一种基于金属探测仪的金属检出装置及其金属检出方法与流程

本发明涉及一种金属检出装置，特别涉及一种基于金属探测仪的金属检出装置及其金属检出方法。

背景技术：

在橡胶轮胎工业现场需要检测橡胶胶料中的金属杂质，例如钢丝压延生产线上要求供胶机上的胶片连续供胶而不能中断。

通常使用的金属探测仪，因其结构内只含有一个发射线圈和一个接收线圈，当发现金属杂质时，只能在线圈覆盖范围内确认含有金属，却无法确定金属杂质在胶片中的具体位置。这就必须要裁切整个线圈覆盖范围内的胶片，并且之后需要把切断的胶片连接起来，才能够保证连续供胶。

使用传统的金属检出装置，由于无法准确地对金属进行定位，通常使用人工裁切或使用自动裁切机构把胶片整体切断，再通过人工把切断的胶片重新连接起来，显然大大增加了企业的生产成本和人力成本，严重影响了生产的效率。

技术实现要素：

本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了一种基于金属探测仪的金属检出装置，本发明通过金属探测仪确定金属杂质在物料中的位置，金属检出装置能够准确剔除金属杂质，确保工业生产的连续和金属杂质剔除的自动化。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术措施：

一种基于金属探测仪的金属检出装置包括设置于待检测物品的正上方或正下方且与待检测物品的移动方向垂直的金属探测仪，以及设置于与待检测物品的移动方向垂直的导轨上的剔除设备，所述剔除设备用于剔除经过金属探测仪检测的待检测物品存在的金属，所述金属探测仪通过金属探测仪控制器来驱动，所述剔除设备以及剔除设备所处的导轨通过剔除执行机构控制器来驱动。

优选的，所述金属探测仪包括信号发射电路、多路信号接收电路、信号处理电路以及报警执行电路，其中，

信号发射电路，用于接收信号处理电路发出的信号，从而在金属探测仪表面形成电磁场，所述信号发射电路输出发射信号至信号接收电路的信号输入端；

每一路信号接收电路均与信号处理电路之间双向通信连接；

信号处理电路，用于判断信号接收电路发送来的发射信号是否存在异常，若存在异常，信号处理电路输出处理信号至报警执行电路的信号输入端；若不存在异常，则通过金属探测仪的待检测物品不存在金属杂质；

报警执行电路，用于报警或驱动金属检出装置剔除金属杂质。

优选的，所述信号发射电路包括发射线圈、第一谐振模块、功率放大器模块、第一二级放大器模块以及三阶RC低通滤波器模块，所述三阶RC低通滤波器模块的信号输入端连接信号处理电路的信号输出端，三阶RC低通滤波器模块的信号输出端连接第一二级放大器模块的信号输入端，所述第一二级放大器模块的信号输出端连接功率放大器模块的信号输入端，所述功率放大器模块的信号输出端连接第一谐振模块的信号输入端，所述第一谐振模块的信号输出端连接发射线圈的信号输入端，所述发射线圈的信号输出端输出发射信号至信号接收电路的信号输入端。

优选的，所述信号接收电路包括接收线圈、第二谐振模块、第二二级放大器模块、电压比较器模块以及二阶RC低通滤波器模块，所述接收线圈的信号输入端用于接收来自发射线圈的发射信号，接收线圈的信号输出端连接第二谐振模块的信号输入端，所述第二谐振模块的信号输出端连接第二二级放大器模块的信号输入端，所述第二二级放大器模块的信号输出端连接电压比较器模块的一个信号输入端，所述电压比较器模块的另一个信号输入端连接二阶RC低通滤波器模块的信号输出端，电压比较器模块的信号输出端连接信号处理电路的信号输入端。

优选的，所述信号处理电路包括第一芯片、第二芯片，所述第一芯片的信号输出端分别连接三阶RC低通滤波器模块的信号输入端、二阶RC低通滤波器模块的信号输入端，第一芯片的信号输入端连接电压比较器模块的信号输出端，所述第一芯片与第二芯片之间双向通信连接，所述第二芯片的信号输出端连接报警执行电路的信号输入端，第二芯片的信号输入端连接X轴限位开关、Y轴限位开关以及Z轴限位开关，第二芯片还与串口触摸屏之间双向通信连接。

优选的，所述报警执行电路包括金属报警继电器、大金属报警继电器，所述金属报警继电器的信号输入端、大金属报警继电器的信号输入端均通过继电器驱动电路连接第二芯片的信号输出端，所述第二芯片的信号输出端分别连接X轴步进电机驱动模块的信号输入端、Y轴步进电机驱动模块的信号输入端、Z轴步进电机驱动模块的信号输入端。

进一步的，所述第一芯片、第二芯片的型号均为中国宏晶科技有限公司生产的STC15F2K60S2芯片；所述功率放大器模块包括功率放大器，所述功率放大器的芯片型号为TDA2030A；第一二级放大器模块包括第一二级放大器，所述第一二级放大器的芯片型号为美国Texas Instruments公司生产的TL072CP芯片；所述第二二级放大器模块包括第二二级放大器，所述第二二级放大器的芯片型号为Texas Instruments公司生产的TL062芯片；所述电压比较器模块包括电压比较器，所述电压比较器的型号为日本日立公司生产的HA17393芯片。

进一步的，多路所述信号接收电路垂直于待检测物品的移动方向排布，且每一路信号接收电路彼此之间的间隔距离相等。

本发明还提出了一种基于金属探测仪的金属检出装置的金属检出方法，设信号接收电路中的接收线圈为N路，以每一个接收线圈的圆心为裁切中心点即为N个裁切中心点，以及相邻的两个接收线圈的圆心之间的中点为裁切中心点即为N-1个裁切中心点，裁切中心点的总数为2N-1个，即为Y轴方向上的裁切点坐标设置为2N-1个。

所述第一芯片接收来自电压比较器模块的发射信号，并判断具体某一路或几路信号接收电路发出的发射信号存在异常；再判断发出的发射信号存在异常的信号接收电路检测的待检测物品是否存在大金属，具体分为以下4种情况：

情况一：只有一路信号接收电路发出的发射信号存在异常，所述第一芯片根据电压比较器模块发出的发射信号即为脉冲信号的脉宽来计算金属长度，从而判断出金属是否是细长的大金属，如果是大金属，则第一芯片向第二芯片发出大金属报警信号，由第二芯片将大金属报警信号通过继电器驱动电路送至大金属报警继电器，金属检出装置紧急停机；如果不是大金属，则第二芯片判断出金属所在的Y轴裁切中心点，同时读取皮带机的输送速度，计算金属到达剔除设备所需要的时间确定X轴裁切点，分别通过X轴步进电机驱动模块、Y轴步进电机驱动模块向X轴步进电机、Y轴步进电机送入信号，将剔除设备送到指定位置，当金属到达剔除设备的位置时，启动Z轴步进电机进行裁切作业，裁切后待检测物品在进入下一道工序时废料通过废料排出口排出；

情况二：两路相邻的信号接收电路发出的发射信号均存在异常，所述第一芯片根据电压比较器模块发出的发射信号即为脉冲信号的脉宽来计算金属长度，从而判断出金属是否是细长的大金属，如果是大金属，则第一芯片向第二芯片发出大金属报警信号，由第二芯片将大金属报警信号通过继电器驱动电路送至大金属报警继电器，金属检出装置紧急停机；如果不是大金属，则第二芯片将两个所述接收线圈的圆心之间的中点作为Y轴裁切中心点，将Y轴裁切中心点输出至Y轴步进电机，再将计算得到X轴裁切点输出至X轴步进电机，分别通过X轴步进电机驱动模块、Y轴步进电机驱动模块向X轴步进电机、Y轴步进电机送入信号，将剔除设备送到指定位置，当金属到达剔除设备的位置时，启动Z轴步进电机进行裁切作业，裁切后待检测物品在进入下一道工序时废料通过废料排出口排出；

情况三：两路或两路以上不相邻的信号接收电路发出的发射信号均存在异常，所述第一芯片按照情况一依次进行处理；

情况四：三路或三路以上相邻的信号接收电路发出的发射信号均存在异常，所述第一芯片直接判断该金属为大金属，启动大金属报警继电器，金属检出装置紧急停机。

本发明的有益效果在于：

1)、本发明包括设置于待检测物品的正上方或正下方且与待检测物品的移动方向垂直的金属探测仪，以及设置于与待检测物品的移动方向垂直方向导轨上的剔除设备，所述剔除设备用于剔除经过金属探测仪检测的待检测物品存在的金属，本发明通过金属探测仪能够确定金属杂质在物料中的具体位置，方便剔除设备准确剔除金属杂质，确保工业生产的连续和金属杂质剔除的自动化，而且本金属检出装置的结构简单、使用方便、适合批量生产。

2)、本发明提供的金属检出方法不仅能够准确地定位出金属杂质的具体位置，通过剔除设备剔除金属杂质，而且能够识别出大金属，本方法操作简单、易于实现。

3)、金属探测仪设置于待检测物品的正上方或正下方，信号发射电路在金属探测仪表面形成磁场，通过信号接收电路接收的信号的变化来判断待检测物品中是否存在金属杂质，有效地避免了挤胶现象的出现。

4)、所述第一芯片、第二芯片的型号均为中国宏晶科技有限公司生产的STC15F2K60S2芯片，所述功率放大器的芯片型号为TDA2030A；所述第一二级放大器的芯片型号为美国Texas Instruments公司生产的TL072CP芯片；所述第二二级放大器的芯片型号为Texas Instruments公司生产的TL062芯片；所述电压比较器的型号为日本日立公司生产的HA17393芯片。上述多个特定型号的部件互相配合，实现了本发明的最优设计。

附图说明

图1为本金属检出装置的机械结构示意图(俯视)；

图2为金属探测仪结构及分段旋转裁切中心点示意图(俯视)；

图3为金属探测仪接收线圈放大原理框图(侧视)；

图4为金属探测仪检电路组成原理框图。

图中的附图标记含义如下：

1—胶料金属检测定位工段 2—金属杂质旋切剔除工段

3—后续生产工段 4—胶料输送机皮带辊

5—皮带辊轴承 6—胶料输送机支架

7—输送皮带 8—金属检测仪 9—金属探测仪控制器

10—信号发射电路 11—发射线圈 12—第一谐振模块

13—功率放大器模块 14—第一二级放大器模块

15—三阶RC低通滤波器模块 16—剔除执行机构控制器

17—剔除机构X轴方向导轨 18—剔除机构Y轴方向导轨

19—气动冲压裁刀或电动旋转裁刀 20—多路信号接收电路

21—接收线圈 22—第二谐振模块

23—第二二级放大器模块 24—电压比较器模块

25—二阶RC低通滤波器模块 26—Z轴步进电机

27—Y轴步进电机 28—接收线圈宽度

29—接收线圈之间的距离 30—信号处理电路

31—第一芯片 32—第二芯片

33—第三芯片 34—金属检测仪宽度

35—金属检测仪X轴外形尺寸 36—金属检测仪外壳

37—假设存在的金属杂质

38—是Y01、Y02、Y03、Y04、Y05组探测线圈产生的电磁场

40—报警执行电路 41—金属报警继电器

42—大金属报警继电器 43—X轴步进电机

44-剔除机构Z轴方向导轨

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种基于金属探测仪的金属检出装置包括设置于待检测物品的正上方或正下方且与待检测物品的移动方向垂直的金属探测仪，以及设置于与待检测物品的移动方向垂直的导轨上的剔除设备，所述剔除设备用于剔除经过金属探测仪检测的待检测物品存在的金属，所述金属探测仪通过金属探测仪控制器9来驱动，所述剔除设备以及剔除设备所处的导轨通过剔除执行机构控制器16来驱动。

具体的，所述金属探测仪设置于待检测物品的下方。

如图1所示，所述金属探测仪通常设置在胶料金属检测定位工段1，所述剔除设备为气动冲压裁刀或电动旋转裁刀19，气动冲压裁刀或电动旋转裁刀19和剔除机构Z轴方向导轨44均设置于剔除机构Y轴方向导轨18上，气动冲压裁刀或电动旋转裁刀19设置于剔除机构Y轴方向导轨18上，剔除机构X轴方向导轨、剔除机构Y轴方向导轨18均置于金属杂质旋切剔除工段2中。所述金属检测仪固定于胶料输送机支架6上，胶料通过输送皮带7依次被送至胶料金属检测定位工段1、金属杂质旋切剔除工段2、后续生产工段3。

如图3、4所示，所述金属探测仪包括信号发射电路10、多路信号接收电路20、信号处理电路30以及报警执行电路40，所述信号发射电路10用于接收来自信号处理电路30发出的信号，从而在金属探测仪表面形成电磁场，所述信号发射电路10输出发射信号至信号接收电路20的信号输入端；每一路信号接收电路20均与信号处理电路30之间双向通信连接；信号处理电路30用于判断每一路信号接收电路20发送来的发射信号是否存在异常，若存在异常，信号处理电路30输出处理信号至报警执行电路40的信号输入端；若不存在异常，则通过金属探测仪的待检测物品不存在金属杂质；报警执行电路40用于报警或驱动金属检出装置剔除金属杂质。

所述信号发射电路10包括发射线圈11、第一谐振模块12、功率放大器模块13、第一二级放大器模块14以及三阶RC低通滤波器模块15，所述三阶RC低通滤波器模块15的信号输入端连接信号处理电路30的信号输出端，三阶RC低通滤波器模块15的信号输出端连接第一二级放大器模块14的信号输入端，所述第一二级放大器模块14的信号输出端连接功率放大器模块13的信号输入端，所述功率放大器模块13的信号输出端连接第一谐振模块12的信号输入端，所述第一谐振模块12的信号输出端连接发射线圈11的信号输入端，所述发射线圈11的信号输出端输出发射信号至信号接收电路20的信号输入端。

所述信号接收电路20包括接收线圈21、第二谐振模块22、第二二级放大器模块23、电压比较器模块24以及二阶RC低通滤波器模块25，所述接收线圈21的信号输入端用于接收来自发射线圈11的发射信号，接收线圈21的信号输出端连接第二谐振模块22的信号输入端，所述第二谐振模块22的信号输出端连接第二二级放大器模块23的信号输入端，所述第二二级放大器模块23的信号输出端连接电压比较器模块24的一个信号输入端，所述电压比较器模块24的另一个信号输入端连接二阶RC低通滤波器模块25的信号输出端，电压比较器模块24的信号输出端连接信号处理电路30的信号输入端。

所述信号处理电路30包括第一芯片31、第二芯片32，所述第一芯片31的信号输出端分别连接三阶RC低通滤波器模块15的信号输入端、二阶RC低通滤波器模块25的信号输入端，第一芯片31的信号输入端连接电压比较器模块24的信号输出端，所述第一芯片31与第二芯片32之间双向通信连接，所述第二芯片32的信号输出端连接报警执行电路40的信号输入端，第二芯片32的信号输入端连接X轴限位开关、Y轴限位开关以及Z轴限位开关，第二芯片32还与串口触摸屏之间双向通信连接。

所述第一芯片31可以设置为多个，如图4所示，设置了两个型号相同的第一芯片31、第三芯片33。

所述报警执行电路40包括金属报警继电器41、大金属报警继电器42，所述金属报警继电器41的信号输入端、大金属报警继电器42的信号输入端均通过继电器驱动电路连接第二芯片32的信号输出端，所述第二芯片32的信号输出端分别连接X轴步进电机驱动模块的信号输入端、Y轴步进电机驱动模块的信号输入端、Z轴步进电机驱动模块的信号输入端。

大金属指的是会对设备造成重大损坏的金属，大金属限定为任一方向尺寸大于100mm的金属。

本金属探测仪的具体工作过程如下：

如图4所示，本金属探测仪通电后，第一芯片31通过P3.6向信号发射电路10输入固定频率的方波型号，经过三阶RC低通滤波器模块15后形成固定频率的交流信号，由第一二级放大器模块14放大后再送入功率放大器模块13，而后形成较大功率的交流信号，该信号通过第一谐振模块12输出到发射线圈11，从而在发射线圈11的表面形成固定的电磁信号场。

具体的，多路信号接收电路20的接收线圈21分别为Y01…Y17，发射线圈11形成的信号分别送入信号接收电路20中。以接收线圈Y01为例进行说明，接收线圈21收到来自发射线圈11的交流信号后，通过第二谐振模块22将无用信号滤除并把有用信号进行初级放大，再通过第二二级放大器模块23将该信号放大，放大后的信号送入电压比较器模块24的比较端与电压比较器固定端的基准电压进行比较，比较后得出的方波信号送入第一芯片31的P0.0脚。电压比较器模块24固定端基准电压是由串口触摸屏(人机界面)菜单设置的灵敏度信号得来的，灵敏度信号由第二芯片32串口P1.1发送到第一芯片31，然后通过第一芯片31向P3.5脚发出PWM脉冲信号，通过二阶RC低通滤波器模块25后形成直流信号送入电压比较器模块24的一端作为比较基准电压，通过脉宽调制PWM可以得出不同幅度的直流信号，从而实现接收电路灵敏度可调。

所述第一芯片31、第二芯片32的型号均为中国宏晶科技有限公司生产的STC15F2K60S2芯片；所述功率放大器模块13包括功率放大器，所述功率放大器的芯片型号为TDA2030A；第一二级放大器模块14包括第一二级放大器，所述第一二级放大器的芯片型号为美国Texas Instruments公司生产的TL072CP芯片；所述第二二级放大器模块23包括第二二级放大器，所述第二二级放大器的芯片型号为Texas Instruments公司生产的TL062芯片；所述电压比较器模块24包括电压比较器，所述电压比较器的型号为日本日立公司生产的HA17393芯片。

多路所述信号接收电路20垂直于待检测物品的移动方向排布，且每一路信号接收电路20彼此之间的间隔距离相等。

如图2所示，本实施例中采用金属检测仪宽度34为1000mm的金属探测仪，根据接收线圈21接收信号的特点，可以在Y轴方向上分成y01、y02……y17和y01&02、y02&03……y16&17共33个裁切中心点。以这33个裁切中心点为圆心，使用直径为100mm的气动冲压裁刀或电动旋转裁刀19就可将金属杂质裁切剔除。

金属杂质的剔除可采用电动和气动冲压等不同方式进行剔除。

本发明还提供了一种基于金属探测仪的金属检出装置的金属检出方法，设信号接收电路20中的接收线圈21为N路，以每一个接收线圈21的圆心为裁切中心点即为N个裁切中心点，以及相邻的两个接收线圈21的圆心之间的中点为裁切中心点即为N-1个裁切中心点，裁切中心点的总数为2N-1个，即为Y轴方向上的裁切点坐标有2N-1个。

所述第一芯片31接收来自电压比较器模块24的发射信号，并判断具体某一路或几路信号接收电路20发出的发射信号存在异常；再判断发出的发射信号存在异常的信号接收电路20检测的待检测物品是否存在大金属，具体分为以下4种情况：

情况一：只有一路信号接收电路20发出的发射信号存在异常，所述第一芯片31根据电压比较器模块24发出的发射信号即为脉冲信号的脉宽来计算金属长度，从而判断出金属是否是细长的大金属，所述脉宽即为第一芯片31接收到的信号受到金属影响的时间，脉宽乘以待检测物品移动的速度大于100mm就判断待检测物品中存在大金属，如果是大金属，则第一芯片31向第二芯片32发出大金属报警信号，由第二芯片32将大金属报警信号通过继电器驱动电路送至大金属报警继电器42，金属检出装置紧急停机；如果不是大金属，则第二芯片32判断出金属所在的Y轴裁切中心点，同时读取皮带机的输送速度，计算金属到达剔除设备所需要的时间确定X轴裁切点，分别通过X轴步进电机驱动模块、Y轴步进电机驱动模块向X轴步进电机、Y轴步进电机送入信号，将剔除设备送到指定位置，当金属到达剔除设备的位置时，启动Z轴步进电机进行裁切作业，裁切后待检测物品在进入下一道工序时废料通过废料排出口排出；

情况二：两路相邻的信号接收电路20发出的发射信号均存在异常，所述第一芯片31根据电压比较器模块24发出的发射信号即为脉冲信号的脉宽来计算金属长度，从而判断出金属是否是细长的大金属，如果是大金属，则第一芯片31向第二芯片32发出大金属报警信号，由第二芯片32将大金属报警信号通过继电器驱动电路送至大金属报警继电器42，金属检出装置紧急停机；如果不是大金属，则第二芯片32将两个所述接收线圈21的圆心之间的中点作为Y轴裁切中心点，将Y轴裁切中心点输出至Y轴步进电机，再将计算得到X轴裁切点输出至X轴步进电机，分别通过X轴步进电机驱动模块、Y轴步进电机驱动模块向X轴步进电机、Y轴步进电机送入信号，将剔除设备送到指定位置，当金属到达剔除设备的位置时，启动Z轴步进电机进行裁切作业，裁切后待检测物品在进入下一道工序时废料通过废料排出口排出；

情况三：两路或两路以上不相邻的信号接收电路20发出的发射信号均存在异常，所述第一芯片31按照情况一依次进行处理；

情况四：三路或三路以上相邻的信号接收电路20发出的发射信号均存在异常，所述第一芯片31直接判断该金属为大金属，启动大金属报警继电器42，金属检出装置紧急停机。

本发明通过金属探测仪确定金属杂质在物料中的位置，金属检出装置能够准确剔除金属杂质，本发明不仅能够应用于橡胶工业领域，还可以应用在食品、药品、木材等多个领域中。