基于空氣耦合超聲的熱封軟包裝密封性檢測方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及密封性檢測領(lǐng)域，更具體的說，是涉及一種基于空氣耦合超聲的熱封 軟包裝密封性檢測方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，軟包裝袋的使用越來越普遍，對密封軟包裝袋的密封性能要求也越來越高， 熱封軟包裝在食品、藥品、日化產(chǎn)品的包裝中占有很大比例，而軟包裝袋中氣泡、夾雜、泄露 通道等密封缺陷對產(chǎn)品質(zhì)量有嚴(yán)重影響，熱封軟包裝密封性在線檢測方法與裝置需求十分 廣泛與迫切。
[0003] 目前常用熱封軟包的封口質(zhì)量檢測方法包括鼓泡法、著色浸透法、破裂試驗、撕裂 /拉伸試驗等。在生產(chǎn)實踐中，國內(nèi)一般采用肉眼觀察法或以GB/T15171-1994標(biāo)準(zhǔn)進行有 損抽檢。然而人工觀察法檢出率低、成本高、時間長工作者易產(chǎn)生疲勞；而各種有損抽檢方 法不但耗費了時間和一定數(shù)量的產(chǎn)品，而且無法做到100%在線檢測，無法保證包裝中不出 現(xiàn)隨機缺陷。
[0004] 超聲檢測法是近年來發(fā)展起來的軟包裝密封性無損檢測方法之一。袁紅梅、何存 富等在《應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報》2010年第18卷發(fā)表的《基于BEEI方法的軟包裝熱封 缺陷超聲檢測研究》一文中，采用超聲背散射信號包絡(luò)積分值作為特征量，進行了熱封封口 的掃描成像。作為但是該方法采用水浸超聲探頭，需要將被測樣品浸入水中，以水為耦合劑 進行檢測，仍然無法實現(xiàn)包裝密封性的在線檢測，因此超聲檢測設(shè)備未在該領(lǐng)域得到實際 應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，有必要針對上述問題，提供一種基于空氣耦合超聲的熱封軟包裝密封 性檢測方法及系統(tǒng)，實現(xiàn)軟包裝密封性的高速無損在線檢測。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：
[0007] -種基于空氣耦合超聲的熱封軟包裝密封性檢測系統(tǒng)，包括主控分析模塊、空氣 耦合超聲激勵模塊和空氣耦合超聲接收模塊；
[0008] 所述空氣耦合超聲激勵模塊包括依次連接的信號發(fā)生單元、功率放大單元和空氣 耦合發(fā)射探頭；
[0009] 所述空氣耦合超聲接收模塊包括依次連接的數(shù)據(jù)采集單元、前置放大單元和空氣 耦合接收探頭；
[0010] 所述信號發(fā)生單元和數(shù)據(jù)采集單元分別連接主控分析模塊，所述空氣耦合發(fā)射探 頭和空氣耦合接收探頭相對設(shè)置。
[0011] 作為優(yōu)選的，還包括分別連接主控分析模塊的樣品探測模塊、運動控制模塊和分 棟豐吳塊；
[0012] 所述運動控制模塊用于運送樣品，并將樣品送到超聲檢測范圍；
[0013] 所述樣品探測模塊用于探測樣品是否在超聲檢測范圍內(nèi)；
[0014] 所述分揀模塊用于將檢測不合格的樣品從運動控制模塊上剔除。
[0015] 作為優(yōu)選的，所述空氣耦合超聲激勵模塊還包括一提高超聲信號激勵效率的阻抗 匹配單元，所述功率放大單元通過阻抗匹配單元連接空氣耦合發(fā)射探頭。
[0016] 作為優(yōu)選的，所述前置放大單元包括信號放大線路、電壓跟隨線路和帶通濾波線 路，所述前置放大單元的電壓增益范圍為60dB~100dB。
[0017] 作為優(yōu)選的，所述空氣耦合超聲發(fā)射探頭和空氣耦合超聲接收探頭分別至少包括 一個空氣耦合聚焦超聲探頭；所述空氣耦合超聲發(fā)射探頭和空氣耦合超聲接收探頭采用透 射式結(jié)構(gòu)進行發(fā)收，其頻率范圍為200kHz~2MHz，焦距范圍為20mm~50mm，焦點直徑在 0. 2mm~2mm之間。
[0018] 作為優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集單元通過PCI接口與主控分析單元通訊連接，數(shù)據(jù)采 樣率范圍為IOMHz~200MHz。
[0019] 作為優(yōu)選的，所述運動控制模塊采用生產(chǎn)線傳送帶或三軸精密運動控制器。
[0020] 作為優(yōu)選的，所述樣品探測模塊包括紅外傳感線路和通訊線路，所述紅外傳感線 路包括紅外信號發(fā)射線路與紅外信號接收線路。
[0021] 采用上述系統(tǒng)進行檢測的方法，包括以下步驟：
[0022] S1、運動控制模塊帶動待測樣品移動，樣品探測模塊每隔時間T檢測樣品是否在 超聲探頭檢測范圍內(nèi)，并將信號發(fā)送至主控分析模塊，若樣品在超聲檢測范圍，則進入步驟 2 ；
[0023] S2、信號發(fā)射；主控分析模塊控制信號發(fā)生單元生成超聲信號，并通過功率放大單 元獲得電壓與功率增益，經(jīng)阻抗匹配單元提高超聲信號的激勵效率，再通過空氣耦合超聲 發(fā)射探頭發(fā)射超聲信號；
[0024] S3、信號接收與處理；空氣耦合超聲接收探頭接收透過樣品封口的超聲信號，并通 過前置放大單元放大，再由數(shù)據(jù)采集單元采集并傳輸至主控分析模塊；
[0025]S4、分析判斷；主控分析模塊對接收到的超聲信號進行脈沖壓縮處理，得到超聲信 號的幅值A(chǔ)，并比較幅值A(chǔ)與合格樣品的超聲信號幅值的平均值S做比較，判斷檢測樣品是 否合格；若樣品不合格，則主控分析模塊控制分揀模塊將不合格樣品從運動控制模塊剔除。
[0026] 進一步而言，所述步驟S4中的判斷方法包括：
[0027]a、主控分析模塊對接收到的超聲信號進行脈沖壓縮處理，得到i個超聲信號的幅 值4，并加入信號幅值集合{AJ;
[0028] b、當(dāng)樣品離開超聲檢測范圍時，主控分析模塊通知信號發(fā)生單元停止信號激勵， 并對信號幅值集合UJ進行分析；
[0029] c、比較信號幅值集合{AJ中的幅值與密封良好樣品的超聲信號幅值的平均值S， 若某一點的4與S的差值絕對值|D|大于設(shè)定閾值R，則認為樣品不合格，否則認為樣品 合格。
[0030] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0031] 1、在線無損測試；利用空氣耦合超聲技術(shù)進行熱封封口密封性檢測，探頭無需耦 合劑、不接觸樣品，因此實現(xiàn)無損檢測，解決了以往鼓泡法、著色浸透法、撕裂/拉伸試驗中 對樣品造成破壞與浪費的問題。以生產(chǎn)線傳送帶作為運動控制模塊，可實現(xiàn)真正的100%在 線檢測。
[0032] 2、速度快，效率高；超聲激勵脈沖信號為幾到幾十微秒，配合高度運動控制模塊與 高速數(shù)據(jù)采集模塊共同使用，可使每個軟包裝袋的測試時間在3秒鐘以內(nèi)，在檢測效率上 較傳統(tǒng)抽檢方法有較大提升。
【附圖說明】
[0033]圖1是本發(fā)明的一種基于空氣耦合超聲的熱封軟包裝密封性檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0034]圖2是本發(fā)明的一種基于空氣耦合超聲的熱封軟包裝密封性檢測方法的流程圖；
[0035]圖3是本發(fā)明實施例中超聲透射信號脈沖壓縮前的波形圖；
[0036]圖4是本發(fā)明實施例中超聲透射信號脈沖壓縮后的波形圖；
[0037]圖5是本發(fā)明的實施例中超聲透射脈沖信號幅值變化的線掃描圖。
【具體實施方式】
[0038] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明所述的一種基于空氣耦合超聲的熱封軟包裝密 封性檢測方法及系統(tǒng)作進一步說明。
[0039] 以下是本發(fā)明所述的一種基于空氣耦合超聲的熱封軟包裝密封性檢測方法及系 統(tǒng)的最佳實例，并不因此限定本發(fā)明的保護范圍。
[0040] 圖1示出了一種基于空氣耦合超聲的熱封軟包裝密封性檢測系統(tǒng)，包括主控分析 模塊、空氣耦合超聲激勵模塊、空氣耦合超聲接收模塊、運動控制模塊、樣品探測模塊和分 揀模塊。所述運動控制模塊用于運送樣品，并將樣品送到超聲檢測范圍；所述樣品探測模塊 用于探測樣品是否在超聲檢測范圍內(nèi)；所述分揀模塊用于將檢測不合格的樣品從運動控制 豐旲塊上剔除。
[0041] 空氣耦合超聲激勵模塊用于超聲信號的發(fā)射，其包括信號發(fā)生單元、功率放大單 元、阻抗匹配單元與空氣耦合超聲發(fā)射探頭。信號發(fā)生單元用于激勵脈沖信號的產(chǎn)生，功 率放大單元用于提供該激勵脈沖信號的電壓增益與功率增益，阻抗匹配單元用于功率放 大單元與空氣耦合超聲發(fā)射探頭之間的阻抗匹配，提高信號激勵的效率，空氣耦合超聲發(fā) 射探頭用于超聲信號的發(fā)射；本實施例中，激勵信號采用線性調(diào)頻正弦脈沖，信號函數(shù)為：
其中a(t)為幅度加權(quán)函數(shù)，f。為信號中心頻率，T為信號 持續(xù)時間，B為信號帶寬；信號通過功率放大單元獲得電壓與功率增益，經(jīng)阻抗匹配單元提 高超聲信號的激勵效率，再通過空氣耦合超聲發(fā)射探頭發(fā)射超聲信號；功率放大至峰值為 200V，激勵頻率為Ims/次。
[0042] 空氣耦合超聲接收模塊用于超聲信號的接收，包括空氣耦合超聲接收探頭、前置 放大單元與數(shù)據(jù)采集單元?？諝怦詈铣暯邮仗筋^用于超聲信號的接收，前置放大單元將 該超聲信號放大至數(shù)據(jù)采集單元可采集的范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)采集單元將超聲信號實時傳送至主 控分析模塊。
[0043] 本實施例中的主控分析模塊為PC機，分別與信號發(fā)生單元、數(shù)據(jù)采集單元、運動 控制模塊、樣品探測模塊和分揀模塊通訊連接。
[0044] 本實施例中，空氣耦合超聲發(fā)射探頭與空氣耦合超聲接收探頭選用空氣耦合聚焦 探頭，探頭頻率1MHz，焦距38mm，型號為NCT1-D13-P38,發(fā)送接收探頭分別布置于被測樣品 兩側(cè)，米用透射式一發(fā)一收結(jié)構(gòu)。
[0045] 本實施例中，前置放大單元包括信號放大線路、電壓跟隨線路、帶