基于微波技術的包裝產品內部缺失檢測裝置設計

作者/沈寶誠¹，萬瑋²，彭剛³(1.中國電子科技集團公司第41研究所，安徽 蚌埠 233010;2.江西中煙工業有限責任公司南昌卷煙廠，江西 南昌 330000;3.重慶中煙工業有限責任公司黔江卷煙廠，安徽 蚌埠 409000)

　　摘要：本文設計了一種包裝產品內部缺失檢測裝置，該裝置基于微波檢測原理^[1-2]，用于檢測包裝內部產品是否存在缺失，避免有問題的產品流入市場。本裝置已在多個行業的包裝生產線上安裝運用，系統運行穩定，檢測準確度高，得到客戶的一致好評。

　　關鍵詞：微波檢測;包裝內部;產品缺失;微波發射;喇叭天線

　　0 引言

　　在市場經濟發達的今天，產品質量對于企業的重要性日益增高，越來越多的企業認為質量是他們的生命線。在各個行業中，包裝內部產品缺失被公認為是最嚴重的質量問題之一，存在這種問題的產品一旦流入市場，既損害了消費者利益，又損壞了企業的形象和信譽，有問題的產品被市場反饋回企業，在一定程度上也會增加企業的成本。

　　隨著自動化技術的進步，生產線上包裝機的包裝速度越來越快，但因為種種原因，在包裝過程中，經常會出現包裝完成后的產品內部有產品缺失現象。根據對多家企業調查，企業對“包裝內部產品缺失”問題非常重視，為了徹底杜絕產品缺失問題，許多廠家分別安裝了或者同時安裝了各種不同檢測方式的產品缺失檢測裝置，其中包括光電式、稱重式、負壓式、拍照式、射線式等，但從現場使用情況來看，都存在著不同程度的缺陷，同時，也無法徹底解決包裝內部產品缺失問題。本文提出了采用微波檢測原理來檢測產品缺失的方案并給出了具體設計，該檢測裝置具有更準確、更直觀、更安全等優點。

　　1 總體設計

　　本檢測裝置安裝在生產線傳輸通道上，對包裝產品內部是否缺失進行檢測。它是利用高頻微波信號遇到被測產品時，部分微波會被吸收或者反射，接收天線接收通過被測產品后的微波信號功率與發射天線發射的微波功率相比將會減小，通過前后功率變化的大小來判斷包裝內部產品是否缺失。根據測試原理和功能要求，包裝產品內部缺包檢測器主要包括一套微波發射模塊、一套微波接收模塊、一套控制器、報警器及同步激光傳感器等外圍設備，其總體結構如圖1所示。

　　2 硬件設計

　　由圖1可知包裝產品內部缺失檢測裝置的核心部件是微波發射模塊、微波接收模塊、控制器，其電路框圖如圖2所示。工作流程為：當激光傳感器檢測到產品進入測試通道時，向控制板發送產品到位信號，控制板接收到信號后驅動微波采樣板對微波接收天線接收到的微波信號進行采集^[3]和運算處理，并把最終數據結果傳給控制板。控制板將接收到的數據與工控機設置的閾值進行比較，如果測得值超過設定閾值則表示包裝內部產品存在缺失，反之則正常。當檢測器檢測出有產品缺失時，即向生產線傳輸控制系統發送停機信號，并同時進行聲光報警，提醒生產人員及時處理。

　　2.1 微波發射模塊

　　微波發射模塊負責通過內置的微波信號發生器和微波天線向外發射高頻微波信號。微波發射模塊包含一個電源、一個微波信號發射器、一個發射天線。微波發射天線有多種形狀，本檢測器選用了喇叭天線^[4]，因為喇叭天線的基本形式是把矩形波導管和圓波導管的開口面逐漸擴展而形成，由于波導開口面的逐漸擴大，改善了波導與自由空間的匹配，使得波導中的反射系數小，即波導中傳輸的絕大部分能量由喇叭口輻射出去，反射的能量減少，減少功率損耗。

　　2.2 微波接收模塊

　　微波接收模塊負責通過內置的微波天線和微波信號處理器接收微波信號，并經過初步處理后傳送給控制器中微波信號采集板。微波接收模塊包含一個微波信號處理器、一個接收天線，本檢測器選用了喇叭天線作為微波接收天線。

　　2.3 控制器

　　控制器主要由微波信號采集板、控制板以及工控機組成。它主要負責整個檢測器的數據采集、數據處理、系統控制、人機界面的運行等。

　　微波信號采集板主要采集微波接收天線接收到的微波信號，并對微波信號進行濾波、放大、轉換、處理等，同時把最終的結果發給控制板。

　　控制板主要把微波信號采集板發送來的數據與工控機上設置的閾值進行比較，并把測試結果發送給工控機，如若判斷出被測產品內部存在缺失，則向外發送停機信號和報警信號。

　　工控機用于操作系統以及人機界面軟件的運行。本檢測器的工控機采用的是英特爾四核處理器，12.1英寸的彩色液晶觸摸顯示屏，其分辨率為1280×800，用戶可以通過顯示屏查看系統運行和實時檢測的相關信息，并可以通過觸摸屏設置系統相關參數，同時可以實現WIFI與4G聯網以及遠程監控功能等。

　　3 軟件設計

　　為了提高開發效率，便于軟件維護，本裝置選擇Windows Embedded Standard 7操作系統，選用的編程工具為Visual Studio 2010，編程語言為C#，其軟件流程如圖3所示。

　　在圖3中，系統首先進行初始化，上位機把上一次設置的參數或閾值發送給下位機。下位機保存完參數閾值后，開始實時采集激光傳感器信號，來判斷產品是否進入測試通道，一旦產品進入測試通道，下位機立刻控制微波信號采集板進行微波信號采集，微波信號采集板對采集到的微波信號進行運算處理，把最后計算得到的數據發送給下位機，下位機接到檢測數據后與保存的參數或閾值進行比較。如果實測數據小于閾值，則表示微波信號被遮擋嚴重，包裝內部產品無缺失，如果實測數據大于閾值則表示微波信號基本無遮擋，包裝內部產品有缺包。如若下位機判斷出被測產品有缺失存在，并且待到被測產品離開檢測通道后，下位機則立即發送停機信號和報警信號，有缺失的包裝產品被處理完成后，系統復位，進行下一輪的檢測。

　　4 結論

　　本文詳細介紹了一種基于微波技術的包裝產品內部缺失檢測裝置，該裝置與目前市場上其他的產品缺失檢測裝置相比，具有更準確、更直觀、更安全的優點，在保留其他產品缺失檢測設備的功能外，增加了實時顯示檢測曲線及缺失圖像保存等一些輔助功能，使檢測數據可復現。本裝置已在很多行業生產線上對包裝內部產品進行缺失檢測，具有廣泛的應用空間和市場價值。

　　參考文獻

　　[1]董樹義.微波測量技術[M],北京:北京理工大學出版社, 1990. 2-35.

　　[2]趙麗生.微波檢測機理與矢量分析.物理實驗[J],2003:23(9):35-36.

　　[3]鄭敏杰.微波自動測量系統的數據采集卡研制[D].廈門大學,2013(03):56-58.

　　[4]劉濤,陳志平,伍玉濤,等.一種應用于微波水分檢測儀的角錐喇叭天線設計與分析[J].現代電子技術,2013:36(03):81-84.

本文來源于科技期刊《電子產品世界》2019年第3期第43頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處