色标和颜色传感器的应用

色标和颜色传感器的应用

一、色标检测系统颜色检测和颜色传感器是一种用于识别和识别颜色位置的检测设备。可与设备相结合，具有自动定位、长度、颜色识别、切割、修改、计数等功能。随着国内食品、药品、日用品软包装的迅速发展,传感器的需求量与日剧增。色标检测涉及到颜色测量。颜色的测量分为光源色和物体色两类。色标检测通常是属于物体色的反射型探测,测量的光谱范围为可见光。光度学或对比度测量法,就是采用光度学方法探测色标和背景之间的反射光强差,检测两者的颜色信息。这种检测方法技术成熟,较好地满足了系统设计的需要。目前,用于颜色识别的传感器有两种基本类型(都属于光电式的):其一是色标传感器,它使用一个白炽灯光源或单色LED光源;其二是RGB(红绿蓝)颜色传感器,它检测目标物体对三基色的反射比率,从而鉴别物体颜色。二、色标的检测与识别l.概念色标传感器又叫光电检测传感器(俗称光电头、光电眼),采用光发射接收原理,发出调制光,接收被测物体的反射光,并根据接收光信号的强弱来区分不同的颜色,或判别物体的存在与否。它是通过与非色标区相比较来实现色标检测,而不是直接测量颜色。在软包装机械、印刷机械、食品机械、纺织及造纸机械等的自控系统中,色标传感器与其他电路或装置配套使用,对印刷在某种颜色背景上的色标,或其他可作为标记的图案色块、线条物体的有无进行检测,可实现自动定位、定长、辨色、纠偏、对版、计数等功能。按光源分类,色标传感器可分为白炽灯传感器和单色光源传感器。⑴白炽灯传感器以白炽灯为基础的传感器用有色光源检测颜色。这种白炽灯发射包括红外光在内的各种颜色的光,因此用这种光源的传感器可在很宽范围内检测颜色的微小变化。另外,白炽灯传感器的检测电路通常都十分简单,因此可获得极快的响应速度。然而,白炽灯不允许振动和延长使用时间,因此不适用于有严重冲击和振动的场合。⑵单色光源传感器使用单色光源(即绿色或红色LED)的色标传感器就其原理来说并不是检测颜色,它是通过检测色标对光束的反射或吸收量与周围材料相比的不同而实现检测的。所以,颜色的识别要严格与照射在目标上的光谱成分相对应。在单色光源中,绿光LED(565u2005nm)和红光LED(660u2005nm)各有所长。绿光LED比白炽灯寿命长,并且在很宽的颜色范围内比红光LED灵敏度高。红光LED对有限的颜色组合有响应,但它的检测距离比绿光LED远。通常红光源传感器的检测距离是绿光源传感器的6~8倍。3.色标传感器—应用图1所示生产线是色标传感器的一种应用场合——凹印机上检测色标用于四色套准。每个色辊上装一台色标传感器,图2中检测装置为色标传感器。它可以检测到印品边缘上的色标,再把检测到的色标信号转化为电脉冲送到PLC中,执行机构是交流伺服系统,它由PLC直接驱动,不需要任何外围电路。PLC把检测到的信号与存贮器预先测定好的标准值相比较,得到偏差值,然后按运算规律,根据脉冲偏差数算出该发出多少个脉冲,由软件进行比较分析、运算、逻辑判断后,向PLC发出控制指令和数据,对执行机构输出控制量,调节色辊的相对位置,消除印刷错位。图3所示是色标传感器的另一个应用场合。色标定位——检测薄膜标签上色标的位置,确保标签粘贴到准确的位置上。在这里,传感器要能够检测同样颜色的标签符号并要求响应速度快。目前市场上已有专为高速应用设计的色标传感器,其响应时间可小于20u2005µs。而在这类应用场合,传感器一般的响应时间为20u2005µs~lu2005ms,典型检测距离为8u2005mm~5u2005cm,还可用放大器提供高系统灵敏度。三、补偿原理及测量模式l.概念RGB颜色传感器对相似颜色和色调的检测可靠性较高。它是通过测量构成物体颜色的三基色的反射比率实现颜色检测的。由于这种颜色检测法精密度极高,所以RGB颜色传感器能准确区别极其相似的颜色,甚至相同颜色的不同色调。一般RGB颜色传感器都有红、绿、蓝三种光源,三种光通过同一透镜发射后被目标物体反射。光被反射或吸收的量值取决于物体颜色。RGB颜色传感器有两种测量模式:第一种是分析红、绿、蓝光的比例,因为无论检测距离怎样变化,只能引起光强度的变化,而三种颜色光的比例不会变,因此,即使在目标有机械振动的场合也可检测;第二种是利用红、绿、蓝三基色的反射光强度实现检测目的。利用这种模式可实现微小颜色判别的检测,但传感器会受目标机械位置的影响。RGB颜色传感器都有导向功能,使其非常容易设置。这种传感器大多数都有内建的某种形式的图表和阈值,利用它可确定操作特性。2.不同种类的药剂都能检测颜色的变化颜色传感器可用于药品包装生产线。例如:有若干种不同配方的产品要在同一生产线上完成包装,为区别种类,需要一个能检测不同颜色药丸的传感器,并且还要求能对一种颜色到另一种颜色的快速变化产生快速响应。在这里速度不是主要因素,而颜色检测的可靠性最重要,必须达到100%的正确率,所以,在这种场合,最好选用RGB颜色传感器。四、传感器的主要参数1.之间的距离的确定检测距离是传感器镜头平面与被检测物体之间的距离。被检测物体的最佳位置是传感器镜头焦距,此时照射在物体上的光斑最小,轮廓最清楚,检测精度最高。2.响应时间响应时间是传感器从检测到脉冲整形判断处理,直至输出标准宽度的脉冲信号所需要的时间。3.光电开关动作循环次数开关频率是按规定的1秒时间间隔内,允许光电开关动作循环的次数。高开关频率给高速运转的设备预留了最多的安全系数,确保高速运转时的操作安全稳定性。4.固定脉宽脉冲信号输出延迟时间实际是一个脉冲宽度整理过程。传感器捕捉到色标反馈信号后,在响应时间内处理并送出一个固定脉宽的脉冲信号,使输出脉冲信号宽度不受检测到的脉冲宽度、幅度大小的影响,确保传感器输出信号的统一、稳定,便于后续设备识别。五、传感器的安装要求传感器有若干种规格和不同的性能,在实际应用中,必须通过了解以下几方面问题来进行分析,从而做出正确的选择。1.应用的目的;2.现有电源类型;3.检测系统要控制什么设备;4.输出负载是什么;5.要求系统的工作速度如何,以每分钟通过多少部件或传送带的速度描述;6.传感器可安装位置与目标的距离如何;7.环境如何,包括清洁、多尘、热、冷等各方面情况;8.传感器的安装空间有多大;9.背景距离目标物体有多远;10.目标物体的尺寸和形状如何;11.目标表面如何,例如,有光泽的或散射的;l2.在检测现场,目标物体背后的背景颜色如何;13.是否有费用限制。六、刷机械的合理需求目前主流的传感器只有两大类可供选择,所以使用者很容易根据使用目的做出选择。然而,在很多包装、