基于光电动态扫描技术的小盒透明纸包装检测装置.pdf

38ELECTRONIC ENGINEERING&PRODUCT WORLD 2023.8$电子产品世界Design设计应用&Application工业自动化基于光电动态扫描技术的小盒透明纸包装检测装置Small carton transparent paper packaging detection device based on photoelectric dynamic scanning technology 尚守锋，沈宝诚（中国电子科技集团公司第四十一研究所，安徽蚌埠233000）摘 要：设计了一种检测装置来检测小盒在透明纸1包装过程中是否存在翘起、偏移、缺失等缺陷问题。该装置采用光电动态扫描2技术，在透明纸包装时对其两侧上下面透明纸的端部进行动态扫描，该种检测方法覆盖面积大，能够比较全面地判断小盒是否存在透明纸缺陷，避免有透明纸包装缺陷的小盒包装产品流入市场。关键词：透明纸；翘起；偏移；光电；动态扫描；0 引言透明纸包装是小盒包装的关键步骤，由于透明纸在包装过程中不可避免的存在着摩擦，很容易产生静电及磨损，间接会造成透明纸在包装过程中出现某些缺陷问题。如何准确、全面的检出有缺陷的小盒透明纸一直困扰着生产企业，生产企业在改善包装机械、优化包装工艺的同时，也非常注重对小盒透明纸包装的过程检测。现在各个厂家都尝试采用 1 种或多种技术对出厂前的产品进行透明纸缺陷检测。目前，市场上主要有 3 种主流的透明纸缺陷检测技术，分别为机械检测、视觉检测、单点光电检测，但上产企业在使用过程中发现它们都或多或少的存在一些不足。机械检测是利用弹簧拨杆控制传感器信号通断的方式来进行检测，当透明纸翘起时会切断传感器信号，这种方式只能检测透明纸翘起或褶皱，但偏移、缺失无法检测，同时这种检测方式无法覆盖透明纸全部表面。视觉检测不仅对现场环境和操作人员的经验要求较高，而且当小盒包装纸的颜色偏白时，误检率就会上升，透明纸的偏移与缺失也无法检测。采用单点光电检测，只能在某一时刻检测某一点的透明纸有无或偏移，无法对透明纸全表面进行检测，误检率和漏检率也较高。1 装置组成本文介绍的小盒透明纸包装检测装置是一种基于光电动态扫描技术为基础而设计的检测设备，主要用于检测小盒在透明纸包装过程中是否存在翘起、偏移、缺失等缺陷。本装置主要由4套光电传感器模块、1套控制器、1 个接近开关、1 个编码器等组成，组成与原理框图如图 1 所示。在图 1 中，控制器采用集成度较高的一体化设计，其主要由核心控制模块、A/D 采样电路、MCU、IO 电路等组成。其中，核心控制模块用于检测系统软件及操作系统的运行；A/D 采样电路用于对传感器模块信号的实时采集；MCU 是基于 ARM 的单片机，其主要负责转换外部采集的信号传给上位机软件，并负责接收上位机信号对外控制；IO 电路用于采集机器编码器信号和对外驱动。传感器模块的核心部分是反射式光电传感电路，其主要由发光电路、驱动电路、光敏电路、放大电路等组成，上面的内外传感器模块与下面的内外传感器模块用于采集小盒内外两侧透明纸的位置信息。系统中，利用编码器与接近开关来判断包装机的运行状态和机械位置。装置中各传感器模块可根据小盒的形状、大小及包装形式等进行扩展、改进，以满足检测精度及全面性 2023.8电子产品世界设计应用Design&Application工业自动化的需求。，控制器把采集的电压转换成计算机语言再上传给上位机，上位机依据人工设置的控制器下面内传感器模块包装机组控制系统A/D 采样电路核心控制模块IO 接口固态存储硬盘MCU（ARM）接近开关传感器A/D 采样电路触摸显示屏以太网接口USB接口编码器发光电路光敏电路上面内传感器模块MOK上面外传感器模块下面内传感器模块驱动电路放大电路发光电路光敏电路驱动电路放大电路发光电路光敏电路驱动电路放大电路发光电路光敏电路驱动电路放大电路图1 系统的组成框图2 检测原理图 1 中，上、下各传感器模块用于在某相位区间内采集经过其通道的透明纸位置电压，并传给控制器，控制器把采集的电压转换成计算机语言再上传给上位机，上位机依据人工设置的阈值参数来判断透明纸是否存在缺陷，若判断出透明纸存在翘起、偏移、缺失缺陷，则控制包装机在相应的位置将其在线剔除。小盒进行透明纸包装时，各传感器模块对通过的透明纸进行动态扫描，控制器根据包装机的相位和接近开关的状态，在某一设定的相位区间内对各传感器3模块的输出电压进行动态采集，经过滤波、遍历查找等处理后，可准确计算出小盒在传感器模块通道内通过的绝对相位，通过小盒透明纸的标准宽度以及通过传感器模块通道的相位差，由公式 1 可计算出小包透明纸的宽度 L，再通过与标准透明纸宽度进行比较，进而可判断出当前小盒透明纸是否存在缺陷。LTT=()10LTSS（1）其中，T0为透明纸刚进入传感器模块通道时的相位值，T1为透明纸刚离开传感器模块通道时的相位值，LS为标准小盒的宽度，TS标准小盒透明纸完全通过传感器模块通道的相位差值。为准确定位小盒进入和离开传感器模块通道时的相位，本装置采用滤波算法来消除毛刺干扰，精准定位出进入和离开时的相位，软件处理流程如图 2 所示。图2 处理流程框图3 缺陷判断检测时，编码器、各传感器模块分别负责采集包装机相位及某相位区间内的透明纸实时位置的电压值，并绘制出透明纸通过传感器模块通道的电压曲线，如图 3所示。根据图 3 中的曲线可以看出，有透明纸时传感器模块采集的电压值为 5 V 左右（高电平），没有透明纸或透明纸部分缺失或褶皱时传感器模块采集的电压值为1 V 左右（低电平）。当透明纸合格时，在某一相位，小盒刚进入传感器模块通道时的传感器采集的电压由低变高（上升沿），在另一相位，小盒离开传感器模块通道时的传感器采集的电压由高变低（下降沿）。本检测装置判断小盒透明纸是否存在缺陷，是通过计算小盒进出传感器模块通道的相位差值、持续高电平宽度及电压上升沿与相邻下降沿的位置来进行综合判断。图3 某传感器组件输出电压的原始波形图(下转第48页)48ELECTRONIC ENGINEERING&PRODUCT WORLD 2023.8$模拟设计电子产品世界Design设计应用&Application图10 实物制作图11 测试数据6 结束语综合上述设计方案，结合 ADS 仿真软件的仿真数据制作实物，实物测试结果满足设计指标，能够实现高效率（30512）MHz 宽频带功率放大器设计。参考文献：1 刘茂林,王斌,李冉,等.基于阶梯阻抗变换器的宽带功率放大器设计J.电子元件与i材料,2020 40(5):479-484，490.2 谢晓峰,肖仕伟,沈川.0.022 GHz GaN 分布式功率放大器的原理及设计J.现代电子技术,2012,35(24):141-144.3 陈思弟,郑耀华,章国豪.高效率高谐波抑制功率放大器的设计J.电子技术应用.2015,41(4):60-62.4 宁仁霞.史密斯圆图在高频电子线路中的教学与应用J.黄山学院学报,2017.5 候钧.201 000 MHz 100W GaN宽带功率放大器研制J.电子设计工程,2018.6(美)路德维格(Ludwig,R.)著.射频电路设计-理论与应用M.北京:电子工业出版社,2002,5.7 HENRY M D，BRINZA D E.DS1 ion propulsion emission characterizationC.2001 IEEE Aerospace Conference Proceedings,2001.8 卢益锋.ADS 射频电路设计与仿真学习笔记M.北京:电子工业出版社,2015.(上接第39页)4 结束语本文设计了基于光电动态扫描技术的小盒透明纸包装检测装置，用于检测小盒在透明纸包装过程中是否存在翘起、偏移、缺失缺陷。本装置利用实时采集的各传感器模块在某一相位区间的电压值来判断透明纸是否存在缺陷，并将电压绘制成波形曲线在界面显示，不仅可直观的实时呈现透明纸宽度，而且方便相关人员查看机器运行状态。相较于其他检测方式，本装置不仅检测范围广，而且具有较高的准确度和全面性，可有效避免有透明纸缺陷的产品流出。参考文献：1 王海娇.关于小盒透明纸包装成型系统的分析J.中国设备工程,2020(7):89-90.2 杨凌辉.基于光电扫描的大尺度空间坐标测量定位技术研究M.天津:天津大学出版社,2010.3 赵勇.光纤传感原理与应用技术M.北京:清华大学出版社,2010.