专利名称：成品包装箱缺件检测装置及其检测方法
技术领域：
本发明涉及辐射在线检测技术，尤其是成品包装箱缺件(如烟箱缺条、条烟缺包)在线检测。
背景技术：
中国申请号02100306.8，名称为“规则包装物品箱缺件在线检测装置”及中国申请号200410073695.2，名称“条烟缺包在线检测装置及其检测方法”的发明专利，均采用γ射线源和γ射线探测器，对成品箱缺件和条烟缺包进行检测。现有检测装置由于采用了γ射线进行检测，尚存在以下缺陷 (1)γ射线检测装置发射出的γ射线是由放射性原子核衰变而产生的，原子核按其自有规律衰变，不管装置工作与否，都不停地产生γ射线，一旦管理不善，发生放射源丢失或失控就可能造成严重的责任事故或造成人身伤害。
(2)γ射线的能量较高，不易防护(屏蔽)； (3)γ射线的能量较高相对于能量较低的射线，同样重量的同一物质吸收的γ射线就比能量较低的射线吸收要少，采用γ射线的检测比采用能量较低的射线的检测准确度要低。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种成品包装箱缺件的检测装置及检测方法。该装置采用X光源与X射线探测器对成品包装箱进行检测，其为无损、快速检测装置，可在线检测成品包装箱是否缺件并可在线剔除不合格包装箱。
为了达到上述目的，本发明提供的成品包装箱缺件的检测装置，安装在成品包装箱的输送机上，其特征在于，包括 至少一检测单元，所述每个检测单元包括至少一X光源和至少一X射线探测器； 至少一位置探测器，其安装在输送机的输送带两侧，用于监测包装箱进入/离开测试区，并输出信号给数据采集控制系统； 一数据采集控制系统，其连接所述X射线探测器和所述位置探测器，接收所述X射线探测器和所述位置探测器的探测数据进行处理并提供控制信号。
上述检测装置，其特征在于，还包括一安装框架，相对于包装箱的输送带横/竖跨接安装在所述输送带上，该框架包括 一X光源箱，用于安装所述X光源； 一X射线探测器箱，用于安装所述X射线探测器； 连接板，用于连接所述X光源箱和X射线探测器箱构成框架。
上述检测装置，其特征在于，还包括一屏蔽防护板，其安装在所述X射线探测箱内的X射线探测器后面。
上述检测装置，其特征在于，还包括一准直板，其安装在所述X射线探测箱内的X射线探测器前面，在对准所述X射线探测器的位置开有射线准直孔，X光源发出的X射线经所述准直孔射到X射线探测器上。
上述检测装置，其特征在于，还包括一剔除装置，安装在所述输送带测试区的出口处，该剔除装置包括机座、驱动器、推杆、剔除滑道及位置探测器，当所述数据采集控制系统接收到位置探测器发出的信号后，启动驱动器驱动推杆将不合格包装箱剔除。
上述检测装置，其特征在于，还包括一导流板，安装在所述输送带上方，用于将输送带上的包装箱导流到测试区的固定位置。
上述检测装置，其特征在于，所述X光源由电源系统、X射线发生器和冷却系统组成，所述X射线发生器采用X光管，所述X光管的阴极和阳极间的高压是可调节的，用以改变X射线强度。
上述检测装置，其特征在于，所述位置探测器选用光电式位置探测器或接触式开关或电控限位装置。
上述检测装置，其特征在于，所述X射线探测器是闪烁计数器、或电离室、或正比计数管、或G-M管。
为进一步的实现发明目的，本发明还提供了一种成品包装箱缺件的检测方法，用于包括检测单元、位置探测器、数据采集控制系统构成的检测装置，其特征在于，包括 步骤1，预先标定检测参数确定判断标准在无包装箱空载运行时，标定在一定时间间隔内所述检测单元输出信号的平均值；在有包装箱负载运行时标定在一定时间间隔内所述检测单元输出信号的平均值；根据二次标定结果计算并确定判断标准； 步骤2，在线检测在生产运行条件下，当包装箱运行到检测单元的检测区时，所述数据采集控制系统对包装箱进行检测； 步骤3，缺件判断根据所述在线检测结果与所述判断标准进行比较，判断所测包装箱是否缺件。
上述检测方法，其特征在于，所述步骤1进一步包括 步骤101，建立检测单元的数学模型其中 Pi为成品箱装件的面密度(g/cm2)， Ni为有载运行时探测器输出的信号(V或个/秒)， NO为空带运行时探测器输出的信号(V或个/秒)； 步骤102，当空带运行时，标定出在一定时间间隔内检测单元输出信号Ni的平均值NOi； 步骤103，当有载运行时，分别标定出一定时间间隔内包装箱不缺件和缺件两种条件下，检测单元输出的信号Ni的平均值Ni1(不缺件)和Ni1′(缺件)；所述数据采集控制系统根据NOi、Ni1、Ni1′，按所述步骤101的数学模型计算，得出 P1标＝P-K(P1-P1′)； 式中P1标-判断标准参数，即判断成品箱缺件与否的标准， P1-当包装箱不缺件时，检测单元测量的装件面密度， P1′-当包装箱缺件时，检测单元测量的装件面密度， K-选择系数 上述检测方法，其特征在于，所述步骤2进一步包括 步骤201，数据采集当包装箱移至所述位置探测器时，所述探测器发出信号，数据采集控制系统开始采集检测单元输出的信号并计算出检测时间间隔内输出信号的平均值Ni； 步骤202，所述数据采集控制系统根据所述步骤102标定的NOi及所述步骤201在线测得的Ni，计算出 上述检测方法，其特征在于，所述步骤3进一步包括 步骤301，根据所述步骤103确定的判断标准参数P1标及所述步骤202所得到的Pi进行判断，当Pi≤P1标时，包装箱不缺件判断为合格，当Pi＞P1标包装箱缺件判断为不合格； 步骤302，当不合格包装箱移至剔除位置探测器时，数据采集控制系统发出信号启动剔除装置，将不合格包装箱剔除。
与现有技术相比，本发明能带来如下有益效果 (1)与采用γ射线检测装置相比，由于γ射线是由放射性原子核衰变而产生的，原子核按其自有规律衰变，不管装置工作与否，都不停地产生γ射线，一旦管理不善，发生放射源丢失或失控可能造成严重的责任事故或造成人身伤害。而本发明的X光检测装置发出的X射线，是在高压条件下形成的高速电子束轰击阳极靶材而激发出的X射线，装置工作时加高压就产生X射线，装置不工作时不加高压就不产生X射线，就象灯泡一样，一旦丢失或失控也不会造成对人身的伤害，因此X光检测装置具有较高安全性； (2)本发明采用的X射线的能量较γ射线的能量低，因而X射线更易防护(屏蔽)，致使X光检测装置框架外部的X射线泄露率接近于0，框架外射线的剂量率仍保持原有的天然本底水平； (3)由于X射线能量较γ射线能量低，致使同样重量的同一物质吸收的X射线比吸收的γ射线多，因而具有较高的灵敏度，所以X光检测装置判断有无缺条或缺包的准确度更高； (4)X射线的流强与加在X光管阴极-阳极间高压大小有关，增加高压值，便可提高X射线强度和信号/噪声比，可减少统计涨落影响，因而X光检测装置具有较高的稳定性。
图1a为本发明实施例成品烟箱缺条检测单元左右安装正视示意图； 图1b为本发明实施例成品烟箱缺条检测单元左右安装俯视示意图； 图2为本发明实施例成品烟箱缺条检测单元装置上下安装示意图； 图3为X光管示意图； 图4a为本发明实施例中屏蔽防护板正视示意图； 图4b为本发明实施例中屏蔽防护板俯视示意图； 图5a为本发明实施例中准直板正视示意图； 图5b为本发明实施例中准直板A-A剖面示意图； 图6a为本发明实施例中剔除装置正视示意图； 图6b为本发明实施例中剔除装置俯视示意图； 图7a为本发明实施例中检测装置导流板正视示意图； 图7b为发明实施例中检测装置俯视示意图； 图8为两个X光源、5个X射线探测器构成的烟箱检测装置示意简图； 图9a为本发明实施例条烟缺包检测装置左右安装正视示意图； 图9b为本发明实施例条烟缺包检测装置左右安装俯视示意图； 图10为本发明实施例条烟缺包检测装置上下安装示意图； 图11为本发明实施例检测方法流程图。
其中附图标记为 1-X光源箱 2-X光源 21-灯丝22-阴极 23-管外壳 24-阳极 25-靶 26-射线发射窗口 3-连接板(上，下) 30-连接板(左，右) 4-位置探测器 5-烟箱 50-条烟6-X射线探测器箱 7-准直板 70-准直孔 8-X射线探测器 9-屏蔽防护板 10-数据采集控制系统11-输送带 13-位置探测器 73-导流板 60-剔除装置61-机座 62-驱动器 63-推杆 64-剔除滑道65-剔除装置的位置探测器
具体实施例方式 下面结合附图和实施例进一步详细说明本发明的技术方案，以更详细了解本发明之目的、方案及技术效果，但不作为对本发明之权利要求的限制。
图1a、图1b和图2给出了成品烟箱缺条检测装置。图1a、图1b是X光源、X射线探测器安装在被测烟箱左、右两侧的示意图；图2是X光源、X射线探测器安装在被测烟箱的上、下两侧的示意图。现以图1a、图1b为例进行说明。
根据烟条在烟箱5内条烟纵向依次排列成五行，本实施例的检测装置X光源2数量为5个，X射线探测器8数量也为5个，5个X光源2安装在X光源箱1内，5个X射线探测器8安装在X射线探测器箱6内，且从上到下依次排列，X光源箱置于被测烟箱5左侧，X射线探测器箱置于被测烟箱5右侧，上、下连接板3将其X光源箱1和X射线探测器箱6连接固定构成一固定框架，相对于烟箱5的输送带11横跨接安装在成品包装的输送机上。5个X光源2与5个X射线探测器8从上到下一一对应，构成5个检测单元，这5个检测单元依次对准烟箱内从上到下排列的条烟，以便进行检测。还包括数据采集控制系统10，其连接所述X射线探测器8和位置探测器4和13接收所述X射线探测器8和所述位置探测器4和13的探测数据进行数据处理并提供控制信号。
如图3所示，本装置选用的是用X光管制成的X光源，X光源由电源系统、X射线发生器及冷却装置组成。X射线发生器采用X光管(X光管由灯丝21、阴极22、阳极24、管外壳23、靶25、和射线发射窗口26)。装置工作时，在X光管阴极22和阳极24间加有几万伏高压，阴极22发射出的电子经过高压加速形成高速电子束，轰击阳极靶材25便激发出X射线，后经X射线窗口26射出，由于阳极24受电子轰击产生热量较大，故用冷却装置对其冷却(如果功率小产生热量小，也可不加冷却装置)。冷却装置通常可采用风冷、水冷或半导体制冷。在所述X光管的阴极、阳极间加的高压V是可调节的，改变高压V数值便可改变X射线强度，用以提高信号/噪声比。
X射线探测器8可选用闪烁计数器或电离室或正比计数管或G-M管。在本实施例中，其选用的是NaI晶体闪烁计数器，其NaI晶体规格为φ40*20。在5个闪烁计数器前面(面对X光源方向)探测器箱体内装有X射线准直板7，其厚度为3mm铅板，板上开有φ20或φ30准直孔70(如图5a、5b)，X光源发出的X射线只有经过准直孔70才能被X射线探测器8接收，而不经过准直孔70的X射线均被阻挡，不能被探测器8接收。X射线探测器后面装有屏蔽防护板9(如图4a、4b)，该屏蔽防护板选取有足够厚度的钢板或铅版，本实施例选用厚度为3mm铅板，安装在X射线探测器8后面箱体板上，以保证将X射线屏蔽在框架内。
本实施例的检测装置配有两个位置探测器，位置探测器4安装在输送带两侧，位于检测单元前面，位置探测器13安装在检测单元后面，两个位置探测器均选用光电式位置探测器。其目的是用来监视烟箱进入测试区与离开测试区，所述位置探测器可选用光电位置探测器或接触开关式或电控限位装置等。
在本装置在检测装置框架的出口处还安装有剔除装置60，其包括机座61、驱动器62、推杆63、剔除滑道64及位置探测器65，当X光检测装置检测出不合格烟箱或条烟时，数据采集控制系统10发出信号启动剔除装置60，当烟箱5移到剔除装置的位置探测器65时，位置探测器65即发出信号，启动剔除装置驱动器62，使推杆63将不合格烟箱推出输送机外。该装置的驱动器62可选用电动或气动式。
本装置的数据采集控制系统10选用西门子的PLC，S7-300，其备有CPU、A/D、D/A开入、开出、数字输入及通讯等模块，并有TP-27触摸屏。
为使输送带11输送的烟箱或条烟被导流到测试区的固定位置，以便检测单元对其测试，该装置还包括一个烟箱或条烟导流板73，该导流板安装在输送机的输送带11上方，且在测试区附近(见图7a、7b)。
为了降低成本，可酌情减少X光源数量，如图8所示，采用两个X光源，5个X射线探测器构成5个检测单元，对烟箱缺条进行检测。
图9、图10给出了条烟缺包检测装置的实施例。其中，图9是一个X光源2、一个X射线探测器8安装在条烟50左右两侧的示意图；图10是一个X光源2、一X射线探测器8安装在条烟50的上、下两侧的示意图。条烟缺包检测装置的配置与烟箱缺条检测装置的配置完全相同，在此不再赘述。
为了达到本发明检测目的，本发明还提供了一种烟箱缺条、条烟缺包在线检测方法的实施例。下面再结合图1a，图1b及图11阐述烟箱缺条、条烟缺包具体的检测方法。
步骤1检测前预先标定，其步骤进一步包括 步骤101建立数学模型，五个检测单元数学模型为 式中No-无烟箱时探测器输出信号(V或个/秒) Ni-有烟箱时探测器输出信号(V或个/秒) Pi-检测单元测量条烟的面密度(g/cm2) 步骤102标定各检测单元的No1，No2，No3，No4，No5(个/秒) 在无烟箱时，输送带(机)空带运行，数据采集控制系统不断采集各检测单元输出信号Ni1，Ni2，Ni3，Ni4，Ni5，如测量时间t＝60秒，测得各检测单元相应的60秒Ni平均值为No1＝5000个/秒，No2＝5100个/秒，No3＝5150个/秒，No4＝4995个/秒，No5＝5010个/秒，各检测单元No标定完毕。
步骤103标准样品标定，确定判断标准 选定装有不缺条的烟箱，将其置于输送带上，启动输送机，当烟箱移至光电位置探测器4时，位置探测器4发出信号，数据采集控制系统10开始采集5个X射线探测器8的输出信号Ni，假设测量时间t＝10秒，测10秒各检测单元相应的Ni平均值为Ni1＝3010个/秒，Ni2＝3050个/秒，Ni3＝3150个/秒，Ni4＝3000个/秒，Ni5＝3020个/秒。
数据采集控制系统按步骤101给出的数学模型计算出各检测单元的Pi值为 烟箱移至光电位置探测器13处，位置探测器发出信号，烟箱移出测试区，测试完毕。
将刚测过的烟箱取下，打开烟箱，在每个检测单元相对应的条烟行列中取出一条烟，烟箱封好后，重复上述步骤，同样测得各检测单元10秒Ni的平均值 Ni1＝4016个/秒，Ni2＝4025个/秒，Ni3＝4120个/秒，Ni4＝4005个/秒，Ni5＝4015个/秒。
数据采集系统根据上述Ni平均值按数学模型计算出各检测单元相应的Pi′值为 比较P1与P1′可以得出一条烟Pi值的大小为 ΔP1＝P1-P1′＝-0.5074-(-0.2191)＝-0.2883 ΔP2＝P2-P2′＝-0.5140-(-0.2267)＝-0.2773 ΔP3＝P3-P3′＝-0.4916-(-0.2231)＝-0.2685 ΔP1＝P4-P4′＝-0.5098-(-0.2208)＝-0.2890 ΔP1＝P1-P5′＝-0.5061-(-0.2213)＝-0.2848 由此可确定各检测单元缺条判断的标准为 P1标＝P1-KΔP1 P2标＝P2-KΔP1 P3标＝P1-KΔP3 P4标＝P4-KΔP4 P5标＝P5-KΔP5 式中K是小于1的系数，它可根据烟箱条烟重量分散情况确定，通常K在0.3～0.7之间选取。如选取K＝0.5，则判断标准为
判断标准确定完毕。
注上述步骤，数据采集控制系统也可采集一次Ni计算一次最后得出Pi的平均值；确定上述判断标准中采用的ΔPi也可用满条烟烟箱(装有n条烟标定(步骤103)得出Pi值，计算出ΔP＝Pi/n。
步骤2 在线检测 各检测单元根据上述判断标准P标对生产过程中的烟箱进行检测，判断是否缺条。
步骤201 数据采集 启动输送带，当烟箱到达光电位置探测器4时，该探测器发出信号，此时，数据采集控制系统开始对各检测单元的输出信号Ni进行采集，如采集时间t＝10秒，测得各检测单元的Ni的平均值为 Ni1＝3020个/秒 Ni2＝3040个/秒 Ni3＝3145个/秒 Ni4＝4015个/秒 Ni5＝4065个/秒 步骤202 数据处理 数据采集控制系统根据采集各检测单元的Ni平均值计算值为 步骤3 判断是否合格 数据采集控制系统根据计算出各检测单元的Pi值与P标值进行比对，判断Pi值是否大于P标值，如Pi值＞P标值，则确定为缺条。5个检测单元，有一个Pi值＞P标值，就判断烟箱缺条，为不合格产品。
如前所述， P1i＝-0.5042＜P1标＝-0.3633检测结果不缺条 P2i＝-0.5173＜P2标＝-0.3754检测结果不缺条 P3i＝-0.4931＜P3标＝-0.3574检测结果不缺条 P4i＝-0.2184＞P4标＝-0.3653检测结果缺条 P5i＝-0.2090＞P5标＝-0.3637检测结果缺条 据此，判断该烟箱是缺条为不合格产品。当烟箱移至剔除装置的位置探测器13处时，位置探测器发出信号启动剔除装置，将不合格烟包剔除。
参考图9、图10是条烟缺包检测装置示意图，它是烟箱缺条检测装置中选择1个X光源、1个X射线探测器的特例。除此之外，条烟缺包检测装置的配置与烟箱缺条检测装置的配置完全相同，其检测方法也一样。在此不再阐述。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种成品包装箱缺件检测装置，安装在成品包装箱的输送机上，其特征在于，包括
至少一检测单元，所述每个检测单元包括至少一X光源和至少一X射线探测器；
至少一位置探测器，其安装在输送机的输送带两侧，用于监测包装箱进入/离开测试区，并输出信号给数据采集控制系统；
一数据采集控制系统，其连接所述X射线探测器和所述位置探测器，接收所述X射线探测器和所述位置探测器的探测数据进行处理并提供控制信号。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包括一安装框架，相对于包装箱的输送带横/竖跨接安装在所述输送带上，该框架包括
一X光源箱，用于安装所述X光源；
一X射线探测器箱，用于安装所述X射线探测器；
连接板，用于连接所述X光源箱和X射线探测器箱构成框架。
3.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，还包括一屏蔽防护板，其安装在所述X射线探测箱内的X射线探测器后面。
4.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，还包括一准直板，其安装在所述X射线探测箱内的X射线探测器前面，在对准所述X射线探测器的位置开有射线准直孔，X光源发出的X射线经所述准直孔射到X射线探测器上。
5.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包括一剔除装置，安装在所述输送带的出口处，该剔除装置包括机座、驱动器、推杆、剔除滑道及位置探测器，当所述驱动器接收到位置探测器发出剔除信号后驱动推杆将不合格包装箱剔除。
6.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包括一导流板，安装在所述输送带上方，用于将输送带上的包装箱导流到测试区的固定位置。
7.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述X光源由电源系统、X射线发生器和冷却系统组成，所述X射线发生器采用X光管，所述X光管的阴极和阳极间的高压是可调节的，用以改变X射线强度。
8.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述位置探测器选用光电式位置探测器、接触式开关、电控限位装置。
9.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述X射线探测器是闪烁计数器、或电离室、或正比计数管、或G-M管。
10.一种成品包装箱缺件的检测方法，用于包括检测单元、位置探测器、数据采集控制系统的检测装置，其特征在于，包括
步骤1，预先标定检测参数确定判断标准在无包装箱空载运行时，标定在一定时间间隔内所述检测单元输出信号的平均值；在有包装箱负载运行时标定在一定时间间隔内所述检测单元输出信号的平均值；根据二次标定结果计算并确定判断标准；
步骤2，在线检测在生产运行条件下，当包装箱运行到检测单元的检测区时，所述数据采集控制系统对包装箱进行检测；
步骤3，缺件判断根据所述在线检测结果与所述判断标准进行比较，判断所测包装箱是否缺件。
11.根据权利要求10所述的检测方法，其特征在于，所述步骤1进一步包括
步骤101，建立检测单元的数学模型其中
Pi为成品箱装件的面密度(g/cm2)，
Ni为有载运行时探测器输出的信号(V或个/秒)，
NO为空带运行时探测器输出的信号(V或个/秒)；
步骤102，当空带运行时，标定出在一定时间间隔内检测单元输出信号Ni的平均值NOi；
步骤103，当有载运行时，分别标定出一定时间间隔内包装箱不缺件和缺件两种条件下，检测单元输出的信号Ni的平均值Ni1(不缺件)和Ni1′(缺件)；所述数据采集控制系统根据NOi、Ni1、Ni1′，按所述步骤101的数学模型计算，得出
P1标＝P-K(P1-P1′)；
式中P1标-判断标准参数，即判断成品箱缺件与否的标准，
P1-当包装箱不缺件时，检测单元测量的装件面密度，
P1′-当包装箱缺件时，检测单元测量的装件面密度，
K-选择系数，K＝0.3～0.7
12.根据权利要求10或11所述的检测方法，其特征在于，所述步骤2进一步包括
步骤201，数据采集当包装箱移至所述位置探测器时，所述探测器发出信号，数据采集控制系统开始采集检测单元输出的信号并计算出检测时间间隔内输出信号的平均值Ni；
步骤202，所述数据采集控制系统根据所述步骤102标定的NOi及所述步骤201在线测得的Ni，计算出
13.根据权利要求12所述的检测方法，其特征在于，所述步骤3进一步包括
步骤301，根据所述步骤103确定的判断标准参数P1标及所述步骤202所得到的Pi进行判断，当Pi≤P1标时，包装箱不缺件判断为合格，当Pi＞P1标包装箱缺件判断为不合格；
步骤302，当不合格包装箱移至剔除位置探测器时，数据采集控制系统发出信号启动剔除装置，将不合格包装箱剔除。
全文摘要
本发明公开了一种成品包装箱缺件的检测装置，安装在成品包装箱的输送机上，包括至少一检测单元，所述每个检测单元包括至少一X光源和至少一X射线探测器；至少一位置探测器，其安装在输送机的输送带两侧，用于监测包装箱进入/离开测试区，并输出信号给数据采集控制系统；一数据采集控制系统，其连接所述X射线探测器和所述位置探测器，接收所述X射线探测器和所述位置探测器的探测数据进行处理并提供控制信号。该装置为无损、快速检测装置，可在线检测成品包装箱是否缺件并可在线剔除不合格包装箱。
文档编号G01N23/02GK101158654SQ20071014568
公开日2008年4月9日 申请日期2007年9月13日 优先权日2007年2月16日
发明者邸生才 申请人:邸生才