專利名稱：光纜探頭式在線辨色傳感裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型光纜探頭式在線辨色傳感裝置是在生產線上以非接觸方式識別產品顏色和檢測色差的光電傳感裝置，屬于顏色測量技術領域。
已經公知國內已有的各類測色儀器，不論裝有配件的分光光度計、高級色差計還是比較色差計等，只能從制造工藝中對產品進行取樣離線測量。只是在國外，自從日本山武哈那烏埃公司開發成功世界上第一臺能在自動生產線上以非接觸方式識別汽車及家用電器等產品顏色的色彩信號傳感裝置以來，才有幾種商品型顏色測量裝置能專用于連續監視生產線上的產品，但還不能普遍地用于漫射色光光強空間分布很不均勻或表面幾何形狀很不規則產品的非接觸在線辨色。由于這些儀器在光路設計中分三路收集和傳輸漫射色光，分別經紅、綠、蘭濾色片和光接收器后，轉換成紅、綠、蘭三路色光電信號。當生產線上產品的表面相對于探頭的距離或傾角發生變化時，由于漫射色光光強空間分布各向異性，即不均勻性，或表面幾何形狀不規則，會導致所傳輸和接收的三色光強不是按相同比例系數相對于原來的三色光強發生變化，從而三色刺激值相對于三色刺激值和之比值，即色度值，也會發生變化，則測處于動態的同一標準色樣就會出現不同的色度測量值。
為提高這類儀器的測色精度，曾有人設計了帶紅、綠、蘭濾色片的“多瓣環形光電傳感器”。將紅、綠、蘭濾色片和光接收器按多瓣環形交遞安裝。以減少漫射色光光強空間分布不均勻性給測色精度帶來的影響，但這種后處理措施仍然不能有效地解決問題。
關于前人所設計用于取樣進行靜態測色的儀器，都成功地利用了積分球技術。因為積分球的特性是其內壁表面具有高的漫反射系數，且呈中性，即不會改變色光的光譜分布，又是能將色光變為均勻照度的均勻化器。這類儀器應用了積分球技術并在積分球的三個對稱窗口處分別安裝紅、綠、蘭濾色片和光接收器。顯然在靜態測色中解決了漫射色光光強空間分布不均勻給測色精度帶來影響的問題。但由于積分球與光源聚光系統形成一個大體積整體，又要求垂直照射條件，從而不宜用在生產線上進行顏色與色差的非接觸檢測。
本實用新型光纜探頭式在線辨色傳感裝置由光源電源、冷光源聚光系統、Y型光纖傳光束、均勻分色系統和顏色信號處理分析系統五部分構成，其中包括由白熾燈〔1〕、隔熱玻璃片〔2〕、凸透鏡〔3〕組成的冷光源聚光系統，由匯合端為圓形同軸光纜探頭〔7〕且有兩分支光纖傳光束〔4〕、〔5〕組成的Y型光纖傳光束〔6〕；由積分球〔10〕、紅濾色片〔8〕、光電二極管〔9〕、綠濾色片〔11〕、光電二極管〔12〕、蘭濾色片〔13〕和光電二極管〔14〕組成的均勻分色系統；由前置放大器〔15〕、〔16〕、〔17〕、第二級放大器〔18〕、〔19〕、〔20〕、模擬開關〔21〕、模數變換器〔22〕、微處理機〔23〕、數字顯示器〔24〕和打印機〔25〕組成的顏色信號處理分析系統。
本實用新型的特征是在光路設計中綜合應用了光纖傳光束新技術和積分球技術，提出了將漫射色光單路總線傳輸、經照度均勻化后再分三路分別由紅、綠、蘭濾色片分色和光電二極管接收。這樣，即使是測量生產線上漫射色光光強空間分布不均勻或表面幾何形狀不規則的產品，當產品表面相對于光纖傳光束光纜探頭的距離或傾角發生變化時，雖然由光纖傳光束收集并單路總線傳輸的色光總光強會發生變化，但由于色光在分色前已經照度均勻化，從而三色濾色片后光電二極管里的三色光電信號強度將以同一比例系數發生變化，則三色刺激值相對于三色刺激值和之比值，即準色度值，都保持不變。這對于測量處于動態的、漫射色光光強空間分布不均勻的同一標準色樣就會得到穩定一致的色度測量值。
下面根據附圖對本實用新型作進一步描述。
圖1是本實用新型的光路原理及光學件裝配示意圖，由白熾燈〔1〕發出的光經隔熱玻璃片〔2〕濾掉近紅外光后成為冷光源白光光束，經凸透鏡〔3〕聚焦到Y型光纖傳光束〔6〕的分支光纖傳光束〔4〕的端面上，耦合入分支光纖傳光束〔4〕的白光被傳輸到它的另一端，即構成圓形同軸光纜探頭〔7〕的芯束端，再照射到待測產品的表面上；取決于產品表面顏色的漫射色光由分支光纖傳光束〔5〕的探頭端，即構成圓形同軸光纜探頭〔7〕的環形束端，收集后傳輸到它的另一端，再射入到積分球〔10〕里，由置于與入射色光光束成相同錐角的積分球〔10〕壁上三個對稱窗口處的紅濾色片〔8〕和光電二極管〔9〕、綠濾色片〔11〕和光電二極管〔12〕、蘭濾色片〔13〕和光電二極管〔14〕將色光分路分色后予以接收。
圖2是本實用新型的電測原理框圖，來自于紅、綠、蘭分色光路中光電二極管〔〔9〕〔12〕、〔14〕的紅、綠、蘭光電信號分別通過前置放大器〔15〕、〔16〕、〔17〕和第二級放大器〔18〕、〔19〕、〔20〕后輸至模擬開關〔21〕里，模擬開關〔21〕控制經放大了的紅、綠、蘭光電信號進入A／D變換器〔22〕并被適時選通輸入到微處理機〔23〕中進行色度值計算，經數字顯示器〔24〕及打印機〔25〕分別顯示和打印出所測算出的色度值，微處理機〔23〕還將測算出的色度值與預置的上下色差限色度值進行比較，比較的結果輸出色選控制信號及超差報警信號。
本實用新型光纜探頭式在線辨色傳感裝置特別適合于表面粗糙產品顏色的在線非接觸檢測，可廣泛地用在棉紗、毛紡織品、絲綢品和皮革等染色生產線上進行顏色監測，適時控制及產品的色選分類，還可開發成中醫舌色舌診儀；本實用新型中綜合應用光纖傳光束技術和積分球技術的技術路線而相應提出將漫射色光單路總線傳輸、經照度均勻化后再分三路分別由紅、綠、蘭濾色片分色和光敏元件接收的光路設計，可用來改造分光光度計、高級色差計，使之由靜態檢測顏色和色差擴展到能在生產線上非接觸檢測顏色和色差。
圖1表示本實用新型的光路原理及光學件裝配示意圖。
圖2表示本實用新型的電測原理框圖。
權利要求1.光纜探頭式在線辨色傳感裝置，包括由白熾燈[1]、隔熱玻璃片[2]、凸透鏡[3]組成的冷光源聚光系統，Y型光纖傳光束[6]，由積分球[10]、紅綠蘭濾色片[8]、[11]、[13]、光電二極管[9]、[12]、[14]組成的均勻分色系統，由前置放大器[15]、[16]、[17]、第二級放大器[18]、[19]、[20]、模擬開關[21]、模擬變換器[22]、微處理機[23]、數字顯示器[24]和打印機[25]組成的顏色信號處理分析系統，本實用新型的特征是綜合應用了積分球[10]和Y型光纖傳光束[6]，一分支光纖傳光束[4]傳輸白光并照射到產品表面上，另一分支光纖傳光束[5]收集色光并傳輸到積分球[10]里，經積分球[10]照度均勻化后再分路分色接收。
2.根據權利要求1所述的光纜探頭式在線辨色傳感裝置，其特征還有Y型光纖傳光束〔6〕的匯合段為圓形同軸光纜，端部為光纜探頭〔7〕，分支光纖傳光束〔4〕、〔5〕分別為光纜中的芯束和環形束。
3.根據權利要求1、2所述的光纜探頭式在線辨色傳感裝置，其特征還有積分球〔10〕為兩個半球殼構成，內表面經粗化，外表面噴塗無光黑漆，材料為聚四氟乙烯。
4.根據權利要求1、2、3所述的光纜探頭式在線辨色傳感裝置，其特征還有光電二極管〔9〕、〔12〕、〔14〕為紫蘭增強型快響應硅光電二極管。
專利摘要本實用新型光纜探頭式在線辨色傳感裝置屬于顏色測量領域，是在生產線上以非接觸方式識別產品顏色和進行色差檢測的光電傳感裝置，其主要特點是綜合應用了積分球和一端為光纜探頭的Y型光纖傳光束，一分支光纖束傳輸白光到產品表面上，另一分支光纖束收集色光并傳輸到積分球里，經照度均勻化后分路分色接收，本實用新型可廣泛地用于在線檢測漫射色光光強空間分布不均勻或表面幾何形狀不規則產品表面的顏色和色差。
文檔編號G01J3/50GK2048965SQ8921257
公開日1989年12月6日 申請日期1989年6月9日 優先權日1989年6月9日
發明者劉補生 申請人:劉補生
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
