CN109878824A - 包装箱内带金属包装物缺件检测装置及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于检测方法技术领域，具体涉及包装箱内带金属包装物缺件检测装置及其检测方法；包括用于输送包装箱的塑胶链板输送机及磁感检测装置，所述磁感检测装置为设置在塑胶链板输送机两边的扁平线圈S1及扁平线圈S2，扁平线圈S1两边设置有出库检测光电开关及入库检测光电开关，所述扁平线圈S2、扁平线圈S1、出库检测光电开关及入库检测光电开关均与一电控系统电连接；所述电控系统为PLC数据采集运算系统；所述电控系统还连接有触发器及双色警示灯；所述塑胶链板输送机两边还均设置有条码阅读器；本发明的包装箱内带金属包装物缺件检测装置检测准确，容易维护。
Description
技术领域
本发明属于检测方法技术领域，具体涉及包装箱内带金属包装物缺件检测装置及其检测方法。
背景技术
现有的成箱卷烟包装缺陷检测技术主要有以下两种，一种是通过称重方式进行检测，另一种是通过成像技术如X光透视技术进行检测。称重方式一般分为电子称称重与核子称称重，虽然对物体称重时都具有较高的重量精确度，但是因为成品卷烟件烟重量容易受原材及辅料重量波动变化的影响，例如烟支圆周增大，烟丝重量就增大，烟支圆周减小，烟丝重量也减少，批次包装纸箱厚度及大小的变化影响等，常常造成所称成品卷烟重量没有一个比较恒定可靠的重量准确值。例如烟支圆周太大，如果少条，但因为所称重量和标准圆周的成品件烟重量相同，将无法检测出卷烟产品少条；烟支圆周太细，即使所称重量和标准圆周的成品件烟重量轻很多，但成品件烟却没有少条，将误报检测为卷烟产品少条。因此，称重检测的准确度实质上并不高，造成称重检测的识别度不高，误检率高。成像技术是在成品卷烟件烟未封箱前对每一层的25条卷烟利用电子摄像头进行拍摄，如果有一层数量没有达到25条而报警进行拦截检测的。虽然成像技术对每一件每一层卷烟拥有所拍摄图像照片而具有较强的说服力，但是成像技术只能安装于自动化封箱机上，如果生产企业采用了人工装箱，这些人工装箱的成品件烟将没有成像照片记录，当人工装箱少条的时候将无法发现，无法追踪。因此成像技术的应用依然具有安装的局限性，只仅仅适合于自动化机器装箱线，不适合人工装箱。
在金属检测技术领域，早在20世纪五六十年代，就已采用磁场的低频穿透式检测技术对金属进行无损检测。低频磁场穿透是利用物质磁导率的差异，初级线圈电生磁，次级线圈磁生电，通过被测物体的磁导率变化对于感应电动势的影响来检测，当感应电动势瞬间漂移到阀值，触发开关进行报警。但由于没有能力进行精细化的数据处理，检测时需要同时使用两个线圈，探测结构复杂，敏感度不高而且易受干扰产生误报，因此，即便将其应用于件烟的无损检测仍存在问题。
专利公开号为CN102730245A，专利名称为一种成箱卷烟的包装缺陷检测装置及检测方法的发明专利，其虽然解决了被测物称重检测技术的不确定性，提升金属包装箱缺条或缺支检测的准确性，但该专利的磁力线切割跟切割速度有关，在磁力线切割过程中不得有加速度；门形线圈磁力线中心需要分布均匀，四周较强，如果皮带及网带输送门形线圈必须穿过输送带，造成相关设备维护困难。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术存在的问题，提供包装箱内带金属包装物缺件检测装置及其检测方法，本发明检测准确，容易维护。
本发明提供包装箱内带金属包装物缺件检测装置，包括用于输送包装箱的塑胶链板输送机及磁感检测装置，所述磁感检测装置为设置在塑胶链板输送机两边的扁平线圈S1及扁平线圈S2，扁平线圈S1两边设置有出库检测光电开关及入库检测光电开关，所述扁平线圈S2、扁平线圈S1、出库检测光电开关及入库检测光电开关均与一电控系统电连接；所述电控系统为PLC数据采集运算系统；所述电控系统还连接有触发器及双色警示灯；所述塑胶链板输送机两边还均设置有条码阅读器。
进一步的，所述塑胶链板输送机包括主动轮和从动轮，所述主动轮由主动滚筒及主动轴承组成，所述从动轮由从动滚筒及从动轴承组成，所述主动轮通过同步皮带与电机连接，所述塑胶链板输送机的一端设置有导向板，所述塑胶链板输送机的另一端设置有放置台，所述导向板上设置有调节手轮。
包装箱内带金属包装物缺件检测方法，
在检测范围即扁平线圈S1与扁平线圈S2之间的距离X固定的情况下，包装箱内带金属包装物件运动轨迹游离于距离X1和距离X2之间，距离X1为扁平线圈S1与包装箱内带金属包装物件之间的距离，距离X2为扁平线圈S2与包装箱内带金属包装物之间距离，扁平检测线圈同时对距离X1和距离X2两个方向距离的包装箱内带金属包装物件进行检测；
扁平检测线圈经过高频信号激励产生一个高频交变磁场Ψi，当被测包装箱内带金属包装物件接近线圈式高频交变磁场，线圈式高频交变磁场作用于包装箱内带金属包装物件的表层，产生了以磁场相交链的电涡流ie，同时电涡流ie又产生交变磁场ψe阻碍外磁场的变化，扁平线圈通以交变电流I1时，线圈周围空间会产生交变磁场H1；当扁平线圈平面靠近包装箱内带金属包装物件表面时，由于扁平线圈磁通链穿过包装箱内带金属包装物件，使包装箱内带金属包装物件的表面层感应出呈旋涡状自行闭合的电流I2，而电流I2所形成的磁通链又穿过扁平线圈，这样扁平线圈与被测物形成了有一定耦合的互感，最终扁平线圈反馈一个等效电感，从而导致扁平线圈的阻抗Z发生变化；
利用电涡流测量电路检测出扁平线圈阻抗的变化量，于是把被测包装箱内带金属包装物件的测量信息转换成电量0-10VD或4-20MA标准信号，扁平线圈S1与扁平线圈S2的变化量以标准电压或电流信号分别送入PLC模拟量通道进行被测包装箱内带金属包装物件连续数据采集、滤波、数据整合等方式计算出当前被测金属包装物的工程单位值；
数据建模，在检测设备的安装完成和使用环境的基础上根据所检测的不同规格包装箱内带金属包装物件建立数学模型，每种标准规格的包装箱内带金属包装物件在单机运行模式下多次数据计算，形成每种规格的包装箱内带金属包装物件检测的基准值，采用同样的方法，包装箱内带金属包装物件内缺件建立数学模型：找出缺N-1件的函数，N＝包装箱内带金属包装物件总件数；在设备检测过程中实时检测单元数据和基准数据进行比对，比对数据结果低于缺件函数值判定缺件，设备报警停机，比对数据在基准值范围内判定合格。
进一步的，所述被测金属包装箱上形成的电涡流等效成一个短路环即匝短路线圈，其中电阻为R2、电感L2；扁平线圈与被测金属包装箱间存在一个互感M，互感M随扁平线圈与被测金属包装箱间距的减小而增大。
进一步的，
根据涡流等效电路可列出电路方程组：
式中R2为匝短路线圈电阻，I1为扁平线圈交变电流，I2为匝短路线圈电流，L1为扁平线圈电感，L2为匝短路线圈电感，M为扁平线圈与被测金属包装箱间存在一个互感值；
通过解方程组，可得交变电流I1、电流I2,因此传感器线圈的复阻抗Z为：
匝短路线圈的等效电感(L)为：
匝短路线圈的等效电感Q值为：
式中：Q0为无涡流影响下线圈的电感Q值，Z2为匝短路线圈的阻抗；
Q0＝ωL1/R1；
通过测量电路将阻抗Z、电感L及电感Q值的变化转化成电压或电流的变化输出。
进一步的，所述测量电路中，三极管Q8-1、电容C8-1、电容C8-2、电容C8-3组成电容三点式振荡器，该振荡器产生为频率为1MHz的正弦载波信号；振荡器将金属包装箱位移变化引起的振荡回路的电感Q值变化转换成高频载波信号的幅值变化；二极管D8-1、电容C8-5、电感L8-2、电容C8-6组成了由二极管和LC电路形成的π形滤波的检波器，π形滤波的检波器将高频调幅信号中传感器检测到的低频信号取出；三极管Q8-2组成射极跟随器，射极跟随器让输入、输出匹配以获得尽可能大的不失真输出的幅度值。
本发明的有益技术效果是：本发明采用双扁平线圈进行涡流检测，由于线圈磁感强度固定，采用双通测量，检测精度与金属包装箱的摆放位置无关，与金属包装箱位移速度无关，同时线圈独立安装于输送机两侧相互不干涉；因此本发明的包装箱内带金属包装物缺件检测装置检测准确，容易维护。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明包装箱内带金属包装物缺件检测装置结构示意图；
图2为本发明包装箱内带金属包装物缺件检测装置信号拾取示意图；
图3为本发明包装箱内带金属包装物缺件检测装置电涡流原理图；
图4为本发明电涡流等效圈电路原理图；
图5为本发明传感器的测量电路原理图；
图6为本发明电涡流等效圈输出电路原理图；
图7为本发明包装箱内带金属包装物缺件检测装置侧视图；
图8为本发明包装箱内带金属包装物缺件检测装置后视图；
图9为本发明包装箱内带金属包装物缺件检测装置俯视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1、图7、图8及图9，
2.包装箱内带金属包装物缺件检测装置，其特征在于：
包括用于输送包装箱的塑胶链板输送机及磁感检测装置101，所述磁感检测装置101为设置在塑胶链板输送机1两边的扁平线圈S1及扁平线圈S2，扁平线圈S1两边设置有出库检测光电开关2及入库检测光电开关3，所述扁平线圈S2、扁平线圈S1、出库检测光电开关及入库检测光电开关均与一电控系统4电连接；所述电控系统为PLC数据采集运算系统；所述电控系统还连接有触发器5及双色警示灯6；所述塑胶链板输送机1两边还均设置有条码阅读器7。
所述塑胶链板输送机包括主动轮和从动轮，所述主动轮由主动滚筒9及主动轴承10组成，所述从动轮由从动滚筒11及从动轴承12组成，所述主动轮通过同步皮带13与电机14连接，所述塑胶链板输送机的一端设置有导向板8，所述塑胶链板输送机的另一端设置有放置台15，所述导向板上设置有调节手轮16。
图2所示，包装箱内带金属包装物缺件检测方法，
在检测范围即扁平线圈S1与扁平线圈S2之间的距离X固定的情况下，包装箱内带金属包装物件运动轨迹游离于距离X1和距离X2之间，距离X1为扁平线圈S1与包装箱内带金属包装物件之间的距离，距离X2为扁平线圈S2与包装箱内带金属包装物之间距离，扁平检测线圈同时对距离X1和距离X2两个方向距离的包装箱内带金属包装物件进行检测；
扁平检测线圈经过高频信号激励产生一个高频交变磁场Ψi，当被测包装箱内带金属包装物件接近线圈式高频交变磁场，线圈式高频交变磁场作用于包装箱内带金属包装物件的表层，产生了以磁场相交链的电涡流ie，同时电涡流ie又产生交变磁场ψe阻碍外磁场的变化，扁平线圈通以交变电流I1时，线圈周围空间会产生交变磁场H1；当扁平线圈平面靠近包装箱内带金属包装物件表面时，由于扁平线圈磁通链穿过包装箱内带金属包装物件，使包装箱内带金属包装物件的表面层感应出呈旋涡状自行闭合的电流I2，而电流I2所形成的磁通链又穿过扁平线圈，这样扁平线圈与被测物形成了有一定耦合的互感，最终扁平线圈反馈一个等效电感，从而导致扁平线圈的阻抗Z发生变化；
利用电涡流测量电路检测出扁平线圈阻抗的变化量，于是把被测包装箱内带金属包装物件的测量信息转换成电量0-10VD或4-20MA标准信号，扁平线圈S1与扁平线圈S2的变化量以标准电压或电流信号分别送入PLC模拟量通道进行被测包装箱内带金属包装物件连续数据采集、滤波、数据整合等方式计算出当前被测金属包装物的工程单位值；
数据建模，在检测设备的安装完成和使用环境的基础上根据所检测的不同规格包装箱内带金属包装物件建立数学模型，每种标准规格的包装箱内带金属包装物件在单机运行模式下多次数据计算，形成每种规格的包装箱内带金属包装物件检测的基准值，采用同样的方法，包装箱内带金属包装物件内缺件建立数学模型：找出缺N-1件的函数，N＝包装箱内带金属包装物件总件数；在设备检测过程中实时检测单元数据和基准数据进行比对，比对数据结果低于缺件函数值判定缺件，设备报警停机，比对数据在基准值范围内判定合格
所述被测金属包装箱上形成的电涡流等效成一个短路环，这样就可得到如图3所示的等效电路，其中图中R1、L1为检测线圈(扁平线圈)，图3电涡流原理图，图4电涡流等效圈的电阻和电感；短路环可以认为是匝短路线圈，其中电阻为R2、电感L2；扁平线圈与被测金属包装箱间存在一个互感M，互感M随扁平线圈与被测金属包装箱间距的减小而增大；
根据涡流等效电路可列出电路方程组：
式中R2为匝短路线圈电阻，I1为扁平线圈交变电流，I2为匝短路线圈电流，L1为扁平线圈电感，L2为匝短路线圈电感，M为扁平线圈与被测金属包装箱间存在一个互感值；
通过解方程组，可得交变电流I1、电流I2,因此传感器线圈的复阻抗Z为：
匝短路线圈的等效电感L为：
匝短路线圈的等效电感Q值为：
式中：Q0为无涡流影响下线圈的电感Q值，Z2为匝短路线圈的阻抗；
Q0＝ωL1/R1；
由式中的Z、L和式Q可以看出，线圈与金属导体系统的阻抗Z、电感L和品质因数Q值都是该系统互感系数平方的函数，而从麦克斯韦互感系数的基本公式出发，可得互感系数是线圈与金属导体间距离x(H)的非线性函数。因此Z、L、Q均是x的非线性函数。虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为"S"型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。其实Z、L、Q的变化与导体的电导率、磁导率、几何形状、线圈的几何参数、激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离有关。如果控制上述参数中的一个参数改变，而其余参数不变，则阻抗就成为这个变化参数的单值函数。当电涡流线圈以及激励源确定后，并保持环境温度不变，则只与距离X有关。因此，通过传感器的测量电路(前置器)处理，将线圈阻抗Z、L、Q值的变化转化成电压或电流的变化输出,输出电路参见图6所示。
图5所示测量电路中，三极管(Q8-1)、电容(C8-1)、电容(C8-2)、电容(C8-3)组成电容三点式振荡器，该振荡器产生为频率为1MHz的正弦载波信号；振荡器将金属包装箱位移变化引起的振荡回路的电感Q值变化转换成高频载波信号的幅值变化；二极管(D8-1)、电容(C8-5)、电感(L8-2)、电容(C8-6)组成了由二极管和LC电路形成的π形滤波的检波器，π形滤波的检波器将高频调幅信号中传感器检测到的低频信号取出；三极管(Q8-2)组成射极跟随器，射极跟随器让输入、输出匹配以获得尽可能大的不失真输出的幅度值。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.包装箱内带金属包装物缺件检测装置，其特征在于：
包括用于输送包装箱的塑胶链板输送机及磁感检测装置(101)，所述磁感检测装置(101)为设置在塑胶链板输送机(1)两边的扁平线圈(S1)及扁平线圈(S2)，扁平线圈(S1)两边设置有出库检测光电开关(2)及入库检测光电开关(3)，所述扁平线圈(S2)、扁平线圈(S1)、出库检测光电开关及入库检测光电开关均与一电控系统(4)电连接；所述电控系统为PLC数据采集运算系统；所述电控系统还连接有触发器(5)及双色警示灯(6)；所述塑胶链板输送机(1)两边还均设置有条码阅读器(7)。
2.根据权利要求1所述的包装箱内带金属包装物缺件检测装置，其特征在于：所述塑胶链板输送机包括主动轮和从动轮，所述主动轮由主动滚筒(9)及主动轴承(10)组成，所述从动轮由从动滚筒(11)及从动轴承(12)组成，所述主动轮通过同步皮带(13)与电机(14)连接，所述塑胶链板输送机的一端设置有导向板(8)，所述塑胶链板输送机的另一端设置有放置台(15)，所述导向板上设置有调节手轮(16)。
3.包装箱内带金属包装物缺件检测方法，其特征在于：
在检测范围即扁平线圈(S1)与扁平线圈(S2)之间的距离(X)固定的情况下，包装箱内带金属包装物件运动轨迹游离于距离(X1)和距离(X2)之间，距离(X1)为扁平线圈(S1)与包装箱内带金属包装物件之间的距离，距离(X2)为扁平线圈(S2)与包装箱内带金属包装物之间距离，扁平检测线圈同时对距离(X1)和距离(X2)两个方向距离的包装箱内带金属包装物件进行检测；
扁平检测线圈经过高频信号激励产生一个高频交变磁场(Ψi)，当被测包装箱内带金属包装物件接近线圈式高频交变磁场，线圈式高频交变磁场作用于包装箱内带金属包装物件的表层，产生了以磁场相交链的电涡流(ie)，同时电涡流(ie)又产生交变磁场(ψe)阻碍外磁场的变化，扁平线圈通以交变电流(I1)时，线圈周围空间会产生交变磁场(H1)；当扁平线圈平面靠近包装箱内带金属包装物件表面时，由于扁平线圈磁通链穿过包装箱内带金属包装物件，使包装箱内带金属包装物件的表面层感应出呈旋涡状自行闭合的电流(I2)，而电流(I2)所形成的磁通链又穿过扁平线圈，这样扁平线圈与被测物形成了有一定耦合的互感，最终扁平线圈反馈一个等效电感，从而导致扁平线圈的阻抗(Z)发生变化；
利用电涡流测量电路检测出扁平线圈阻抗的变化量，于是把被测包装箱内带金属包装物件的测量信息转换成电量0-10VD或4-20MA标准信号，扁平线圈(S1)与扁平线圈(S2)的变化量以标准电压或电流信号分别送入PLC模拟量通道进行被测包装箱内带金属包装物件连续数据采集、滤波、数据整合等方式计算出当前被测金属包装物的工程单位值；
数据建模，在检测设备的安装完成和使用环境的基础上根据所检测的不同规格包装箱内带金属包装物件建立数学模型，每种标准规格的包装箱内带金属包装物件在单机运行模式下多次数据计算，形成每种规格的包装箱内带金属包装物件检测的基准值，采用同样的方法，包装箱内带金属包装物件内缺件建立数学模型：找出缺N-1件的函数，N＝包装箱内带金属包装物件总件数；在设备检测过程中实时检测单元数据和基准数据进行比对，比对数据结果低于缺件函数值判定缺件，设备报警停机，比对数据在基准值范围内判定合格。
4.根据权利要求3所述的包装箱内带金属包装物缺件检测方法，其特征在于：所述被测金属包装箱上形成的电涡流等效成一个短路环即匝短路线圈，其中电阻为(R2)、电感(L2)；扁平线圈与被测金属包装箱间存在一个互感(M)，互感(M)随扁平线圈与被测金属包装箱间距的减小而增大。
5.根据权利要求3所述的包装箱内带金属包装物缺件检测方法，其特征在于：
根据涡流等效电路可列出电路方程组：
式中R2为匝短路线圈电阻，I1为扁平线圈交变电流，I2为匝短路线圈电流，L1为扁平线圈电感，L2为匝短路线圈电感，M为扁平线圈与被测金属包装箱间存在一个互感值；
通过解方程组，可得交变电流(I1)、电流(I2),因此传感器线圈的复阻抗(Z)为：
匝短路线圈的等效电感(L)为：
匝短路线圈的等效电感Q值为：
式中：Q0为无涡流影响下线圈的电感Q值，Z2为匝短路线圈的阻抗；
Q0＝ωL1/R1；
通过测量电路将阻抗(Z)、电感(L)及电感Q值的变化转化成电压或电流的变化输出。
6.根据权利要求3所述的包装箱内带金属包装物缺件检测方法，其特征在于：所述测量电路中，三极管(Q8-1)、电容(C8-1)、电容(C8-2)、电容(C8-3)组成电容三点式振荡器，该振荡器产生为频率为1MHz的正弦载波信号；振荡器将金属包装箱位移变化引起的振荡回路的电感Q值变化转换成高频载波信号的幅值变化；二极管(D8-1)、电容(C8-5)、电感(L8-2)、电容(C8-6)组成了由二极管和LC电路形成的π形滤波的检波器，π形滤波的检波器将高频调幅信号中传感器检测到的低频信号取出；三极管(Q8-2)组成射极跟随器，射极跟随器让输入、输出匹配以获得尽可能大的不失真输出的幅度值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20190614 |