专利名称：光缆探头式在线辨色传感装置的制作方法
技术领域：
本实用新型光缆探头式在线辨色传感装置是在生产线上以非接触方式识别产品颜色和检测色差的光电传感装置，属于颜色测量技术领域。
已经公知国内已有的各类测色仪器，不论装有配件的分光光度计、高级色差计还是比较色差计等，只能从制造工艺中对产品进行取样离线测量。只是在国外，自从日本山武哈那乌埃公司开发成功世界上第一台能在自动生产线上以非接触方式识别汽车及家用电器等产品颜色的色彩信号传感装置以来，才有几种商品型颜色测量装置能专用于连续监视生产线上的产品，但还不能普遍地用于漫射色光光强空间分布很不均匀或表面几何形状很不规则产品的非接触在线辨色。由于这些仪器在光路设计中分三路收集和传输漫射色光，分别经红、绿、兰滤色片和光接收器后，转换成红、绿、兰三路色光电信号。当生产线上产品的表面相对于探头的距离或倾角发生变化时，由于漫射色光光强空间分布各向异性，即不均匀性，或表面几何形状不规则，会导致所传输和接收的三色光强不是按相同比例系数相对于原来的三色光强发生变化，从而三色刺激值相对于三色刺激值和之比值，即色度值，也会发生变化，则测处于动态的同一标准色样就会出现不同的色度测量值。
为提高这类仪器的测色精度，曾有人设计了带红、绿、兰滤色片的“多瓣环形光电传感器”。将红、绿、兰滤色片和光接收器按多瓣环形交递安装。以减少漫射色光光强空间分布不均匀性给测色精度带来的影响，但这种后处理措施仍然不能有效地解决问题。
关于前人所设计用于取样进行静态测色的仪器，都成功地利用了积分球技术。因为积分球的特性是其内壁表面具有高的漫反射系数，且呈中性，即不会改变色光的光谱分布，又是能将色光变为均匀照度的均匀化器。这类仪器应用了积分球技术并在积分球的三个对称窗口处分别安装红、绿、兰滤色片和光接收器。显然在静态测色中解决了漫射色光光强空间分布不均匀给测色精度带来影响的问题。但由于积分球与光源聚光系统形成一个大体积整体，又要求垂直照射条件，从而不宜用在生产线上进行颜色与色差的非接触检测。
本实用新型光缆探头式在线辨色传感装置由光源电源、冷光源聚光系统、Y型光纤传光束、均匀分色系统和颜色信号处理分析系统五部分构成，其中包括由白炽灯〔1〕、隔热玻璃片〔2〕、凸透镜〔3〕组成的冷光源聚光系统，由汇合端为圆形同轴光缆探头〔7〕且有两分支光纤传光束〔4〕、〔5〕组成的Y型光纤传光束〔6〕；由积分球〔10〕、红滤色片〔8〕、光电二极管〔9〕、绿滤色片〔11〕、光电二极管〔12〕、兰滤色片〔13〕和光电二极管〔14〕组成的均匀分色系统；由前置放大器〔15〕、〔16〕、〔17〕、第二级放大器〔18〕、〔19〕、〔20〕、模拟开关〔21〕、模数变换器〔22〕、微处理机〔23〕、数字显示器〔24〕和打印机〔25〕组成的颜色信号处理分析系统。
本实用新型的特征是在光路设计中综合应用了光纤传光束新技术和积分球技术，提出了将漫射色光单路总线传输、经照度均匀化后再分三路分别由红、绿、兰滤色片分色和光电二极管接收。这样，即使是测量生产线上漫射色光光强空间分布不均匀或表面几何形状不规则的产品，当产品表面相对于光纤传光束光缆探头的距离或倾角发生变化时，虽然由光纤传光束收集并单路总线传输的色光总光强会发生变化，但由于色光在分色前已经照度均匀化，从而三色滤色片后光电二极管里的三色光电信号强度将以同一比例系数发生变化，则三色刺激值相对于三色刺激值和之比值，即准色度值，都保持不变。这对于测量处于动态的、漫射色光光强空间分布不均匀的同一标准色样就会得到稳定一致的色度测量值。
下面根据附图对本实用新型作进一步描述。
图1是本实用新型的光路原理及光学件装配示意图，由白炽灯〔1〕发出的光经隔热玻璃片〔2〕滤掉近红外光后成为冷光源白光光束，经凸透镜〔3〕聚焦到Y型光纤传光束〔6〕的分支光纤传光束〔4〕的端面上，耦合入分支光纤传光束〔4〕的白光被传输到它的另一端，即构成圆形同轴光缆探头〔7〕的芯束端，再照射到待测产品的表面上；取决于产品表面颜色的漫射色光由分支光纤传光束〔5〕的探头端，即构成圆形同轴光缆探头〔7〕的环形束端，收集后传输到它的另一端，再射入到积分球〔10〕里，由置于与入射色光光束成相同锥角的积分球〔10〕壁上三个对称窗口处的红滤色片〔8〕和光电二极管〔9〕、绿滤色片〔11〕和光电二极管〔12〕、兰滤色片〔13〕和光电二极管〔14〕将色光分路分色后予以接收。
图2是本实用新型的电测原理框图，来自于红、绿、兰分色光路中光电二极管〔〔9〕〔12〕、〔14〕的红、绿、兰光电信号分别通过前置放大器〔15〕、〔16〕、〔17〕和第二级放大器〔18〕、〔19〕、〔20〕后输至模拟开关〔21〕里，模拟开关〔21〕控制经放大了的红、绿、兰光电信号进入A／D变换器〔22〕并被适时选通输入到微处理机〔23〕中进行色度值计算，经数字显示器〔24〕及打印机〔25〕分别显示和打印出所测算出的色度值，微处理机〔23〕还将测算出的色度值与预置的上下色差限色度值进行比较，比较的结果输出色选控制信号及超差报警信号。
本实用新型光缆探头式在线辨色传感装置特别适合于表面粗糙产品颜色的在线非接触检测，可广泛地用在棉纱、毛纺织品、丝绸品和皮革等染色生产线上进行颜色监测，适时控制及产品的色选分类，还可开发成中医舌色舌诊仪；本实用新型中综合应用光纤传光束技术和积分球技术的技术路线而相应提出将漫射色光单路总线传输、经照度均匀化后再分三路分别由红、绿、兰滤色片分色和光敏元件接收的光路设计，可用来改造分光光度计、高级色差计，使之由静态检测颜色和色差扩展到能在生产线上非接触检测颜色和色差。
图1表示本实用新型的光路原理及光学件装配示意图。
图2表示本实用新型的电测原理框图。
权利要求1.光缆探头式在线辨色传感装置，包括由白炽灯[1]、隔热玻璃片[2]、凸透镜[3]组成的冷光源聚光系统，Y型光纤传光束[6]，由积分球[10]、红绿兰滤色片[8]、[11]、[13]、光电二极管[9]、[12]、[14]组成的均匀分色系统，由前置放大器[15]、[16]、[17]、第二级放大器[18]、[19]、[20]、模拟开关[21]、模拟变换器[22]、微处理机[23]、数字显示器[24]和打印机[25]组成的颜色信号处理分析系统，本实用新型的特征是综合应用了积分球[10]和Y型光纤传光束[6]，一分支光纤传光束[4]传输白光并照射到产品表面上，另一分支光纤传光束[5]收集色光并传输到积分球[10]里，经积分球[10]照度均匀化后再分路分色接收。
2.根据权利要求1所述的光缆探头式在线辨色传感装置，其特征还有Y型光纤传光束〔6〕的汇合段为圆形同轴光缆，端部为光缆探头〔7〕，分支光纤传光束〔4〕、〔5〕分别为光缆中的芯束和环形束。
3.根据权利要求1、2所述的光缆探头式在线辨色传感装置，其特征还有积分球〔10〕为两个半球壳构成，内表面经粗化，外表面喷塗无光黑漆，材料为聚四氟乙烯。
4.根据权利要求1、2、3所述的光缆探头式在线辨色传感装置，其特征还有光电二极管〔9〕、〔12〕、〔14〕为紫兰增强型快响应硅光电二极管。
专利摘要本实用新型光缆探头式在线辨色传感装置属于颜色测量领域，是在生产线上以非接触方式识别产品颜色和进行色差检测的光电传感装置，其主要特点是综合应用了积分球和一端为光缆探头的Y型光纤传光束，一分支光纤束传输白光到产品表面上，另一分支光纤束收集色光并传输到积分球里，经照度均匀化后分路分色接收，本实用新型可广泛地用于在线检测漫射色光光强空间分布不均匀或表面几何形状不规则产品表面的颜色和色差。
文档编号G01J3/50GK2048965SQ8921257
公开日1989年12月6日 申请日期1989年6月9日 优先权日1989年6月9日
发明者刘补生 申请人:刘补生