CN105372184A - 一种自动检测光柱镭射纸光柱倾斜角度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动检测光柱镭射纸光柱倾斜角度的方法，采用自动检测系统，在测量平台上放置并固定待测光柱镭射纸张；在计算机的控制模块中设定颜色测量仪器在测量平台上水平方向的相邻测量点间距，测量点数量和沿垂直方向的测量点间的行间距；读取被测样品在不同位置的颜色信息；确定两行测量点中每行采样点数据在L*值、a*值或b*值最大或最小处所对应的两个距离最近的采样点的编号；由此计算光柱需旋转的角度α；手动旋转测量纸张或由计算机发出指令驱动平台旋转α角度，从而带动光柱镭射纸张随平台一起旋转。使得在进行光柱镭射纸质量检测时，可以将所有待测样品统一定位到光柱镭射纸相对应的位置进行采样、比较，从而提高测量精度。

Description

一种自动检测光柱镭射纸光柱倾斜角度的方法

技术领域

本发明涉及一种自动检测光柱镭射纸光柱倾斜角度的方法，用于自动测量镭射纸的光柱与颜色测量平台(即颜色测量仪器)间的夹角。通过搭建的专用镭射纸张颜色测量平台，可固定颜色测量仪器和待测纸张的位置，通过颜色测量仪器采集到测量点的颜色值，计算出光柱镭射纸张的光柱与颜色测量平台(即颜色测量仪器)间的相对倾斜角度，同时可识别光柱镭射纸张的光柱周期，从而实现镭射纸张光柱倾斜角度的自动检测。旋转测量平台，校正角度，使得在进行光柱镭射纸标样和测试样的质量检测时，将所有待测样品统一定位到光柱镭射纸相对应的位置进行采样、比对、分析。

背景技术

在对光柱镭射纸进行颜色测量时，由于镭射纸的亮彩虹效果，采用普通的印刷品颜色测量方法会带来较大的测量误差。陈华培等人提出了一种光柱镭射纸的颜色测量方法(CN103575399B)，提出需在保持分光光度计测量光孔平面与测量纸基平面夹角不变的基础上进行标样和测试样垂直光柱方向和沿着光柱方向不同位置的色差比较，但这种方法需要人工操作，同时需要判定镭射纸的光柱位置，不适合大样本数据采集。黄敏等人提出了一种光柱镭射纸张颜色和光柱质量自动检测系统(CN204373781U)，该系统可实现光柱镭射纸的颜色自动测量。但在实际测量时，由于纸张的裁切误差或者纸张本身的质量问题，将标样和测试样放置在测量平台上时，纸张的光柱与测量平台(即测量仪器)的夹角并不能做到绝对的平行或垂直，这会对颜色色度值的测量、比较产生影响。目前对光柱纸张和测量仪器相对夹角主要依据视觉评判和人为操作，工作效率较低，同时容易引起人为操作误差。

发明内容

本发明的目的在于确定一种方法，用于自动检测光柱镭射纸张的光柱与测量平台(即颜色测量仪器)间的相对倾斜角度，保证仪器测量方向与纸张的光柱方向垂直，从而更加精确地进行后续质量评价，提高测量精度。通过本方法可以较为精确地判断光柱在镭射纸张上的具体位置和纸张光柱与测量平台(或测量仪器)间的相对夹角，进而旋转光柱镭射纸，将纸张的光柱方向与测量平台保持平行(或垂直)进行颜色测量。该方法可实现将所有待测样品统一定位到光柱镭射纸相对应的位置进行采样、比对、分析，在保证测量数据准确的同时，可保证标样和测试样的颜色色度值具有可比性。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种自动检测镭射纸张光柱倾斜角度的方法，包括如下步骤：

(1)采用颜色测量自动检测系统，在测量平台上放置并固定待测光柱镭射纸张；

(2)在计算机的控制模块中设定颜色测量仪器在测量平台上水平方向的相邻测量点间距s，测量点数量n和沿垂直方向的测量点间的行间距h；

(3)通过计算机自动控制颜色测量仪器沿着测量平台水平方向X和垂直方向Y的位移、定位和测量，读取被测样品在不同位置的颜色信息；且垂直方向至少采集两行测量点，每行采集相同数量的数据，且起始位置在同一垂直方向上；

(4)由计算机的数据分析模块对仪器测量得到的光柱镭射纸张在测量平台X水平方向的颜色色度值进行分析计算，确定两行测量点中每行采样点数据在L*值或a*值或b*值最大或最小处所对应的两个距离最近的采样点的编号a和b；

(5)由点间距、行间距和两个采样点的编号计算光柱需旋转的角度；

(6)手动调整需旋转的角度，或自动驱动测量平台旋转α角度，从而带动光柱镭射纸张随平台一起旋转α角度。

步骤(1)中，颜色测量自动检测系统主要由定位传感器、颜色测量仪器、控制执行装置、测量平台和计算机等组成，所述的颜色测量仪器设置于测量平台的上方，所述的颜色测量仪器与控制执行装置相连接，所述的颜色测量仪器与控制执行装置分别与计算机相连接；所述的定位传感器设置于颜色测量仪器的上方，分别与颜色测量装置和计算机相连接。

所述的颜色测量仪器为漫反射式分光光度计，相应地，颜色测量仪器控制执行装置为分光光度计控制执行装置。

所述的颜色测量仪器可为积分球式分光光度计，测量条件为D65光源，照明与观察几何条件为d/8(漫反射光照明，偏离法线方向8°视角探测)，CIE1964标准观察者，SCI(包含镜面反射)。

步骤(2)中，在计算机的控制模块中设定颜色测量仪器在测量平台上水平方向的相邻测量点间距s，测量点数量n和沿垂直方向的测量点间的行间距h。

步骤(3)中，计算机自动控制颜色测量仪器根据步骤(2)中设定的参数进行测量，读取光柱镭射纸对应位置样品颜色的色度值。垂直方向至少采集两行测量点，这两行采集相同数量的数据，同时起始位置相同。

颜色测量仪器可沿着测试平台在X水平方向、Y垂直方向移动，在计算机软件操作界面可输入设定的颜色测量仪器在X、Y方向的测量点个数n、点间距s和行间距h，(n-1)×s×h小于测量平台的有效测量范围。如图2所示，两行圆点代表采样点，实线表示镭射纸张的光柱。假设测量精度β为所能检测出的镭射纸张的最小倾斜角度，则点间距s、行间距h以及测量精度β三者之间满足关系式：

$h=\frac{s}{tan\mathrm{\β}}$

步骤(4)中，由计算机的数据分析模块对仪器测量得到的光柱镭射纸张在测量平台X水平方向的颜色色度值进行分析计算，选择每行采样点数据在L^*值(或a^*值、b^*值)最大(或最小)处所对应的采样点编号，且这两个编号应该相邻近。如图1所示，第二行采样点编号b与第一行采样点编号a相邻近。

步骤(5)中，光柱需旋转的角度α、点间距s和行间距h满足关系式：

$\mathrm{\α}=arctan\frac{|a-b|\×s}{h}$

若采样点编号a>b，则光柱镭射纸张需要逆时针旋转α度进行校正，反之，若采样点编号a<b，则需顺时针旋转α度进行校正。

根据采样数据确定两行采样点中哪两个采样点位置最近，当采样点b与采样点a最接近时，即|a-b|<|b-c|时，由此可计算出正确的旋转角度。但当镭射纸光柱倾斜到较大角度时，采样点编号b与采样点编号c接近，而实际光柱方向为采样点a与b连线的方向，故由此方法计算出的旋转角度方向与实际不符。因此，本方法存在允许光柱最大的旋转角度，即当采样点b位于采样点a和采样点c之间时，构成等腰三角形△abc。假设最大允许的旋转角度为θ度，则满足关系式：

$tan\mathrm{\&theta;}=\frac{d}{2hcos\mathrm{\&theta;}};$

为了保证两行采样点数据中至少有一行包括两个L^*值(或a^*值、b*值)最大(或最小)处的采样点，则每行采样点数量n满足关系式：

$(n-1)s\&GreaterEqual;\frac{3d}{2cos\mathrm{\&theta;}},(n\&Element;N^{*})$

步骤(6)中，在自动驱动测量平台旋转时，可采用测量平台控制执行装置来实现，计算机通过测量平台控制执行装置与测量平台相连接。计算机根据步骤(5)计算出的倾斜角度以及旋转方向，由计算机发出指令信号驱动旋转平台顺(逆)时针带动固定在平台上的光柱镭射纸旋转。

由于平台绕中心旋转，该旋转中心也是两行采样点所围区域的中心，故镭射纸的光柱与旋转中心O的垂直距离保持不变，如图3所示。假设旋转中心O与起始位置垂直方向的水平距离为x，则x＝(n-1)×s/2，垂直距离为y，y＝h/2，镭射纸的光柱与旋转中心O的垂直距离l满足关系式：l＝(x-y×tanα)×cosα；由此可知光柱在镭射纸张上的具体位置，使得在进行光柱镭射纸质量检测时，可以将所有待测样品统一定位到光柱镭射纸相对应的位置进行采样，以保证测量的准确性和测量数据具有可比性。

进一步地，通过步骤(4)中由计算机的数据分析模块对仪器测量得到的光柱镭射纸张在测量平台X水平方向的颜色色度值进行分析计算，同一行测量点中采样点数据在L^*值或a^*值或b^*值最大或最小处所对应的相邻两个采样点编号a和采样点编号c，还可计算出镭射纸张的实际光柱周期d，应满足关系式：d＝s×|a-c|×cosα。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明能自动检测光柱镭射纸张的光柱与颜色测量仪器测量方向之间的相对倾斜角度，手动旋转测量纸张或自动旋转测量平台，校正角度，尽可能保证测量方向与光柱方向垂直(或水平)，使得在进行光柱镭射纸质量检测时，可以将所有待测样品统一定位到光柱镭射纸相对应的位置进行采样、比较，从而提高测量精度。

下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

附图说明

图1是颜色测量自动测量系统结构示意图。

图2是镭射纸光柱倾斜角度检测原理示意图。

图3，图4是光柱镭射纸旋转后光柱定位原理示意图。

图5-1是在有效偏转角度范围内测量各采样点L*值变化曲线。

图5-2是超出最大允许旋转角度各采样点L*值变化曲线。

图6是增大采样点间距情况下各采样点L*值变化曲线。

具体实施方式

本发明首先需要确定颜色测量仪器在不同测量位置的采样和位移，由本发明测量系统精确控制颜色测量仪器在光柱镭射纸样品上的测量点位置，使颜色测量仪器分别沿着X、Y方向按一定步长进行测量，自动测量纸张上各点的颜色值。并分析计算出光柱镭射纸张的光柱与颜色测量仪器的测量方向之间的相对倾斜角度，尽可能确保测量方向与光柱方向垂直(或水平)。

下面结合附图实施例，对本发明做进一步描述。

如图1所示，本发明采用的颜色测量自动检测装置，包括计算机、测量平台，测量平台上设置分光光度计；分光光度计上方设置定位传感器；计算机包括控制模块、传感器信号处理模块、图像分析模块、数据分析模块；控制模块通过接口电路电联接分光光度计控制执行装置，分光光度计控制执行装置连接分光光度计；传感器信号处理模块与定位传感器电联接，定位传感器与分光光度计相连接，分光光度计与图像分析模块和数据分析模块电联接。控制执行装置可带动分光光度计进行水平位移，分光光度计与样品之间的相对垂直位置是固定的。

自动检测系统中，计算机包括控制模块、传感器信号处理模块、图像分析模块和数据分析模块等；颜色测量仪器的控制执行装置通过接口电路与计算机的控制模块电联接，控制执行装置带动颜色测量仪器进行水平(面)位移(颜色测量仪器与样品之间的相对垂直位置是固定的)；定位传感器与传感器信号处理模块电联接，所述的颜色测量仪器与图像分析模块和数据分析模块电联接。

在需要自动驱动测量平台旋转时，可在计算机和测量平台之间连接控制执行装置，根据计算出的倾斜角度以及旋转方向，由计算机发出指令信号驱动旋转平台顺(逆)时针带动固定在平台上的光柱镭射纸旋转。

以X-RiteSP64积分球式分光光度计进行测量为例。需要说明的是，本发明并不局限于该系列分光光度计，本方法适用于不同的专业级反射式分光光度计。

确定和调整光柱镭射纸张的光柱与颜色测量仪器的测量方向之间的相对倾斜角度的方法，具体步骤如下：

(1)将分光光度计和光柱镭射纸样品固定在专用测量平台上。计算机中的控制模块通过接口电路指令分光光度计控制执行装置，用于精确控制分光光度计分别在X、Y方向的位移。

(2)在计算机数据分析模块的软件操作界面输入分光光度计在水平X方向、在垂直Y方向的位移步长和采样点数量，采样尺寸在测量平台的有效测量范围内即可。一般建议在纸张的X方向(即垂直光柱方向)根据需要尽可能多的均匀采样。

(3)如图4所示，选定测量精度为1度，每行采样点数量为32个，相邻采样点间距为2.5mm，则两行采样点的行间距为2.5mm÷tan1°＝143.22mm。

(4)由分光光度计控制执行装置精确控制分光光度计，分别在X、Y方向的位移步长，实现分光光度计的定位、测量，读取镭射纸张样品不同测量位置的颜色值。

(5)由计算机的数据分析模块对仪器测量得到的光柱镭射纸张在水平方向X两行的颜色色度值进行分析计算，得出镭射纸光柱方向与测量方向之间的角度，如图5-1所示。可见第一行的第4号采样点与第二行的第8号采样点相邻近，可得光柱方向与测量方向的夹角

且4<8，因此要顺时针旋转4度以校正。同时可见，对于第二行采样点，第8个采样点与第27个采样点恰好构成周期性循环，即L*值都达到最小，由此还可计算出镭射纸的实际光柱周期

d＝2.5mm×|8-27|×cos4°＝47.4mm。

(6)由此可知在放置光柱镭射纸张时，允许光柱与颜色测量仪器的测量方向之间的最大相对倾斜角度

当夹角大于9.5度时，此方法不适用。若将夹角调整为11度，各行采样点的L*值色度数据变化曲线如图5-2所示。可见第一行的第25号采样点与第二行的第17号采样点相邻近，由此计算出的夹角

显然这并不是实际的角度。而在实际操作过程中，当镭射纸光柱方向与测量方向倾斜到11度时，人眼能够发现，所以在步骤(1)中应尽量将光柱镭射纸摆放好，使得与测量方向夹角尽可能小，以使用此方法进行角度微调校正。

(7)在实际操作中考虑到耗时问题，可增大采样点距离，若选定点距为3mm，而每行采样点数量至少应为

设定每行采样点为27个，则行间距为3mm/tan1°＝171.87mm，各行采样点的L*值色度数据变化曲线如图6所示。

同理，第一行的第8号采样点与第二行的第12号采样点相邻近，可计算出光柱方向与测量方向的夹角

且8<12，因此要顺时针旋转4度以校正。

手动顺时针旋转4度，或自动驱动测量平台旋转4角，从而带动光柱镭射纸张随平台一起旋转4角。

本方法可在镭射纸测量过程中将点间距、行间距、采样点数量、测量精度、镭射纸光柱周期、允许最大旋转角度等参数，通过关系式相互联系和转换。在操作过程中，可根据实际要求，修改参数数值，在保证测量精度的同时兼顾到了检测效率。

本发明采用镭射纸张颜色测量平台，可固定颜色测量仪器和待测纸张的位置，通过颜色测量系统的控制模块设定颜色测量仪器在纸张不同方向和不同位置的采样点数量，采样点间隔等参数，采集到测量点的颜色值。通过颜色测量系统的计算模块计算出光柱镭射纸张的光柱与颜色测量平台(即颜色测量仪器)间的相对倾斜角度。手动旋转测量纸张或通过颜色测量系统发送指令驱动测量平台带动测量纸张旋转，校正角度。使得在进行光柱镭射纸标样和测试样的质量检测时，颜色测量仪器与纸张的夹角保持一致，从而实现待测样品与标样色差的一一对应比对和分析。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制；任何熟悉本专业的技术人员，可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是，凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种自动检测镭射纸张光柱倾斜角度的方法，包括如下步骤：

(1)采用颜色测量自动检测系统，在测量平台上放置并固定待测光柱镭射纸张；

(2)在计算机的控制模块中设定颜色测量仪器在测量平台上水平方向的相邻测量点间距，测量点数量和沿垂直方向的测量点间的行间距；

(3)通过计算机自动控制颜色测量仪器沿着测量平台水平方向和垂直方向的位移、定位和测量，读取被测样品在不同位置的颜色信息；至少采集两行测量点，每行采集相同数量的数据，且起始位置在同一垂直方向上；

(4)由计算机的数据分析模块对仪器测量得到的光柱镭射纸张在测量平台水平方向的颜色色度值进行分析计算，确定两行测量点中每行采样点数据在L*值、a*值或b*值最大或最小处所对应的两个距离最近的采样点的编号；

(5)由点间距、行间距和两个采样点的编号计算光柱需旋转的角度α；

(6)手动调整需旋转的角度，或自动驱动测量平台旋转α角度，从而带动光柱镭射纸张随平台一起旋转α角度。

2.根据权利要求1所述的自动检测镭射纸张光柱倾斜角度的方法，其特征在于：所述的颜色测量自动检测系统主要由定位传感器、颜色测量仪器、控制执行装置、测量平台和计算机等组成，所述的颜色测量仪器设置于测量平台的上方，所述的颜色测量仪器与控制执行装置相连接，所述的颜色测量仪器与控制执行装置分别与计算机相连接；所述的定位传感器设置于颜色测量仪器的上方，分别与颜色测量装置和计算机相连接。

3.根据权利要求2所述的自动检测镭射纸张光柱倾斜角度的方法，其特征在于：所述的颜色测量仪器为漫反射式分光光度计。

4.根据权利要求3所述的自动检测镭射纸张光柱倾斜角度的方法，其特征在于：所述的颜色测量仪器为积分球式分光光度计，测量条件为D65光源，照明与观察几何条件为漫反射光照明，偏离法线方向8°视角探测，CIE1964标准观察者，包含镜面反射。

5.根据权利要求2所述的自动检测镭射纸张光柱倾斜角度的方法，其特征在于：所述的计算机通过控制执行装置与测量平台相连接。

6.根据权利要求1所述的自动检测镭射纸张光柱倾斜角度的方法，其特征在于：光柱需旋转的角度与点间距和行间距之间满足关系式：

$\mathrm{\&alpha;}=arctan\frac{|a-b|\&times;s}{h}$

其中α为光柱需旋转的角度，s为点间距，h为行间距，a、b为两行测量点中每行采样点数据在L*值、a*值或b*值最大或最小处所对应的两个距离最近的采样点的编号。

7.根据权利要求6所述的自动检测镭射纸张光柱倾斜角度的方法，其特征在于：当采样点编号a>b时，光柱镭射纸张要逆时针旋转α度进行校正；当采样点编号a<b时，则顺时针旋转α度进行校正。

8.根据权利要求1所述的自动检测镭射纸张光柱倾斜角度的方法，其特征在于：由计算机的数据分析模块对仪器测量得到的光柱镭射纸张在测量平台水平方向的颜色色度值进行分析计算，由同一行测量点中采样点数据在L^*值、a^*值或b^*值最大或最小处所对应的相邻两个采样点编号，及光柱需旋转的角度和点间距，计算镭射纸张的实际光柱周期。

9.根据权利要求8所述的自动检测镭射纸张光柱倾斜角度的方法，其特征在于：镭射纸张的实际光柱周期的计算公式为：

d＝s×|a-c|×cosα

其中，d为镭射纸张的实际光柱周期，α为光柱需旋转的角度，s为点间距，a、c为同一行测量点中采样点数据在L^*值、a^*值或b^*值最大或最小处所对应的相邻两个采样点编号。