帶有錫箔材料的物品裝箱缺條微波檢測裝置和檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種帶有錫箔包裝的物品裝箱缺條微波檢測裝置，包括傳感器、信號處理模塊、主控模塊、報(bào)警模塊和剔除裝置；所述傳感器至少為兩路傳感器，包括一路微波雷達(dá)和一路條形碼掃描儀，微波雷達(dá)與信號處理模塊輸入端連接，條形碼掃描儀與主控模塊連接輸入端連接，信號處理模塊發(fā)射端與主控模塊輸入端連接，主控模塊輸出端分別與報(bào)警模塊和剔除裝置連接。本發(fā)明可以裝置于流動的生產(chǎn)線上，實(shí)時一種高精度、高效率、高性價比和安全的帶有錫箔包裝的物品裝箱缺條微波檢測裝置。
【專利說明】帶有錫箔材料的物品裝箱缺條微波檢測裝置和檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微波檢測裝置，特別是一種帶有錫箔材料的物品裝箱缺條微波檢測裝置和檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在產(chǎn)品的自動化生產(chǎn)線上，包裝檢測一般具有高工作量、高重復(fù)性、高智能性和高檢測精度等特點(diǎn)，顯然人工檢測的方法已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前的生產(chǎn)形勢，但是生產(chǎn)流水線機(jī)械化也出現(xiàn)了一些不足，例如產(chǎn)品裝箱裝歪、包裝損壞等，這都會影響廠家聲譽(yù)并帶來利潤損失等其它不利影響。因而，在生產(chǎn)流水線上，如何自動、智能檢測產(chǎn)品裝箱的質(zhì)量得到許多生產(chǎn)廠家的重視。在當(dāng)前針對香煙箱缺條現(xiàn)象的檢測常采用的有稱重式，例如2013年8月21日公開的實(shí)用新型專利申請201320100380.7中所提出的稱重式煙箱缺條檢測裝置，雖然已經(jīng)基本滿足了缺條檢測的功能，但是該裝置隨著使用時間變長，會出現(xiàn)檢測精度下降的問題。另外一種被普遍采用的就是射電檢測方式，例如2006年7月19日公開的實(shí)用新型專利申請200520071266.1中用X射線來進(jìn)行缺條檢測，雖然精確度較稱重法有了很大的提高，但是卻具有輻射危害。在2005年12月7日公開的發(fā)明專利申請200410022718.7中應(yīng)用了微波檢測技術(shù)，這很大程度地改善上述兩種缺條檢測方式的弊端，但是該項(xiàng)發(fā)明基于當(dāng)時信號處理軟硬件的限制，檢測率不是很好，信號處理部分有待改進(jìn)。
[0003]綜上，現(xiàn)有的包裝箱缺條檢測系統(tǒng)存在以下不足:(I)稱重式的檢測系統(tǒng)隨著使用時間的變長，檢測精度有所下降；(2)采用X射線的監(jiān)測系統(tǒng)具有輻射危害；(3)采用收發(fā)天線分離的微波雷達(dá)和成像分析方法檢測的成本相對較高，且效率有限。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]本專利的目的就是為了提供一種聞精度、聞效率、聞性價比和安全的帶有錫猜材料的物品裝箱缺條微波檢測裝置和檢測方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種帶有錫箔材料的物品裝箱缺條微波檢測裝置，包括傳感器、信號處理模塊、主控模塊、報(bào)警模塊和剔除裝置；所述傳感器至少為兩路傳感器，包括一路微波雷達(dá)和一路條形碼掃描儀，微波雷達(dá)與信號處理模塊輸入端連接，條形碼掃描儀與主控模塊連接輸入端連接，信號處理模塊發(fā)射端與主控模塊輸入端連接，主控模塊輸出端分別與報(bào)警模塊和剔除裝置連接。
[0007]—種帶有錫箔材料的物品裝箱缺條微波檢測方法，包括以下步驟:
[0008]步驟1，安裝微波檢測裝置，具體為:微波雷達(dá)固定于流水線側(cè)面，正對受檢測的包裝箱；條形碼掃描儀固定于流水線側(cè)面且位于微波雷達(dá)的一側(cè)，正對受檢測的包裝箱上的條形碼；
[0009]步驟2，設(shè)定系統(tǒng)的門限值；
[0010]步驟3，掃描對象，采集參數(shù)，包括條形碼掃描儀采集的包裝箱上條形碼信息、微波雷達(dá)掃描接受的回波信號；
[0011 ] 步驟4，數(shù)據(jù)處理，判斷包裝箱是否裝箱合格。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:(I)利用C波段的特性，采取低發(fā)射功率設(shè)計(jì)，在保障檢測精度的同時，又能保障工作人員免受健康損害；(2)采用收發(fā)一體微波雷達(dá)和以DSP芯片為基礎(chǔ)的時頻分析信號處理方法實(shí)現(xiàn)香煙包裝箱缺條的檢測，具有高精度、高效率、低成本等特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明提供的系統(tǒng)原理圖；
[0014]圖2是本發(fā)明提供的信號處理模塊的系統(tǒng)原理圖；
[0015]圖3是本發(fā)明提供的工作示意圖；
[0016]圖4是本發(fā)明提供的微波雷達(dá)采集的回波信號示意圖；
[0017]圖5是本發(fā)明提供的第一種實(shí)施例；
[0018]圖6是本發(fā)明提供的第二種實(shí)施例；
[0019]圖7是本發(fā)明提供的第三種實(shí)施例；
[0020]圖8是本發(fā)明提供的第四種實(shí)施例；
[0021]圖9是本發(fā)明提供的帶有錫箔包裝的物品裝箱缺條微波檢測方法的流程圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合說明書附圖，具體描述本發(fā)明所提供的帶有錫箔包裝的物品裝箱缺條微波檢測裝置和檢測方法。
[0023]結(jié)合圖1，一種帶有錫箔材料的物品裝箱缺條微波檢測裝置，包括傳感器、信號處理模塊、主控模塊、報(bào)警模塊和剔除裝置；所述傳感器至少為兩路傳感器，包括一路微波雷達(dá)3和一路條形碼掃描儀5，微波雷達(dá)3與信號處理模塊輸入端連接，條形碼掃描儀5與主控模塊連接輸入端連接，信號處理模塊發(fā)射端與主控模塊輸入端連接，主控模塊輸出端分別與報(bào)警模塊和剔除裝置連接。
[0024]結(jié)合圖2，信號處理模塊包括電壓跟隨器6、放大濾波器7、ADC電路單元8、核心信號處理單元9和系統(tǒng)電源10 ；電壓跟隨器6輸入端與微波雷達(dá)3連接，電壓跟隨器6發(fā)射端與放大濾波器7輸入端連接，放大濾波器7輸出端與ADC電路單元8的輸入端連接，ADC電路單元8輸出端與核心信號處理電路單元9輸入端連接，核心信號處理電路單元9輸出端與主控模塊連接；系統(tǒng)電源10給信號處理模塊各單元供電。
[0025]微波雷達(dá)3采集的信息傳輸給信號處理模塊中的電壓跟隨器6，電壓跟隨器6隔離所述微波雷達(dá)3前端信息帶來的信號干擾，處理后的信號傳輸給放大濾波器7進(jìn)行信號放大和濾除雜波，處理后的信號傳輸給ADC電路單元8進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號傳輸?shù)胶诵男盘柼幚韱卧?進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理后的結(jié)果傳輸?shù)街骺啬K；條形碼掃描儀5將掃描結(jié)果傳輸至主控模塊；主控模塊判斷是否發(fā)出報(bào)警信號給報(bào)警模塊和剔除信號給剔除裝置。
[0026]微波雷達(dá)3為天線收發(fā)共用微波雷達(dá)，其前端工作在C波段且發(fā)射功率小于10mW，波束寬度為10°?20°。[0027]微波雷達(dá)3和條形碼掃描儀5與后續(xù)處理模塊采用屏蔽線連接。
[0028]為適應(yīng)所述核心信號處理電路的快速處理能力所述信號處理電路添加了所述外部RAMlI，外部RAMll起到了暫時緩存處理數(shù)據(jù)的作用，以提高系統(tǒng)的運(yùn)算速度。
[0029]核心信號處理電路單元以DSP芯片TMS320F2812為平臺來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的信息處理，它能夠準(zhǔn)確快速地完成產(chǎn)品信號處理和分析功能，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時檢測裝箱情況的功能，同時它還能夠與所述主控PC進(jìn)行實(shí)時通信，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品信息記錄、以及對有裝箱不合格的產(chǎn)品的警告等功能。
[0030]出于對所述信號處理電路各個模塊能夠正常工作的考慮和防止在加電時電流過沖而影響轉(zhuǎn)換器性能，以及散熱特性等因素的考慮選用了具有軟啟動電路的所述系統(tǒng)電源。
[0031]主控模塊為PC機(jī)。
[0032]為保障所述信號處理模塊的處理性能，對信號處理模塊進(jìn)行了抗干擾處理，包括硬件抗干擾和軟件抗干擾。硬件抗干擾包括電源抗干擾、數(shù)字信號處理器抗干擾和PCB電路板抗干擾。具體地，電源抗干擾包括:(I)采用直流供電，配置高品質(zhì)的穩(wěn)壓電路；(2)在每個PCB電路板入口處的電源和地之間并聯(lián)去耦電容；(3)使用電源隔離模塊將電路中不同功能的電路模塊進(jìn)行電源隔離。數(shù)字信號處理器抗干擾包括:(I)在芯片的電源與地引腳之間放置去耦電容，可以降低系統(tǒng)噪聲，旁路掉器件的高頻噪聲；(2)在滿足系統(tǒng)要求的情況下，盡量降低處理器的時鐘頻率；(3)在I/O 口與噪聲源之間采用光耦進(jìn)行電氣隔離。PCB電路板抗干擾包括:(I)根據(jù)PCB電路板電流的大小，盡量加粗電源線的寬度，使電源線、地線的走向與數(shù)據(jù)傳輸方向一致，這樣有助于增強(qiáng)系統(tǒng)的抗噪聲能力，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路板中，電源線可采用加寬的措施，并盡量減少環(huán)路電阻；(2)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用的是雙層板，地線通過單點(diǎn)接地，模擬地與數(shù)字地先分開，最后匯于一點(diǎn)接地，模擬地和數(shù)字地連線之間可以放置一個磁珠或O Ω電阻；(3)電子元器件和導(dǎo)線合理布局，使相互間的信號耦合最小，按照電路的流程安排各個功能模塊的位置，使布局便于信號傳輸，并使信號走線盡可能保持一致的方向，同時每個集成電路的電源和地之間都要加上一個去耦電容；(4)選擇性能良好的電子元器件；(5)時鐘振蕩器的晶振與處理器的連線盡可能短而粗，在可能的情況下，用地線包圍振蕩電路，并使晶振外殼接地，電源與地引腳之間加去耦電容。至于軟件抗干擾采取的措施有軟件陷阱、軟件“看門狗”技術(shù)和指令冗余等。
[0033]結(jié)合圖7，一種帶有錫箔材料的物品裝箱缺條微波檢測方法，包括以下步驟:
[0034]步驟1，安裝微波檢測裝置，具體為:微波雷達(dá)固定于流水線側(cè)面，且距離包裝箱40?60cm之間，每一路微波雷達(dá)正對受檢測的包裝箱中的每一層產(chǎn)品；條形碼掃描儀(4)固定于流水線側(cè)面且位于微波雷達(dá)(3)的一側(cè)，正對受檢測的包裝箱中產(chǎn)品的條形碼。
[0035]步驟2，設(shè)定系統(tǒng)的門限系數(shù)。以包裝好的香煙條為例，流水線上的包裝箱開始進(jìn)入受檢測范圍，由于香煙條的包裝中含有錫箔，電磁波也開始被反射，即開始接收到回波，隨著受檢測范圍變大，反射面積變大，回波電壓也逐漸變大，因?yàn)闊煑l與煙條間有間隙，電磁波在這個間隙范圍內(nèi)不會被反射，所以對于單個煙條而言，當(dāng)檢測到它的中間部分的時候回波電壓是最大的，再往后檢測的話，由于有的電磁波不會被反射，所以回波電壓逐漸變小，如圖4所示，橫軸為時間軸，縱軸為電壓值。對正常擺放的一層香煙條，在每支香煙條對應(yīng)的位置都有個波峰，且波峰在各每條香煙包裝盒位置的中間，波峰的間距、波谷的間距是在一個很小的范圍內(nèi)變動的，又因大波峰中常常會出現(xiàn)一個小波谷和兩個波峰，因此需采用門限判斷+方波判別的方法對煙條擺放情況進(jìn)行判別，因?yàn)椴ǚ?、波谷出現(xiàn)的位置只會在一個很小的范圍內(nèi)變動，所以可分別對波峰、波谷附近的點(diǎn)取均值，整理成方波，具體方法為:
[0036]步驟2.1，讓N，N e (50，100)，組裝箱正確的包裝箱依次通過流水線，微波雷達(dá)(3)掃描正確排放的每一組包裝箱，采集回波信號；
[0037]步驟2.2，信號處理模塊根據(jù)方波判別方法將微波雷達(dá)(3)前端接收的每組包裝箱的回波信號中波峰、波谷附近的點(diǎn)取均值，并整理呈方波；
[0038]步驟2.3，信號處理模塊記錄每張方波圖中的最大波峰電壓值m為裝箱正
確的包裝箱的索引值m e N, η為裝箱正確的包裝箱中產(chǎn)品層數(shù)的索引值；
[0039]步驟2.4,計(jì)算系數(shù)a (m，n)，具體方法為:
[0040]步驟2.4.1，計(jì)算每張方波圖中最后一個波峰得到的電壓值減去其前一個相鄰的波谷得到的電壓值所得到的數(shù)值，其余波峰得到的電壓值減去后一個相鄰的波谷得到的電壓值所得到的數(shù)值；
[0041]步驟2.4.2，將上述差值除以到的所有商做平均值得到張方波圖的系數(shù)
Q (m,n);
[0042]步驟2.5，計(jì)算門限系數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種帶有錫箔材料的物品裝箱缺條微波檢測裝置，其特征在于，包括傳感器、信號處理模塊、主控模塊、報(bào)警模塊和剔除裝置；所述傳感器至少為兩路傳感器，包括一路微波雷達(dá)(3)和一路條形碼掃描儀(5)，微波雷達(dá)(3)與信號處理模塊輸入端連接，條形碼掃描儀(5)與主控模塊連接輸入端連接，信號處理模塊發(fā)射端與主控模塊輸入端連接，主控模塊輸出端分別與報(bào)警模塊和剔除裝置連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有錫箔材料的物品裝箱缺條微波檢測裝置，其特征在于，信號處理模塊包括電壓跟隨器(6)、放大濾波器(7)、ADC電路單元(8)、核心信號處理單元(9)和系統(tǒng)電源(10);電壓跟隨器(6)輸入端與微波雷達(dá)(3)連接，電壓跟隨器(6)發(fā)射端與放大濾波器(7)輸入端連接，放大濾波器(7)輸出端與ADC電路單元(8)的輸入端連接，ADC電路單元(8)輸出端與核心信號處理電路單元(9)輸入端連接，核心信號處理電路單元(9)輸出端與主控模塊連接；系統(tǒng)電源(10)給信號處理模塊各單元供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶有錫箔材料的物品裝箱缺條微波檢測裝置，其特征在于，微波雷達(dá)(3)采集的信息傳輸給信號處理模塊中的電壓跟隨器(6)，電壓跟隨器(6)進(jìn)行隔離干擾處理得到的信號傳輸給放大濾波器(7)進(jìn)行信號放大和濾波，處理后的信號傳輸給ADC電路單元(8)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號傳輸?shù)胶诵男盘柼幚韱卧?9)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理后的結(jié)果傳輸?shù)街骺啬K；條形碼掃描儀(5)將掃描結(jié)果傳輸至主控模塊；主控模塊判斷是否發(fā)出報(bào)警信號給報(bào)警模塊和剔除信號給剔除裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶有錫箔材料的物品裝箱缺條微波檢測裝置，其特征在于，微波雷達(dá)(3)為天線收發(fā)共用微波雷達(dá)，其前端工作在C波段且發(fā)射功率小于10mW，波束寬度為10°~20° ;信 號處理模塊中設(shè)置外部RAM(Il)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶有錫箔材料的物品裝箱缺條微波檢測裝置，其特征在于，核心信號處理電路單元以DSP芯片TMS320F2812為平臺來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的信息處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶有錫箔材料的物品裝箱缺條微波檢測裝置，其特征在于，系統(tǒng)電源為具有軟啟動電路的電源。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶有錫箔材料的物品裝箱缺條微波檢測裝置，其特征在于，信號處理模塊設(shè)有抗干擾處理裝置。
8.一種帶有錫箔材料的物品裝箱缺條微波檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，安裝微波檢測裝置，具體為:微波雷達(dá)固定于流水線側(cè)面，每一路微波雷達(dá)正對受檢測的包裝箱中的每一層產(chǎn)品；條形碼掃描儀(4)固定于流水線側(cè)面且位于微波雷達(dá)(3)的一側(cè)，正對受檢測的包裝箱中產(chǎn)品的條形碼； 步驟2，設(shè)定系統(tǒng)的門限系數(shù)； 步驟3，掃描對象，采集參數(shù)，包括條形碼掃描儀(4)采集的包裝箱上條形碼信息、微波雷達(dá)(3)掃描接受的回波信號； 步驟4，數(shù)據(jù)處理，判斷被檢測包裝箱是否裝箱合格。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的帶有錫箔材料的物品裝箱缺條微波檢測方法，其特征在于，步驟2的門限系數(shù)的計(jì)算方法為: 步驟2.1，讓N組裝箱正確的包裝箱依次通過流水線，N e (50，100)，微波雷達(dá)(3)掃描正確排放的每一組包裝箱，采集回波信號； 步驟2.2，信號處理模塊根據(jù)方波判別方法將微波雷達(dá)(3)前端接收的每組包裝箱的每層產(chǎn)品的回波信號中波峰、波谷附近的點(diǎn)取均值，并整理呈方波； 步驟2.3，信號處理模塊記錄每個包裝箱的每層產(chǎn)品的方波圖中的最大波峰電壓值U(m,n)波峰max,m為裝箱正確的包裝箱的索引值m e N，n為裝箱正確的包裝箱中產(chǎn)品層數(shù)的索引值； 步驟2.4，計(jì)算系數(shù)a (m，n)，具體方法為: 步驟2.4.1，計(jì)算每張方波圖中最后一個波峰得到的電壓值減去其前一個相鄰的波谷得到的電壓值所得到的數(shù)值，其余波峰得到的電壓值減去后一個相鄰的波谷得到的電壓值所得到的數(shù)值； 步驟2.4.2，將上述差值除以U(m,n)波峰max得到的所有商做平均值得到張方波圖的系數(shù)Q (m,n);

步驟2.5，計(jì)算門限系數(shù)
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的帶有錫箔材料的物品裝箱缺條微波檢測方法，其特征在于，判斷被檢測包裝箱是否裝箱合格的具體方法為: 步驟4.1，記錄條形碼掃描儀(4)采集的被檢測的包裝箱的條形碼信息； 步驟4.2，根據(jù)方波判別方法分別對每組被測包裝箱的每層產(chǎn)品的回波信號中波峰、波谷附近的點(diǎn)取均值，并整理成方波； 步驟4.3，設(shè)定每張方波圖的門限值Delt(p,q)= a X U(m,n)波峰max，其中U(m,n)波峰max為第P個被測包裝箱中第q層產(chǎn)品的方波圖中的最大波峰電壓值； 步驟4.4，將每張方波圖中最后一個波峰得到的電壓值減去其前一個相鄰的波谷得到的電壓值所得到的數(shù)值與該張方波圖的的門限值Delt(M)比較，其余波峰得到的電壓值減去后一個相鄰的波谷得到的電壓值所得到的數(shù)值與設(shè)定的門限值Delty比較，根據(jù)門限判斷方法，若每張方波圖所得到的所有差值均大于門限值Delt(M)，則判斷出被測包裝箱中該層產(chǎn)品裝箱合格；若每張方波圖所得到的所有差值中有一個差值小于門限值Delt(M)，則判斷出被測包裝箱中該層產(chǎn)品裝箱不合格； 步驟4.5，將每一組包裝箱的q層產(chǎn)品均檢測完畢，若q層產(chǎn)品均擺放合格，主控模塊控制系統(tǒng)進(jìn)行下一組包裝箱的檢測；若q層產(chǎn)品中有一層擺放不合格，則判斷出包裝箱裝箱不合格，主控模塊控制報(bào)警模塊發(fā)出警報(bào)聲，剔除裝置開始工作，將出現(xiàn)缺條的包裝箱剔除； 步驟4.6，條形碼掃描儀的掃描結(jié)果生成報(bào)表，判斷出包裝箱不合格的位置。
【文檔編號】G01V3/12GK104035136SQ201410259122
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】肖澤龍, 許建中, 張政, 劉宇, 石齡佳, 吳禮, 曹東任 申請人:南京理工大學(xué)