用于方便面酱包高速叠袋机的控制板的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于DSP的控制器，特别涉及一种对方便面酱包进行叠袋整理的叠袋机的控制板。
背景技术：
目前的方便面生产过程中，各种料包是由独立的工厂或生产线进行单独生产和检测的。酱包包装机包装出来的酱包是中缝没有切口的连续编带。这些连续的酱包需要按照规定的数量整齐码放到方形的中转箱内，也就是从酱包包装机的“料池”到中转箱的酱包整理过程，同时也是叠袋机的自动叠袋过程。这个过程是由送料电机持续向下拉酱包编带，同 时台车的X轴电机控制台车上的中转箱左右运动而台车的Y轴电机控制台车上的中转箱前后运动，进而实现一行一行的酱包编带在中转箱内的叠层码放。现有的叠袋机控制器以超声波传感器、色标传感器和基于机械开关原理的料厚传感器为手段进行中缝定位，进而实现带长测量和叠袋过程控制以及叠袋计数。对于两个酱包之间的中缝的漏酱情况，则由人眼进行检测。但是现有的的三种定位手段存在适应性问题料厚传感器使用弹簧结构，反应速度慢，在120袋每分钟的叠袋过程中可勉强使用，而目前高速酱包包装机的包装速度已达到250袋每分钟，因此和高速酱包包装机就无法配套使用了 ；色标传感器要求在包材上印制特殊标记，不仅增加包材成本，同时也要求在酱包包装机内进行严格的位置控制，增加酱包包装机的控制难度，降低包装速度，所以也不适用于高速酱包包装过程；相比较而言，超声波传感器可以快速检测到塑料包材是否分层，进而判断出是否处于中缝区域，它的反应速度足够快，但是因为它对空袋和有酱酱包检测结果是一样的，所以无法判断空袋现象。而基于人眼的漏酱检测手段，因包装速度的提高，人眼已经无法跟上酱包的运动速度；相关劳动保护法规的完善，也限制了工厂对工人眼睛的过度使用。存在中缝漏酱问题的酱包编带送到方便面自动生成线后，因为目前的方便面生产线均为高速线，在酱包投包过程中来不及检测，这样在将酱包编带切成单袋时，漏酱的相邻两个酱包的中缝处就会发生泄漏，而后续生产工序中又没有针对这一问题的专门检查和剔除，这样就存在消费者购买的袋装或桶装方便面中有泄漏的酱包的问题，另外，如果方便面成品储存时间长，酱包甚至有发生霉变的危险，极容易引发客户投诉问题。
实用新型内容为了提高酱包整理的生产效率以及对不合格的酱包进行有效剔除，减少最终用户的投诉，本实用新型提供一种基于视觉传感器的应用于方便面酱包高速叠袋机的核心控制器，为此，本实用新型的技术方案如下一种用于方便面酱包高速叠袋机的控制板，包括电源、TF卡驱动电路、数据存储器、RS232接口、以太网接口、声光报警驱动电路、料池有料信号输入电路、送料电机驱动电路、台车X轴电机驱动电路、台车Y轴电机驱动电路，台车X向左、右限位信号输入电路和台车Y向左、右限位信号输入电路，还包括数字信号处理器(DSP)、视觉传感器、光学镜头和程序存储器，所述DSP具有一串行外设接口(SPI接口)、一外部总线接口单元(EBIU)、一异步串行接口(UARTO)、一以太网控制器(E-MAC)、一并行外设总线接口(PPI接口)及多个通用的 IO 口 (GPIO-PJ4, GPIO-PJ5, GPIO-PJ6, GPIO-PJ7, GPIO-PJ8, GPIO-PJ9, GPI0-PF2，GPI0-PF3, GPI0-PF4),所述程序存储器用于存放算法程序执行代码，所述DSP通过所述SPI接口对所述程序存储器进行读写访问；所述DSP通过所述外部总线接口单元(EBIU)对所述数据存储器进行访问，将运算的中间数据以及程序执行代码缓存在所述数据存储器中；所述异步串行接口 UARTO通过所述RS232接口连接外置的触摸屏或专用操控终端，用于显示该控制板的工作状态以及设置工作参数和工作模式；所述以太网控制器接口(E-MAC)和所述以太网接口连接，用于连接以太网网络，将本控制板的工作状态、照相图像传输到外部智能设备；所述并行外设接口(PPI)连接所述视觉传感器，该视觉传感器连接对酱包编带进行监视的光学镜头，对连续的方便面酱包进行中缝定位、色标扫描、单袋长度测量、叠袋计数、中缝漏酱检测和空袋检测；所述多个通用IO 口分别连接所述声光报警驱动电路、料池有料信号输入电路、送料电机驱动电路、台车X轴电机驱动电路、台车Y轴电机驱动电路、台车X向左限位信号输入电路、台车X向右限位信号输入电路、台车Y向左限位信号输入电路以及台车Y向右限位信号输入电路。所述DSP为高速DSP，具有300MHz以上的主频，同时具有多路直接内存存取(DMA)通道，由芯片内的DMA控制器单独控制PPI接口的视觉传感器的数据采集过程。所述视觉传感器所使用的图像传感器为CMOS类型，并且具有全局曝光功能，该视觉传感器的光学镜头接口形式为M12卡口、C卡口或CS卡口。所述TF卡驱动电路，具有一 TF卡卡座，能够使用标准TF卡进行数据存储。优选的是，所述声光报警驱动电路为经过光耦隔离的声光报警驱动电路；所述料池有料信号输入电路为经过光耦隔离的料池有料信号输入电路。所述送料电机驱动电路、台车X轴电机驱动电路、台车Y轴电机驱动电路均经过光耦隔离，能够输出高/低的电平信号或脉冲频率信号。所述台车X向左限位信号输入电路、台车X向右限位信号输入电路、台车Y向左限位信号输入电路和台车Y向右限位信号输入电路经过光耦隔离，每一输入电路分别外接一行程开关，用于对台车的运动进行限位。本实用新型的控制板利用视觉传感器作为酱包中缝的定位手段及酱包包装质量的检测手段，可以提高检测速度及定位精度，进而提高叠袋效率，减少交付不合格酱包，最终降低用户投诉。该控制板高度集成，将DSP运算处理、图像传感器、运动控制及传感器采集电路、TF卡读卡器、以太网接口电路和RS232接口电路全部集成到一块主板，完成了与“个人电脑+10扩展卡+摄像头”相类似的功能。其体积小巧，成本低廉。使用视觉传感器技术进行中缝定位和叠袋控制，酱包叠放位置偏差小，外观整齐美观，同时因为视觉传感器工作速度快，也保证了新型叠袋机控制板可以达到250袋每分钟的叠袋整理速度。使用视觉传感器技术进行中缝漏酱、空袋、袋长错误等现象的检测，缓解了操作工的视觉疲劳，提高了成品质量。
图I为本实用新型的控制板的结构示意图；图2为带有本实用新型控制板的方便面酱包高速叠袋机的控制系统组成图。其中I :电源；2 :程序存储器；3 TF卡驱动电路；4 :数据存储器；5:RS232 接；6:以太网接口；7:声光报警驱动电路；8:DSP;9:视觉传感器；10:料池有料信号输入电路；11 :送料电机驱动电路12 :台车X轴电机驱动电路13 :台车Y轴电机驱动电路14 :台车X向左限位信号输入电路15 :台车X向右限位信号输入电路 16 :台车Y向左限位信号输入电路17 :台车Y向右限位信号输入电路 19 :光学镜头
具体实施方式
本实用新型的控制板安装于叠袋机的机架上，酱包编带一侧约20厘米的位置。
以下结合附图对该控制板的结构进行详细说明。参见图I和图2，本实用新型的用于方便面酱包高速叠袋机的控制板包括电源I、TF卡驱动电路3、数据存储器4、RS232接口 5、以太网接口 6、声光报警驱动电路7、料池有料信号输入电路10、送料电机驱动电路11、台车X轴电机驱动电路12、台车Y轴电机驱动电路13、台车X向左限位信号输入电路14、台车X向右限位信号输入电路15、台车Y向左限位信号输入电路16和台车Y向右限位信号输入电路17，还包括DSP 8、视觉传感器9、光学镜头19和程序存储器2。所述DSP8具有一串行外设接口(SPI)、一外部总线接口单元(EBIU)、一异步串行接口(UARTO)、一以太网控制器(E-MAC)、一并行外设接口(PPI)以及多个通用的 IO 口 GPI0-PJ4、GPI0-PJ5、GPI0-PJ6、GPI0-PJ7、GPI0-PJ8、GPI0-PJ9、GPI0-PF2、GPI0-PF3和GPI0-PF4。程序存储器2用于存放算法程序执行代码，DSP8通过所述SPI接口对程序存储器2进行读写访问，通过所述EBIU对数据存储器4进行访问，将运算的中间数据以及程序执行代码缓存在所述数据存储器4中。异步串行接口 UARTO通过所述RS232接口 5连接外置的触摸屏或专用操控终端，用于显示该控制板18的工作状态以及设置工作参数和工作模式。E-MAC和以太网接口 6连接，用于连接以太网网络，将所述控制板的工作状态、照相图像传输到外部智能设备。并行外设接口 PPI连接所述视觉传感器9，该视觉传感器9连接对酱包编带进行监视的光学镜头19，对连续的方便面酱包进行中缝定位、色标扫描、单袋长度测量、叠袋计数、中缝漏酱检测和空袋检测。多个通用IO 口分别连接所述声光报警驱动电路7、料池有料信号输入电路10、送料电机驱动电路11、台车X轴电机驱动电路12、台车Y轴电机驱动电路13、台车X向左限位信号输入电路14、台车X向右限位信号输入电路15、台车Y向左限位信号输入电路16以及台车Y向右限位信号输入电路17。DSP8为高速DSP，具有300MHz以上的主频，同时具有多路DMA通道，由DSP芯片内的DMA控制器单独控制PPI接口的视觉传感器9的数据采集过程。视觉传感器9所使用的图像传感器为CMOS类型，并且具有全局曝光功能，该视觉传感器的光学镜头19接口形式为M12卡口、C卡口或CS卡口。TF卡驱动电路3具有一 TF卡卡座，能够使用标准TF卡进行数据存储。声光报警驱动电路7、料池有料信号输入电路10、送料电机驱动电路11、台车X轴电机驱动电路12、台车Y轴电机驱动电路13均经过光耦隔离，能够输出高/低的电平信号或脉冲频率信号。台车X向左限位信号输入电路14、台车X向右限位信号输入电路15、台车Y向左限位信号输入电路16和台车Y向右限位信号输入电路17经过光耦隔离，每一输入电路分 别外接一行程开关，用于对台车的运动进行限位。另外，与该控制板配套使用的还有LED背光源、TF卡、具有RS232接口的触摸屏、PC机、警报器、料池料满传感器，以及一送料电机模块、一台车X轴电机模块、一台车Y轴电机模块和4个行程开关，所有外围模块均安装于叠袋机的机架上，在台车上固定有中转箱。电源I用于给所有其他模块提供多种工作电压，为了减少电机信号对通讯和DSP主芯片的干扰，电源I采用变压器的方式为这些通道提供和主电源隔离的电源。本控制板的RS232接口上实现了 Modbus-RTU通讯协议，符合工业标准的触摸屏可以使用Modbus-RTU协议和本控制板进行通讯，可以查询和修改本控制板的数据变量。设置的变量包括袋长、送料速度、每折袋数、单箱袋数、初期袋数等；也可以改变操作模式，例如单袋送料、自动送料、强制送料等。这些变量在设置后保存在flash类型的存储器中，可以掉电不丢失。下面对本实用新型的控制板的控制过程进行说明通过和触摸屏上一个“启动”按钮相关联的位变量，可以启动本控制板的自动叠袋过程。在叠袋过程中，料池料满传感器指示酱包包装机的输出中间池内存储了一定数量的酱包。在这个传感器信号通过料池有料信号输入电路10通知DSP 8有料后，DSP 8才能通过送料电机驱动电路11控制送料电机模块，向下传送酱包；同时根据4个行程开关的状态信息及每折袋数的设定信息，通过台车X轴电机驱动电路12控制台车X轴电机模块进行中转箱的左右移动，通过台车Y轴电机驱动电路(13)控制台车Y轴电机模块进行中转箱的前后移动。如果台车X向左限位的行程开关闭合，则驱动X轴电机模块换向运行；如果台车X向右限位的行程开关闭合，则驱动X轴电机模块换向运行；如果台车Y向左限位的行程开关闭合，则驱动Y轴电机模块换向运行；如果台车Y向右限位的行程开关闭合，则驱动Y轴电机模块换向运行。如果料池料满传感器信号通过料池有料信号输入电路10通知DSP 8无料，则DSP 8停止驱动送料电机模块，台车X轴电机模块，台车Y轴电机模块；直到料池料满传感器信号再次有效，则DSP 8重新继续驱动这些电机模块。如果已经往中转箱中叠放了符合“单箱袋数”所设定的数量的酱包，则停止本次自动叠袋过程，等待操作员更换中转箱并重新按下触摸屏画面上的“启动”按钮。[0047]在酱包的传送过程中，视觉传感器9感应光学镜头19投射进来的光线，按一定周期对酱包编带进行连续拍照。为了取得更好的图像质量，使用LED背光源从酱包背面进行照明。因为是对运动物体照相，所以使用的是具有全局曝光功能的CMOS图像传感器，图像数据从DSP 8的PPI接口以DMA的方式传送到数据存储器4，DSP8使用特定的图像处理算法进行中缝定位，进而可以根据送料电机的驱动速度来计算带长和进行叠袋计数；同时也进行空袋分析，如果有空袋，则停止驱动送料电机驱动电路11，台车X轴电机驱动电路12，台车Y轴电机驱动电路13，并且在声光报警驱动电 路7输出告警信号，提示操作人员进行空袋剔除；另外也同时进行中缝的漏酱状态分析，如果有中缝发生漏酱，则停止驱动送料电机驱动电路11、台车X轴电机驱动电路12和台车Y轴电机驱动电路13，并且在声光报警驱动电路7输出告警信号，提示操作人员剔除和漏酱中缝相邻的两个酱包。为了进行设备调试或观察本控制板的实时工作状态，也可以用网线连接PC和本控制板的以太网接口 6，然后使用互联网浏览器(IE或其他浏览器)，输入本控制板的IP地址，就可以看到显示实时图像和状态数据的网页。本控制板嵌入的网页服务器软件功能为它和外部智能设备的连接提供了一个简单易用的渠道。本控制板的工作过程信息(包括启停时间、告警事件、叠袋袋数、叠袋箱数、空袋告警时的图片、漏酱告警时的图片)可以由DSP 8通过TF卡驱动电路3存储到TF卡上。并且针对不同的使用环境的不同算法程序也可以通过TF卡更新到程序存储器4中。本实用新型提供的叠袋机设备的控制板利用集成到控制板上的视觉传感器进行酱包中缝的定位、袋长计算、空袋、袋长错误、中缝漏酱的检查和告警，有效地提高了作业效率、减少了操作工的工作负荷，也显著提高了酱包产品的整体合格率。
权利要求1.一种用于方便面酱包高速叠袋机的控制板(18)，包括电源(I)、TF卡驱动电路(3)、数据存储器(4)、RS232接口(5)、以太网接口(6)、声光报警驱动电路(7)、料池有料信号输入电路(10)、送料电机驱动电路(11)、台车X轴电机驱动电路(12)、台车Y轴电机驱动电路(13)，台车X向左、右限位信号输入电路(14、15)和台车Y向左、右限位信号输入电路(16、17)，其特征在于还包括DSP (8)、视觉传感器(9)、光学镜头(19)和程序存储器(2)，所述DSP(8)具有一串行外设接口(SPI)、一外部总线接口单元(EBIU)、一异步串行接口(UARTO)、一以太网控制器(E-MAC)、一并行外设接口(PPI)以及多个通用的IO 口(GPIO-PJ4, GPIO-PJ5, GPIO-PJ6, GPI0-PJ7， GPIO-PJ8, GPIO-PJ9, GPI0-PF2, GPI0-PF3，GPI0-PF4)， 所述程序存储器(2)用于存放算法程序执行代码，所述DSP (8)通过所述SPI接口对所述程序存储器(2)进行读写访问； 所述DSP (8)通过所述外部总线接口单元(EBIU)对所述数据存储器(4)进行访问，将运算的中间数据以及程序执行代码缓存在所述数据存储器(4)中； 所述异步串行接口 UARTO通过所述RS232接口(5)连接外置的触摸屏或专用操控终端，用于显示该控制板(18)的工作状态以及设置工作参数和工作模式； 所述以太网控制器接口(E-MAC)和所述以太网接口(6)连接，用于连接以太网网络，将所述控制板的工作状态、照相图像传输到外部智能设备； 所述并行外设接口(PPI)连接所述视觉传感器(9)，该视觉传感器(9)连接对酱包编带进行监视的光学镜头(19)，对连续的方便面酱包进行中缝定位、色标扫描、单袋长度测量、叠袋计数、中缝漏酱检测和空袋检测； 所述多个通用IO 口分别连接所述声光报警驱动电路(7)、料池有料信号输入电路(10)、送料电机驱动电路(11)、台车X轴电机驱动电路(12)、台车Y轴电机驱动电路(13)、台车X向左限位信号输入电路(14)、台车X向右限位信号输入电路(15)、台车Y向左限位信号输入电路(16)以及台车Y向右限位信号输入电路(17)。
2.根据权利要求I所述的控制板，其特征在于所述DSP(8)为高速DSP，具有300MHz以上的主频，同时具有多路DMA通道，由DSP芯片内的DMA控制器单独控制PPI接口的视觉传感器(9)的数据采集过程。
3.根据权利要求I所述的控制板，其特征在于所述视觉传感器(9)所使用的图像传感器为CMOS类型，并且具有全局曝光功能，该视觉传感器(9)的光学镜头(19)接口形式为M12卡口、C卡口或CS卡口。
4.根据权利要求I所述的控制板，其特征在于所述TF卡驱动电路(3)，具有一TF卡卡座，能够使用标准TF卡进行数据存储。
5.根据权利要求I所述的控制板，其特征在于所述声光报警驱动电路(7)为经过光耦隔离的声光报警驱动电路。
6.根据权利要求I所述的控制板，其特征在于所述料池有料信号输入电路(10)为经过光耦隔离的料池有料信号输入电路。
7.根据权利要求I所述的控制板，其特征在于所述送料电机驱动电路(11)、台车X轴电机驱动电路(12)、台车Y轴电机驱动电路(13)均经过光耦隔离，能够输出高/低的电平信号或脉冲频率信号。
8.根据权利要求I所述的控制板，其特征在于所述台车X向左限位信号输入电路(14)、台车X向右限位信号 输入电路(15)、台车Y向左限位信号输入电路(16)和台车Y向右限位信号输入电路(17)经过光耦隔离，每一输入电路分别外接一行程开关，用于对台车的运动进行限位。
专利摘要本实用新型公开了一种用于方便面酱包高速叠袋机的控制板，包括电源、TF卡驱动电路、数据存储器、RS232接口、以太网接口、声光报警驱动电路、料池有料信号输入电路、送料电机驱动电路、台车X轴电机驱动电路、台车Y轴电机驱动电路，台车X向左、右限位信号输入电路和台车Y向左、右限位信号输入电路，还包括数字信号处理器(DSP)、视觉传感器、光学镜头和程序存储器，所述DSP具有一串行外设接口、一外部总线接口单元、一异步串行接口、一以太网控制器、一并行外设总线接口及多个通用的IO口。利用该控制板可以实现自动高速叠袋并精确进行中缝定位、计数和缺陷监测，降低了酱包的不良率。
文档编号B65B57/10GK202783951SQ20122029707
公开日2013年3月13日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者窦士元, 姜海波, 张贵华 申请人:天津市世平科技有限公司
文档序号 :
【 4379940 】
技术研发人员：窦士元,姜海波,张贵华
技术所有人：天津市世平科技有限公司
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
声 明 ：此信息收集于网络，如果你是此专利的发明人不想本网站收录此信息请联系我们，我们会在第一时间删除
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