第二章 包装质量的自动检查与控制

1第六节包装质量的自动检查与控制2一、图像传感器二、内装物、包装材料和容器的质量检查与控制主要内容三、废品剔除四、包装成品质量自动检查3质量检查的含义（1）内装物、包装材料、容器等质量的检查，确定是否可以包装；（2）包装成品的质量进行检查，确定其是否合格。近年来，光电传感器、图像传感器、计算机视觉和计算机图像处理识别技术在包装质量检测方面应用比较迅猛，而计算机视觉和计算机图像处理识别技术主要依赖于图像传感器，本节主要介绍图像传感器。一、图像传感器1、固体图像传感器：在同一半导体衬底上布设若干光敏单元构成的集成化、功能化的光电器件，称为固体图像传感器。42、固体图像传感器特点：（1）体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、寿命长；（2）图像失真度小，尺寸重现性好，适合测试技术和图像识别；（3）高空间分辨率、较高的定位精度；（4）较高的灵敏度和较大的动态范围。3、固体图像传感器分类电荷耦合器件CCD、互补金属氧化物CMOS、接触式图像传感器CIS、电荷注入器件CID、光敏二极管阵列。4、固体图像传感器在包装上的应用（2）几何尺寸、位移、温度等的非接触测量、水果和农作物的自动分拣、包装质量的无损检测和杂物废品剔除、商标防伪水印的自动识别。5图像传感器应用药粒泡罩检测瓶塞检测6（一）CCD图像传感器的基本原理7基于CCD光电耦器件的输入设备：数字摄像机、数字相机、平板扫描仪、指纹机81、CCD固体图像传感器的基本结构CCD基本结构分两部分：（1）MOS（金属氧化物半导体）光敏元阵列；电荷耦合器件是在半导体硅片上制作成百上千（万）个光敏元，一个光敏元又称一个像素，在半导体硅平面上光敏元按线阵或面阵有规则地排列。（2）读出移位寄存器。CCD结构示意图显微镜下的MOS元表面92、MOS光敏元的工作原理当金属电极上加正电压时，由于电场作用，电极下P型硅区里空穴被排斥入地成耗尽区。对电子而言，是一势能很低的区域，称“势阱”。有光线入射到硅片上时，光子作用下产生电子—空穴对，空穴被电场作用排斥出耗尽区，而电子被附近势阱（俘获），此时势阱内吸的光子数与光强度成正比。102、CCD光生电荷读出移位寄存器a.CCD电荷耦合器件是以电荷为信号。b.读出移位寄存器也是MOS结构。c.由三个十分邻近的电极组成一个耦合单元,在三个电极上分别施加脉冲波三相时钟脉冲Φ1Φ2Φ3。11（二）CMOS图像传感器的基本原理因为CCD是集成在半导体单晶材料上，而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上，因为CMOS结构相对简单，与现有的大规模集成电路生产工艺相同，从而生产成本可以降低。从原理上，CMOS的信号是以点为单位的电荷信号，而CCD是以行为单位的电流信号，前者更为敏感，速度也更快，更为省电。现在高级的CMOS并不比一般CCD差，但是CMOS工艺还不是十分成熟，普通的CMOS一般分辨率低而成像较差。12压力检测方法及仪表1.信息读取方式CCD电荷耦合器存储的电荷信息，需在同步信号控制下一位一位地实施转移后读取，电荷信息转移和读取输出需要有时钟控制电路和三组不同的电源相配合，整个电路较为复杂。CMOS光电传感器经光电转换后直接产生电流（或电压）信号，信号读取十分简单。2.速度CCD电荷耦合器需在同步时钟的控制下，以行为单位一位一位地输出信息，速度较慢；而CMOS光电传感器采集光信号的同时就可以取出电信号，还能同时处理各单元的图像信息，速度比CCD电荷耦合器快很多。133.电源及耗电量CCD电荷耦合器至少需要三组电源供电，耗电量较大；CMOS光电传感器一般只需使用一个电源，耗电量非常小，仅为CCD电荷耦合器的1/8到1/10，CMOS光电传感器在节能方面具有很大优势。4.成像质量CCD电荷耦合器制作技术起步早，技术成熟，采用PN结或二氧化硅隔离层隔离噪声，成像质量相对CMOS光电传感器有一定优势。由于CMOS光电传感器集成度高，各光电传感元件、电路之间距离很近，相互之间的光、电、磁干扰较严重，噪声对图像质量影响很大。近年，随着CMOS电路消噪技术的不断发展，为生产高密度优质的CMOS图像传感器提供了良好的条件。14二、内装物、包装材料和容器的质量检查与控制（一）、汉堡有无的检查：采用邻近开关，该开关是利用物体产生的静电感应现象来检测物体是否存在的。该开关与光电开关相比有以下特点：（1）无论金属还是非金属，都能进行无接触检测；（2）透过非金属壁和容器，检测内装物；（3）不受被检测物表面状态的影响。15（二）颗粒状内装物的颜色分选光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的光电器件。由于它可把太阳能直接转变为电能，因此又称为太阳能电池。它有较大面积的PN结，当光照射在PN结上时，在结的两端出现电动势。故光电池是有源元件。1、光电池16光电池有硒光电池、砷化镓光电池、硅光电池、硫化铊光电池、硫化镉光电池等。目前，应用最广、最有发展前途的是硅光电池和硒光电池。硅光电池的价格便宜，转换效率高，寿命长，适于接受红外光。硒光电池的光电转换效率低、寿命短，适于接收可见光。砷化镓光电池转换效率比硅光电池稍高，光谱响应特性与太阳光谱最吻合，且工作温度最高，更耐受宇宙射线的辐射。适于宇宙飞船、卫星、太空探测器等方面应用。172、光电池的结构和工作原理图8-14光电池的结构图下电极梳状电极SiO2抗反射膜PN硅光电池的结构如图。它是在一块N型硅片上用扩散的办法掺入一些P型杂质（如硼）形成PN结。1819光电池的工作原理示意图RLI---mAV+++PN当光照到PN结区时，如果光子能量足够大，将在结区附近激发出电子-空穴对，在N区聚积负电荷，P区聚积正电荷，这样N区和P区之间出现电位差。若将PN结两端用导线连起来，电路中就有电流流过。若将外电路断开，就可测出光生电动势。2021（三）马铃薯的分级22（四）草莓分检机器人23（五）啤酒瓶空瓶检测系统24（六）药片缺损检测25三、包装成品质量自动检查（一）牙膏底部泄漏的检查：26（二）包装袋漏气检查27（三）重量检选28