0 引言

透明紙包裝是小盒包裝的關(guān)鍵步驟，由于透明紙在包裝過(guò)程中不可避免的存在著摩擦，很容易產(chǎn)生靜電及磨損，間接會(huì)造成透明紙在包裝過(guò)程中出現(xiàn)某些缺陷問(wèn)題。如何準(zhǔn)確、全面的檢出有缺陷的小盒透明紙一直困擾著生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)企業(yè)在改善包裝機(jī)械、優(yōu)化包裝工藝的同時(shí)，也非常注重對(duì)小盒透明紙包裝的過(guò)程檢測(cè)?，F(xiàn)在各個(gè)廠家都嘗試采用1 種或多種技術(shù)對(duì)出廠前的產(chǎn)品進(jìn)行透明紙缺陷檢測(cè)。

目前，市場(chǎng)上主要有3 種主流的透明紙缺陷檢測(cè)技術(shù)，分別為機(jī)械檢測(cè)、視覺(jué)檢測(cè)、單點(diǎn)光電檢測(cè)，但上產(chǎn)企業(yè)在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)它們都或多或少的存在一些不足。機(jī)械檢測(cè)是利用彈簧撥桿控制傳感器信號(hào)通斷的方式來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)透明紙翹起時(shí)會(huì)切斷傳感器信號(hào)，這種方式只能檢測(cè)透明紙翹起或褶皺，但偏移、缺失無(wú)法檢測(cè)，同時(shí)這種檢測(cè)方式無(wú)法覆蓋透明紙全部表面。視覺(jué)檢測(cè)不僅對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和操作人員的經(jīng)驗(yàn)要求較高，而且當(dāng)小盒包裝紙的顏色偏白時(shí)，誤檢率就會(huì)上升，透明紙的偏移與缺失也無(wú)法檢測(cè)。采用單點(diǎn)光電檢測(cè)，只能在某一時(shí)刻檢測(cè)某一點(diǎn)的透明紙有無(wú)或偏移，無(wú)法對(duì)透明紙全表面進(jìn)行檢測(cè)，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(cè)裝置是一種基于光電動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)為基礎(chǔ)而設(shè)計(jì)的檢測(cè)設(shè)備，主要用于檢測(cè)小盒在透明紙包裝過(guò)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(gè)接近開(kāi)關(guān)、1個(gè)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(shè)計(jì)，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(cè)系統(tǒng)軟件及操作系統(tǒng)的運(yùn)行；A/D 采樣電路用于對(duì)傳感器模塊信號(hào)的實(shí)時(shí)采集；MCU 是基于ARM 的單片機(jī)，其主要負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換外部采集的信號(hào)傳給上位機(jī)軟件，并負(fù)責(zé)接收上位機(jī)信號(hào)對(duì)外控制；IO 電路用于采集機(jī)器編碼器信號(hào)和對(duì)外驅(qū)動(dòng)。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(fā)光電路、驅(qū)動(dòng)電路、光敏電路、放大電路等組成，上面的內(nèi)外傳感器模塊與下面的內(nèi)外傳感器模塊用于采集小盒內(nèi)外兩側(cè)透明紙的位置信息。系統(tǒng)中，利用編碼器與接近開(kāi)關(guān)來(lái)判斷包裝機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和機(jī)械位置。裝置中各傳感器模塊可根據(jù)小盒的形狀、大小及包裝形式等進(jìn)行擴(kuò)展、改進(jìn)，以滿足檢測(cè)精度及全面性的需求。

圖1 系統(tǒng)的組成框圖

2 檢測(cè)原理

圖1 中，上、下各傳感器模塊用于在某相位區(qū)間內(nèi)采集經(jīng)過(guò)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(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)語(yǔ)言再上傳給上位機(jī)，上位機(jī)依據(jù)人工設(shè)置的閾值參數(shù)來(lái)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(jī)在相應(yīng)的位置將其在線剔除。

小盒進(jìn)行透明紙包裝時(shí)，各傳感器模塊對(duì)通過(guò)的透明紙進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，控制器根據(jù)包裝機(jī)的相位和接近開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，在某一設(shè)定的相位區(qū)間內(nèi)對(duì)各傳感器^[3]模塊的輸出電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集，經(jīng)過(guò)濾波、遍歷查找等處理后，可準(zhǔn)確計(jì)算出小盒在傳感器模塊通道內(nèi)通過(guò)的絕對(duì)相位，通過(guò)小盒透明紙的標(biāo)準(zhǔn)寬度以及通過(guò)傳感器模塊通道的相位差，由公式1可計(jì)算出小包透明紙的寬度L₁，再通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)透明紙寬度進(jìn)行比較，進(jìn)而可判斷出當(dāng)前小盒透明紙是否存在缺陷。

   （1）

其中，T₀ 為透明紙剛進(jìn)入傳感器模塊通道時(shí)的相位值，T₁為透明紙剛離開(kāi)傳感器模塊通道時(shí)的相位值，L_S為標(biāo)準(zhǔn)小盒的寬度，ΔT_S為標(biāo)準(zhǔn)小盒透明紙完全通過(guò)傳感器模塊通道的相位差值。

為準(zhǔn)確定位小盒進(jìn)入和離開(kāi)傳感器模塊通道時(shí)的相位，本裝置采用濾波算法來(lái)消除毛刺干擾，精準(zhǔn)定位出進(jìn)入和離開(kāi)時(shí)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(cè)時(shí)，編碼器、各傳感器模塊分別負(fù)責(zé)采集包裝機(jī)相位及某相位區(qū)間內(nèi)的透明紙實(shí)時(shí)位置的電壓值，并繪制出透明紙通過(guò)傳感器模塊通道的電壓曲線，如圖3所示。根據(jù)圖3 中的曲線可以看出，有透明紙時(shí)傳感器模塊采集的電壓值為5 V 左右（高電平），沒(méi)有透明紙或透明紙部分缺失或褶皺時(shí)傳感器模塊采集的電壓值為1 V 左右（低電平）。當(dāng)透明紙合格時(shí)，在某一相位，小盒剛進(jìn)入傳感器模塊通道時(shí)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(kāi)傳感器模塊通道時(shí)的傳感器采集的電壓由高變低（下降沿）。本檢測(cè)裝置判斷小盒透明紙是否存在缺陷，是通過(guò)計(jì)算小盒進(jìn)出傳感器模塊通道的相位差值、持續(xù)高電平寬度及電壓上升沿與相鄰下降沿的位置來(lái)進(jìn)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(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了基于光電動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)的小盒透明紙包裝檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)小盒在透明紙包裝過(guò)程中是否存在翹起、偏移、缺失缺陷。本裝置利用實(shí)時(shí)采集的各傳感器模塊在某一相位區(qū)間的電壓值來(lái)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(shí)時(shí)呈現(xiàn)透明紙寬度，而且方便相關(guān)人員查看機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)。相較于其他檢測(cè)方式，本裝置不僅檢測(cè)范圍廣，而且具有較高的準(zhǔn)確度和全面性，可有效避免有透明紙缺陷的產(chǎn)品流出。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王海嬌.關(guān)于小盒透明紙包裝成型系統(tǒng)的分析[J].中國(guó)設(shè)備工程,2020(7):89-90.

[2] 楊凌輝.基于光電掃描的大尺度空間坐標(biāo)測(cè)量定位技術(shù)研究[M].天津:天津大學(xué)出版社,2010.

[3] 趙勇.光纖傳感原理與應(yīng)用技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2010.

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年8月期）