X光异物检测机的控制系统的制作方法

本发明涉及一种X射线食品异物检测系统，主要可用于食品的X光异物检测，也可以用于其他物体/物料的X光检测。

背景技术：

随着人们物质生活水平的不断提高，食品安全越来越受到广泛的关注。食品在加工和包装时，常常会掺杂着某些异物，如金属、玻璃、石头、塑料和橡胶等，这些异物不仅影响着食品的质量，而且某些异物难于用肉眼检测，容易被消费者误食，造成食品安全事故。现有X射线异物检测系统主要设有传送带的传送系统、用于发射X射线的光源系统、用于采集透射X光的图像采集系统、用于剔除异物的异物剔除装置以及中控单元，通过传送带使待检测物体经过X射线检测区域，通过分析透射的X射线强度或者待检测物体对X射线吸收强度就可以揭示出待检测物体的成分是否符合要求或落入不符合要求的范围，这种检测系统不仅能够检测异物，而且还能够对产品的数量、质量以及形状等进行判别，在食品检测领域被广泛的应用。但是由于X射线的不可见性和对人体伤害性，应用中的安全性非常重要，现有检测系统存在作业人员伸手进入系统后会遭到X射线照射、特别是在中控单元软件程序崩溃的情况下传送系统和光源系统可能依然处于运行状态的缺陷，因此存在着很大的安全隐患，有必要现有技术在安全监测和控制方面作进一步改进。

技术实现要素：

为了克服现有技术下的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种X射线食品异物检测系统，不仅能够快速有效的检测食品中存在的异物并将含有异物的食品剔除，保证了食品的安全，而且具有较高的安全性。

本发明的技术方案是：

一种X射线食品异物检测系统，包括：

传送系统，设有传送带及传送带的驱动装置，用于通过传送带输送被检测物体经过检测区域，接收并依据中控单元的相应指令进行被检测物体输送或停止被检测物体输送；

光源系统，设有X射线管，接收并依据中控单元的相应指令向检测区域发射或停止发射X射线，所述X射线管优选光源系统位于所述传送带的上方；

图像采集系统，设有X射线探测器，用于采集源自X射线管光源系统的穿过所述检测区域后的X射线，将获得的X射线强度信息传送至中控单元或将获得的X射线强度信息转换为透射图像信息后传送至中控单元，所述X射线探测器优选图像采集系统位于所述传送带的下方与所述光源系统适于接收X射线相对应的位置；

异物剔除装置，设有剔除执行机构，用于剔除应剔除被检测物体，接收并依据中控单元的剔除指令进行相应的剔除动作；

人机交互系统，设有人机交互界面，用于向中控单元进行人工信息输入和依据中控单元的显示信息进行相应的显示；

安全监测系统，设有一个或多个安全监测传感器，当安全监测传感器采集到安全异常信号时，将安全异常信号传送至IO转换板，所述IO转换板依据安全异常信号向光源系统和传动系统发出停止工作的指令，或者将安全异常信号转送至中控单元，由中控单元对安全异常信号进行分析，在需要系统停止工作时向光源系统和传动系统发出停止工作的指令，所述光源系统和传动系统依据源自IO转换板的或源自中控单元的停止工作的指令停止工作；

IO转接板，用于中控单元与传动系统、光源系统、传动系统、安全监测系统和剔除装置之间的信息转接；

中控单元，用于调取系统资源，协调并控制系统其他各部分的工作，接收来自人机交互系统的人工输入信息，依据检测流程，向所述光源系统和传送系统发出相应的指令，使系统进行检测状态或关闭状态，接收自来图像采集系统的X射线强度信息或透射图像信息并进行分析处理，生成检测图像显示信息并传送至人机交互界面进行相应的检测图像显示，当分析结果为相关物料为应剔除物料时，还向所述剔除装置发生剔除该应剔除物料的指令，使剔除装置进行剔除相关应剔除物料的剔除动作。

本发明的有益效果为：通过中央控制单元的协同和控制，使各部分协同工作，能够稳定有效的对食品异物进行检测，通过X射线穿透后得到的灰度图像进行深入的对比分析，使检测结果更加精确，能够有效地剔除不符合要求的食品和其他异物，保证食品安全。

由于设置了人机交互界面，方便参数设置等人工输出和图像的显示；由于设置了安全监测系统，特别是能够通过设置在安全监测系统中的红外人体检测器等能够检测出人体信号的信息采集元件/装置，能够实时发现进入系统防护壳体内的人体并采取停止X射线管工作等必要措施，有效地避免了在这种情况下对人的意外伤害；由于IO转接板在收到来自安全检测系统的安全异常信号后，能够直接或在一定的条件下直接向光源系统和传动系统发出停止工作的指令,无需经过中控单元的数据处理和指令，由此提高了对异常信号的反应速度，并且可以依据现有技术通过或主要通过IO转接板的硬件电路实现这种反应，在接到安全异常信号后通过硬件电路生成和向光源系统和传动系统发出停止工作的指令，由此使得这种安全保护措施无需依赖于中控单元甚至IO转换板的软件程序，有效地提高了这种安全保护措施的可靠性。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是本发明内部检测结构简图。

具体实施方式

参见图1-2，本发明公开了一种X射线食品异物检测系统，包括：

传送系统，设有传送带2及传送带的驱动装置，用于通过传送带输送被检测物体1经过检测区域，接收并依据中控单元的相应指令进行被检测物体输送或停止被检测物体输送，通常，检测区域可以为位于防护壳体内的传送带在纵向（被检测物体移动方向）上的中部，横向上覆盖传送带的全部区域，由此，放置在传送带上的物体在经过移动到纵向中央位置附近时接收源自X射线管的X射线照射，X射线穿过被检测物体后，依据被检测物体的特性，部分X射线被吸收，部分X射线透过被检测物体和传送带后照射到位于传送带另一侧的能够感应X射线的X射线探测器上，依据被检测物体不同区域对X射线的吸收比例，分析判断出是否存在异物；

光源系统，设有X射线管6，接收并依据中控单元的相应指令向检测区域发射或停止发射X射线，所述X射线管优选光源系统位于所述传送带的上方，以便于X射线管发出的X射线照射在检测区域内的被检测物体上；

图像采集系统，设有X射线探测器3，用于采集源自X射线管光源系统的穿过所述检测区域后的X射线，将获得的X射线强度信息传送至中控单元或将获得的X射线强度信息转换为透射图像信息后传送至中控单元，当X射线管位于传送带的上方时，所述X射线探测器优选图像采集系统位于所述传送带的下方与所述光源系统适于接收X射线相对应的位置，具体位置的确定可以依据现有技术；

异物剔除装置，设有剔除执行机构，用于剔除应剔除被检测物体（或称应剔除物体），接收并依据中控单元的剔除指令进行相应的剔除动作，异物剔除装置可以采用现有技术，例如，剔除执行机构上可以设有由气缸、电机、或磁铁带动的推杆，根据传送带的运行速度计算出应剔除物体移动到推杆所对位置的时间，并控制推杆的动作时间使其恰好将相应的应剔除物体推离传送带；

人机交互系统，设有人机交互界面，用于向中控单元进行人工信息输入和依据中控单元的显示信息进行相应的显示；

安全监测系统，设有一个或多个安全监测传感器，当安全监测传感器采集到安全异常信号时，将安全异常信号传送至IO转换板，所述IO转换板依据安全异常信号向光源系统和传动系统发出停止工作的指令，和/或, 所述IO转换板将安全异常信号转送至中控单元，由中控单元对安全异常信号进行分析，在需要系统停止工作时向光源系统和传动系统发出停止工作的指令，所述光源系统和传动系统依据源自IO转换板的和/或源自中控单元的停止工作的指令停止工作；

IO转接板，用于中控单元与传动系统、光源系统、传动系统、安全监测系统和剔除装置之间的信息转接；

中控单元，用于调取系统资源，协调并控制系统其他各部分的工作，接收来自人机交互系统的人工输入信息（例如参数设置、启动或停止等），依据检测流程，向所述光源系统和传送系统发出相应的指令，使系统进行检测状态或关闭状态（停止工作状态），通常在进入检测状态之前应先进行系统自检，如自检存在异常，则不具备开光条件，将自检获得的相关原因在人机交互界面进行显示，光源系统和传送系统不启动，如果自检正常具备开光条件，则测试开始，进行光源系统的光源训管操作，X射线探测器进行归一化校准，必要时，还需要再通过对标准物料的检测进行相关阈值设置，然后进入正常的检测状态，接收自来图像采集系统的X射线强度信息或透射图像信息并进行分析处理，生成检测图像显示信息并传送至人机交互界面进行相应的检测图像显示，当分析结果为相关物料为应剔除物料时，还向所述剔除装置发生剔除该应剔除物料的指令，使剔除装置进行剔除相关应剔除物料的剔除动作。

通常情况下，所述异物剔除装置至少可以设置在传送带的后部或后方，例如物料出口处的铅布帘的后面，由此能够方便地将经X光检测出的异物在防护壳体外剔除，例如，通过垂直于传送带的推杆将应剔除物体推下传送带，落入位于传送带另一侧的异物回收容器中，也可以将异物剔除装置设置在本系统后续的传送装置旁，对经过本系统后的异物进行剔除，中控单元可以根据检测到异物的时间以及传送带的传送速度等参数设置并控制异物剔除装置的动作时间，以保证在异物剔除装置进行相应剔除动作时相应异物恰好能够移动到相应的剔除位置。

本系统通常设有防护壳体，所述防护壳体的材料优选为厚度1-3cm的铅合金材料，所述铅合金材料中铅含量优选大于60%，由此能够有效的避免X光线的泄露对人体造成的危害，保证检测环境的安全。

所述防护壳体的前后两端分别设有物料进口和物料出口，所述物料进口和物料出口均设有铅布帘4（为简洁起见，出口端的铅布帘未绘出），进一步保证操作人员的安全，所述传送带水平穿过所述物料进口和物料出口，以便在铅布帘外进行放入和取下检测物品等作业。

本系统还可以设有重量检测装置，能够实时测量传送带上所载物体重量，所述重量检测装置包括用于采集被检测物体重力信号的压力传感器，所述压力传感器可以位于所述传送带下方且能够采集传送带向其施加的压力信号的压力传感器，由此通过比较空载时（传送带相应区域没有被检测物体）和荷载时（传送带相应区域载有被检测物体）的压力变化，就能够获悉相应被检测物体的重量或质量。重量检测装置在机器运行时实时开启，优选设置于物料进口区域，例如，物料出口处铅布帘的前面或后面，使被检测物体先经过重量检测区域，后经过X射线的检测区域。本方法还能够通过对比无物料的背景区域和有物料的区域的图像灰度值，计算得到被检测物体的重量。

经重量检测装置测量，如果被检测物体的重量不符合要求，则被判定为重量不合格物体（重量不合格物体宜作为一种应剔除物体或统称为异物）进行处理。系统在不开启光源系统的情况就可以直接启动相应的异物剔除装置将重量不合格物体剔除，由此缩短了检测步骤和后续检测过程的负荷，有利于节省了资源提高效率。另外，采用重量检测装置获得的各测量数据还可以对进入系统的物体总重量、合格物体总重量和被剔除物体重量（不合格物体）进行在线计量和统计。

本系统还可以设有高度检测装置，所述高度检测装置位于所述物料进口处，所述高度检测装置优选为能够检测传送带上物料高度的红外测距仪，高度检测装置在机器运行时实时开启，检测传送带上的被检测物体的高度是否符合要求，若被检测物体的高度不符合要求时则被判定为高度不合格物体（高度不合格物体宜作为一种应剔除物体或统称为异物）进行处理，系统在不开启光源系统的情况就可以直接启动相应的剔除装置将被高度不合格物体剔除。

可以将所述重量检测装置和/或高度检测装置设置在物料进口处的铅布帘之前的区域，在中控单元获得相关的重量信号和/或高度信号后进行分析，如果分析结果为不合格物体，可以通过人工方式和/或机械方式（例如设置在物料进口处的铅布帘之前的异物剔除装置）将不合格物体剔除，无需进入系统内部进行X光检测，由此减少系统后续过程中的异物负荷，提高生产效率，同时，也可以由此将重量不合格物体和/或高度不合格物体与内容物不合格物体（经X光检测出其中包含异物的应剔除物体）区分开来，以方便对这些物体在从传送带上移除（剔除）后的处理，例如，高度不合格物体可能为不属于本次检测的其他物体，但并非废品，应放回原处或这种物体应该放置的地方，也可能是本次检测的物体堆放数量过多或过少，需要重新返回检测系统进行检测，重量不合格物体也存在类似情况，而经过X射线检测发现其中包含异物的物体，则其本身就是不合格产品，通常应按废品处理。如果不加区分地将因不同原因剔除的物体在剔除过程中混在一起全部作为废品处理，则会造成不应有的浪费。

另一方面，由于高度不符合要求的被检测物体经X光照射后得到的灰度图像与标准距离下的灰度图像存在较大的误差，而相关阈值是依据一定高度下的标准被检测物体设置的，在高度不一致的情况下特别是高度相差较大的情况下，不能够准确的进行异物检测，而在物料进口之前设置高度检测装置和相应的异物剔除装置（或进行人工剔除），能够保证进入系统内进行X光检测的物体具有适宜的高度，由此避免了因高度差异导致的X光检测错误，提高了检测的准确性。而在进入X射线检测区域之前进行重量和高度两种检测，在重量和高度同时合格的情况下，基本上可以排除混入其他物体的可能性，结合X射线检测，在很大程度上保证了检测后的合格物体是同种产品。

所述异物检测系统还设有异物回收装置，用于接收被剔除的被检测物体，所述异物回收装置的异物回收容器与所述异物剔除装置的剔除执行机构分别设在所述传送带的两侧，由此采用简单的剔除机构就能够将异物推落到传送带另一次的异物回收容器中，例如推杆式。

所述安全监测传感器优选为红外探测器5，所述红外探测器与所述中控单元通信连接，以协同完成对进入保护壳体内的人体等其他物体（也可统称为异物）的检测和分析。通常，在检测前可以在所述中控单元内设定待检测的食品的标准红外热像图，同时赋予其一定的上下波动范围（包括食品形状、温度等），这样不仅可以降低异物识别的难度，还能够提高食品检测的准确性。在检测正常进行时，当物体进入物料进口的铅布帘内后，红外探测器将该物体的红外热像图传递至所述中控单元，所述中控单元通过自身的分析处理判断该物体物体是否属于待检测物体，并可以控制所述人机交互界面显示或不显示该物体的红外热像图，当检测结果为该物体为人体时，或者当检测结果为该物体为其他物体（除待检测物体外的任何物体）时，中控单元向所述光源系统发送指令关闭所述光源系统，防止X射线外泄对人体造成伤害，当检测结果为该物体为除人体之外的放置在传送带上的其他物体时，也可以启动位于物料进口处的异物剔除装置将其剔除或不作任何处理，留待后续的检测过程进行相应的处理。这种安全监测系统不仅能够保证检测人员的人身安全，特别是在工作中不小心将手部伸进铅布帘的情况下能够迅速的控制所述光源系统关闭，避免受到X射线的伤害，同时，还具有识别传送带上的物体是否为待检测物体的功能，以便在进入后续检测之前将不属于待检测物体的其他物体剔除。

优选的，为提高检测的准确度和保证安全性，所述红外探测器的数量为多个，至少在所述物料进口和物料出口处各设置一个，具体设置位置可以是相应柔性铅帘的内侧，也可以是相应柔性铅帘的外侧，所述红外探测器的探测范围通常应覆盖相应铅布帘或物料口（物料进口或出口）对应的全部面积，确保能够检测到从物料进口和物料出口任何位置进入的物体。

所述红外探测器可以位于相应区域的铅布帘的内侧或外侧，或者在相应区域的铅布帘的内侧和外侧均设有红外探测器，形成红外探测器分别位于相应区域的铅布帘的内侧和外侧的构造。

当安全监测传感器将采集到的安全异常信号传送至IO转换板时，所述IO转换板可以依据安全异常信号的特性采用不同的处理方式，当安全异常信号为一般性安全异常信号时，所述IO转换板将安全异常信号转送至中控单元，由中控单元对安全异常信号进行分析，在需要系统停止工作时，由中控单元向IO转换板发出停止光源系统和传动系统工作的指令，IO转换板将中控单元的指令转送至止光源系统和传动系统，当安全异常信号为危险性安全异常信号时，IO转换板依据该危险性安全异常信号直接向光源系统和传动系统发出停止工作的指令，并将该危险性安全异常信号及相应的停止工作的指令信息转送至中控单元，以便中控单元进行相应的信息记录及在必要时进行信息分析，确定系统的后续工作状态，所述光源系统和传动系统接到停止工作指令后停止工作，无论该指令源自IO转换板还是源自中控单元，所述一般性安全异常信号和危险性安全异常信号的划分方式依据确定的安全控制策略及相关安全异常信号产生的原因及可能导致的结果，例如，当安全异常信号为能够确认（或能够基本确认）防护壳体内存在人体（例如手臂）的信号时，可以列为危险性安全异常信号，当安全异常信号为防护壳体内可能存在除待检测物体之外的其他物体且该其他物体不属于人体的信号时，可以列为一般性安全异常信号，当中控单元接收到一般性安全异常信号时，可以该安全异常信号的特性、持续时间等因素并结合系统的其他信号及相关历史数据进行分析判断。当红外探测器进行安全异常信号的探测时，可以依据相关红外热像图数据（频谱、形状、大小等）分析异物的特性，特别是分析是否属于人的肢体。

本系统还可以设有警报装置，所述警报装置可以采用任何适宜的技术，例如，可以包括警报灯和扬声器，所述警报灯位于所述防护壳体外侧、所述警报装置的报警方式可以依据现有技术，可以在出现不同问题时采用相同的报警方式，也可以根据检测到的不同问题（如重量不合格、高度不合格、内容物中含有杂质、存在安全风险、中控单元工作异常、因故障停止工作等）发出不同的警报声音和/或进行不同颜色的灯光提示，也可以在出现其他问题时进行相应的报警（例如有人将胳膊伸进防护壳体内），方便操作人员进行后续的操作处理。

所述警报装置可以与安全监测系统和IO转接板中的任意一个或多个通信连接，根据与其通信连接的所述中控单元、安全监测系统或IO转接板的报警指令进行报警。当安全监测系统或IO转接板与报警装置通信连接时，可以采用硬件方式生成并向报警装置发出报警指令，以避免软件出现故障时报警控制失效。

所述人机交互界面通常可以包括触摸屏显示器和操作按钮（或键盘），所述人机交互界面通常设置在防护壳体的外侧，以方便操作人员设置检测机的运行参数，查看检测结果，查看故障信息、警报信息等。

优选的，所述IO转接板在系统工作过程中与中控单元之间进行心跳信号联系，当因主控单元程序崩溃和/或其他原因而导致心跳信号异常和/或心跳信号联系异常时，所述IO转接板向光源系统和传动系统发出停止工作的指令，所述光源系统和传动系统依据该停止工作的指令停止工作（关闭）。由此，实现了对中控单元软件程序运行的实时监控，判断系统的运行状态是否稳定。由于中控单元的主控程序一旦崩溃，会导致心跳信号联系出现相应的异常，在此情形下由IO转接板直接将光源系统的光源和传送带的驱动电机关闭，有利于保障人员和系统本身的安全。

本发明简要工作过程为：启动系统，将被检测物体放在传送带上，先进行质量（重量）和高度的检测，若发现被检测物体的质量或高度不符合要求则直接标记为异物或相应的不合格物体，直接将其剔除，被检测物的高度和质量符合要求后进入检测机的保护壳体，光源系统在中控单元的控制下对被检测物进行X射线照射，图像采集系统接收穿过被检测物体后的X射线并将接收到的X射线信息传递至中控单元进行分析处理，生成灰度图像并在人机交互系统的液晶屏上进行显示，将待检测物体的灰度图像与标准灰度图像进行对比，对比前可以先将诸如火腿肠两端的扎口等待检测物体应该带有的正常异物（特性不同于待检测物体主体部分的已知正常物体）进行标记（蓝色标记），这些正常异物的存在不影响检测合格（甚至还可以将存在正常异物其正常异物位于适宜位置作为判定合格的一个必要条件），然后再与标准图像进行对比，若像素阈值大于背景像素阈值则判定为背景，标记为白色；若像素阈值大于标准被检测物体像素阈值小于背景像素阈值则判定为被检测物体，标记为灰色；若像素阈值小于标准被检测物体像素阈值则判定为异物，标记为红色，此时中控单元控制警报装置发出警报，同时控制异物剔除装置将被检测物体剔除。

本发明公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任意组合，形成若干不同的技术方案。