光电传感器，3、瓶颈光电传感器，4、瓶底光电传感器，5、反射板，6、传动机构，7、第二剔除头，8、第一剔除头，9、第三剔除头，10、待检测容器。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
如图1、4所示，一种基于光电触发信号的容器标准规格在线检测系统，包括待检容器输送模块、传感检测模块、信号处理模块、执行模块和编码器；
所述待检容器输送模块包括传动机构和用于驱动传动机构转动的驱动电机，所述传动机构6为传动链条或传动皮带。所述驱动电机与信号处理模块电路连接，输送模块用于在生产线上输送待检测容器10。
所述传感检测模块为光电传感器，所述光电传感器设置在传动机构6一侧待检测容器10经过处，所述传动机构6另一侧设有与光电传感器对应的反射板5；所述光电传感器为四个，四个光电传感器分别为高瓶光电传感器1、矮瓶光电传感器2、瓶颈光电传感器3和瓶底光电传感器4，其中高瓶光电传感器1、矮瓶光电传感器2、瓶颈光电传感器3和瓶底光电传感器4按照自上而下的顺序依次设置；光电传感器作为系统信号输入，传输给信号处理模块进行判别；
所述信号处理模块包括顺序电路连接的预处理模块、分类器模块和控制器模块，所述传感检测模块输出端与预处理模块输入端电路连接，所述控制器模块输出端与执行模块输入端电路连接；信号处理模块用于判别容器是否存在缺陷，以及适时向执行模块发送信号进行剔除；
所述执行模块用于接收信号处理模块指令将不合格容器剔除，所述执行模块为剔除器，所述剔除器包括第一剔除头8、第二剔除头7和第三剔除头9；如图2、3所示，所述第一剔除头8为方形柔性击打块；所述第二剔除头7为“C”形柔性击打块，第二剔除头的宽度D应当满足以下条件：设容器重心距瓶底h1，容器瓶肩以下区域高度为h2，一般h1< h2，则：D < h2且D >∣2 h1- h2∣；第三剔除头9为高压气嘴；
所述编码器安装在驱动电机上，编码器与控制器模块电路连接，用于实时探测输送道当前速度，并将信号传输给控制器模块。
所述预处理模块用于将各光电传感器的输入信号经过滤波和特征空间映射转换为分类器模块可使用的特征向量；其中滤波采用空间滤波方式，对于光电持续时间较短的1信号进行滤除，避免扰动干扰；特征向量为6维向量，分别为：高瓶光电传感器1触发状态、矮瓶光电传感器2触发状态、瓶颈光电传感器3触发状态、瓶底光电传感器4触发状态、瓶颈光电传感器3触发编码器长度和瓶底光电传感器4触发编码器长度；特征向量经过预处理模块输送给分类器模块。
所述分类器模块用于通过各光电传感器的输入信号对每个待检测容器10进行分类判别，以判断该容器是否存在缺陷，以及缺陷类型，发送给控制器模块；分类器模块的输入信号为6维向量，输出信号为8维向量，其中这8维向量中，每次的输出结果只可能有1维为1，其余为0，即各输出结果之间正交；如图5所示，这8维分别对应分类结果为：正常、高瓶、矮瓶、胖瓶、瘦瓶、倒瓶、破损瓶和碎玻璃，其中输出为1的代表该容器被选定为对应类型的结果。
所述控制器模块用于检测每个介于光电传感器和剔除器之间所有容器的位置，接收分类器模块所发出的分类结果，并将其结果与每个容器相对应，在被判别为存在缺陷的容器到达剔除器位置时，根据其被判别的缺陷类型向对应的剔除器发送剔除信号，控制剔除器将不合格容器剔除。
所述信号处理模块可以为PLC、单片机、工控机、ARM、DSP和FPG中的任意一种。
所述第一剔除头8和第二剔除头7均为气动气缸驱动。
一种基于光电触发信号的容器标准规格在线检测方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一：安装在驱动电机上的编码器随着传动链条传动而转动，其脉冲值随时间变化；待检测容器10随传动链条进入检测设备，逐个触发光电传感器；
步骤二：编码器记录各个光电传感器开始触发时的脉冲值，并将各脉冲值传至信号处理模块；当带检测容器完全离开光电传感器时，编码器将失去触发时的脉冲值传至信号处理模块；信号处理模块对各个光电触发脉冲值进行分析判断；
步骤三：①高瓶光电传感器1未触发、矮瓶光电传感器2触发且瓶颈、瓶底脉冲值在正常范围内，则判断为标准瓶，通过；
②高瓶光电传感器1有触发，则判断为高瓶，信号处理模块存储编码器脉冲值并发出剔除信号1，容器到达剔除器时由第一剔除头8进行剔除；
③高瓶光电传感器1、矮瓶光电传感器2均未触发，则判断为矮瓶，信号处理模块存储编码器脉冲值并发出剔除信号1，容器到达剔除器时由第一剔除头8进行剔除；
④高瓶光电传感器1未触发、矮瓶光电传感器2触发，瓶颈光电传感器3触发脉冲大于正常范围，则判断为胖瓶，信号处理模块存储编码器脉冲值并发出剔除信号1，容器到达剔除器时由第一剔除头8进行剔除；
⑤高瓶光电传感器1未触发、矮瓶光电传感器2触发，瓶颈光电传感器3触发脉冲小于正常范围，则判断为瘦瓶，信号处理模块存储编码器脉冲值并发出剔除信号1，容器到达剔除器时由第一剔除头8进行剔除；
⑥高瓶光电传感器1、矮瓶光电传感器2、瓶颈光电传感器3均未触发，瓶底光电传感器4触发脉冲值在倒瓶预设范围内，则判断为倒瓶，信号处理模块存储编码器脉冲值并发出剔除信号2，容器到达剔除器时由第二剔除头7进行剔除；
⑦高瓶光电传感器1、矮瓶光电传感器2均未触发，瓶底光电传感器4触发脉冲小于正常范围；或高瓶光电传感器1、矮瓶光电传感器2、瓶颈光电传感器3均未触发，瓶底光电传感器4触发在破损瓶预设范围内，则判断为破损瓶，此时信号处理模块发出停机信号并发出报警信号；
⑧高瓶光电传感器1、矮瓶光电传感器2、瓶颈光电传感器3均未触发，瓶底光电传感器4触发脉冲值在碎玻璃预设范围内，则判断为碎玻璃，信号处理模块存储编码器脉冲值并发出剔除信号3，容器到达剔除器时由第三剔除头9进行高压吹气进行处理。
当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (10)

1.一种基于光电触发信号的容器标准规格在线检测系统，其特征在于：包括待检容器输送模块、传感检测模块、信号处理模块、执行模块和编码器；
所述待检容器输送模块包括传动机构（6）和用于驱动传动机构（6）转动的驱动电机，所述驱动电机与信号处理模块电路连接，输送模块用于在生产线上输送待检测容器（10）；
所述传感检测模块为光电传感器，所述光电传感器设置在传动机构（6）一侧待检测容器（10）经过处，所述传动机构（6）另一侧设有与光电传感器对应的反射板（5）；所述光电传感器为四个，光电传感器作为系统信号输入，传输给信号处理模块进行判别；
所述信号处理模块包括顺序电路连接的预处理模块、分类器模块和控制器模块，所述传感检测模块输出端与预处理模块输入端电路连接，所述控制器模块输出端与执行模块输入端电路连接；信号处理模块用于判别容器是否存在缺陷，以及适时向执行模块发送信号进行剔除；
所述执行模块用于接收信号处理模块指令将不合格容器剔除，所述执行模块为剔除器；
所述编码器安装在的驱动电机上，编码器与控制器模块电路连接，用于实时探测输送道当前速度，并将信号传输给控制器模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于光电触发信号的容器标准规格在线检测系统，其特征在于：所述预处理模块用于将各光电传感器的输入信号经过滤波和特征空间映射转换为分类器模块可使用的特征向量；其中滤波采用空间滤波方式，对于光电持续时间较短的1信号进行滤除，避免扰动干扰；特征向量为6维向量，分别为：高瓶光电传感器（1）触发状态、矮瓶光电传感器（2）触发状态、瓶颈光电传感器（3）触发状态、瓶底光电传感器（4）触发状态、瓶颈光电传感器（3）触发编码器长度和瓶底光电传感器（4）触发编码器长度；特征向量经过预处理模块输送给分类器模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于光电触发信号的容器标准规格在线检测系统，其特征在于：所述分类器模块用于通过各光电传感器的输入信号对每个待检测容器（10）进行分类判别，以判断该容器是否存在缺陷，以及缺陷类型，发送给控制器模块；分类器模块的输入信号为6维向量，输出信号为8维向量，其中这8维向量中，每次的输出结果只可能有1维为1，其余为0，即各输出结果之间正交；这8维分别对应分类结果为：正常、高瓶、矮瓶、胖瓶、瘦瓶、倒瓶、破损瓶和碎玻璃，其中输出为1的代表该容器被选定为对应类型的结果。
4.根据权利要求1所述的一种基于光电触发信号的容器标准规格在线检测系统，其特征在于：所述控制器模块用于检测每个介于光电传感器和剔除器之间所有容器的位置，接收分类器模块所发出的分类结果，并将其结果与每个容器相对应，在被判别为存在缺陷的容器到达剔除器位置时，根据其被判别的缺陷类型向对应的剔除器发送剔除信号，控制剔除器将不合格容器剔除。
5.根据权利要求1中所述的一种基于光电触发信号的容器标准规格在线检测系统，其特征在于：信号处理模块可以为PLC、单片机、工控机、ARM、DSP和FPG中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种基于光电触发信号的容器标准规格在线检测系统，其特征在于：所述四个光电传感器分别为高瓶光电传感器（1）、矮瓶光电传感器（2）、瓶颈光电传感器（3）和瓶底光电传感器（4），其中高瓶光电传感器（1）、矮瓶光电传感器（2）、瓶颈光电传感器（3）和瓶底光电传感器（4）按照自上而下的顺序依次设置。
7.根据权利要求1所述的一种基于光电触发信号的容器标准规格在线检测系统，其特征在于：所述剔除器包括第一剔除头（8）、第二剔除头（7）和第三剔除头（9）；所述第一剔除头（8）为方形柔性击打块；所述第二剔除头（7）为“C”形柔性击打块，第二剔除头（7）的宽度D应当满足以下条件：设容器重心距瓶底h1，容器瓶肩以下区域高度为h2，一般h1< h2，则：D <h2且 D >∣2 h1- h2∣；第三剔除头（9）为高压气嘴。
8.根据权利要求7所述的一种基于光电触发信号的容器标准规格在线检测系统，其特征在于：所述第一剔除头（8）和第二剔除头（7）均为气动气缸驱动。
9.根据权利要求1所述的一种基于光电触发信号的容器标准规格在线检测系统，其特征在于：所述传动机构（6）为传动链条或传动皮带。
10.一种基于光电触发信号的容器标准规格在线检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一：安装于驱动电机上的编码器随着传动机构（6）传动而转动，其脉冲值随时间变化；待检测容器（10）随传动机构（6）进入检测设备，逐个触发光电传感器；
步骤二：编码器记录各个光电传感器开始触发时的脉冲值，并将各脉冲值传至信号处理模块；当带检测容器完全离开光电传感器时，编码器将失去触发时的脉冲值传至信号处理模块；信号处理模块对各个光电触发脉冲值进行分析判断；
步骤三：①高瓶光电传感器（1）未触发、矮瓶光电传感器（2）触发且瓶颈、瓶底脉冲值在正常范围内，则判断为标准瓶，通过；
②高瓶光电传感器（1）有触发，则判断为高瓶，信号处理模块存储编码器脉冲值并发出剔除信号1，容器到达剔除器时由第一剔除头（8）进行剔除；
③高瓶光电传感器（1）、矮瓶光电传感器（2）均未触发，则判断为矮瓶，信号处理模块存储编码器脉冲值并发出剔除信号1，容器到达剔除器时由第一剔除头（8）进行剔除；
④高瓶光电传感器（1）未触发、矮瓶光电传感器（2）触发，瓶颈光电传感器（3）触发脉冲大于正常范围，则判断为胖瓶，信号处理模块存储编码器脉冲值并发出剔除信号1，容器到达剔除器时由第一剔除头（8）进行剔除；
⑤高瓶光电传感器（1）未触发、矮瓶光电传感器（2）触发，瓶颈光电传感器（3）触发脉冲小于正常范围，则判断为瘦瓶，信号处理模块存储编码器脉冲值并发出剔除信号1，容器到达剔除器时由第一剔除头（8）进行剔除；
⑥高瓶光电传感器（1）、矮瓶光电传感器（2）、瓶颈光电传感器（3）均未触发，瓶底光电传感器（4）触发脉冲值在倒瓶预设范围内，则判断为倒瓶，信号处理模块存储编码器脉冲值并发出剔除信号2，容器到达剔除器时由第二剔除头（7）进行剔除；
⑦高瓶光电传感器（1）、矮瓶光电传感器（2）均未触发，瓶底光电传感器（4）触发脉冲小于正常范围；或高瓶光电传感器（1）、矮瓶光电传感器（2）、瓶颈光电传感器（3）均未触发，瓶底光电传感器（4）触发在破损瓶预设范围内，则判断为破损瓶，此时信号处理模块发出停机信号并发出报警信号；
⑧高瓶光电传感器（1）、矮瓶光电传感器（2）、瓶颈光电传感器（3）均未触发，瓶底光电传感器（4）触发脉冲值在碎玻璃预设范围内，则判断为碎玻璃，信号处理模块存储编码器脉冲值并发出剔除信号3，容器到达剔除器时由第三剔除头（9）进行高压吹气进行处理。
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