CN109541698B - 一种基于运动轨迹的产品金属异物检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于运动轨迹的产品金属异物检测系统，包括依次连接的主控单元、功放电路、发射变压器、探头、接收变压器、接收电路和解调电路，解调电路的输出端与主控单元连接，解调电路包括载波发生器和两组以上并联的检测单元，检测单元包括移相器、乘法器和低通滤波器，乘法器其中一个输入端与接收电路输出端连接，另一个输入端通过移相器与载波发生器的输出端连接，乘法器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通滤波器的输出端与主控单元连接。与现有技术相比，本发明可以检测物体在不同状态(如运行速度、通过方向、信号相位等)下的运行轨迹，检测结果全面、可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属异物检测装置，尤其是涉及一种基于运动轨迹的产品金属异物检测系统及方法。
背景技术
CN201210270221公开了一种典型的金属检测机的装置及其检测原理，该装置能够判断待检产品中是否含有金属。其采用的方法是在产品通过的全过程中根据检测信号是否超过预设的一个单一门限值来判断是否含有金属。
CN103592339A公开了一种用于检测产品中的金属污染物的设备和方法，其采用一种领结形包络检测的方法来提高检测精度。其采用的方法是，在校准阶段对合格产品通过的全过程进行检测信号数据采集，将采集到的数据中符合一定要求的数据(例如，相同相位下的幅值极大值点)筛选并存储起来，形成包络；在测量阶段根据产品通过的全过程中检测信号是否超过包络边界(该包络边界在校准阶段形成)来判断是否含有金属。
从原理上来说，包络检测的方法能够获得比单一门限值检测更好的效果。但是，这种方法仍然存在缺陷：只重视信号极值，而舍弃了其余信号数据，无法检测到产生的信号处于包络边界内部的金属异物。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于运动轨迹的产品金属异物检测系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于运动轨迹的产品金属异物检测系统，包括依次连接的主控单元、功放电路、发射变压器、探头、接收变压器、接收电路和解调电路，所述的解调电路的输出端与主控单元连接，所述的解调电路包括载波发生器和两组以上并联的检测单元，所述的检测单元包括移相器、乘法器和低通滤波器，所述的乘法器其中一个输入端与接收电路输出端连接，另一个输入端通过移相器与载波发生器的输出端连接，乘法器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通滤波器的输出端与主控单元连接。
所述的系统还包括波形显示模块，所述的波形显示模块与各移相器的输出端连接。
所述的主控单元连有轨迹显示屏。
所述的主控单元连有报警装置。
所述的报警装置包括蜂鸣器。
所述的移相器与主控单元连接。
所述的主控单元对各检测单元输出的检测信号运行轨迹进行特征提取和辨识，将运行轨迹与合格产品的运行轨迹比对，得到检测结果。
提取的特征包括角度、包络形状、包络面积、前进方向中的一种或多种。
轨迹辨识方法包括：将角度与合格产品的运行轨迹角度比较得到偏差量、计算轨迹上一点到合格产品的运行轨迹的距离偏移量、计算包络面积与合格产品的运行轨迹包络面积之间的偏差量、计算前进方向与合格产品的运行轨迹前进方向之间的偏差量。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)可检测物体在不同状态(如运行速度、通过方向、信号相位等)下的运行轨迹，检测结果全面、可靠。
(2)在本发明的轨迹检测方法中，主控单元不仅对信号的极值进行检测，还对信号随时间变化所产生的轨迹进行辨识，这将提高设备的检测精度，即使异物未产生足够大的信号，也能够被检测出来。
附图说明
图1为本实施例系统的整体结构示意图；
图2为本实施例解调电路结构示意图；
图3为本实施例方法中合格产品运行轨迹获取流程；
图4为本实施例方法中异物检测流程；
图5(a)～5(d)依次为底噪、合格产品轨迹、FE1.0轨迹和SUS2.0轨迹；
图6(a)～6(c)依次为合格产品轨迹、FE1.0轨迹和SUS2.0轨迹特征示意图；
图7(a)～7(d)依次为底噪、盐汽水轨迹、FE1.0轨迹和盐汽水+FE1.0轨迹。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，一种基于运动轨迹的产品金属异物检测系统，包括依次连接的主控单元1、功放电路2、发射变压器3、探头4、接收变压器5、接收电路6和解调电路7，解调电路7的输出端与主控单元1连接。
系统总体工作原理如下：
主控单元1产生用于发射的信号A，并送入功放电路2；
产生一对于信号A同源的载波(这对载波也可直接由功放电路2产生)，并送入解调电路7；
信号A通过功放电路2进行放大，并经发射变压器3和调谐电容送入探头发射线圈；
探头接收线圈感应出一个与信号A相关的信号B；
信号B被接收变压器5送至接收电路6得到信号C，并进一步被送入解调电路7；
解调电路7将信号解调的结果作为检测信号送入主控单元1。
如图2所示，解调电路7包括载波发生器71和两组以上并联的检测单元，检测单元包括移相器74、乘法器72和低通滤波器73，乘法器72其中一个输入端与接收电路6输出端连接，另一个输入端通过移相器74与载波发生器71的输出端连接，乘法器72的输出端与低通滤波器73的输入端连接，低通滤波器73的输出端与主控单元1连接。
解调电路7工作原理如下：
接收电路将6接收到的信号C送入解调电路7中的两个乘法器72；
载波1(上方)和载波2(下方)相差90°；
信号C与载波1在乘法器72中相乘并经低通滤波73得到检测信号X；
信号C与载波2在乘法器72中相乘并经低通滤波73得到检测信号Y；
检测信号X和Y送入主控单元1并实现异物检测。
主控单元1对各检测单元输出的检测信号运行轨迹进行特征提取和辨识，将运行轨迹与合格产品的运行轨迹比对，得到检测结果。
根据传统方法，主控单元仅检测信号X和Y是否超过阈值，如果超过阈值则认为检测到异物，如果未超过阈值则认为无异物。这是对信号X和Y的极值进行检测。
在改进的轨迹检测方法中，主控单元不仅对信号X和Y的极值进行检测，还对信号X和Y随时间变化所产生的轨迹进行辨识，这将提高设备的检测精度，即使异物未产生足够大的信号，也可能能够被检测出来。
在改进的方法中，解调电路中可以包含N(N≥2)个乘法器，对应N个载波，每个载波之间存在一定的相位差异。由此而产生的一组检测信号中蕴含了能够描述物体特征的运行轨迹，不同的物体通过探头所产生的运行轨迹存在差异，这是轨迹检测方法的基本原理。
对这一组检测信号进行一定的处理，可以获取所需的运行轨迹。例如，将其置于极坐标体系中，可以获得极坐标下的运行轨迹。将其置于笛卡尔坐标系(通常的直角坐标系)中，可以获得笛卡尔坐标系下的运行轨迹。将其置于对数坐标系中，可以获得对数坐标系下的运行轨迹。不同的处理方式可以凸显同一运行过程的不同轨迹特征，根据需要可以采用一种或多种坐标系来获取运行轨迹。
得到运行轨迹之后，可以使用不同的方法对轨迹形状进行处理，从而得到更好的检测效果。
合格产品运行轨迹获取流程和金属异物检测流程如图3、4所示。
提取的特征包括角度、包络形状、包络面积、前进方向中的一种或多种。
轨迹辨识方法包括：将角度与合格产品的运行轨迹角度比较得到偏差量、计算轨迹上一点到合格产品的运行轨迹的距离偏移量、计算包络面积与合格产品的运行轨迹包络面积之间的偏差量、计算前进方向与合格产品的运行轨迹前进方向之间的偏差量。
作为优选方案，系统还包括波形显示模块，波形显示模块与各移相器74的输出端连接。主控单元1连有轨迹显示屏。
主控单元1连有蜂鸣器，当检测到金属异物时进行报警提示。移相器74与主控单元1连接，可通过主控单元控制移相角度。
以下叙述，将以包含2个乘法器的情况为例，两个载波相位差为90°。采用笛卡尔坐标系，即以检测信号X为X轴，以检测信号Y为Y轴。所涉及的图片中的形状是在实验机器上实测得到的运行轨迹。由图5可见，通过物品不同，其轨迹也有所不同。根据物品通过探头所形成的轨迹的差异，可以区分不同的物品。
以往的检测方法，是对物体通过探头所产生信号的极值(最大值最小值)进行检测。一个物体通过探头过程中仅在某几个时刻产生极值。如果极值超过检测阈值，那么可以认为检测到金属异物，如果极值没有超过检测阈值，则不认为检测到金属异物。
在图5(a)～5(d)中，比较产品轨迹和FE1.0轨迹，两者的X轴投影极值长度类似，而后者的Y轴投影极值略大于前者。如果从这一点来说，产品和FE1.0是不好区分的。
再比较产品轨迹和SUS2.0轨迹，产品轨迹的X轴和Y轴投影极值长度都明显大于SUS2.0的轨迹。按传统方法就无法检测到SUS2.0。
而根据轨迹检测方法，不仅对几个极值点进行检测，更要对产品整个通过过程进行检测。这种方法，将比较不同轨迹的形状特征，例如面积、角度、方向等。如图6(a)～6(c)所示，FE1.0的轨迹与X轴形成的水平夹角大于产品轨迹与X轴形成的夹角；SUS2.0的轨迹与X轴基本水平。通过判断轨迹与X轴形成的夹角，就能够有效区分产品和金属。
而根据轨迹检测方法，不仅对几个极值点进行检测，更要对产品整个通过过程进行检测。这种方法，将比较不同轨迹的形状特征，例如面积、角度、方向等。从上图来看，FE1.0的轨迹与X轴形成的水平夹角大于产品轨迹与X轴形成的夹角；SUS2.0的轨迹与X轴基本水平。通过判断轨迹与X轴形成的夹角，就能够有效区分产品和金属。
图7(a)～7(d)为另一种产品的测试情况，由图可见，产品轨迹、异物轨迹、产品加异物的轨迹是完全不同的，根据轨迹的形状和分布特征，可以轻松地将产品和异物区分出来。
Claims (7)
1.一种基于运动轨迹的产品金属异物检测系统，包括依次连接的主控单元（1）、功放电路（2）、发射变压器（3）、探头（4）、接收变压器（5）、接收电路（6）和解调电路（7），所述的解调电路（7）的输出端与主控单元（1）连接，其特征在于，所述的解调电路（7）包括载波发生器（71）和两组以上并联的检测单元，所述的检测单元包括移相器（74）、乘法器（72）和低通滤波器（73），所述的乘法器（72）其中一个输入端与接收电路（6）输出端连接，另一个输入端通过移相器（74）与载波发生器（71）的输出端连接，乘法器（72）的输出端与低通滤波器（73）的输入端连接，低通滤波器（73）的输出端与主控单元（1）连接；
所述的系统还包括波形显示模块，所述的波形显示模块与各移相器（74）的输出端连接；
所述的主控单元（1）连有轨迹显示屏。
2.根据权利要求1所述的一种基于运动轨迹的产品金属异物检测系统，其特征在于，所述的主控单元（1）连有报警装置。
3.根据权利要求2所述的一种基于运动轨迹的产品金属异物检测系统，其特征在于，所述的报警装置包括蜂鸣器。
4.根据权利要求1所述的一种基于运动轨迹的产品金属异物检测系统，其特征在于，所述的移相器（74）与主控单元（1）连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于运动轨迹的产品金属异物检测系统，其特征在于，所述的主控单元对各检测单元输出的检测信号运行轨迹进行特征提取和辨识，将运行轨迹与合格产品的运行轨迹比对，得到检测结果。
6.根据权利要求5所述的一种基于运动轨迹的产品金属异物检测系统，其特征在于，提取的特征包括角度、包络形状、包络面积、前进方向中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的一种基于运动轨迹的产品金属异物检测系统，其特征在于，轨迹辨识方法包括：将角度与合格产品的运行轨迹角度比较得到偏差量、计算轨迹上一点到合格产品的运行轨迹的距离偏移量、计算包络面积与合格产品的运行轨迹包络面积之间的偏差量、计算前进方向与合格产品的运行轨迹前进方向之间的偏差量。
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