作者/沈?qū)氄\¹，萬瑋²，彭剛³(1.中國電子科技集團(tuán)公司第41研究所，安徽 蚌埠 233010;2.江西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司南昌卷煙廠，江西 南昌 330000;3.重慶中煙工業(yè)有限責(zé)任公司黔江卷煙廠，安徽 蚌埠 409000)

　　摘要：本文設(shè)計(jì)了一種包裝產(chǎn)品內(nèi)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(nèi)部產(chǎn)品是否存在缺失，避免有問題的產(chǎn)品流入市場。本裝置已在多個行業(yè)的包裝生產(chǎn)線上安裝運(yùn)用，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，檢測準(zhǔn)確度高，得到客戶的一致好評。

　　關(guān)鍵詞：微波檢測;包裝內(nèi)部;產(chǎn)品缺失;微波發(fā)射;喇叭天線

　　0 引言

　　在市場經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的今天，產(chǎn)品質(zhì)量對于企業(yè)的重要性日益增高，越來越多的企業(yè)認(rèn)為質(zhì)量是他們的生命線。在各個行業(yè)中，包裝內(nèi)部產(chǎn)品缺失被公認(rèn)為是最嚴(yán)重的質(zhì)量問題之一，存在這種問題的產(chǎn)品一旦流入市場，既損害了消費(fèi)者利益，又損壞了企業(yè)的形象和信譽(yù)，有問題的產(chǎn)品被市場反饋回企業(yè)，在一定程度上也會增加企業(yè)的成本。

　　隨著自動化技術(shù)的進(jìn)步，生產(chǎn)線上包裝機(jī)的包裝速度越來越快，但因?yàn)榉N種原因，在包裝過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)包裝完成后的產(chǎn)品內(nèi)部有產(chǎn)品缺失現(xiàn)象。根據(jù)對多家企業(yè)調(diào)查，企業(yè)對“包裝內(nèi)部產(chǎn)品缺失”問題非常重視，為了徹底杜絕產(chǎn)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(chǎn)品缺失檢測裝置，其中包括光電式、稱重式、負(fù)壓式、拍照式、射線式等，但從現(xiàn)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(nèi)部產(chǎn)品缺失問題。本文提出了采用微波檢測原理來檢測產(chǎn)品缺失的方案并給出了具體設(shè)計(jì)，該檢測裝置具有更準(zhǔn)確、更直觀、更安全等優(yōu)點(diǎn)。

　　1 總體設(shè)計(jì)

　　本檢測裝置安裝在生產(chǎn)線傳輸通道上，對包裝產(chǎn)品內(nèi)部是否缺失進(jìn)行檢測。它是利用高頻微波信號遇到被測產(chǎn)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(chǎn)品后的微波信號功率與發(fā)射天線發(fā)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(nèi)部產(chǎn)品是否缺失。根據(jù)測試原理和功能要求，包裝產(chǎn)品內(nèi)部缺包檢測器主要包括一套微波發(fā)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(shè)備，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　2 硬件設(shè)計(jì)

　　由圖1可知包裝產(chǎn)品內(nèi)部缺失檢測裝置的核心部件是微波發(fā)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(dāng)激光傳感器檢測到產(chǎn)品進(jìn)入測試通道時，向控制板發(fā)送產(chǎn)品到位信號，控制板接收到信號后驅(qū)動微波采樣板對微波接收天線接收到的微波信號進(jìn)行采集^[3]和運(yùn)算處理，并把最終數(shù)據(jù)結(jié)果傳給控制板?？刂瓢鍖⒔邮盏降臄?shù)據(jù)與工控機(jī)設(shè)置的閾值進(jìn)行比較，如果測得值超過設(shè)定閾值則表示包裝內(nèi)部產(chǎn)品存在缺失，反之則正常。當(dāng)檢測器檢測出有產(chǎn)品缺失時，即向生產(chǎn)線傳輸控制系統(tǒng)發(fā)送停機(jī)信號，并同時進(jìn)行聲光報警，提醒生產(chǎn)人員及時處理。

　　2.1 微波發(fā)射模塊

　　微波發(fā)射模塊負(fù)責(zé)通過內(nèi)置的微波信號發(fā)生器和微波天線向外發(fā)射高頻微波信號。微波發(fā)射模塊包含一個電源、一個微波信號發(fā)射器、一個發(fā)射天線。微波發(fā)射天線有多種形狀，本檢測器選用了喇叭天線^[4]，因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://cafeforensic.com/news/listbylabel/label/喇叭天線">喇叭天線的基本形式是把矩形波導(dǎo)管和圓波導(dǎo)管的開口面逐漸擴(kuò)展而形成，由于波導(dǎo)開口面的逐漸擴(kuò)大，改善了波導(dǎo)與自由空間的匹配，使得波導(dǎo)中的反射系數(shù)小，即波導(dǎo)中傳輸?shù)慕^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(fù)責(zé)通過內(nèi)置的微波天線和微波信號處理器接收微波信號，并經(jīng)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(jī)組成。它主要負(fù)責(zé)整個檢測器的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)控制、人機(jī)界面的運(yùn)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(jìn)行濾波、放大、轉(zhuǎn)換、處理等，同時把最終的結(jié)果發(fā)給控制板。

　　控制板主要把微波信號采集板發(fā)送來的數(shù)據(jù)與工控機(jī)上設(shè)置的閾值進(jìn)行比較，并把測試結(jié)果發(fā)送給工控機(jī)，如若判斷出被測產(chǎn)品內(nèi)部存在缺失，則向外發(fā)送停機(jī)信號和報警信號。

　　工控機(jī)用于操作系統(tǒng)以及人機(jī)界面軟件的運(yùn)行。本檢測器的工控機(jī)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(tǒng)運(yùn)行和實(shí)時檢測的相關(guān)信息，并可以通過觸摸屏設(shè)置系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)，同時可以實(shí)現(xiàn)WIFI與4G聯(lián)網(wǎng)以及遠(yuǎn)程監(jiān)控功能等。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　為了提高開發(fā)效率，便于軟件維護(hù)，本裝置選擇Windows Embedded Standard 7操作系統(tǒng)，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(tǒng)首先進(jìn)行初始化，上位機(jī)把上一次設(shè)置的參數(shù)或閾值發(fā)送給下位機(jī)。下位機(jī)保存完參數(shù)閾值后，開始實(shí)時采集激光傳感器信號，來判斷產(chǎn)品是否進(jìn)入測試通道，一旦產(chǎn)品進(jìn)入測試通道，下位機(jī)立刻控制微波信號采集板進(jìn)行微波信號采集，微波信號采集板對采集到的微波信號進(jìn)行運(yùn)算處理，把最后計(jì)算得到的數(shù)據(jù)發(fā)送給下位機(jī)，下位機(jī)接到檢測數(shù)據(jù)后與保存的參數(shù)或閾值進(jìn)行比較。如果實(shí)測數(shù)據(jù)小于閾值，則表示微波信號被遮擋嚴(yán)重，包裝內(nèi)部產(chǎn)品無缺失，如果實(shí)測數(shù)據(jù)大于閾值則表示微波信號基本無遮擋，包裝內(nèi)部產(chǎn)品有缺包。如若下位機(jī)判斷出被測產(chǎn)品有缺失存在，并且待到被測產(chǎn)品離開檢測通道后，下位機(jī)則立即發(fā)送停機(jī)信號和報警信號，有缺失的包裝產(chǎn)品被處理完成后，系統(tǒng)復(fù)位，進(jìn)行下一輪的檢測。

　　4 結(jié)論

　　本文詳細(xì)介紹了一種基于微波技術(shù)的包裝產(chǎn)品內(nèi)部缺失檢測裝置，該裝置與目前市場上其他的產(chǎn)品缺失檢測裝置相比，具有更準(zhǔn)確、更直觀、更安全的優(yōu)點(diǎn)，在保留其他產(chǎn)品缺失檢測設(shè)備的功能外，增加了實(shí)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(shù)據(jù)可復(fù)現(xiàn)。本裝置已在很多行業(yè)生產(chǎn)線上對包裝內(nèi)部產(chǎn)品進(jìn)行缺失檢測，具有廣泛的應(yīng)用空間和市場價值。

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本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)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