CN107597614A - 一种金属罐高速在线漏光检测系统及其标定和诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属罐高速在线检测系统及其标定和诊断方法。本系统包括微处理器模块、旋转编码器、定向聚光灯组、同步快门、光电倍增管、闪光灯控制模块等；当金属罐到达在检测工位时，微处理器模块根据编码器的数值依次控制聚光灯组并读取光电倍增管采样数值，从而判断金属罐是否有孔洞或裂缝等瑕疵，并定位瑕疵的位置处于灌口或罐身或罐底，为生产线状态检测或工艺改进提供依据。本发明具有非接触性、高灵敏度、响应速度快的检测特点，满足现代制罐高速高效生产的要求。

Description

一种金属罐高速在线漏光检测系统及其标定和诊断方法

技术领域

本发明涉及的是一种产品瑕疵的光电检测与控制方法，特别涉及一种金属罐高速在线漏光检测系统及其标定和诊断方法。

技术背景

现在社会随着现代工业和智能制造技术的不断发展，制罐技术水平不断提升，罐体变得更加轻薄。金属罐按制造工艺分类，主要分为三片罐和两片罐两种。两片罐其主要是铝质二片罐，由于两片罐密封性好、产品质量高、节省原材料等优点在世界范围内形成了较大市场，其广泛应用于饮料罐、啤酒罐的配套包装。截至2008年统计资料显示，全世界每年约生产金属罐3200亿只，其中欧洲每年金属罐的销售为330亿只，亚洲饮料罐销售量在过去十年增产率为250％，而中国的金属罐的年消耗量有110 亿只。由于在金属罐生产过程中，会存在一些质量问题。例如在金属罐罐体出现一些微孔和裂痕，由此采用光电检测技术在金属罐生产线末端进行检测与剔除是具有十分重要意义的。

早期在金属罐生产过程中，有采用气压检测的方法，气压测量方法每次需先充入一定量气体，再通过内部气压检测手段来判断该罐子是否存在漏洞，但该方法已经无法满足在现代生产的需求。近些年，国外已有企业研制出基于机器视觉检测系统，实现高速、在线、高精度检测。但其价格昂贵、测试环境条件苛刻、后期升级难度高。同时相关光电检测装置也研制成功，例如基于光电倍增管的漏光检测装置，相关专利有中国专利201010280888.0其中提到了一种在线漏光仪。设计一种在线漏光检测仪，满足易拉盖表面微小孔检测。其特征在于主要由检测单元及控制单元组成，所述检测单位包括光电转换器、光源以及滤光镜。所述光电转换器接受光信号转换为电信号，并连接到控制单位。该发明作为检测仪器缺少电信号处理单元介绍，只做了简单的机械结构介绍。还有相关专利有中国专利201320399995.6其中提到了易拉盖/易拉罐漏光检测装置，但是其发明未考虑光源长期工作光强的变化影响，如何进行密封测量，其控制器也未能提出具体控制方法，例如处理如何检测、如何剔除次品等问题；

依据市场现有的光电检测仪器、光电检测装置的检测弊端，本发明针对以上问题，提出了一套金属罐高速在线漏光检测方法及系统。本发明利用光电传感的技术优势并结合测控技术，专门应用与高速金属罐生产线末端进行产品质量检测并剔除次品，系统最高运行速度超过3000个/分钟。本发明提高了产品的生产效率，加强了质量检测环节，有助于及时查出制罐过程的技术缺陷，提高行业整体制罐水平。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种金属罐高速在线漏光检测系统及其标定和诊断方法，利用光电传感的技术优势并结合测控技术，基于嵌入式微处理器实现高速高灵敏度金属罐在线漏光检测，并能够进行系统标定和诊断，提高金属罐生产效率和质量水平。

为了达到上述的功能和目标，本发明采用了以下技术方案：

一种金属罐高速在线漏光检测系统，设置于转轮式金属罐生产线的末端，用于检测金属罐完好性并且剔除坏罐，包括逻辑控制系统和光照系统；其特征在于：所述逻辑控制系统是：一个微处理器模块连接一个旋转编码器、一个进罐传感器、一个出罐传感器、一个踢罐执行器、一个同步快门、一个光电倍增管和一个定向聚光灯组，所述进罐传感器、出罐传感器和踢罐传感器分别位于进罐、出罐和踢罐工位；所述光照系统包括：一个闪光灯控制模块、一个多路驱动模块、一个罐口聚光灯、一个罐身聚光灯、一个罐底聚光灯和一个照度传感器与所述微处理器相连接；特定工位由系统功能确定，分别代表具体位置要实现的功能，包括：进罐工位、检测工位、踢罐工位、漏罐检测工位和出罐工位；

漏光检测系统的工作流程为：当金属罐到达在检测工位时，微处理器模块根据旋转编码器的数值依次控制罐口聚光灯、罐身聚光灯、罐底聚光灯闪光，并读取光电倍增管采样到的数值，从而判断金属罐是否有孔洞或裂缝等瑕疵，并定位瑕疵的位置处于灌口或罐身或罐底，为生产线状态检测或工艺改进提供依据；然后在踢罐工位通过踢罐执行器将坏罐踢出。

上述旋转编码器用于定位转轮上旋转过程中金属罐到达每个特定工位的时刻，以及用于控制和检测的超前或滞后每个特定工位的角度；

上述微处理器模块通过读取旋转编码器的数值来确定转轮及转轮上金属罐的位置，并通过软件来设置金属罐到每个特定工位的超前或滞后的角度；在进罐工位调整进罐传感器的检测位置；在检测工位调整闪光灯控制模块的控制信号；在踢罐工位调整踢罐执行器的踢罐时刻；在漏罐检测工位调整出罐传感器的检测时刻；

上述的定向聚光灯组，其特征在于：定向聚光灯组可以分为上灯组和下灯组，布局上在金属罐径向方向上垂直于金属罐表面定向投射；在金属罐轴向方向分为罐口聚光灯、罐身聚光灯、罐底聚光灯三组，可以同时闪光或一次闪光或常亮；

上述的光照系统：

（1）闪光灯控制模块接受的控制信号来自微处理器模块，根据进罐传感器和旋转编码器的数值判断在检测工位是否需要闪光及闪光顺序和次数；

（2）闪光灯控制模块同时接受来自微处理器模块的同步信号，根据微处理器模块读取旋转编码器的数值从而生成独立的与转轮运动同步的信号，防止闪光灯意外常亮；

（3）多路驱动模块接受闪光灯控制模块信号，驱动定向聚光灯组的多个聚光灯；同时将多个聚光灯的多路电流采集信号回传闪光灯控制模块，确定每个聚光灯是否工作正常、特性是否一致；

上述的同步快门：同步快门采用推拉式结构大口径高速动作，当检测工位无罐时，能够及时关闭，防止光电倍增管损坏；照度传感器在同步快门关闭且检测工位无罐的情况下，通过测量多个聚光灯的发光强度，生成光通量调节反馈信号，判断金属罐与光电倍增管间多个密封玻璃的污染程度，以便及时清洁，防止错误判断；

系统长时工作后，会引起灯珠亮度的变化、镜头上粘上污渍等影响漏光检测的准确度。因此需要定期对系统检测状况进行校准标定和状态诊断，以保证检测系统的高速稳定工作。

一种金属罐高速在线漏光检测系统的标定和诊断方法，其特征在于操作步骤如下：

（1）将具有确定大小和位置微小孔洞的金属罐定义为标准罐，用来进行标定和校验诊断；

（2）在系统正常工作条件下，依次将标准罐移动到检测工位，记录光电倍增管测量值，多次取值平均后作为分辨好罐和坏罐的依据；

（3）将标准罐孔洞分别朝向不同方向进行检测，根据不同朝向时光电倍增管的测量值，来调节定向聚光灯组各灯组的朝向和发光强度，保证金属罐到达检测工位时，表面各处有比较均匀的直射光照；

（4）定期放置标准罐进行检测，判断金属罐与光电倍增管间多个密封玻璃的污染程度，以便及时清洁；在密封玻璃洁净的条件下，判断光电倍增管的工作状况；在标准罐处于相同方位情况下，判断定向聚光灯组的状况；

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1）针对金属罐生产线上高速在线检测要求，利用光电传感的技术优势并结合测控技术，采用嵌入式微处理器系统实现高灵敏度的弱光检测，提高了检测的实时性；采用旋转编码器不仅精确定位各工位，同时给微处理器进行。

2）检测系统采用多组定向聚光灯组，实现了光照根据罐体形状的均匀分布，避免了传统检测方式因瑕疵位置不同检测值差异大容易导致误判的状况；同时采用检测工位针对罐体不同部位的多次闪光，能够有效地定位金属罐瑕疵位置，为生产线设备状态和工艺过程的监控提供了依据，保障设备稳定运行。

3）检测系统采用了标准罐进行多位置、多角度标定和诊断，能够在线对生产线和检测系统状态进行监测，对光照系统、传感检测、模具部件等关键性设备的工况进行完备的掌握，有效提升设备运行可靠性和生产效率。

附图说明

图1是本发明所述的金属罐高速在线漏光检测系统示意图。

图2是本发明所述的漏光检测光照系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施例对本发明的实时例做进一步详细的描述。

实施例一：

参见图1和图2，本金属罐高速在线漏光检测系统，设置于转轮式金属罐生产线的末端，用于检测金属罐1-10完好性并且剔除坏罐，包括逻辑控制系统和光照系统；其特征在于：所述逻辑控制系统是：微处理器模块1-1连接旋转编码器1-7、进罐传感器1-5、出罐传感器1-6、踢罐执行器1-8、同步快门1-4、光电倍增管1-3和定向聚光灯组1-2，其中进罐传感器、出罐传感器和踢罐传感器分别位于进罐、出罐和踢罐工位；所述光照系统包括：闪光灯控制模块2-1、多路驱动模块2-2、罐口聚光灯1-15、罐身聚光灯1-16、罐底聚光灯1-17和照度传感器1-9与微处理器模块1-1相连接；特定工位由系统功能确定，分别代表具体位置要实现的功能，包括：进罐工位1-11、检测工位1-12、踢罐工位1-13、漏罐检测工位1-18、出罐工位1-14；工作流程为：当金属罐1-10到达在检测工位1-12时，微处理器模块1-1根据旋转编码器1-7的数值依次控制罐口聚光灯1-15、罐身聚光灯1-16、罐底聚光灯1-17闪光，并读取光电倍增管1-3采样到的数值，从而判断金属罐1-10是否有孔洞或裂缝等瑕疵，并定位瑕疵的位置处于灌口或罐身或罐底，为生产线状态检测或工艺改进提供依据；然后在踢罐工位1-13通过踢罐执行器将坏罐踢出。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

所述所述旋转编码器1-7用于定位转轮上旋转过程中金属罐1-10到达每个特定工位的时刻，以及用于控制和检测的超前或滞后每个特定工位的角度；

所述微处理器模块1-1通过读取旋转编码器1-7的数值来确定转轮及转轮上金属罐1-10的位置，并通过软件来设置金属罐1-10到每个特定工位的超前或滞后的角度；在进罐工位1-11调整进罐传感器1-5的检测位置；在检测工位1-12调整闪光灯控制模块2-1的控制信号2-7；在踢罐工位1-13调整踢罐执行器1-8的踢罐时刻；在漏罐检测工位1-18调整出罐传感器1-6的检测时刻；

所述定向聚光灯组1-2可分为上灯组和下灯组，布局上在金属罐1-10径向方向上垂直于金属罐1-10表面定向投射；在金属罐1-10轴向方向分为罐口聚光灯1-15、罐身聚光灯1-16和罐底聚光灯1-17三组，可同时闪光或一次闪光或常亮；

所述闪光灯控制模块2-1接受的控制信号2-7来自微处理器模块1-1，根据进罐传感器1-5和旋转编码器1-7的数值判断在检测工位1-12是否需要闪光及闪光顺序和次数；

所述闪光灯控制模块2-1同时接受来自微处理器模块1-1的同步信号2-8，根据微处理器模块1-1读取旋转编码器1-7的数值从而生成独立的与转轮运动同步的信号，防止闪光灯意外常亮；

所述多路驱动模块2-2接受闪光灯控制模块2-1信号，驱动定向聚光灯组1-2的多个聚光灯；同时将多个聚光灯的多路电流采集信号2-5回传闪光灯控制模块2-1，确定每个聚光灯是否工作正常、特性是否一致；

所述同步快门1-4采用推拉式结构大口径高速动作，当检测工位1-12无罐时，能够及时关闭，防止光电倍增管1-3损坏；照度传感器1-9在同步快门1-4关闭且检测工位1-12无罐的情况下，通过测量多个聚光灯的发光强度，生成光通量调节反馈信号2-6，判断金属罐1-10与光电倍增管1-3间多个密封玻璃的污染程度，以便及时清洁，防止错误判断。

实施例三：

本金属罐高速在线漏光检测系统标定和诊断方法，采用上述系统进行操作，其特征在于操作步骤如下：

（1）将具有确定大小和位置微小孔洞的金属罐定义为标准罐，用来进行标定和校验诊断；

（2）在系统正常工作条件下，依次将标准罐移动到检测工位1-12，记录光电倍增管1-3测量值，多次取值平均后作为分辨好罐和坏罐的依据；

（3）将标准罐孔洞分别朝向不同方向进行检测，根据不同朝向时光电倍增管1-3的测量值，来调节定向聚光灯组1-2各灯组的朝向和发光强度，保证金属罐1-10到达检测工位1-12时，表面各处有比较均匀的直射光照；

（4）定期放置标准罐进行检测，判断金属罐1-10与光电倍增管1-3间多个密封玻璃的污染程度，以便及时清洁；在密封玻璃洁净的条件下，判断光电倍增管1-3的工作状况；在标准罐处于相同方位情况下，判断定向聚光灯组1-2的状况；

实施例四：

参见图1和图2，本实施例中，一种金属罐高速在线漏光检测系统，应用于转轮式金属罐生产线的末端，检测金属罐1-9完好性并且剔除坏罐，包括逻辑控制系统和光照系统；其中逻辑控制系统包括：微处理器模块1-1、旋转编码器1-7、进罐传感器1-5、出罐传感器1-6、踢罐执行器1-8、同步快门1-4、光电倍增管1-3、定向聚光灯组1-2；光照系统包括：闪光灯控制模块2-1、多路驱动模块2-2、定向聚光灯组1-2、罐口聚光灯1-15、罐身聚光灯1-16、罐底聚光灯1-17、照度传感器1-9；特定工位包括：进罐工位1-11、检测工位1-12、踢罐工位1-13、漏罐检测工位1-18、出罐工位1-14；

漏光检测系统的主要工作流程为：当金属罐1-10到达在检测工位1-12时，微处理器模块1-1根据旋转编码器1-7的数值依次控制罐口聚光灯1-15、罐身聚光灯1-16、罐底聚光灯1-17闪光，并读取光电倍增管1-3采样到的数值，从而判断金属罐1-10是否有孔洞或裂缝等瑕疵，并定位瑕疵的位置处于灌口或罐身或罐底，为生产线状态检测或工艺改进提供依据；然后在踢罐工位1-13通过踢罐执行器将坏罐踢出；

漏光检测系统由旋转编码器1-7进行检测的节拍控制，微处理器模块1-1执行整个系统的逻辑控制与检测，各关键部件在检测与控制中实施方法如下：

旋转编码器1-7的使用方法：（1）旋转编码器1-7用于定位转轮上旋转过程中金属罐1-10到达每个特定工位的时刻，以及用于控制和检测的超前或滞后每个特定工位的角度；（2）微处理器模块1-1通过读取旋转编码器1-7的数值来确定转轮及转轮上金属罐1-10的位置，并通过软件来设置金属罐1-10到每个特定工位的超前或滞后的角度；在进罐工位1-11调整进罐传感器1-5的检测位置；在检测工位1-12调整闪光灯控制模块2-1的控制信号2-7；在踢罐工位1-13调整踢罐执行器1-8的踢罐时刻；在漏罐检测工位1-18调整出罐传感器1-6的检测时刻；

定向聚光灯组1-2布局与工作流程：定向聚光灯组1-2可以分为上灯组和下灯组，布局上在金属罐1-10径向方向上垂直于金属罐1-10表面定向投射；在金属罐1-10轴向方向分为罐口聚光灯1-15、罐身聚光灯1-16、罐底聚光灯1-17三组，可以同时闪光或一次闪光或常亮；

光照系统工作过程：（1）闪光灯控制模块2-1接受的控制信号2-7来自微处理器模块1-1，根据进罐传感器1-5和旋转编码器1-7的数值判断在检测工位1-12是否需要闪光及闪光顺序和次数；（2）闪光灯控制模块2-1同时接受来自微处理器模块1-1的同步信号2-8，根据微处理器模块1-1读取旋转编码器1-7的数值从而生成独立的与转轮运动同步的信号，防止闪光灯意外常亮；（3）多路驱动模块2-2接受闪光灯控制模块2-1信号，驱动定向聚光灯组1-2的多个聚光灯；同时将多个聚光灯的多路电流采集信号2-5回传闪光灯控制模块2-1，确定每个聚光灯是否工作正常、特性是否一致；

同步快门1-4特征与工作过程：同步快门1-4采用推拉式结构大口径高速动作，当检测工位1-12无罐时，能够及时关闭，防止光电倍增管1-3损坏；照度传感器1-9在同步快门1-4关闭且检测工位1-12无罐的情况下，通过测量多个聚光灯的发光强度，生成光通量调节反馈信号2-6，判断金属罐1-10与光电倍增管1-3间多个密封玻璃的污染程度，以便及时清洁，防止错误判断；

针对系统长时工作后，会引起灯珠亮度的变化、镜头上粘上污渍等影响漏光检测的准确度的问题，漏光检测方法及系统的系统标定和诊断过程如下：

（1）将具有确定大小和位置微小孔洞的金属罐定义为标准罐，用来进行标定和校验诊断；

（2）在系统正常工作条件下，依次将标准罐移动到检测工位1-12，记录光电倍增管1-3测量值，多次取值平均后作为分辨好罐和坏罐的依据；

（3）将标准罐孔洞分别朝向不同方向进行检测，根据不同朝向时光电倍增管1-3的测量值，来调节定向聚光灯组1-2各个灯组的朝向和发光强度，保证金属罐1-10到达检测工位1-12时，表面各处有比较均匀的直射光照；

（4）定期放置标准罐进行检测，判断金属罐1-10与光电倍增管1-3间多个密封玻璃的污染程度，以便及时清洁；在密封玻璃洁净的条件下，判断光电倍增管1-3的工作状况；在标准罐处于相同方位情况下，判断定向聚光灯组1-2的状况；

上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种金属罐高速在线漏光检测系统，设置于转轮式金属罐生产线的末端，用于检测金属罐（1-10）完好性并且剔除坏罐，包括逻辑控制系统和光照系统；其特征在于：所述逻辑控制系统是：一个微处理器模块（1-1）连接一个旋转编码器（1-7）、一个进罐传感器（1-5）、一个出罐传感器（1-6）、一个踢罐执行器（1-8）、一个同步快门（1-4）、一个光电倍增管（1-3）和一个定向聚光灯组（1-2），所述进罐传感器（1-5）、出罐传感器（1-6）和踢罐传感器（1-8）分别位于进罐、出罐和踢罐工位；所述光照系统包括：一个闪光灯控制模块（2-1）、一个多路驱动模块（2-2）、一个罐口聚光灯（1-15）、一个罐身聚光灯（1-16）、一个罐底聚光灯（1-17）和一个照度传感器（1-9）与微处理器模块（1-1）相连接；特定工位由系统功能确定，分别代表具体位置要实现的功能，包括：进罐工位（1-11）、检测工位（1-12）、踢罐工位（1-13）、漏罐检测工位（1-18）、出罐工位（1-14）；工作流程为：当金属罐（1-10）到达在检测工位（1-12）时，微处理器模块（1-1）根据旋转编码器（1-7）的数值依次控制罐口聚光灯（1-15）、罐身聚光灯（1-16）、罐底聚光灯（1-17）闪光，并读取光电倍增管（1-3）采样到的数值，从而判断金属罐（1-10）是否有孔洞或裂缝瑕疵，并定位瑕疵的位置处于灌口或罐身或罐底，为生产线状态检测或工艺改进提供依据；然后在踢罐工位（1-13）通过踢罐执行器将坏罐踢出。

2.根据权利要求1所述的金属罐高速在线漏光检测系统，其特征在于：

所述旋转编码器（1-7）用于定位转轮上旋转过程中金属罐（1-10）到达每个特定工位的时刻，以及用于控制和检测的超前或滞后每个特定工位的角度；

所述微处理器模块（1-1）通过读取旋转编码器（1-7）的数值来确定转轮及转轮上金属罐（1-10）的位置，并通过软件来设置金属罐（1-10）到每个特定工位的超前或滞后的角度；在进罐工位（1-11）调整进罐传感器（1-5）的检测位置；在检测工位（1-12）调整闪光灯控制模块（2-1）的控制信号（2-7）；在踢罐工位（1-13）调整踢罐执行器（1-8）的踢罐时刻；在漏罐检测工位（1-18）调整出罐传感器（1-6）的检测时刻。

3.根据权利要求1所述的金属罐高速在线漏光检测系统，其特征在于：所述定向聚光灯组（1-2）可分为上灯组和下灯组，布局上在金属罐（1-10）径向方向上垂直于金属罐（1-10）表面定向投射；在金属罐（1-10）轴向方向分为罐口聚光灯（1-15）、罐身聚光灯（1-16）和罐底聚光灯（1-17）三组，可同时闪光或一次闪光或常亮。

4.根据权利要求1所述的金属罐高速在线漏光检测系统，其特征在于：

所述闪光灯控制模块（2-1）接受的控制信号（2-7）来自微处理器模块（1-1），根据进罐传感器（1-5）和旋转编码器（1-7）的数值判断在检测工位（1-12）是否需要闪光及闪光顺序和次数；

所述闪光灯控制模块（2-1）同时接受来自微处理器模块（1-1）的同步信号（2-8），根据微处理器模块（1-1）读取旋转编码器（1-7）的数值从而生成独立的与转轮运动同步的信号，防止闪光灯意外常亮；

所述多路驱动模块（2-2）接受闪光灯控制模块（2-1）信号，驱动定向聚光灯组（1-2）的多个聚光灯；同时将多个聚光灯的多路电流采集信号（2-5）回传闪光灯控制模块（2-1），确定每个聚光灯是否工作正常、特性是否一致。

5.根据权利要求1所述的金属罐高速在线漏光检测系统，其特征在于：所述同步快门（1-4）采用推拉式结构大口径高速动作，当检测工位（1-12）无罐时，能够及时关闭，防止光电倍增管（1-3）损坏；照度传感器（1-9）在同步快门（1-4）关闭且检测工位（1-12）无罐的情况下，通过测量多个聚光灯的发光强度，生成光通量调节反馈信号（2-6），判断金属罐（1-10）与光电倍增管（1-3）间多个密封玻璃的污染程度，以便及时清洁，防止错误判断。

6.一种金属罐高速在线漏光检测系统标定和诊断方法，采用根据权利要求1所述的金属罐高速在线漏光检测系统进行系统的标定和诊断，其特征在于操作步骤如下：

（1）将具有确定大小和位置微小孔洞的金属罐定义为标准罐，用来进行标定和校验诊断；

（2）在系统正常工作条件下，依次将标准罐移动到检测工位（1-12），记录光电倍增管（1-3）测量值，多次取值平均后作为分辨好罐和坏罐的依据；

（3）将标准罐孔洞分别朝向不同方向进行检测，根据不同朝向时光电倍增管（1-3）的测量值，来调节定向聚光灯组（1-2）各灯组的朝向和发光强度，保证金属罐（1-10）到达检测工位（1-12）时，表面各处有比较均匀的直射光照；

（4）定期放置标准罐进行检测，判断金属罐（1-10）与光电倍增管（1-3）间多个密封玻璃的污染程度，以便及时清洁；在密封玻璃洁净的条件下，判断光电倍增管（1-3）的工作状况；在标准罐处于相同方位情况下，判断定向聚光灯组（1-2）的状况。