CN111721415A - 基于环境变化实现自动补偿准确测量颜色的测色仪及测色方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了基于环境变化实现自动补偿准确测量颜色的测色仪及测色方法，通过设置温度检测模块和湿度检测模块，测色仪在出厂调试校正时将各种温度和湿度条件下零位校正和白板校正数据写入仪器，使得仪器在测试样品时，仪器能够根据当前环境的温度和湿度及时调整零位校正数据和白板校正数据，使测试色度数据更加准确。该发明方法提高了测色仪的测试准确性；避免了传统测色仪需要频繁校正仪器以保证数据准确性的弊端；在环境波动比较大的产品线和高速流水线，也可以使用测色仪进行准确测色，大大拓展了测色仪的使用领域；在一定程度上，测色仪可以不用配置零位校正板和标准白板，就可以保证测色仪测试准确率，大大节约了成本。

Description

基于环境变化实现自动补偿准确测量颜色的测色仪及测色 方法
技术领域
本发明涉及测色仪及测色方法技术领域，尤其涉及一种基于环境变化实现自动补偿准确测量颜色的测色仪及测色方法。
背景技术
已知的测色仪是一种模拟人眼观察颜色，并给出结果的客观的测量颜色的仪器，从实现原理上，有三刺激值光电积分型测色仪和分光测色仪两种。测色仪广泛应用于塑胶、印刷、油漆油墨、纺织服装等行业的颜色管理领域，根据CIE色空间的原理，测量显示出被测样品的三刺激数值X、Y、Z，进而计算出L*a*b*、色差等色度指数。测色仪是集电子、软件、光学、机械等于一体的精密仪器，测色仪必须有光源、光电探测器、信号处理系统等，其中光源、光电探测器、电子系统容易受到周围环境变化影响，从而导致测试数据的精准性变差。
现有技术中的测色仪，通常在仪器预热的时候需要进行零位校正和白板校正，同时要求在测试被测样品的过程中，保证测试环境和校正时保持一致，只有这样才能保证测试数据的精准性。测色仪在测试过程中，如果环境发生变化，测试数据一定会发生偏差，但是测色仪是无法识别的。为了避免出现这种情况，测色仪生产厂家通产建议用户对测色仪测试条件进行严格限制，比如温度、湿度等保持恒定，并且要频繁校正测色仪，以保证测试环境的稳定。
测色仪应用广泛，应用场景也有很多，比如对检测效率要求高、温度不太恒定的产品线和自动化流水线连续测试，目前的测色仪基本是无法满足用户需求的。频繁校正仪器以保证测色仪的精准性，对客户来说是不合理的，存在设计缺陷。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于环境变化实现自动补偿准确测量颜色的测色仪及测色方法，以保证测色仪测量颜色的精准性。
于是，本发明提供了一种基于环境变化实现自动补偿准确测量颜色的测色仪，包括显示模块、与显示模块相连的主控制系统、与主控制系统相连的探测器和照明系统，与照明系统相连的光路系统、和与光路系统相连的测试探头，所述光路系统上方与探测器相连，其特征在于，还包括：分别与主控制系统相连的温度检测模块和湿度检测模块，所述温度检测模块用来实时检测环境温度，所述湿度检测模块用来实时检测环境湿度。
所述温度检测模块和湿度检测模块集合而成。
所显示模块包括显示屏，所述主控制系统包括主控制板，所述测色仪配置有零位校正板和标准白板。
所述测色仪配置有零位校正板和标准白板。
所述照明系统位于光路系统下方，包括积分球和照明用的光源，所述积分球底部为积分球测量口并与测试探头相接，所述积分球上部开设有积分球出光口并与光路系统相对，所述积分球的右侧开设有积分球入光口，积分球入光口右侧凸出部为照明用的光源并通过线路与主控制系统相连。
所述光路系统位于探测器下方，将照明系统照明用的光源的光经过匀化，按照特定的几何角度通过测试探头照明被测样品，同时将携带了被测样品色度信息的光信号进行耦合处理，并将光信号传递给探测器，由探测器探测光信号并传递给主控制系统。
所述湿度检测模块测试精准度大于等于3％，所述温度检测模块检测精准度大于等于正/负0.3摄氏度。
一种基于环境变化实现自动补偿准确测量颜色的方法，包括如下步骤：
(1)读取当前环境温度、湿度，并判定环境温度、湿度是否在设定范围内，如在设定范围内，则采集待测样品数据，根据当前温度、湿度条件，计算校正修正系数，进一步计算得到当前环境下零位、白板校正数据；如不在设定范围内，则进行零位校正与白板校正后，再采集待测样品数据，计算得到当前环境下零位、白板校正数据；
(2)根据当前环境下零位、白板校正数据，计算待测样品在当前环境下的色度数据，两者进行比对，并通过对比法求出待测样品的反射率，即可求出其他色度指标数据。
所述湿度检测数据采集从相对湿度5％RH开始，间隔5％RH，到95％RH结束(即，5％，10％，15％……,95％)，所述温度检测数据采集从1摄氏度开始，间隔2摄氏度，到41摄氏度结束(即，1摄氏度，4摄氏度，7摄氏度……,41摄氏度)。
所述湿度检测数据和温度检测数据用三次拟合曲面方式预测修正系数。
本发明的实现方法是增加了所述环境温度检测模块和湿度检测模块，当环境发生变化时，温度检测模块和湿度检测模块会将当前的环境状态实时检测并传递给所述主控制系统，主控制系统根据当前的温度和湿度选择对应的零位校正和白板校正参数，从而确保当前被测样品相对色度数据准确。
本发明的优点：
其一、当环境条件发生变化时，尤其是湿度、温度变化时，测色仪的测试数据仍然是准确的；其二、避免传统测色仪需要频繁校正数据以确保数据准确的流程，方便了客户操作，提高了效率；其三、大大拓宽了测色仪的使用环境，比如可应用在温度、湿度波动比较大的产品线检验和自动化流水线检测。
附图说明
图1为本发明所述测色仪模块架构图；
图2为本发明测色仪结构示意图；
图3为本发明仪器出厂前校正流程；
图4这本发吸仪器测试样品流程；
图中标记：1、显示屏；2、主控制板；3、光源；4、测试探头；41、测试探头口；5、待测样品；6、标准白板；7、零位校正板；71、零位校正板进光口；8、积分球；81、积分球测量口；82、积分球入光口；83、积分球出光口；9、光路系统；10、探测器；11、温度检测模块；12、湿度检测模块。
具体实施方式
下面，结合附图对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明提供了一种基于环境变化实现自动补偿准确测量颜色的测色仪，包括显示模块、与显示模块相连的主控制系统、与主控制系统相连的探测器10和照明系统，与照明系统相连的光路系统9、和与光路系统9相连的测试探头4，所述光路系统9上方与探测器10相连，其特征在于，还包括：分别与主控制系统相连的温度检测模块11和湿度检测模块12，所述温度检测模块11用来实时检测环境温度，所述湿度检测模块12用来实时检测环境湿度。
所述温度检测模块11和湿度检测模块12集合而成。
所显示模块包括显示屏1，所述主控制系统包括主控制板2，所述测色仪配置有零位校正板7和标准白板6。
所述照明系统位于光路系统9下方，包括积分球8和照明用的光源3，所述积分球8底部为积分球测量口81并与测试探头4相接，所述积分球8上部开设有积分球出光口83并与光路系统9相对，所述积分球8的右侧开设有积分球入光口82，积分球入光口82右侧凸出部为照明用的光源3并通过线路与主控制系统相连。
所述光路系统9位于探测器10下方，将照明系统照明用的光源3的光经过匀化，按照特定的几何角度通过测试探头4照明被测样品5，同时将携带了被测样品5色度信息的光信号进行耦合处理，并将光信号传递给探测器10，由探测器10探测光信号并传递给主控制系统。
所述湿度检测模块12测试精准度大于等于3％，所述温度检测模块11检测精准度大于等于正/负0.3摄氏度。
一种基于环境变化实现自动补偿准确测量颜色的方法，包括如下步骤：
(1)读取当前环境温度、湿度，并判定环境温度、湿度是否在设定范围内，如在设定范围内，则采集待测样品数据，根据当前温度、湿度条件，计算校正修正系数，进一步计算得到当前环境下零位、白板校正数据；如不在设定范围内，则进行零位校正与白板校正后，再采集待测样品数据，计算得到当前环境下零位、白板校正数据；
(2)根据当前环境下零位、白板校正数据，计算待测样品在当前环境下的色度数据，两者进行比对，并通过对比法求出待测样品的反射率，即可求出其他色度指标数据。
如图2所示，测色仪在零位校正时，需要将零位校正板7的进光口71对准测试探头4的口径41处，主控制板2发出测试指令，光源3点亮，光线从积分球8的入光口82进入，经积分球匀光，从积分球测量口81出来，照明零位校正板，携带校正板有效信息的光信号从积分球出光口83处，进入光路分光系统9，最终被探测器10接收，得到零位校正板信号U0。
如图2所示，测色仪在白板校正时，需要将标准白板6的工作面对准测试探头4的口径41处，主控制板2发出测试指令，光源3点亮，光线从积分球8的入光口82进入，经积分球匀光，从积分球测量口81出来，照明标准白板，携带校正板有效信息的光信号从积分球出光口83处，进入光路分光系统9，最终被探测器10接收，得到标准白板信号U1。
如图2所示，测色仪在对待测样品采集数据时，需要将待测样品5的测试面对准测试探头4的口径41处，主控制板2发出测试指令，光源3点亮，光线从积分球8的入光口82进入，经积分球匀光，从积分球测量口81出来，照明待测样品，携带校正板有效信息的光信号从积分球出光口83处，进入光路分光系统9，最终被探测器10接收，得到待测样品信号Us。
假设标准白板6的反射率为R1,那么待测样品5的反射率Rs＝R1*(Us-U0)/(U1-U0),这是对比法测试样品反射率的基本方法。在上述测试过程中，随着环境的变化(温度、湿度)，U0、U1也是变化的，所以只有频繁的进行零位和白校正，确保校正和测试样品的环境保持一致，才能保证待测样品的测试数据准确。
本发明使用的方法如下，如图3所示，以实验室环境23(+/-0.5)摄氏度,相对湿度60％RH(+/-1.5％)为基准，按照图3所示流程和上述数据采集方法，测试在在23摄氏度，湿度为60％RH条件下的零位校正数据U0(23,60％)和白板校正数据U1(23,60％)。
如图3所示，当环境温度恒定在23摄氏度，相对湿度从5％RH(相对湿度RelativeHumidity的缩写)开始，以5％增量依次递增，直至90％RH,分别测得仪器在不同湿度条件下的零位校正和白板校正数据，分别为U0(23,X％)、U1(23,X％)(X＝5,10,…,90),假设修正系数为K_U0(23,X％)＝U0(23,X％)/U0(23,60％),K_U1(23,X％)＝U1(23,X％RH)/U1(23,60％)。
使用相同的方法，使温度从1摄氏度开始，以2摄氏度的间隔，最终温度为41摄氏度，在每个温度测试点，相对湿度从5％RH开始，以5％增量依次递增，直至90％RH，分别测得仪器在不同湿度条件下的零位校正和白板校正数据，分别为U0(T,X％)、U1(T,X％)(X＝5,10,…,90),假设修正系数为K_U0(T,X％)＝U0(T,X％)/U0(23,60％),K_U1(T,X％)＝U1(T,X％RH)/U1(23,60％)。
通过上述方法，最终得到测色仪在23摄氏度，相对湿度为60％RH的零位校正数据U0(23,60％)U1(23,60％)；在不同温度T和不同相对湿度X％RH下相对U0(23,60％)U1(23,60％)的修正系数K_U0(T,X％)和K_U1(T,X％)。通过数学建模拟合方法，以温度T、相对湿度为X％为平面坐标，以修正系数K为目标进行三次曲面拟合，得到拟合方程K_U0＝F(T,X％),K_U1＝G(T,X％),其作用域T＝[1,41],X％RG＝[5％RH,90％RH]。在限定的温度范围和湿度范围内，任意给出温度T0和相对湿度X0，可以求出对应的修正系数K_U0_T0_X0＝F(T0,X0),K_U1_T0_X0＝G(T0,X0)。对应零位校正数据则是U0(T0,X0)＝K_U0_T0_X0*U0(23,60％),U1(T0,X0)＝K_U1_T0_X0*U0(23,60％)。
根据本发明的测色方法，如图4所示，测色仪开机预热后是不需要进行零位校正和标准白板校正的，仪器通过读取当前环境的温度T0和湿度X0,就可以自动获得当前环境条件下的零位校正数据和标准白板校正数据，参照图2放置待测样品，探测器读到当前待测样品的数据为Us，那么待测样品的反射率就可以求出Rs＝R1*(Us-U0(T0,X0))/(U1(T0,X0)-U0(T0,X0))，进而可以求出其他的色度指标数据。该发明方法提高测试数据的精准性，并大大提高了测试效率。

Claims (9)

1.一种基于环境变化实现自动补偿准确测量颜色的测色仪，包括显示模块、与显示模块相连的主控制系统、与主控制系统相连的探测器和照明系统，与照明系统相连的光路系统、和与光路系统相连的测试探头，所述光路系统上方与探测器相连，其特征在于，还包括：分别与主控制系统相连的温度检测模块和湿度检测模块，所述温度检测模块用来实时检测环境温度，所述湿度检测模块用来实时检测环境湿度。
2.根据权利要求1所述的测色仪，其特征在于，所述温度检测模块和湿度检测模块集合而成。
3.根据权利要求1所述的测色仪，其特征在于，所显示模块包括显示屏，所述主控制系统包括主控制板，所述测色仪配置有零位校正板和标准白板。
4.根据权利要求1所述的测色仪，其特征在于，所述照明系统位于光路系统下方，包括积分球和照明用的光源，所述积分球底部为积分球测量口并与测试探头相接，所述积分球上部开设有积分球出光口并与光路系统相对，所述积分球的右侧开设有积分球入光口，积分球入光口右侧凸出部为照明用的光源并通过线路与主控制系统相连。
5.根据权利要求1所述的测色仪，其特征在于，所述光路系统位于探测器下方，将照明系统照明用的光源的光经过匀化，按照特定的几何角度通过测试探头照明被测样品，同时将携带了被测样品色度信息的光信号进行耦合处理，并将光信号传递给探测器，由探测器探测光信号并传递给主控制系统。
6.根据权利要求1所述的测色仪，其特征在于，所述湿度检测模块测试精准度大于等于3％，所述温度检测模块检测精准度大于等于正/负0.3摄氏度。
7.一种基于环境变化实现自动补偿准确测量颜色的方法，包括如下步骤：
(1)读取当前环境温度、湿度，并判定环境温度、湿度是否在设定范围内，如在设定范围内，则采集待测样品数据，根据当前温度、湿度条件，计算校正修正系数，进一步计算得到当前环境下零位、白板校正数据；如不在设定范围内，则进行零位校正与白板校正后，再采集待测样品数据，计算得到当前环境下零位、白板校正数据；
(2)根据当前环境下零位、白板校正数据，计算待测样品在当前环境下的色度数据，两者进行比对，并通过对比法求出待测样品的反射率，即可求出其他色度指标数据。
8.根据权利要求7所述的基于环境变化实现自动补偿准确测量颜色的方法，其特征在于，所述湿度检测数据采集从相对湿度5％RH开始，间隔5％RH，到95％RH结束(即，5％，10％，15％……,95％)，所述温度检测数据采集从1摄氏度开始，间隔2摄氏度，到41摄氏度结束(即，1摄氏度，4摄氏度，7摄氏度……,41摄氏度)。
9.根据权利要求7所述的基于环境变化实现自动补偿准确测量颜色的方法，其特征在于，所述湿度检测数据和温度检测数据用三次拟合曲面方式预测修正系数。
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