基于光电动态扫描技术的小盒透明纸包装检测装置

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的需求。

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L₁，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。

   （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，L_S为标准小盒的宽度，ΔT_S为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

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.

（本文来源于《电子产品世界》杂志2023年8月期）