CN103698006B - 用于在线式分光测色仪的45度环形照明装置 - Google Patents

Abstract

用于在线式分光测色仪的45度环形照明装置属于颜色测量照明技术领域，该装置满足在线颜色测量中均匀照明和补偿被测物抖动引发的测量误差要求。该装置包括：脉冲氙灯、毛玻璃、毛玻璃光阑、第一筒形光阑、第二筒形光阑、平板光阑、柱面环形反射镜、透镜组、反射棱镜和样品测量支路光纤。该装置特别适合于在线式非接触颜色测量，45度环形照明对被测物照明更均匀，增加测量结果稳定性，该照明装置模块化，光纤接口标准化，便于与通用的光纤光谱仪连接，同时该照明装置将被测物抖动带来的测量误差最小化。

Description

用于在线式分光测色仪的45度环形照明装置

技术领域

本发明属于颜色测量中照明技术领域，具体涉及的一种用于在线式分光测色仪的45度环形照明装置。

背景技术

使用测色仪来代替人眼分辨颜色不仅可非常有效地提高产品质量，而且高精度的测色是计算机配色的前提条件。在生产线上对产品的颜色进行监测及控制，这种连续大批量生产对颜色质量的要求比较高，通常带有高度重复性。在线式分光测色仪可以很好的完成这些工作，并大幅提高生产效率和生产的自动化程度。在线式颜色测量是指在印染车间生产线上，对产品的颜色进行测量。在线式分光测色仪将光学仪器和计算机的快速性、可靠性、结果的可重复性，与人类视觉的高度智能化和抽象能力充分相结合。在线测量可以实时监控生产线上产品的质量情况，不仅有利于减少生产浪费，而且可有效提高生产效率。

由于产品随着生产线连续运动，在线式分光测色仪在进行颜色测量时，被测物与测量仪器需保持一定的距离，属于非接触测量。在国际照明委员会（CIE）规定的四种测量反射色的标准照明和观测条件中，积分球照明的条件在这里不再适用，45/0或0/45的照明和观测条件更适合用于在线非接触式测量，其中45/0条件更为常用。45/0是指，样品被一束或多束光照明，照明光束的轴线与样品表面的法线成45°±5°，观测方向和样品表面的法线间的夹角不超过10°，照明光束的任一光线与其轴线间的夹角不应该超过5°。传统45/0条件采用一个或几个方向照明，如果样品纹理具有方向性，则测量结果和仪器与样品纹理摆放方向具有很大关系，因而容易发生测量重复性差的现象。与传统45°照明相比，45°环形照明，在整个圆周上以45°对样品进行照明，照明更均匀，这种照明方式将样品纹理对测量的影响最小化，增加测量结果稳定性。

在线测量环境复杂，生产线的水平运动难免会导致被测物的上下抖动，而被测物体的抖动将对测量结果产生严重影响。被测物与仪器的距离变化会直接影响进入分光测色仪的光能量大小，因此引起测量误差。所以在线式分光测色仪要采取一定的距离补偿措施。如果不能通过机械措施减少被测物体的抖动，则只能通过增大仪器测量距离范围来保持测量结果的准确性。

与本发明最为接近的已有技术，是天津大学陈兴梧等人在《计量学报》1997年18卷第5期150-155页发表的《纺织品颜色的在线测量》。系统采用CIE规定的45/0照明和观测条件。如图1所示，该系统包括：脉冲氙灯1，毛玻璃2，光阑3，椭球面环形反射镜4，被测样品5，聚光透镜6，转向反射镜7，光纤8。

毛玻璃2下表面中心和被测样品5中心分别位于椭球面环形反射镜4的两个焦点上。由脉冲氙灯1发出的高强度短持续时间的脉冲光，经过毛玻璃2漫透射作用，再经过光阑3，以45°±5°角射至椭球面环形反射镜4的光束，又以45°±5°角射向被测样品5形成照明光束。经样品漫反射，垂直于样品方向的反射光由聚光透镜6和转向反射镜7汇聚于光纤8的入口处，再经过光纤8传至光谱仪，即可获得样品的光谱信息。装置中还采用两个接收器来探测脉冲氙灯每次闪光时的光强度和光谱仪谱面附近的杂散光，以便对结果进行修正。

该系统的缺点是，一旦被测物离开椭圆焦点，被测物上照明光能量分布将发生很大改变，被测物体的抖动将对测量结果产生严重影响，该系统无法用于被测物上下抖动的情形。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于在线式分光测色仪的45度环形照明装置，该装置可以满足在线颜色测量中均匀照明和补偿被测物抖动引发的测量误差要求。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

用于在线式分光测色仪的45度环形照明装置，该装置包括：脉冲氙灯、毛玻璃、毛玻璃光阑、透镜组、反射棱镜和样品测量支路光纤；该装置还包括：第一筒形光阑、第二筒形光阑、平板光阑和柱面环形反射镜，脉冲氙灯发出的高强度脉冲光，照射到毛玻璃上，毛玻璃对入射光起到漫透射作用，通过毛玻璃光阑限制入射光的尺寸，以近似余弦分布向外辐射，经过第一筒形光阑、第二筒形光阑和平板光阑的遮挡，形成与毛玻璃法线成45°±5°角的光照射到柱面环形反射镜上，经柱面环形反射镜反射后又以与被测物法线成45°±5°角射向被测物形成环形照明光束；照明光束经被测物漫反射，被测物法线附近的反射光被透镜组收集，经过反射棱镜转向，由样品测量支路光纤采集，即获得被测物的光谱信息。

本发明的有益效果是：被测物与照明装置下边缘保持一定的距离，属于非接触测量，特别适合于在线式颜色测量；与传统45°照明相比，45°环形照明，在整个圆周上以45°对被测物进行照明，照明更均匀，这种照明方式将被测物纹理对测量的影响最小化，增加测量结果稳定性；测量被测物同时对脉冲氙灯光强进行监测，去除光源闪光能量波动对测量产生的影响；照明装置模块化，光纤接口标准化，便于与通用的光纤光谱仪连接；采用柱面反射镜的环形照明，与收集平行光的透镜组组合，使得被测物在一定范围内上下抖动，光纤收集到的光能量变化极小，因此可以将被测物抖动带来的测量误差最小化。

附图说明

图1现有技术中照明装置的结构示意图。

图2本发明用于在线式分光测色仪的45度环形照明装置的实施例图。

图3本发明用于在线式分光测色仪的45度环形照明装置反射棱镜结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图2所示，一种用于在线式分光测色仪的45度环形照明装置，包括：光源箱体9，基板10，照明箱体11，脉冲氙灯触发模块12，脉冲氙灯13，滤光片14，滤光片基座15，毛玻璃16，毛玻璃光阑17，第一筒形光阑18，第二筒形光阑19，平板光阑20，柱面环形反射镜21，玻璃板22，被测物23，透镜组24，反射棱镜25，光纤筒26，样品测量支路光纤27，光源监测支路反射镜28，光源监测支路光纤29。

光源箱体9和照明箱体11分别安装在基板10的上下端。

光源箱体9中安装有脉冲氙灯触发模块12，脉冲氙灯13，滤光片14，光源监测支路反射镜28，光源监测支路光纤29。滤光片14通过滤光片基座15固定在脉冲氙灯13上，脉冲氙灯13与脉冲氙灯触发模块12连接，脉冲氙灯触发模块12和光源监测支路光纤27安装在光源箱体9上，光源监测支路反射镜28安装在基板10上表面。毛玻璃16安装在基板10中，基板10下端有固定大小的孔作为毛玻璃光阑17。

照明箱体11中安装有第一筒形光阑18，第二筒形光阑19，平板光阑20，柱面环形反射镜21，玻璃板22，透镜组24，反射棱镜25，样品测量支路光纤27，光纤筒26。脉冲氙灯13，滤光片14，毛玻璃16，毛玻璃光阑17，第一筒形光阑18，第二筒形光阑19，平板光阑20，柱面环形反射镜21，玻璃板22，被测物23，透镜组24，各部件中心都在一个光轴上。第二筒形光阑19安装在反射棱镜25上表面，反射棱镜25，透镜组24，安装在镜筒30上。镜筒30和平板光阑20，由筒形支架31固定在基板10上，其中筒形支架31开有第一筒形光阑18。柱面环形反射镜21，样品测量支路光纤27，光纤筒26，玻璃板22安装在照明箱体11中。

光源箱体9内表面，基板10的上下端面，照明箱体11内表面，第二筒形光阑19表面，筒形支架31表面，平板光阑20表面，光纤筒26内外表面，镜筒30内表面，都需要涂黑，以吸收杂散光。

光纤均采用标准SMA905连接器固定。

所述样品测量支路光纤27入口端面与透镜组24焦平面重合。

脉冲氙灯13采用美国埃赛力达（Excelitas）公司的内置反射镜的罐状脉冲氙灯，脉冲氙灯触发模块采用该公司配套的触发模块。

玻璃板22的作用是将光学系统与外界环境隔离，防止外界污染物将光学系统污染。

图3所示，反射棱镜25，采用K9光学玻璃，上表面25-a和斜面25-b镀反射膜。

脉冲氙灯13发出的高强度脉冲光，经过滤光片14滤掉不需要的光谱，照射到毛玻璃16上，毛玻璃16对入射光起到漫透射作用，毛玻璃光阑17起限制毛玻璃16有效尺寸的作用，透过毛玻璃16的光，以近似余弦分布向外辐射，由于第一筒形光阑18和第二筒形光阑19的遮挡，只有与毛玻璃16法线成45°±5°角的光照射到柱面环形反射镜21上，经柱面环形反射镜21反射后又以与被测物法线成45°±5°角射向被测物23形成环形照明光束。照明光束经被测物漫反射，被测物23法线附近的反射光被透镜组24收集，经过反射棱镜25转向，汇聚于被测物测量支路光纤27入口处，由光纤传至样品测量支路光谱仪，即可获得被测物的光谱信息。同时，脉冲氙灯13发出的高强度脉冲光，经过滤光片14后，部分光照射到光源监测支路反射镜28上，经反射镜转向，照射到光源监测支路光纤29入口处，由光纤传至光源监测支路光谱仪，即可获得光源的光谱信息，监测每次脉冲氙灯13闪光时光能量的变化以去除光源闪光能量波动对测量产生的影响。

平板光阑20的作用是防止照明光束从光源直接照射或通过其他路径照射到被测物上，以保证45°环形照明。

反射棱镜25上表面镀有反射膜，其作用是，将毛玻璃16法线附近的透射光再次反射到毛玻璃16上，这部分光会发生漫反射，部分漫反射光再次射向柱面环形反射镜21，最终增加照射到柱面环形反射镜21上的光强。

样品测量支路光纤筒26的作用是，防止照明光束或其他杂散光直接入射到样品测量支路光纤27上，以保证只有经过透镜组24的被测物反射光可以照射到光纤入口。

样品测量支路光纤27入口端面与透镜组24焦平面重合，保证光纤收集到的光是物体发出的平行光，而平行光传播能量与距离无关，这样只要被测物23反射光强不变，即使被测物23位置发生抖动时，光纤收集到的能量也是不变的。

与采用椭球面环形反射镜4相比，采用毛玻璃16和柱面环形反射镜21的环形照明使得被测物23在一定范围内上下抖动时，被测物23接收到的照明光能量变化极小。

Claims (9)

1.用于在线式分光测色仪的45度环形照明装置，该装置包括：脉冲氙灯、毛玻璃、毛玻璃光阑、透镜组、反射棱镜和样品测量支路光纤；其特征在于，该装置还包括：第一筒形光阑、第二筒形光阑、平板光阑和柱面环形反射镜，所述脉冲氙灯、毛玻璃、毛玻璃光阑、第一筒形光阑、第二筒形光阑、平板光阑、柱面环形反射镜、玻璃板、被测物和透镜组的中心都在一个光轴上；所述脉冲氙灯发出的高强度脉冲光，照射到毛玻璃上，毛玻璃对入射光起到漫透射作用，通过毛玻璃光阑限制入射光的尺寸，以近似余弦分布向外辐射，经过第一筒形光阑、第二筒形光阑和平板光阑的遮挡，形成与毛玻璃法线成45°±5°角的光照射到柱面环形反射镜上，经柱面环形反射镜反射后又以与被测物法线成45°±5°角射向被测物形成环形照明光束；照明光束经被测物漫反射，被测物法线附近的反射光被透镜组收集，经过反射棱镜转向，由样品测量支路光纤采集，即获得被测物的光谱信息。

2.如权利要求1所述的用于在线式分光测色仪的45度环形照明装置，其特征在于，该装置还包括：滤光片、光源监测支路反射镜和光源监测支路光纤；所述脉冲氙灯发出的高强度脉冲光，经过滤光片后，部分光照射到光源监测支路反射镜上，经其转向，由光源监测支路光纤采集，即获得光源的光谱信息。

3.如权利要求1或2所述的用于在线式分光测色仪的45度环形照明装置，其特征在于，所述的脉冲氙灯、滤光片、毛玻璃、毛玻璃光阑、第一筒形光阑、第二筒形光阑、平板光阑、柱面环形反射镜、被测物和透镜组的旋转对称轴都在一条轴线上。

4.如权利要求1或2所述的用于在线式分光测色仪的45度环形照明装置，其特征在于，该装置还包括：光源箱体、基板和照明箱体；所述光源箱体和照明箱体固定在基板上。

5.如权利要求4所述的用于在线式分光测色仪的45度环形照明装置，其特征在于，所述脉冲氙灯、毛玻璃、滤光片、光源监测支路反射镜和光源监测支路光纤固定在光源箱体内；透镜组、反射棱镜、样品测量支路光纤、第一筒形光阑、第二筒形光阑、平板光阑和柱面环形反射镜固定在照明箱体；毛玻璃光阑在基板上制作而成。

6.如权利要求5所述的用于在线式分光测色仪的45度环形照明装置，其特征在于，所述的光源箱体内表面、基板的上下端面、照明箱体内表面、第二筒形光阑表面和平板光阑表面都需要涂黑处理。

7.如权利要求1所述的用于在线式分光测色仪的45度环形照明装置，其特征在于，所述的反射棱镜上表面和斜面均镀有反射膜。

8.如权利要求1或2所述的用于在线式分光测色仪的45度环形照明装置，其特征在于，所述的样品测量支路光纤入口端面与透镜组焦平面重合。

9.如权利要求1所述的用于在线式分光测色仪的45度环形照明装置，其特征在于，所述的环形反射镜为柱面，用铝加工而成，内表面抛光。