CN112799138B - 超薄材料生产流水线的高灵敏度金属异物检测探头及其工作方法和制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种超薄材料生产流水线的高灵敏度金属异物检测探头及其工作方法和制造方法，其特征在于，包括：信号发生模块、发射线圈、接收线圈和信号接收模块；所述发射线圈为螺旋状，设置在扁平状绝缘基板的下表面，并连接信号发生模块；所述接收线圈为对称设置的两个形状大小一致的螺旋状接收线圈，设置在扁平状绝缘基板的上表面，并连接信号接收模块。其极大地简化了金属检测器的安装复杂度，并且由于采用相敏检波技术，接收和发射线圈嵌入在同一块绝缘基板上，采用螺旋状线圈，又贴近检测物，因此灵敏高。
Description
技术领域
本发明涉及流水线生产、检测的技术领域，尤其涉及一种超薄材料生产流水线的高灵敏度金属异物检测探头及其工作方法和制造方法。
背景技术
现有在线金属检测探头的结构一般是空心形式，即探头是一中空闭合环形结构，被检测物从探头中间穿过，如果其中含有金属异物，就会引起探头线圈中的电流发生变化，然后对电流信号进行放大、检波、滤波处理，输出检测信号，从而实现金属异物检测功能。
这种结构存在安装困难的问题，因为现有流水线已经安装完成，流水线的骨架一般是金属材料，流水线底下经常有电缆走线，如果将“中空闭合环形结构”的探头直接装在流水线上，将会有金属架及电缆穿过探头检测空间，使探头失效。
现有安装方式是增加一小段非金属材料制成的独立流水线，插接到现有流水线中，金属异物检测探头安装在这段特制的流水线上。这样会增加流水线成本，造成浪费并经常需要改造车间布局。
特别地，在布料、纸等超薄材料生产线上，由于布料或纸的生产是连续的，并且为了节省平面空间，布料或纸的流水线的布局经常是三维多层布局，与面包、糖果、卫生巾等成品流水线不同，难以让第三方厂家在中间插接一段流水线，因此，如何使金属检测探头嵌入到超薄材料流水线中间，是一个难题。
发明内容
为了克服现有技术当中存在的缺陷和不足，本发明提出了一种新型的超薄材料生产流水线的高灵敏度金属异物检测探头及其工作方法和制造方法，其具体采用以下技术方案：
一种超薄材料生产流水线的高灵敏度金属异物检测探头，其特征在于，包括：信号发生模块、发射线圈、接收线圈和信号接收模块；所述发射线圈为螺旋状，设置在扁平状绝缘基板的下表面，并连接信号发生模块；所述接收线圈为对称设置的两个形状大小一致的螺旋状接收线圈，设置在扁平状绝缘基板的上表面，并连接信号接收模块。
优选地，所述发射线圈和接收线圈嵌入绝缘基板的镂空凹槽。
优选地，所述绝缘基板安装在绝缘材质的外壳内；所述外壳通过旋转机构安装在支架上；所述旋转机构使绝缘基板所在平面360°旋转或卡位。
优选地，所述外壳与绝缘基板相垂直的侧壁涂有不闭合的金属粉带或石墨带。
优选地，所述旋转机构为棘轮结构，使外壳有单向步进循环转动的自由度，通过弹簧或不平衡杠杆结构实现棘爪的阻尼；所述旋转机构的外壳带有扳动杆，转动扳动杆将棘爪拉开时，使探头有反向转动的自由度，放开扳动杆后，棘爪即卡位。
优选地，所述外壳的上盖板通过第一插槽与外壳构成连接，所述绝缘基板通过与第一插槽平行的第二插槽与外壳构成连接；主控板、发射驱动板和接收及信号处理板与绝缘基板相对垂直地设置于外壳内部；所述发射驱动板和接收及信号处理板分别与主控板构成电气连接；所述发射线圈和每一螺旋状接收线圈的两端分别引出线连接至主控板。
优选地，所述主控板上设置有：DSP或MCU、DDS和存储芯片，主控板输出信号到发射驱动板，驱动发射线圈发射无线信号；所述接收线圈收到的信号输入到接收及信号处理板的差分放大器，然后检波并放大，然后送到主控板的DSP或MCU处理，输出结果数据至位于外壳外部的UI模块；所述UI模块包括：触摸显示屏，CPU板，存储模块，网络模块和串行通信接口，通过串行通信接口与主控板连接。
以及根据以上探头结构的工作方法，其特征在于：所述信号发生模块产生正弦波，经发射线圈发出；当超薄材料中存在金属异物时，此金属异物依次经过两个接收线圈，使两个线圈感应电流的差分信号不平衡，当金属异物由远及近经过第一个线圈，再由近及经过第二个线图时，差分信号由弱转强，由强转弱，然后反方向由弱转强，再由强转弱，产生一个交变信号，从而被信号接收模块采集获得。
优选地，所述主控板上的主控模块产生正弦波，经发射驱动板驱动发射线圈发出200KHZ至600KHZ的频率，当超薄材料中存在金属异物时，此金属异物依次经过两个接收线圈，使两个线圈感应电流的差分信号不平衡，当金属异物由远及近经过第一个线圈，再由近及经过第二个线图时，差分信号由弱转强，由强转弱，然后反方向由弱转强，再由强转弱，产生一个交变信号；接收及信号处理板对此信号进行放大、检波、滤波，然后传输到主控板的CPU进行处理；所述主控模块将处理结果的数据通过串口输出到UI模块，UI模块的CPU板接收并处理后，在显示屏上显示金属异物信号强度，如果超过阈值则发出报警声，并通过网络模块发信息给服务器。
一种超薄材料生产流水线的高灵敏度金属异物检测探头的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：在外壳的内侧壁均涂上导电材料，形成不闭合环状屏蔽带；
步骤S2：从外壳上方开口垂直***发射板，接收及信号处理板以及主控板；
步骤S3：沿从外壳侧面上方第二层的槽***扁平状绝缘基板；所述扁平状绝缘基板的上表面对称设置有两个形状大小一致的螺旋状接收线圈，下表面设置有螺旋状的发射线圈；
步骤S4：将2条发射线圈延长线***发射驱动板中焊牢，将4条接收线圈延长线***接收及信号处理板中焊牢；
步骤S5：安装主控板与发射线圈和接收线圈之间的插接线；
步骤S6：从外壳侧面上方第一层的槽***上盖；
步骤S7：从外壳上方垂直***密封板；
步骤S8：从密封板的通孔引出，安装主控板与UI模块之间的串行连接线。
本发明及其优选方案的有益之处是检测灵敏高且制造和安装工艺简单，安装时，只需用支架架起探头，转动探头使接收线圈一侧贴近待检测的生产流水线上的布料或纸，探头可以360度转动，转动到位后可以用棘爪卡位锁定，不需要改动原流水线，就可以嵌入到原流水线中进行金属异物检测，极大地简化了金属检测器的安装复杂度，并且由于采用相敏检波技术，接收和发射线圈嵌入在同一块绝缘基板上，采用螺旋状线圈，又贴近检测物，因此灵敏高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
图1是本发明实施例整体结构示意图；
图2是本发明实施例探头结构正面剖视示意图；
图3是本发明实施例探头结构侧面剖视示意图；
图4是本发明实施例发射和接收线圈及其基板示意图；
图5是本发明实施例外壳屏蔽涂料结构示意图；
图6是本发明实施例UI模块示意图；
图7是本发明实施例使用状态安装结构示意图。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下：
如图1所示，本实施例装置提供的超薄材料生产流水线的高灵敏度金属异物检测探头的主要结构包括：检测探头，旋转装置，支架，UI模块。
如图2、图3所示，本实施例的检测探头包括：控制模块，嵌有发射和接收线圈的绝缘基板安装在外壳中，外壳由塑料或环氧树脂等绝缘材料制成，外壳侧壁涂有不闭合的金属粉带或石墨带以屏蔽干扰信号；外壳上下表面为纯绝缘层，不涂导电材料。
具体地，发射和接收线圈的结构如图4所示，中间为一块扁平状绝缘基板，上表面镂空嵌入两个形状大小一样的螺旋状接收线圈，对称放置；下表面镂空嵌入一个螺旋状发射线圈。每个线圈有两条引出线连接到控制板，引出线与螺旋圈的交叉处用绝缘材料比如电工胶布隔开。
外壳为一U形结构，上盖是活动的，剖面如图5所示。
作为一个优选方案，本实施例的转动装置为一棘轮结构，探头可以单向步进循环转动，通过弹簧或不平衡杠杆结构实现棘爪的阻尼；旋转装置的外壳有扳动杆，转动扳动杆可手动将棘爪拉开，使探头可以反向转动，放开扳动杆后，棘爪即卡位。由于该种结构为现有成熟设计，本实施例不提供附图以详细赘述，同样地，其也可以替换成任意可以使检测探头的检测平面能够360旋转且能够锁定在任意角度的现有结构。
在本实施例中，控制模块包括主控板，发射驱动板，接收及信号处理板，主控板上有DSP或MCU、DDS、存储芯片，主控板输出信号到发射驱动板，驱动发射线圈发射无线信号，接收线圈收到的信号输入到接收板的差分放大器，然后检波并放大，然后送到主控板的DSP或MCU处理，输出结果数据到UI模块是显示屏上。
如图6所示，UI模块设计在外壳的壳体之外，包括触摸显示屏，CPU板，存储模块，网络模块，串行通信接口，串行通信接口与主控板连接，UI模块则通过网络模块连接至服务器。
作为优选，本实施例提供的主控模块的CPU为包括但不限于TI的DSP或STM32的MCU，显示屏为通用智能液晶触摸屏，UI模块的CPU为8位以上单片机，包括但不限于51、PIC、树莓派，网络模块包括但不限于树莓派自带或W5500。
网络服务器包括但不限于基于JAVA或VC或DELPHI开发的TCP Socket服务器。
本实施例提供的探头制作方法为：
S1.在外壳的内侧壁均涂上铜粉、银粉或碳粉等导电材料，形成不闭合环状屏蔽带，如图4所示。
S2.从外壳上方***发射板，接收及信号处理板，主控板
S3.沿从外壳侧面上方第二层的槽***发射接收线圈板，板上嵌有线圈，槽的位置如图3所示。
S4.将2条发射线圈延长线***发射驱动板中焊牢，将4条接收线圈延长线***接收板中焊牢。
S5.装好安主控板与发射接收板之间的插接线。
S6.从外壳侧面上方第一层的槽***上盖。
S7.从外壳上方***密封板，位置如图2所示。
S8.装好主控板与UI模块之间的串行连接线。（从密封板的通孔引出）
作为本实施例方案的工作原理：由主控模块产生正弦波，经发射板驱动发射线圈发出200KHZ至600KHZ的频率，当布料中有金属异物时，此金属异物依次经过两个接收线圈，使两个线圈感应电流的差分信号不平衡，当金属异物由远及近经过第一个线圈，再由近及经过第二个线图时，差分信号由弱转强，由强转弱，然后反方向由弱转强，再由强转弱，产生一个交变信号。接收及信号处理板对此信号进行放大，检波，滤波，然后送到主控模块的CPU进行处理。主控模块将处理结果的数据通过串口输出到UI模块，UI模块的CPU板接收并处理后，在显示屏上显示金属异物信号强度，如果超过阈值则发出报警声，并通过网络模块发信息给服务器。
如图7所示，本发明的有益之处是检测灵敏高且制造和安装工艺简单，安装时，只需用支架架起探头，转动探头使接收线圈一侧贴近待检测的生产流水线上的布料或纸，探头可以360度转动，转动到位后可以用棘爪卡位锁定，不需要改动原流水线，就可以嵌入到原流水线中进行金属异物检测，极大地简化了金属检测器的安装复杂度，并且由于采用相敏检波技术，接收和发射线圈嵌入在同一块绝缘基板上，采用螺旋状线圈，又贴近检测物，因此灵敏高。
以下提供本实施例装置安装在布料生产车间并使用的具体实例:
1.在触摸屏点按菜单----“初始化”
此时探头上方应当为空，即不应有布料在上面。由于检测器两接收线圈不可能完全一样和对称，环境中存在干扰，因此虽然没有检测物，主控仍然会收到微弱的背景信号。主控记录此背景信号并计算平均值。如果平均值超过阈值，说明环境干扰过强或本产品质量不合格，主控模块输出数据给UI模块，在显示屏上显示初始化结果。
2.在触摸屏点按菜单----“学习”
启动布料流水线，由于布料可能含有一定的水份且分布不均匀，在布料运动的过程中，两接收线圈将干扰信号，经放大检波滤波处理后，主控会收到一定幅度的电压信号。主控记录此背景信号并计算平均值。如果平均值超过阈值，说明产品效应过强，主控调整发射信号的相位使产品效应减弱，然后输出数据给UI模块，在显示屏上显示学习结果。多种产品的学习结果可以存储在存储模块，也可以从存储模块读取。
3. 在触摸屏点按菜单----“运行”
按图7所示将本设备安装在布料生产车间，启动布料流水线，如果布料含有金属异物，在布料运动的过程中，两接收线圈将收到强干扰信号，经放大检波滤波处理后，主控会收到一定幅度的电压信号，主控对此信号按一定算法进行滤波并计算平均值，主控输出数据给UI模块，在显示屏上显示信号强度，如果信号超过检测阈值，说明金属直径超过限制，UI模块发出报警声，由网络模块输出报警信息到服务器。
4. 在触摸屏点按菜单----“停止”
***停止检测。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的超薄材料生产流水线的高灵敏度金属异物检测探头及其工作方法和制造方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种超薄材料生产流水线的高灵敏度金属异物检测探头，其特征在于，包括：信号发生模块、发射线圈、接收线圈和信号接收模块；所述发射线圈为螺旋状，设置在扁平状绝缘基板的下表面，并连接信号发生模块；所述接收线圈为对称设置的两个形状大小一致的螺旋状接收线圈，设置在扁平状绝缘基板的上表面，并连接信号接收模块；
所述绝缘基板安装在绝缘材质的外壳内；所述外壳通过旋转机构安装在支架上；所述旋转机构使绝缘基板所在平面360°旋转或卡位；
所述外壳与绝缘基板相垂直的侧壁涂有不闭合的金属粉带或石墨带；
所述信号发生模块产生正弦波，经发射线圈发出；当超薄材料中存在金属异物时，此金属异物依次经过两个接收线圈，使两个线圈感应电流的差分信号不平衡，当金属异物由远及近经过第一个线圈，再由近及经过第二个线图时，差分信号由弱转强，由强转弱，然后反方向由弱转强，再由强转弱，产生一个交变信号，从而被信号接收模块采集获得；
其制作方法包括以下步骤：
步骤S1：在外壳的内侧壁均涂上导电材料，形成不闭合环状屏蔽带；
步骤S2：从外壳上方开口垂直***发射板，接收及信号处理板以及主控板；
步骤S3：沿从外壳侧面上方第二层的槽***扁平状绝缘基板；所述扁平状绝缘基板的上表面对称设置有两个形状大小一致的螺旋状接收线圈，下表面设置有螺旋状的发射线圈；
步骤S4：将2条发射线圈延长线***发射驱动板中焊牢，将4条接收线圈延长线***接收及信号处理板中焊牢；
步骤S5：安装主控板与发射线圈和接收线圈之间的插接线；
步骤S6：从外壳侧面上方第一层的槽***上盖；
步骤S7：从外壳上方垂直***密封板；
步骤S8：从密封板的通孔或插座引出，安装主控板与UI模块之间的串行连接线以及探头的电源线；
安装时，只需用支架架起探头，转动探头使接收线圈一侧贴近待检测的生产流水线上的布料或纸，探头可以360度转动，转动到位后卡位锁定，不需要改动原流水线，就可以嵌入到原流水线中进行金属异物检测，极大地简化了金属检测器的安装复杂度，并且由于采用相敏检波技术，接收和发射线圈嵌入在同一块绝缘基板上，采用螺旋状线圈，又贴近检测物，因此灵敏高。
2.根据权利要求1所述的超薄材料生产流水线的高灵敏度金属异物检测探头，其特征在于：所述发射线圈和接收线圈嵌入绝缘基板的镂空凹槽。
3.根据权利要求1所述的超薄材料生产流水线的高灵敏度金属异物检测探头，其特征在于：所述旋转机构为棘轮结构，使外壳有单向步进循环转动的自由度，通过弹簧或不平衡杠杆结构实现棘爪的阻尼；所述旋转机构的外壳带有扳动杆，转动扳动杆将棘爪拉开时，使探头有反向转动的自由度，放开扳动杆后，棘爪即卡位。
4.根据权利要求1所述的超薄材料生产流水线的高灵敏度金属异物检测探头，其特征在于：所述外壳的上盖板通过第一插槽与外壳构成连接，所述绝缘基板通过与第一插槽平行的第二插槽与外壳构成连接；主控板、发射驱动板和接收及信号处理板与绝缘基板相对垂直地设置于外壳内部；所述发射驱动板和接收及信号处理板分别与主控板构成电气连接；所述发射线圈和每一螺旋状接收线圈的两端分别引出线连接至发射驱动板和接收及信号处理板。
5.根据权利要求4所述的超薄材料生产流水线的高灵敏度金属异物检测探头，其特征在于：所述主控板上设置有：DSP或MCU、DDS和存储芯片，主控板输出信号到发射驱动板，驱动发射线圈发射无线信号；所述接收线圈收到的信号输入到接收及信号处理板的差分放大器，然后检波并放大，然后送到主控板的DSP或MCU处理，输出结果数据至位于外壳外部的UI模块；所述UI模块包括：触摸显示屏，CPU板，存储模块，网络模块和串行通信接口，通过串行通信接口与主控板连接。
6.根据权利要求5所述的超薄材料生产流水线的高灵敏度金属异物检测探头的工作方法，其特征在于：所述主控板上的主控模块产生正弦波，经发射驱动板驱动发射线圈发出200KHZ至600KHZ的频率，当超薄材料中存在金属异物时，此金属异物依次经过两个接收线圈，使两个线圈感应电流的差分信号不平衡，当金属异物由远及近经过第一个线圈，再由近及远经过第二个线圈时，差分信号由弱转强，由强转弱，然后反方向由弱转强，再由强转弱，产生一个交变信号；接收及信号处理板对此信号进行放大、检波、滤波，然后传输到主控模块的CPU进行处理；所述主控模块将处理结果的数据通过串口输出到UI模块，UI模块的CPU板接收并处理后，在显示屏上显示金属异物信号强度，如果超过阈值则发出报警声，并通过网络模块发信息给服务器。
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| 基于TM4C123G的金属微颗粒探测***研究与实现;王明全;袁程磊;李治华;王远航;;电子产品世界(Z1);全文 * |
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