CN111824522A - 零误差电子数粒机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种零误差电子数粒机，由颗粒分散器模块、自验错式双通道光电门模块、电子计数器模块和颗粒回收盒四个部件组成，采用模块组合式结构，下落的颗粒首先经过颗粒分散器处理，再经过上下两层独立光电门先后做两次重复检测，从两次检测的时间差实现自验错功能；电子计数器分作两个通道独立计数，并实时核对两个独立通道计数结果；通过颗粒分散处理、两次重复检测并且自验错、实时核对两个独立通道计数结果、采用具有固定外形尺寸和质量的被计数固体颗粒这四项措施确保数粒结果的正确性。本发明的有益之处是能够实现100％的数粒准确性，可以用于普通颗粒数粒机准确性的校验。

Description

零误差电子数粒机

技术领域

本发明零误差电子数粒机涉及的内容属于一种机电一体化装置，可用作对自动灌装设备中固体颗粒数粒机准确性的校验。

背景技术

在颗粒药丸灌装行业必定要用到数粒机，而且数粒机的计数准确性直接影响到产品的质量和信誉度，有的电子数粒机标称的误差率小于1/10000，但如何证明这一误差率是一个难点，目前市场上尚没有零误差的电子数粒机，也就无法检验数粒的准确性。因此，需要有一种针对药丸灌装设备中的数粒机进行校验的装置，即100％准确的电子数粒机。

如果要实现零误差数粒，需要排除各种造成数粒误差的因素。影响电子数粒准确性的因素是多方面的，其中突出的是光电门对颗粒的检测能力。通过光电门的被计数颗粒必须相互分离，间隔足够的距离逐个通过，否则，紧靠着的两个颗粒通过光电门会被误视为一个物体计数，造成计数错误；还有光电门的灵敏度问题，光电门是通过光敏器件感知照度大小而输出电平变化，不同规格的光敏器件有不同的感知范围，需要创造合适的工作条件；还有光电门的抗干扰能力也是一个问题，比如异常阴影干扰产生错误计数，为此光电门通道应当封闭、遮光，干扰具有偶然性，应当仔细排查。另外，需要采用高可靠性的电子电路，现代的数字式电子计数器可靠性高，工作状态良好的数字计数器出错的概率几乎为零。

为了保证计数前的颗粒分离，通常采用振动分离颗粒，如圆盘式振动器、二级落差振动槽，三级落差振动槽等。在振动盘上先将颗粒有序排列，再在振动盘边沿逐个振落，通常能够达到分离颗粒的目的，但从理论上看不能完全杜绝颗粒重叠的情况，重叠下落可能性仍然存在，需要有更可靠的分离措施。

通常所用的数粒机需要考虑对不同规格颗粒的适用性和较高的数粒速度，这样做会降低数粒准确性。对于以数粒精度为唯一目标的数粒机，没有必要追求数粒速度，适当缩小颗粒适用规格的差异，有利于提高数粒准确度。

为了确保数粒的准确性，除了主动排除各种造成数粒误差的因素外，还需要对可能产生的错误特征进行检测，并输出错误报告，特别是对偶然性错误的检测，能够进一步验证数粒的准确性。

发明内容

本发明零误差电子数粒机是一种高精确度电子数粒机，由颗粒分散器模块、自验错式双通道光电门模块、电子计数器模块和颗粒回收盒四个部件组成，如附图1所示，从技术层面上看，具有以下特征：

零误差电子数粒机采用模块组合式结构，设有漏斗形喂入口的颗粒分散器模块、自验错式光电门模块二者上下叠合，可以根据需要独立调整其中任何一个模块，颗粒分散器模块的两个输出通道对接光电门的两个检测通道，如附图4所示；下落的颗粒首先经过颗粒分散器处理，每一个通道内设置上下两层间距为30～40mm的独立光电门，先后做两次重复检测，从两次检测的时间差实现自验错功能；电子计数器分作两个通道独立计数，并实时核对两个独立通道计数结果，将两个通道的所计数据相加得到总计数量；通过颗粒分散处理、两次重复检测并且自验错、实时核对两个独立通道计数结果、采用具有固定外形尺寸和质量的被计数固体颗粒这四项措施确保数粒结果的准确性。

所述零误差电子数粒机的颗粒分散器模块设有漏斗形颗粒喂入口，内部设置有基于重力的机械式自动分散片，实现集中落下的颗粒交替分散至下端左右两个颗粒输出通道，如附图 2所示，在空间上完全离散进入光电门之前的上下相邻颗粒。

所述零误差电子数粒机的光电门采用光强自适应线阵光电门，由光敏管阵列经限压后的平均电压反馈至发光管驱动电路，自动调整发光管亮度，光电门中光线无遮挡时光敏管处于近饱和状态，如附图5所示。

所述零误差电子数粒机所采用的被计数固体颗粒具有固定外形尺寸和质量，与颗粒分散器模块配套使用，保证颗粒分散工作的有效性。

零误差电子数粒机所产生的有益效果：

零误差电子数粒机具有自验错功能，能够实现100％的数粒准确性，可以用于校验普通颗粒数粒机的准确性。

被计数颗粒下落至颗粒分散器之前，先使用振动式喂料器以确保颗粒逐个下落。颗粒分散模块上端设有漏斗形喂入口，限制颗粒分散器模块的喂入通道尺寸，也可以保证颗粒是逐个下落的。使用颗粒分散器模块确保了颗粒进入光电门之前相邻颗粒在空间上完全分离，为后续电子计数器精确计数提供必要条件。

光电门产生计数脉冲电压信号，是电子计数器有效工作的基础。光电门的一侧有多个近红外发光二极管排列成一条横线，另一侧同一高度的一横排安装有多个同规格940nm近红外光敏接收管，形成线阵光电门，采用近似平行光投影方式，只要相邻光敏接收管的间距小于颗粒宽度的一半，总会有光敏接收管被颗粒遮挡。各只光敏接收管以逻辑或关系输出，如附图5所示，任何一只光敏接收管被计数颗粒遮挡，必定输出较高的阴影电平。所谓光强自适应，就是光电门电路依靠负反馈自动调整发射管的亮度，保证无遮挡时光敏接收管处于近饱和状态，受遮挡后光敏接收管两端电压必定迅速升高，输出计数脉冲。

发光二极管所发射的光线存在不均匀性，光敏管的灵敏度也有不一致性，致使同一阵列中各只光敏管的输出电压存在差异，例如输出电压差异量达到2.0V。因光电门被遮挡后的阴影电平为高电平，光强自适应负反馈的原则是保证光电门无遮挡时输出端都处于低电平。简单获取方法是用二极管组成逻辑与结构，取线阵光敏管中最低电位进行反馈，完全消除受遮挡时暗电平对负反馈的影响。光强度控制电路的基准反馈电压是1.8V，能够控制光敏管的最低亮电平电位为1.2V，则由差异性造成的光敏管的最高亮电平电位可达3.2V。一般电位整形电路的电位分离中心值取为4.5V，这里只有留出1.3V的容差值，工作的可靠性不够高。本发明的光电门负反馈电路中，取光敏管阵列的亮电压，逻辑与后再经过电阻阵列，如附图3 中的D1～D7、R27～R33、R2阵列和D17～D23、R35～R41、R12阵列。经过电阻阵列后输出反馈电压，能够起到取阵列电压平均值的效果，正常情况下光敏管的平均亮电平被控制在0.6V，可以减少发光二极管和光敏管性能差异带来的不利影响。由于二极管组成逻辑与结构，使电路具有限电压反馈功能，光敏管输出端超出0.6V的电压不参与反馈。实测光敏管的最低输出电平是0.13V(饱和压降)，按照2V差异值，光敏管输出的最高亮电平不超过2.13V，相比 4.5V分离值留出了2.37V容差值，工作的可靠性大提高。自适应处理后光电门始终工作在较灵敏状态。

如果每一个光电门都调整到最佳工作状态，则上下两层光电门同时出现检测错误的概率几乎为零。所谓从两次检测的时间差上实现自验错功能，是将上下两层的计数脉冲电压输入同一个初始状态为零的二进制计数器，颗粒下落过程中经过上下两层光电门的时间差决定了该计数器输出高电平脉冲的宽度。正常情况下上层光电门计数脉冲使二进制验错计数器置高电平，下层光电门计数脉冲使二进制验错计数器恢复至低电平，高电平宽度等于这一时间差。如果下层光电门无计数脉冲电压输出，则不能清除验错脉冲电压，就要等下一颗粒进入光电门后再清除验错脉冲电压，必定使得验错脉冲宽度过长。如果高电平宽度过长，则说明存在检测错误，应当废弃之前的数粒结果。采用这一方法验错简单有效，其前提条件是上下两层光电门的间距明显小于两颗相邻颗粒间的空间间距，但两层光电门间距应明显大于被计数颗粒长度。

除了实时逐次核对上下两层计数结果外，还要核对左右两个通道统计到的数值，若两者相等或相差1个数，可进一步证明计数结果的准确性，否则数据可能有误，应该重新数粒。

零误差电子数粒机以药丸颗粒为检测对象，需要从颗粒下落、高灵敏光电门检测及验错等多方面优化处理，确保数粒的准确性。

附图说明

附图1是零误差电子数粒机组成框图。

附图2是固体颗粒分散器下半部分的立面透视图。

图中1是机械式自动分散片，2是颗粒落出通道。

附图3是自验错式双通道光电门外形图。

图中6是光电门光源电路板，7是红外发光二极管阵列，8是光电转换电路板，9是光敏接收管阵列，10是穿线孔，11是光电门支架。

附图4是零误差电子数粒机立体视图。

图中3是漏斗形喂入口，4是颗粒分散模块，5是电子计数器电路板，6是光电门光源电路板，12是颗粒收集盒

附图5是光强自适应线阵光电门控制电路。

图中P1与P2之间是光电转换电路，其中Q1～Q7和Q8～Q14是光敏三极管；P2b以左部分是光源控制电路，其中Da1～Da6和Db1～Db6是红外发光二极管。

具体实施方式

下面结合本发明的附图，对本发明的实施作进一步说明。

除喂料器外的数粒装置结构如附图4所示，颗粒喂入通道、颗粒分散模块、光电门与计数电路、颗粒收集盒可以独立设计制作，以方便组装。被计数颗粒依靠重力下落，为了使颗粒可靠驱动分散片动作，要求被计数固体颗粒具有固定外形尺寸和足够大的质量，应该是分散片质量的10倍以上，需要配备数粒专用的颗粒。对于长条形的颗粒，如胶囊颗粒，以竖直下落方式设计，其下落通道宽度只要达到颗粒宽度的1.5～2倍即可，如附图2所示。

自验错式双通道光电门结构如附图3所示，红外光线发射控制电路与光电转换电路分设在两块电路板上，分列于颗粒下落通道两侧，用排线连接两者的电路。每一个通道内设置上、下两层光电门，本试验模块中上下两层光电门的间距为35mm。两个通道呈左右对称结构，两个落出口中心间距为30mm。计数电路安装于光电门的侧面，组装前要对光电门电路进行调试，重点测量光敏管输出的亮电平，均不得大于2V。组装后测量计数脉冲宽度，逐个喂入专用测试颗粒，用示波器检测经过D触发器处理后的电压脉冲，确定出正常的脉冲宽度，按正常值的1.5倍确定极限脉冲宽度值，并作为后续程序处理的标准，超过该值即认定为数粒错误。在本样品测试，每个光电门通道输出的计数脉冲宽度不得大于40ms，脉冲宽度大于 40ms的即认定为数粒错误输出错误警示信号，清除计数结果。计数过程可以用单片机处理。

颗粒分散模块与光电门模块两者可以利用两块光源电路板直接固定。

Claims (3)

1.零误差电子数粒机，其结构特征在于：采用模块组合式结构，设有漏斗形喂入口的颗粒分散器模块、自验错式光电门模块二者上下叠合，可以根据需要独立调整其中任何一个模块，颗粒分散器模块的两个输出通道对接光电门的两个检测通道；下落的颗粒首先经过颗粒分散器处理，每一个通道内设置上下两层间距为30～40mm的独立光电门，先后做两次重复检测，从两次检测的时间差实现自验错功能；电子计数器分作两个通道独立计数，并实时核对两个独立通道计数结果，将两个通道的所计数据相加得到总计数量；通过颗粒分散处理、两次重复检测并且自验错、实时核对两个独立通道计数结果、采用具有固定外形尺寸和质量的被计数固体颗粒这四项措施确保数粒结果的准确性。

2.根据权利要求1所述的零误差电子数粒机，其特征是：颗粒分散器模块设有漏斗形颗粒喂入口，内部设置有基于重力的机械式自动分散片，实现集中落下的颗粒交替分散至下端左右两个颗粒输出通道，在空间上完全离散进入光电门之前的上下相邻颗粒。

3.根据权利要求1所述的零误差电子数粒机，其特征是：光电门采用光强自适应线阵光电门，由光敏管阵列经限压后的平均电压反馈至发光管驱动电路，自动调整发光管亮度，光电门中光线无遮挡时光敏管处于近饱和状态。

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