專利名稱：用于方便面醬包高速疊袋機的控制板的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基于DSP的控制器，特別涉及一種對方便面醬包進行疊袋整理的疊袋機的控制板。
背景技術：
目前的方便面生產(chǎn)過程中，各種料包是由獨立的工廠或生產(chǎn)線進行單獨生產(chǎn)和檢測的。醬包包裝機包裝出來的醬包是中縫沒有切口的連續(xù)編帶。這些連續(xù)的醬包需要按照規(guī)定的數(shù)量整齊碼放到方形的中轉(zhuǎn)箱內(nèi)，也就是從醬包包裝機的“料池”到中轉(zhuǎn)箱的醬包整理過程，同時也是疊袋機的自動疊袋過程。這個過程是由送料電機持續(xù)向下拉醬包編帶，同 時臺車的X軸電機控制臺車上的中轉(zhuǎn)箱左右運動而臺車的Y軸電機控制臺車上的中轉(zhuǎn)箱前后運動，進而實現(xiàn)一行一行的醬包編帶在中轉(zhuǎn)箱內(nèi)的疊層碼放。現(xiàn)有的疊袋機控制器以超聲波傳感器、色標傳感器和基于機械開關原理的料厚傳感器為手段進行中縫定位，進而實現(xiàn)帶長測量和疊袋過程控制以及疊袋計數(shù)。對于兩個醬包之間的中縫的漏醬情況，則由人眼進行檢測。但是現(xiàn)有的的三種定位手段存在適應性問題料厚傳感器使用彈簧結(jié)構，反應速度慢，在120袋每分鐘的疊袋過程中可勉強使用，而目前高速醬包包裝機的包裝速度已達到250袋每分鐘，因此和高速醬包包裝機就無法配套使用了 ；色標傳感器要求在包材上印制特殊標記，不僅增加包材成本，同時也要求在醬包包裝機內(nèi)進行嚴格的位置控制，增加醬包包裝機的控制難度，降低包裝速度，所以也不適用于高速醬包包裝過程；相比較而言，超聲波傳感器可以快速檢測到塑料包材是否分層，進而判斷出是否處于中縫區(qū)域，它的反應速度足夠快，但是因為它對空袋和有醬醬包檢測結(jié)果是一樣的，所以無法判斷空袋現(xiàn)象。而基于人眼的漏醬檢測手段，因包裝速度的提高，人眼已經(jīng)無法跟上醬包的運動速度；相關勞動保護法規(guī)的完善，也限制了工廠對工人眼睛的過度使用。存在中縫漏醬問題的醬包編帶送到方便面自動生成線后，因為目前的方便面生產(chǎn)線均為高速線，在醬包投包過程中來不及檢測，這樣在將醬包編帶切成單袋時，漏醬的相鄰兩個醬包的中縫處就會發(fā)生泄漏，而后續(xù)生產(chǎn)工序中又沒有針對這一問題的專門檢查和剔除，這樣就存在消費者購買的袋裝或桶裝方便面中有泄漏的醬包的問題，另外，如果方便面成品儲存時間長，醬包甚至有發(fā)生霉變的危險，極容易引發(fā)客戶投訴問題。

實用新型內(nèi)容為了提高醬包整理的生產(chǎn)效率以及對不合格的醬包進行有效剔除，減少最終用戶的投訴，本實用新型提供一種基于視覺傳感器的應用于方便面醬包高速疊袋機的核心控制器，為此，本實用新型的技術方案如下一種用于方便面醬包高速疊袋機的控制板，包括電源、TF卡驅(qū)動電路、數(shù)據(jù)存儲器、RS232接口、以太網(wǎng)接口、聲光報警驅(qū)動電路、料池有料信號輸入電路、送料電機驅(qū)動電路、臺車X軸電機驅(qū)動電路、臺車Y軸電機驅(qū)動電路，臺車X向左、右限位信號輸入電路和臺車Y向左、右限位信號輸入電路，還包括數(shù)字信號處理器(DSP)、視覺傳感器、光學鏡頭和程序存儲器，所述DSP具有一串行外設接口(SPI接口)、一外部總線接口單元(EBIU)、一異步串行接口(UARTO)、一以太網(wǎng)控制器(E-MAC)、一并行外設總線接口(PPI接口)及多個通用的 IO 口 (GPIO-PJ4, GPIO-PJ5, GPIO-PJ6, GPIO-PJ7, GPIO-PJ8, GPIO-PJ9, GPI0-PF2，GPI0-PF3, GPI0-PF4),所述程序存儲器用于存放算法程序執(zhí)行代碼，所述DSP通過所述SPI接口對所述程序存儲器進行讀寫訪問；所述DSP通過所述外部總線接口單元(EBIU)對所述數(shù)據(jù)存儲器進行訪問，將運算的中間數(shù)據(jù)以及程序執(zhí)行代碼緩存在所述數(shù)據(jù)存儲器中；所述異步串行接口 UARTO通過所述RS232接口連接外置的觸摸屏或?qū)Ｓ貌倏亟K端，用于顯示該控制板的工作狀態(tài)以及設置工作參數(shù)和工作模式；所述以太網(wǎng)控制器接口(E-MAC)和所述以太網(wǎng)接口連接，用于連接以太網(wǎng)網(wǎng)絡，將本控制板的工作狀態(tài)、照相圖像傳輸?shù)酵獠恐悄茉O備；所述并行外設接口(PPI)連接所述視覺傳感器，該視覺傳感器連接對醬包編帶進行監(jiān)視的光學鏡頭，對連續(xù)的方便面醬包進行中縫定位、色標掃描、單袋長度測量、疊袋計數(shù)、中縫漏醬檢測和空袋檢測；所述多個通用IO 口分別連接所述聲光報警驅(qū)動電路、料池有料信號輸入電路、送料電機驅(qū)動電路、臺車X軸電機驅(qū)動電路、臺車Y軸電機驅(qū)動電路、臺車X向左限位信號輸入電路、臺車X向右限位信號輸入電路、臺車Y向左限位信號輸入電路以及臺車Y向右限位信號輸入電路。所述DSP為高速DSP，具有300MHz以上的主頻，同時具有多路直接內(nèi)存存取(DMA)通道，由芯片內(nèi)的DMA控制器單獨控制PPI接口的視覺傳感器的數(shù)據(jù)采集過程。所述視覺傳感器所使用的圖像傳感器為CMOS類型，并且具有全局曝光功能，該視覺傳感器的光學鏡頭接口形式為M12卡口、C卡口或CS卡口。所述TF卡驅(qū)動電路，具有一 TF卡卡座，能夠使用標準TF卡進行數(shù)據(jù)存儲。優(yōu)選的是，所述聲光報警驅(qū)動電路為經(jīng)過光耦隔離的聲光報警驅(qū)動電路；所述料池有料信號輸入電路為經(jīng)過光耦隔離的料池有料信號輸入電路。所述送料電機驅(qū)動電路、臺車X軸電機驅(qū)動電路、臺車Y軸電機驅(qū)動電路均經(jīng)過光耦隔離，能夠輸出高/低的電平信號或脈沖頻率信號。所述臺車X向左限位信號輸入電路、臺車X向右限位信號輸入電路、臺車Y向左限位信號輸入電路和臺車Y向右限位信號輸入電路經(jīng)過光耦隔離，每一輸入電路分別外接一行程開關，用于對臺車的運動進行限位。本實用新型的控制板利用視覺傳感器作為醬包中縫的定位手段及醬包包裝質(zhì)量的檢測手段，可以提高檢測速度及定位精度，進而提高疊袋效率，減少交付不合格醬包，最終降低用戶投訴。該控制板高度集成，將DSP運算處理、圖像傳感器、運動控制及傳感器采集電路、TF卡讀卡器、以太網(wǎng)接口電路和RS232接口電路全部集成到一塊主板，完成了與“個人電腦+10擴展卡+攝像頭”相類似的功能。其體積小巧，成本低廉。使用視覺傳感器技術進行中縫定位和疊袋控制，醬包疊放位置偏差小，外觀整齊美觀，同時因為視覺傳感器工作速度快，也保證了新型疊袋機控制板可以達到250袋每分鐘的疊袋整理速度。使用視覺傳感器技術進行中縫漏醬、空袋、袋長錯誤等現(xiàn)象的檢測，緩解了操作工的視覺疲勞，提高了成品質(zhì)量。

圖I為本實用新型的控制板的結(jié)構示意圖；圖2為帶有本實用新型控制板的方便面醬包高速疊袋機的控制系統(tǒng)組成圖。其中I :電源；2 :程序存儲器；3 TF卡驅(qū)動電路；4 :數(shù)據(jù)存儲器；5:RS232 接；6:以太網(wǎng)接口；7:聲光報警驅(qū)動電路；8:DSP;9:視覺傳感器；10:料池有料信號輸入電路；11 :送料電機驅(qū)動電路12 :臺車X軸電機驅(qū)動電路13 :臺車Y軸電機驅(qū)動電路14 :臺車X向左限位信號輸入電路15 :臺車X向右限位信號輸入電路 16 :臺車Y向左限位信號輸入電路17 :臺車Y向右限位信號輸入電路 19 :光學鏡頭
具體實施方式
本實用新型的控制板安裝于疊袋機的機架上，醬包編帶一側(cè)約20厘米的位置。
以下結(jié)合附圖對該控制板的結(jié)構進行詳細說明。參見圖I和圖2，本實用新型的用于方便面醬包高速疊袋機的控制板包括電源I、TF卡驅(qū)動電路3、數(shù)據(jù)存儲器4、RS232接口 5、以太網(wǎng)接口 6、聲光報警驅(qū)動電路7、料池有料信號輸入電路10、送料電機驅(qū)動電路11、臺車X軸電機驅(qū)動電路12、臺車Y軸電機驅(qū)動電路13、臺車X向左限位信號輸入電路14、臺車X向右限位信號輸入電路15、臺車Y向左限位信號輸入電路16和臺車Y向右限位信號輸入電路17，還包括DSP 8、視覺傳感器9、光學鏡頭19和程序存儲器2。所述DSP8具有一串行外設接口(SPI)、一外部總線接口單元(EBIU)、一異步串行接口(UARTO)、一以太網(wǎng)控制器(E-MAC)、一并行外設接口(PPI)以及多個通用的 IO 口 GPI0-PJ4、GPI0-PJ5、GPI0-PJ6、GPI0-PJ7、GPI0-PJ8、GPI0-PJ9、GPI0-PF2、GPI0-PF3和GPI0-PF4。程序存儲器2用于存放算法程序執(zhí)行代碼，DSP8通過所述SPI接口對程序存儲器2進行讀寫訪問，通過所述EBIU對數(shù)據(jù)存儲器4進行訪問，將運算的中間數(shù)據(jù)以及程序執(zhí)行代碼緩存在所述數(shù)據(jù)存儲器4中。異步串行接口 UARTO通過所述RS232接口 5連接外置的觸摸屏或?qū)Ｓ貌倏亟K端，用于顯示該控制板18的工作狀態(tài)以及設置工作參數(shù)和工作模式。E-MAC和以太網(wǎng)接口 6連接，用于連接以太網(wǎng)網(wǎng)絡，將所述控制板的工作狀態(tài)、照相圖像傳輸?shù)酵獠恐悄茉O備。并行外設接口 PPI連接所述視覺傳感器9，該視覺傳感器9連接對醬包編帶進行監(jiān)視的光學鏡頭19，對連續(xù)的方便面醬包進行中縫定位、色標掃描、單袋長度測量、疊袋計數(shù)、中縫漏醬檢測和空袋檢測。多個通用IO 口分別連接所述聲光報警驅(qū)動電路7、料池有料信號輸入電路10、送料電機驅(qū)動電路11、臺車X軸電機驅(qū)動電路12、臺車Y軸電機驅(qū)動電路13、臺車X向左限位信號輸入電路14、臺車X向右限位信號輸入電路15、臺車Y向左限位信號輸入電路16以及臺車Y向右限位信號輸入電路17。DSP8為高速DSP，具有300MHz以上的主頻，同時具有多路DMA通道，由DSP芯片內(nèi)的DMA控制器單獨控制PPI接口的視覺傳感器9的數(shù)據(jù)采集過程。視覺傳感器9所使用的圖像傳感器為CMOS類型，并且具有全局曝光功能，該視覺傳感器的光學鏡頭19接口形式為M12卡口、C卡口或CS卡口。TF卡驅(qū)動電路3具有一 TF卡卡座，能夠使用標準TF卡進行數(shù)據(jù)存儲。聲光報警驅(qū)動電路7、料池有料信號輸入電路10、送料電機驅(qū)動電路11、臺車X軸電機驅(qū)動電路12、臺車Y軸電機驅(qū)動電路13均經(jīng)過光耦隔離，能夠輸出高/低的電平信號或脈沖頻率信號。臺車X向左限位信號輸入電路14、臺車X向右限位信號輸入電路15、臺車Y向左限位信號輸入電路16和臺車Y向右限位信號輸入電路17經(jīng)過光耦隔離，每一輸入電路分 別外接一行程開關，用于對臺車的運動進行限位。另外，與該控制板配套使用的還有LED背光源、TF卡、具有RS232接口的觸摸屏、PC機、警報器、料池料滿傳感器，以及一送料電機模塊、一臺車X軸電機模塊、一臺車Y軸電機模塊和4個行程開關，所有外圍模塊均安裝于疊袋機的機架上，在臺車上固定有中轉(zhuǎn)箱。電源I用于給所有其他模塊提供多種工作電壓，為了減少電機信號對通訊和DSP主芯片的干擾，電源I采用變壓器的方式為這些通道提供和主電源隔離的電源。本控制板的RS232接口上實現(xiàn)了 Modbus-RTU通訊協(xié)議，符合工業(yè)標準的觸摸屏可以使用Modbus-RTU協(xié)議和本控制板進行通訊，可以查詢和修改本控制板的數(shù)據(jù)變量。設置的變量包括袋長、送料速度、每折袋數(shù)、單箱袋數(shù)、初期袋數(shù)等；也可以改變操作模式，例如單袋送料、自動送料、強制送料等。這些變量在設置后保存在flash類型的存儲器中，可以掉電不丟失。下面對本實用新型的控制板的控制過程進行說明通過和觸摸屏上一個“啟動”按鈕相關聯(lián)的位變量，可以啟動本控制板的自動疊袋過程。在疊袋過程中，料池料滿傳感器指示醬包包裝機的輸出中間池內(nèi)存儲了一定數(shù)量的醬包。在這個傳感器信號通過料池有料信號輸入電路10通知DSP 8有料后，DSP 8才能通過送料電機驅(qū)動電路11控制送料電機模塊，向下傳送醬包；同時根據(jù)4個行程開關的狀態(tài)信息及每折袋數(shù)的設定信息，通過臺車X軸電機驅(qū)動電路12控制臺車X軸電機模塊進行中轉(zhuǎn)箱的左右移動，通過臺車Y軸電機驅(qū)動電路(13)控制臺車Y軸電機模塊進行中轉(zhuǎn)箱的前后移動。如果臺車X向左限位的行程開關閉合，則驅(qū)動X軸電機模塊換向運行；如果臺車X向右限位的行程開關閉合，則驅(qū)動X軸電機模塊換向運行；如果臺車Y向左限位的行程開關閉合，則驅(qū)動Y軸電機模塊換向運行；如果臺車Y向右限位的行程開關閉合，則驅(qū)動Y軸電機模塊換向運行。如果料池料滿傳感器信號通過料池有料信號輸入電路10通知DSP 8無料，則DSP 8停止驅(qū)動送料電機模塊，臺車X軸電機模塊，臺車Y軸電機模塊；直到料池料滿傳感器信號再次有效，則DSP 8重新繼續(xù)驅(qū)動這些電機模塊。如果已經(jīng)往中轉(zhuǎn)箱中疊放了符合“單箱袋數(shù)”所設定的數(shù)量的醬包，則停止本次自動疊袋過程，等待操作員更換中轉(zhuǎn)箱并重新按下觸摸屏畫面上的“啟動”按鈕。[0047]在醬包的傳送過程中，視覺傳感器9感應光學鏡頭19投射進來的光線，按一定周期對醬包編帶進行連續(xù)拍照。為了取得更好的圖像質(zhì)量，使用LED背光源從醬包背面進行照明。因為是對運動物體照相，所以使用的是具有全局曝光功能的CMOS圖像傳感器，圖像數(shù)據(jù)從DSP 8的PPI接口以DMA的方式傳送到數(shù)據(jù)存儲器4，DSP8使用特定的圖像處理算法進行中縫定位，進而可以根據(jù)送料電機的驅(qū)動速度來計算帶長和進行疊袋計數(shù)；同時也進行空袋分析，如果有空袋，則停止驅(qū)動送料電機驅(qū)動電路11，臺車X軸電機驅(qū)動電路12，臺車Y軸電機驅(qū)動電路13，并且在聲光報警驅(qū)動電 路7輸出告警信號，提示操作人員進行空袋剔除；另外也同時進行中縫的漏醬狀態(tài)分析，如果有中縫發(fā)生漏醬，則停止驅(qū)動送料電機驅(qū)動電路11、臺車X軸電機驅(qū)動電路12和臺車Y軸電機驅(qū)動電路13，并且在聲光報警驅(qū)動電路7輸出告警信號，提示操作人員剔除和漏醬中縫相鄰的兩個醬包。為了進行設備調(diào)試或觀察本控制板的實時工作狀態(tài)，也可以用網(wǎng)線連接PC和本控制板的以太網(wǎng)接口 6，然后使用互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器(IE或其他瀏覽器)，輸入本控制板的IP地址，就可以看到顯示實時圖像和狀態(tài)數(shù)據(jù)的網(wǎng)頁。本控制板嵌入的網(wǎng)頁服務器軟件功能為它和外部智能設備的連接提供了一個簡單易用的渠道。本控制板的工作過程信息(包括啟停時間、告警事件、疊袋袋數(shù)、疊袋箱數(shù)、空袋告警時的圖片、漏醬告警時的圖片)可以由DSP 8通過TF卡驅(qū)動電路3存儲到TF卡上。并且針對不同的使用環(huán)境的不同算法程序也可以通過TF卡更新到程序存儲器4中。本實用新型提供的疊袋機設備的控制板利用集成到控制板上的視覺傳感器進行醬包中縫的定位、袋長計算、空袋、袋長錯誤、中縫漏醬的檢查和告警，有效地提高了作業(yè)效率、減少了操作工的工作負荷，也顯著提高了醬包產(chǎn)品的整體合格率。
權利要求1.一種用于方便面醬包高速疊袋機的控制板(18)，包括電源(I)、TF卡驅(qū)動電路(3)、數(shù)據(jù)存儲器(4)、RS232接口(5)、以太網(wǎng)接口(6)、聲光報警驅(qū)動電路(7)、料池有料信號輸入電路(10)、送料電機驅(qū)動電路(11)、臺車X軸電機驅(qū)動電路(12)、臺車Y軸電機驅(qū)動電路(13)，臺車X向左、右限位信號輸入電路(14、15)和臺車Y向左、右限位信號輸入電路(16、17)，其特征在于還包括DSP (8)、視覺傳感器(9)、光學鏡頭(19)和程序存儲器(2)，所述DSP(8)具有一串行外設接口(SPI)、一外部總線接口單元(EBIU)、一異步串行接口(UARTO)、一以太網(wǎng)控制器(E-MAC)、一并行外設接口(PPI)以及多個通用的IO 口(GPIO-PJ4, GPIO-PJ5, GPIO-PJ6, GPI0-PJ7， GPIO-PJ8, GPIO-PJ9, GPI0-PF2, GPI0-PF3，GPI0-PF4)， 所述程序存儲器(2)用于存放算法程序執(zhí)行代碼，所述DSP (8)通過所述SPI接口對所述程序存儲器(2)進行讀寫訪問； 所述DSP (8)通過所述外部總線接口單元(EBIU)對所述數(shù)據(jù)存儲器(4)進行訪問，將運算的中間數(shù)據(jù)以及程序執(zhí)行代碼緩存在所述數(shù)據(jù)存儲器(4)中； 所述異步串行接口 UARTO通過所述RS232接口(5)連接外置的觸摸屏或?qū)Ｓ貌倏亟K端，用于顯示該控制板(18)的工作狀態(tài)以及設置工作參數(shù)和工作模式； 所述以太網(wǎng)控制器接口(E-MAC)和所述以太網(wǎng)接口(6)連接，用于連接以太網(wǎng)網(wǎng)絡，將所述控制板的工作狀態(tài)、照相圖像傳輸?shù)酵獠恐悄茉O備； 所述并行外設接口(PPI)連接所述視覺傳感器(9)，該視覺傳感器(9)連接對醬包編帶進行監(jiān)視的光學鏡頭(19)，對連續(xù)的方便面醬包進行中縫定位、色標掃描、單袋長度測量、疊袋計數(shù)、中縫漏醬檢測和空袋檢測； 所述多個通用IO 口分別連接所述聲光報警驅(qū)動電路(7)、料池有料信號輸入電路(10)、送料電機驅(qū)動電路(11)、臺車X軸電機驅(qū)動電路(12)、臺車Y軸電機驅(qū)動電路(13)、臺車X向左限位信號輸入電路(14)、臺車X向右限位信號輸入電路(15)、臺車Y向左限位信號輸入電路(16)以及臺車Y向右限位信號輸入電路(17)。
2.根據(jù)權利要求I所述的控制板，其特征在于所述DSP(8)為高速DSP，具有300MHz以上的主頻，同時具有多路DMA通道，由DSP芯片內(nèi)的DMA控制器單獨控制PPI接口的視覺傳感器(9)的數(shù)據(jù)采集過程。
3.根據(jù)權利要求I所述的控制板，其特征在于所述視覺傳感器(9)所使用的圖像傳感器為CMOS類型，并且具有全局曝光功能，該視覺傳感器(9)的光學鏡頭(19)接口形式為M12卡口、C卡口或CS卡口。
4.根據(jù)權利要求I所述的控制板，其特征在于所述TF卡驅(qū)動電路(3)，具有一TF卡卡座，能夠使用標準TF卡進行數(shù)據(jù)存儲。
5.根據(jù)權利要求I所述的控制板，其特征在于所述聲光報警驅(qū)動電路(7)為經(jīng)過光耦隔離的聲光報警驅(qū)動電路。
6.根據(jù)權利要求I所述的控制板，其特征在于所述料池有料信號輸入電路(10)為經(jīng)過光耦隔離的料池有料信號輸入電路。
7.根據(jù)權利要求I所述的控制板，其特征在于所述送料電機驅(qū)動電路(11)、臺車X軸電機驅(qū)動電路(12)、臺車Y軸電機驅(qū)動電路(13)均經(jīng)過光耦隔離，能夠輸出高/低的電平信號或脈沖頻率信號。
8.根據(jù)權利要求I所述的控制板，其特征在于所述臺車X向左限位信號輸入電路(14)、臺車X向右限位信號 輸入電路(15)、臺車Y向左限位信號輸入電路(16)和臺車Y向右限位信號輸入電路(17)經(jīng)過光耦隔離，每一輸入電路分別外接一行程開關，用于對臺車的運動進行限位。
專利摘要本實用新型公開了一種用于方便面醬包高速疊袋機的控制板，包括電源、TF卡驅(qū)動電路、數(shù)據(jù)存儲器、RS232接口、以太網(wǎng)接口、聲光報警驅(qū)動電路、料池有料信號輸入電路、送料電機驅(qū)動電路、臺車X軸電機驅(qū)動電路、臺車Y軸電機驅(qū)動電路，臺車X向左、右限位信號輸入電路和臺車Y向左、右限位信號輸入電路，還包括數(shù)字信號處理器(DSP)、視覺傳感器、光學鏡頭和程序存儲器，所述DSP具有一串行外設接口、一外部總線接口單元、一異步串行接口、一以太網(wǎng)控制器、一并行外設總線接口及多個通用的IO口。利用該控制板可以實現(xiàn)自動高速疊袋并精確進行中縫定位、計數(shù)和缺陷監(jiān)測，降低了醬包的不良率。
文檔編號B65B57/10GK202783951SQ20122029707
公開日2013年3月13日 申請日期2012年6月25日 優(yōu)先權日2012年6月25日
發(fā)明者竇士元, 姜海波, 張貴華 申請人:天津市世平科技有限公司