基于光電動態掃描技術的小盒透明紙包裝檢測裝置

0 引言

透明紙包裝是小盒包裝的關鍵步驟，由于透明紙在包裝過程中不可避免的存在著摩擦，很容易產生靜電及磨損，間接會造成透明紙在包裝過程中出現某些缺陷問題。如何準確、全面的檢出有缺陷的小盒透明紙一直困擾著生產企業，生產企業在改善包裝機械、優化包裝工藝的同時，也非常注重對小盒透明紙包裝的過程檢測。現在各個廠家都嘗試采用1 種或多種技術對出廠前的產品進行透明紙缺陷檢測。

目前，市場上主要有3 種主流的透明紙缺陷檢測技術，分別為機械檢測、視覺檢測、單點光電檢測，但上產企業在使用過程中發現它們都或多或少的存在一些不足。機械檢測是利用彈簧撥桿控制傳感器信號通斷的方式來進行檢測，當透明紙翹起時會切斷傳感器信號，這種方式只能檢測透明紙翹起或褶皺，但偏移、缺失無法檢測，同時這種檢測方式無法覆蓋透明紙全部表面。視覺檢測不僅對現場環境和操作人員的經驗要求較高，而且當小盒包裝紙的顏色偏白時，誤檢率就會上升，透明紙的偏移與缺失也無法檢測。采用單點光電檢測，只能在某一時刻檢測某一點的透明紙有無或偏移，無法對透明紙全表面進行檢測，誤檢率和漏檢率也較高。

1 裝置組成

本文介紹的小盒透明紙包裝檢測裝置是一種基于光電動態掃描技術為基礎而設計的檢測設備，主要用于檢測小盒在透明紙包裝過程中是否存在翹起、偏移、缺失等缺陷。本裝置主要由4 套光電傳感器模塊、1 套控制器、1個接近開關、1個編碼器等組成，組成與原理框圖如圖1所示。

在圖1中，控制器采用集成度較高的一體化設計，其主要由核心控制模塊、A/D 采樣電路、MCU、IO 電路等組成。其中，核心控制模塊用于檢測系統軟件及操作系統的運行；A/D 采樣電路用于對傳感器模塊信號的實時采集；MCU 是基于ARM 的單片機，其主要負責轉換外部采集的信號傳給上位機軟件，并負責接收上位機信號對外控制；IO 電路用于采集機器編碼器信號和對外驅動。傳感器模塊的核心部分是反射式光電傳感電路，其主要由發光電路、驅動電路、光敏電路、放大電路等組成，上面的內外傳感器模塊與下面的內外傳感器模塊用于采集小盒內外兩側透明紙的位置信息。系統中，利用編碼器與接近開關來判斷包裝機的運行狀態和機械位置。裝置中各傳感器模塊可根據小盒的形狀、大小及包裝形式等進行擴展、改進，以滿足檢測精度及全面性的需求。

圖1 系統的組成框圖

2 檢測原理

圖1 中，上、下各傳感器模塊用于在某相位區間內采集經過其通道的透明紙位置電壓，并傳給控制器，控制器把采集的電壓轉換成計算機語言再上傳給上位機，上位機依據人工設置的閾值參數來判斷透明紙是否存在缺陷，若判斷出透明紙存在翹起、偏移、缺失缺陷，則控制包裝機在相應的位置將其在線剔除。

小盒進行透明紙包裝時，各傳感器模塊對通過的透明紙進行動態掃描，控制器根據包裝機的相位和接近開關的狀態，在某一設定的相位區間內對各傳感器^[3]模塊的輸出電壓進行動態采集，經過濾波、遍歷查找等處理后，可準確計算出小盒在傳感器模塊通道內通過的絕對相位，通過小盒透明紙的標準寬度以及通過傳感器模塊通道的相位差，由公式1可計算出小包透明紙的寬度L₁，再通過與標準透明紙寬度進行比較，進而可判斷出當前小盒透明紙是否存在缺陷。

   （1）

其中，T₀ 為透明紙剛進入傳感器模塊通道時的相位值，T₁為透明紙剛離開傳感器模塊通道時的相位值，L_S為標準小盒的寬度，ΔT_S為標準小盒透明紙完全通過傳感器模塊通道的相位差值。

為準確定位小盒進入和離開傳感器模塊通道時的相位，本裝置采用濾波算法來消除毛刺干擾，精準定位出進入和離開時的相位，軟件處理流程如圖2 所示。

圖2 處理流程框圖

3 缺陷判斷

檢測時，編碼器、各傳感器模塊分別負責采集包裝機相位及某相位區間內的透明紙實時位置的電壓值，并繪制出透明紙通過傳感器模塊通道的電壓曲線，如圖3所示。根據圖3 中的曲線可以看出，有透明紙時傳感器模塊采集的電壓值為5 V 左右（高電平），沒有透明紙或透明紙部分缺失或褶皺時傳感器模塊采集的電壓值為1 V 左右（低電平）。當透明紙合格時，在某一相位，小盒剛進入傳感器模塊通道時的傳感器采集的電壓由低變高（上升沿），在另一相位，小盒離開傳感器模塊通道時的傳感器采集的電壓由高變低（下降沿）。本檢測裝置判斷小盒透明紙是否存在缺陷，是通過計算小盒進出傳感器模塊通道的相位差值、持續高電平寬度及電壓上升沿與相鄰下降沿的位置來進行綜合判斷。

圖3 某傳感器組件輸出電壓的原始波形圖

4 結束語

本文設計了基于光電動態掃描技術的小盒透明紙包裝檢測裝置，用于檢測小盒在透明紙包裝過程中是否存在翹起、偏移、缺失缺陷。本裝置利用實時采集的各傳感器模塊在某一相位區間的電壓值來判斷透明紙是否存在缺陷，并將電壓繪制成波形曲線在界面顯示，不僅可直觀的實時呈現透明紙寬度，而且方便相關人員查看機器運行狀態。相較于其他檢測方式，本裝置不僅檢測范圍廣，而且具有較高的準確度和全面性，可有效避免有透明紙缺陷的產品流出。

參考文獻：

[1] 王海嬌.關于小盒透明紙包裝成型系統的分析[J].中國設備工程,2020(7):89-90.

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[3] 趙勇.光纖傳感原理與應用技術[M].北京:清華大學出版社,2010.

（本文來源于《電子產品世界》雜志2023年8月期）