CN114354543B - 一种光度球涂层反射率测量装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光度球涂层反射率测量装置，包括积分球本体，其由固定球体和活动球体组成，固定球体和活动球体铰接；活动弧板，其活动安装在安装底座内；平衡杆件，其一端固定安装在活动球体底端，平衡杆件另一端活动安装在活动弧板上；立杆，其通过筒件安装在积分球本体上，立杆和筒件转动连接；全光谱光源，其通过连接件固定安装在立杆上；齿条杆，其穿过立杆，齿条杆和立杆转动连接，探头固定安装在齿条杆一端；探头，其上安装有位置传感器，利用视觉控制组件观察探头的位置，利用传动组件将探头移至积分球涂层的表面，全光谱光源发光，光纤接收光线到CCD光谱仪进行数据处理，计算涂层反射率，测量积分球某点的反射率。
Description
技术领域
本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种光度球涂层反射率测量装置及其方法。
背景技术
积分球是一个内壁涂有白色漫反射材料的空腔球体，又称光度球、光通球，球壁上开一个或几个窗孔，用作进光孔和放置光接收器件的接收孔，用于测试光源的光通量、色温、光效等参数，积分球的内壁应是良好的球面，内壁均匀涂布白色的漫反射材料，进入积分球的光经过内壁涂层多次反射，在内壁上形成均匀照度，积分球的关键在于将不均匀的入射光均匀化，因此内壁涂料是影响测量的关键因素，由于涂层的反射率与波长有关，因此会造成出射光的光谱特性有一定的变化，积分球在使用过程中，涂层会随着时间黄化、或者由于灰尘的降落，使用不当的损伤等原因，涂层反射率发生变化，导致光源光度参数测量会产生较大的误差，因此，定期对积分球的涂层反射率进行测量，是保证准确测量光源光度参数的重要手段。
一般的反射率测量设备，只对小面积的样本进行测量，无法使用一般的方法对积分球内的涂层反射率进行测量，一般在测量反射率的方法为，制造时在积分球下部装有可拆卸的涂层样件，反而样件的涂层反射率与积分球其他部分的反射率是不一致的，不能反映整体积分球反射率的状况。
发明内容
本发明的目的是，为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种光度球涂层反射率测量装置，通过对比测量的方法，能过实现对积分球在正常工作状态的全空间的涂层反射率的测量。
本发明提供了如下的技术方案：
一种光度球涂层反射率测量装置，包括积分球本体，其由固定球体和活动球体组成，固定球体和活动球体铰接；
活动弧板，其活动安装在安装底座内；
平衡杆件，其一端固定安装在活动球体底端，平衡杆件另一端活动安装在活动弧板上；
立杆，其通过筒件安装在积分球本体上，立杆和筒件转动连接；
全光谱光源，其通过连接件固定安装在立杆上；
齿条杆，其穿过立杆，齿条杆和立杆转动连接，探头固定安装在齿条杆一端；
探头，其上安装有位置传感器。
进一步地，所述安装底座上设有弧形槽和限位孔，活动弧板一侧安装有弹簧限位件，活动弧板另一侧底端安装有滑轮，弹簧限位件内的弹簧处于受压状态时，活动弧板沿弧形槽移动，当弹簧限位件位于限位孔内时，此时活动弧板处于最右极限位置，活动球体绕积分球本体的铰接点运动时，平衡杆件在活动弧板上移动，活动球体上安装有拉手。
进一步地，所述活动弧板的中心弧线与活动球体运动轨迹重合。
进一步地，所述积分球本体底端均匀安装有斜杆，斜杆底端安装在安装底座上，安装底座和固定球体底端固定安装有支撑杆件。
进一步地，所述立杆通过筒件安装在固定球体上，筒件和固定球体固定连接，立杆上固定套设有套环，套环一侧固定安装有连接件，连接件由弧形部和勾形部组成，全光谱光源安装在勾形部内。
进一步地，所述连接件为透明板件。
进一步地，所述传动组件包括传动板、伸缩气缸、控制组件和齿轮，传动板固定安装在立杆上，传动板位于套环下方，伸缩气缸安装在传动板底端，伸缩气缸底端安装有架板，齿轮活动安装在架板上。
进一步地，所述齿条杆另一侧安装有电机，电机滑动连接在横板上，横板位于传动板下方，齿轮杆上设有齿形槽。
进一步地，所述积分球体内安装有视觉控制组件，视觉控制组件包括安装在固定球体内部底端的摄像头和控制摄像头的控制系统。
基于上述测量装置，本发明还提出了一种光度球涂层反射率测量装置的测量方法，包括以下步骤：
步骤一：将样品吸附在积分球本体内壁，合上活动球体，使积分球本体内部形成封闭空间，通过控制器打开全光谱光源，全光谱光源照亮积分球本体内部；
步骤二：视觉控制组件工作，将积分球本体内部探头、样品的位置反馈到外部，操作人员根据视觉控制组件反馈情况调整探头至样品之间的距离；
步骤三：全光谱电源照亮样品，光纤接收样品上的反射光线传送给CCD光谱仪，通过CCD光谱仪接收并处理反射光线，记录并计算样品的反射光谱函数F(λ)1；
步骤四：立杆旋转，改变探头的位置，伸缩气缸下推齿轮，使齿轮与齿条杆上的齿形槽啮合，控制组件控制齿轮旋转，齿条杆直线移动，调整探头到积分球本体内壁的距离；
步骤五：全光谱电源照亮积分球本体内壁，光纤接收积分球本体内壁的反射光线传送给CCD光谱仪，通过CCD光谱仪接收并处理反射光线，记录并计算积分球本体内壁涂层的反射光谱函数F(λ)2；
步骤六：利用公式F(x)＝F(λ)×F(λ)2/F(λ)1，得出积分球本体内部被测部位的涂层光谱反射率并记录。
本发明的有益效果是：
1.固定球体内安装有视觉控制组件，视觉控制组件内包括有控制系统和摄像头，通过控制系统控制摄像头的位置，利用摄像头观察积分球本体内探头的位置。
2.利用传动组件将探头移至积分球涂层的表面，通过位置感应传感器避免光度探头触碰到涂层。
3.探头和全光谱光源的位置可以调整，便于测量积分球本体内部多处的光谱反射率。
4.固定球体和活动球体之间为铰接，活动球体底端安装有平衡杆件，保证活动球体开、合时积分球本体的稳定。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的主视结构示意图；
图2是本发明的积分球本体俯视结构示意图；
图3是本发明的活动弧板俯视图；
图4是本发明的固定球体主视图；
图5是本发明的传动组件主视图；
图6是本发明的CCD光谱仪连接示意图。
具体实施方式
实施例一
如图1-图6所示，一种光度球涂层反射率测量装置，包括积分球本体1，其由固定球体100和活动球体101组成，固定球体100和活动球体101铰接；活动球体101上安装有拉手2，便于开、合积分球本体1，积分球本体1底端均匀安装有斜杆5，斜杆5底端安装在安装底座4上，安装底座4和固定球体100底端固定安装有支撑杆件11，保证积分球本体1的稳定。
活动弧板10，其安装在安装底座4内；平衡杆件3，其一端固定安装在活动球体101底端，平衡杆件3另一端活动安装在活动弧板10上，平衡杆件3随着活动球体101的运动在活动弧板10上移动，移动的同时支撑活动球体101。
立杆24，其通过筒件12安装在积分球本体1上，立杆24和筒件12转动连接，筒件12固定安装在固定球体100上，外力驱动立杆24旋转时，避免立杆24直接和固定球体100接触产生摩擦；立杆24通过筒件12安装在固定球体100上，筒件12和固定球体100固定连接，立杆24上固定套设有套环17，套环17一侧固定安装有连接件20，连接件20为透明板件，减少连接件20对涂层反射率测量的影响，连接件20由弧形部和勾形部组成，全光谱光源19，其通过连接件20固定安装在立杆24上；全光谱光源19安装在勾形部内，通过全光谱光源19照亮积分球本体1内部，全光谱光源19相对探头13固定安装，全光谱光源19的位置随着探头13的位置而改变，全光谱光源19位于探头13的前端。
积分球本体1内安装有视觉控制组件21，视觉控制组件21包括安装在固定球体100内部底端的摄像头和控制摄像头的控制系统，通过摄像头监测积分球本体1内壁与探头13之间的距离，探头13，其上安装有位置传感器22，摄像头记录探头13在积分球本体1内部的位置，操作人员根据摄像头反馈的图像，操作传动组件16、电机18从而改变探头13与样品25、探头13与积分球本体1内壁的位置，通过安装位置传感器22避免探头13触碰到涂层。
齿条杆14，其穿过立杆24，齿条杆14和立杆24转动连接，探头13固定安装在齿条杆14一端；齿条杆14另一侧安装有电机18，电机18滑动连接在横板26上，安装时调整好探头13和样品25之间的距离，电机18驱动齿条杆14旋转，外力驱动立杆24旋转，改变探头13的位置，便于测量积分球本体1涂层不同点的反射率。
实施例二
为了保证活动球体101开、合时的平稳，活动弧板10活动安装在安装底座4内，活动弧板10的中心弧线与活动球体101中心点的运动轨迹重合，安装底座4上设有弧形槽7和限位孔9，活动弧板10一侧安装有弹簧限位件8，活动弧板10另一侧底端安装有滑轮6，弹簧限位件8内的弹簧处于受压状态时，活动弧板10沿弧形槽7移动，当弹簧限位件8位于限位孔9内时，此时活动弧板10处于最右极限位置，活动球体101绕积分球本体1的铰接点运动时，平衡杆件3在活动弧板10上移动。
手动按压弹簧限位件8，将活动弧板10一端拉进弧形槽7内，当弹簧限位件8移动至限位孔9处时，依靠弹簧自身弹力弹簧限位件8卡在限位孔9内，增大平衡杆件13移动的行程，间接扩大了活动球体101张开的角度。
实施例三
传动组件16包括传动板161、伸缩气缸162、控制组件和齿轮164，传动板161固定安装在立杆24上，传动板161位于套环17下方，伸缩气缸162安装在传动板161底端，伸缩气缸162底端安装有架板163，齿轮164活动安装在架板163上，横板26位于传动板161下方，齿轮杆14上设有齿形槽15。
伸缩气缸162控制齿轮164的位置，伸缩气缸162下推齿轮164使齿轮164和齿形槽15啮合，控制组件控制齿轮164旋转，此时齿条杆14直线移动，从而自动控制探头13与积分球本体1内壁的位置。
基于上述3个实施例的光度球涂层反射率测量装置，本发明还提出了一种光度球涂层反射率测量装置的测量方法，包括以下步骤：
参阅图1-图6所示，将样品25吸附在积分球本体1内壁，样品25为直径5cm的标准件，且已知样品25的反射率，合上活动球体101，使积分球本体1内部形成封闭空间，通过控制器23打开全光谱光源19，全光谱光源19照亮积分球本体1内部；视觉控制组件21工作，将积分球本体1内部探头13、样品25的位置反馈到外部，操作人员根据视觉控制组件21反馈情况调整探头13至样品25之间的距离；全光谱电源19照亮样品25，光纤接收样品25上的反射光线传送给CCD光谱仪27，通过CCD光谱仪27接收并处理反射光线，记录并计算样品25的反射光谱函数F(λ)1；立杆24旋转，改变探头13的位置，伸缩气缸162下推齿轮164，使齿轮164与齿条杆14上的齿形槽165啮合，控制组件控制齿轮164旋转，齿条杆14直线移动，调整探头13到积分球本体1内壁的距离；全光谱电源19照亮积分球本体1内壁，光纤接收积分球本体1内壁的反射光线传送给CCD光谱仪27，通过CCD光谱仪27接收并处理反射光线，记录并计算积分球本体1内壁涂层的反射光谱函数F(λ)2；通过比较已知样品的涂层反射率与积分球本体内部涂层反射率的参数进行对比，利用公式F(x)＝F(λ)×F(λ)2/F(λ)1，得出积分球本体1内部被测部位的涂层光谱反射率并记录。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种光度球涂层反射率测量装置，其特征在于，包括，
积分球本体，其由固定球体和活动球体组成，固定球体和活动球体铰接；
活动弧板，其活动安装在安装底座内；
平衡杆件，其一端固定安装在活动球体底端，平衡杆件另一端活动安装在活动弧板上；
立杆，其通过筒件安装在固定球体上，且立杆和筒件转动连接，筒件和固定球体固定连接；
全光谱光源，其通过连接件固定安装在立杆上；
齿条杆，其穿过立杆，齿条杆和立杆转动连接，探头固定安装在齿条杆一端；
探头，其上安装有位置传感器；
所述积分球本体内安装有视觉控制组件，视觉控制组件包括安装在固定球体内部底端的摄像头和控制摄像头的控制系统。
2.根据权利要求1所述的光度球涂层反射率测量装置，其特征在于，所述安装底座上设有弧形槽和限位孔，活动弧板一侧安装有弹簧限位件，活动弧板另一侧底端安装有滑轮，弹簧限位件内的弹簧处于受压状态时，活动弧板沿弧形槽移动，当弹簧限位件位于限位孔内时，此时活动弧板处于最右极限位置，活动球体绕积分球本体的铰接点运动时，平衡杆件在活动弧板上移动，活动球体上安装有拉手。
3.根据权利要求2所述的光度球涂层反射率测量装置，其特征在于，所述活动弧板的中心弧线与活动球体运动轨迹重合。
4.根据权利要求1所述的光度球涂层反射率测量装置，其特征在于，所述积分球本体底端均匀安装有斜杆，斜杆底端安装在安装底座上，安装底座和固定球体底端固定安装有支撑杆件。
5.根据权利要求1所述的光度球涂层反射率测量装置，其特征在于，所述立杆通过筒件安装在固定球体上，筒件和固定球体固定连接，立杆上固定套设有套环，套环一侧固定安装有连接件，连接件由弧形部和勾形部组成，全光谱光源安装在勾形部内。
6.根据权利要求5所述的光度球涂层反射率测量装置，其特征在于，所述连接件为透明板件。
7.根据权利要求5所述的光度球涂层反射率测量装置，其特征在于，还包括传动组件，所述传动组件包括传动板、伸缩气缸、控制组件和齿轮，传动板固定安装在立杆上，传动板位于套环下方，伸缩气缸安装在传动板底端，伸缩气缸底端安装有架板，齿轮活动安装在架板上。
8.根据权利要求7所述的光度球涂层反射率测量装置，其特征在于，所述齿条杆另一侧安装有电机，电机滑动连接在横板上，横板位于传动板下方，齿条杆上设有齿形槽。
9.一种使用如权利要求8中任意一项所述光度球涂层反射率测量装置的测量方法，包括以下步骤：
S1、将样品吸附在积分球本体内壁，合上活动球体，使积分球本体内部形成封闭空间，通过控制器打开全光谱光源，全光谱光源照亮积分球本体内部；
S2、视觉控制组件工作，将积分球本体内部探头、样品的位置反馈到外部，操作人员根据视觉控制组件反馈情况调整探头至样品之间的距离；
S3、全光谱光源照亮样品，光纤接收样品上的反射光线传送给CCD光谱仪，通过CCD光谱仪接收并处理反射光线，记录并计算样品的反射光谱函数F(λ)1；
S4、立杆旋转，改变探头的位置，伸缩气缸下推齿轮，使齿轮与齿条杆上的齿形槽啮合，控制组件控制齿轮旋转，齿条杆直线移动，调整探头到积分球本体内壁的距离；
S5、全光谱光源照亮积分球本体内壁，光纤接收积分球本体内壁的反射光线传送给CCD光谱仪，通过CCD光谱仪接收并处理反射光线，记录并计算积分球本体内壁涂层的反射光谱函数F(λ)2；
S6、利用公式F(x)=F(λ)×F(λ)2/F(λ)1，得出积分球本体内部被测部位的涂层光谱反射率并记录，F(λ)为已知样品的涂层反射率。
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