CN115389467A - 一种材料规则反射比检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种材料规则反射比检测装置及方法。该装置包括：光测试机构，包括Y型光纤以及与Y型光纤的第一分支光纤、第二分支光纤分别连接的光源及光谱仪；固定机构，包括固连的支撑件和吸附件，支撑件用于将Y型光纤的主体光纤端口固定于待检测材料表面，吸附件用于将固定机构吸附在待检测材料表面；光源发出的光依次通过Y型光纤的第一分支光纤、主体光纤照射在待检测材料表面，待检测材料的反射光谱依次通过Y型光纤的主体光纤、第二分支光纤进入光谱仪；处理器，根据光源光谱、待检测材料的反射光谱以及标定规则反射比计算获得待检测材料的规则反射比。该装置既能够灵活测量待检测材料的规则反射比、提高检测效率，还能提高检测的准确性。

Description

一种材料规则反射比检测装置及方法

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种材料规则反射比检测装置及方法。

背景技术

现有技术中，大部分材料规则反射比测试是基于光学实验室操作平台展开的，主要针对小尺寸材料表面进行测试，对于大尺寸待检测材料，只能进行切割后再进行检测，而且需要在光学实验室操作平台上搭建暗室进行测试。

现有技术至少存在以下缺陷：一方面，基于光学实验室操作平台进行测试，限制了测试场景，无法满足大面积、大型平板材料表面规则反射比的测试要求；另一方面，需要搭建暗室，对测试环境要求较高。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种材料规则反射比检测装置及方法，用以解决现有技术中，材料规则反射比检测装置灵活性差、测试效率低、对测试环境要求高，且难以测量大型板材规则反射比的问题。

一方面，本发明提供了一种材料规则反射比检测装置，包括：

光测试机构，包括Y型光纤以及与所述Y型光纤的第一分支光纤、第二分支光纤分别连接的光源及光谱仪；

固定机构，包括固连的支撑件和吸附件，所述支撑件用于将所述Y型光纤的主体光纤端口固定于待检测材料表面，所述吸附件用于将固定机构吸附在待检测材料表面；

所述光源发出的光依次通过Y型光纤的第一分支光纤、主体光纤照射在待检测材料表面，待检测材料的反射光谱依次通过Y型光纤的主体光纤、第二分支光纤进入光谱仪；处理器，用于根据光源光谱、待检测材料的反射光谱以及标定规则反射比计算获得所述待检测材料的规则反射比。

进一步的，所述装置还包括光纤固定支架以及标准铝镜；所述光纤固定支架包括底座、支撑杆以及固定杆，所述支撑杆竖直固定于底座上，固定杆固定于支撑杆上并与支撑杆相垂直，所述固定杆上设置有通孔，用于固定所述Y型光纤的主体光纤；

所述标定规则反射比为预先标定好的所述标准铝镜的规则反射比；

所述标准铝镜固定于所述光纤固定支架的底座上，所述Y型光纤的主体光纤端口通过所述光纤固定支架固定于所述标准铝镜表面，当光源不发光时，所述光谱仪通过所述第二分支光纤采集环境本底光谱；

以及，所述光源的发光功率为预设功率时，所述光谱仪通过所述第二分支光纤采集所述标准铝镜的反射光谱；

所述处理器，还用于根据所述环境本底光谱、所述标准铝镜的反射光谱以及标定规则反射比计算获得所述光源光谱。

进一步的，还包括光纤保护套；

所述光纤保护套的一端连接所述Y型光纤的主体光纤端口，另一端与待测目标固定接触，所述待测目标为所述待检测材料或标准铝镜；

所述Y型光纤的主体光纤端口内嵌于所述光纤保护套内，所述光纤保护套伸出所述Y型光纤的主体光纤端口预设距离，并与所述待测目标固定接触。

进一步的，所述光纤保护套为中心位置设置有通孔的柱体，所述通孔的尺寸与所述Y型光纤的主体光纤尺寸相匹配；所述光纤保护套的侧面设置有螺旋通孔，利用顶丝通过所述螺旋通孔旋紧以固定所述Y型光纤的主体光纤于所述光纤保护套。

进一步的，所述支撑件包括支撑板以及与所述支撑板一体成型的多个连接板，所述多个连接板均匀布设在支撑板的边缘；

所述多个连接板与所述支撑板位于同一水平面且齐平，且所述连接板的厚度小于等于所述支撑板的厚度；

所述支撑板的中心位置处设置有通孔，该通孔的尺寸与所述Y型光纤的主体光纤尺寸相匹配。

进一步的，所述吸附件包括多个吸盘；

所述吸盘上设置有扳钮和可伸缩的连接杆，该连接杆可拆卸的连接于吸盘的中央位置处，且该连接杆的两端设置有螺纹；

所述连接板上设置有与所述连接杆相匹配的通孔，所述连接杆穿过该通孔，通过螺母与设置的所述螺纹将所述连接杆与所述连接板固定连接。

进一步的，所述支撑件的材质为轻量级塑料。

进一步的，所述光测试机构，具体用于在所述光源的发光功率为预设功率时，采集所述待检测材料的反射光谱。

另一方面，本发明提供了一种材料规则反射比检测方法，基于前述的材料规则反射比检测装置；该方法包括：

通过所述固定机构将所述光测试机构固定于待检测材料表面；

调整所述光源的发光功率为预设功率，利用光谱仪采集所述待检测材料的反射光谱；

基于光源光谱、所述待检测材料的反射光谱以及标定规则反射比计算获得所述待检测材料的规则反射比。

进一步的，还包括：

光源不发光时，利用所述光测试机构采集环境本底光谱；

调整所述光源的发光功率为预设功率，利用光谱仪采集所述标准铝镜的反射光谱；

以及，根据所述环境本底光谱、所述标准铝镜的反射光谱以及标定规则反射比计算获得所述光源光谱；

所述标定规则反射比为预先标定好的所述标准铝镜的规则反射比

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

1、本发明提出的材料规则反射比检测装置及方法，通过固定机构中的支撑件和吸附件可以将传输入射光的主体光纤端口固定于待检测材料表面，当需要测量待检测材料不同位置处的规则反射比时，只需通过移动固定机构将主体光纤端口固定于待检测材料的不同位置处即可，操作简单、灵活，提高了检测效率；且整个规则反射比装置结构简单、轻便、占用空间少、场景适应性强，可灵活测量狭窄空间内固定、不易拆卸的大尺寸板材；无需对大尺寸板材进行切割等，实现了无损测量；且无需搭建暗室，降低了对测试环境的要求。

2、本发明提出的材料规则反射比检测装置及方法，将主体光纤端口内嵌于相匹配的光纤保护套内，光纤保护套伸出主体光纤端口预设距离，进而将主体光纤端口固定于标准铝镜表面或待检测材料表面，一方面可以保护主体光纤端口不受磨损、污染，延长其使用寿命，另一方面，测量标准铝镜的反射光谱与测量待检测材料的反射光谱时，光纤保护套伸出主体光纤端口的预设距离均保持不变，减少了测量变量，提高了测量的准确性，且该预设距离的条件下，对应获得的反射光谱的强度较大，提高了测量信噪比，从而进一步提高了规则反射比检测结果的准确性。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例材料规则反射比检测装置的示意图；

图2为本发明实施例Y型光纤的示意图；

图3为本发明实施例光纤固定支架的示意图；

图4为本发明实施例标准铝镜的结构示意图；

图5为本发明实施例测量光源光谱的装置的结构示意图；

图6为本发明实施例采集到的标准铝镜的反射光谱的示意图；

图7为本发明实施例光纤保护套的结构是示意图；

图8为本发明实施例支撑件的结构示意图；

图9为本发明实施例吸盘的结构示意图；

图10为本发明实施例固定机构的结构示意图；

图11为本发明实施例采集的待检测材料的反射光谱的示意图；

图12为本发明实施例通过材料规则反射比检测装置测量某金属板材表面规则反射比结果的示意图；

图13为本发明实施例材料规则反射比检测方法的流程图。

附图标记：

1-Y型主体光纤；2-第一光纤分支；3-第二分支光纤；4-光源；5-光谱仪；6-固定机构；7-待检测材料；81-底座；82-支撑杆；83-固定杆；84-通孔；91-支撑板；92-连接板；101-连接杆；102-扳钮。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例共同用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

为了更好的说明本申请，现对规则反射比进行说明，具体如下：

光在传输过程中遇到物体表面时，入射光通量

中的一部分被反射，反射光通量

与入射光通量

之比称为反射比r，可以表示为：

反射包括规则反射和漫反射。规则反射即为镜面反射，是在无漫射的情况下进行的反射。表征可见光范围内材料规则反射能力的参数为可见光规则反射比。很多材料，例如平板金属、平板玻璃、门窗幕墙玻璃等表面发生的反射都属于规则反射，规则反射比是这类材料重要的光学属性，因此规则反射比的准确测试显得十分重要。在实际测试过程中，可采用材料表面反射光谱与光源光谱的比值表示材料的规则反射比。

装置实施例

本发明的一个具体实施例，公开了一种材料规则反射比检测装置。

如图1所示，该装置包括：

光测试机构，包括Y型光纤以及与所述Y型光纤的第一分支光纤2、第二分支光纤3分别连接的光源4及光谱仪5。优选的，光源为LED光源，其工作波长范围为可见光波段。

固定机构6，包括固连的支撑件和吸附件，所述支撑件，用于将所述Y型光纤的主体光纤1端口固定于待检测材料7表面，所述吸附件用于将固定机构吸附在待检测材料表面。

所述光源发出的光依次通过Y型光纤的第一分支光纤、主体光纤照射在待检测材料表面，待检测材料的反射光谱依次通过Y型光纤的主体光纤、第二分支光纤进入光谱仪。

处理器，用于根据光源光谱、待检测材料的反射光谱以及标定规则反射比计算获得所述待检测材料的规则反射比。优选的，标定规则反射比为预先标定好的标准铝镜的规则反射比ρ_AL(λ)，这为待检测材料表面规则反射比的准确测量提供了保证。

如图2所示，Y形光纤具有不同的端口截面形式。其中与LED光源连接的第一分支光纤端口截面为6芯形式，LED光源发出的光通过6芯进入光纤内部；与光谱仪连接的第二分支光纤端口截面为单芯形式，用于采集测试光谱数据；固定于待检测材料表面的主体光纤端口截面为7芯形式。具体的，LED光源发出的光从外圈6芯照射到待检测材料表面，产生规则反射后，再从中间的第7芯返回到Y型光纤中，最终进入光谱仪中完成光谱采集。

优选的，在实际测量过程中，还需要对光源光谱进行测量。基于此，规则反射比检测装置还包括光纤固定支架以及标准铝镜。

优选的，如图3所示，光纤固定支架包括底座81、支撑杆82以及固定杆83，该支撑杆82竖直固定于底座81上，固定杆83固定于支撑杆82上并与支撑杆82相垂直，且固定杆上设置有通孔84，该通孔84的尺寸与Y型光纤的主体光纤尺寸相匹配，Y型光纤的主体光纤穿过该通孔以起到固定作用。具体的，标准铝镜的侧面及底面设置有金属外壳，以保护标准铝镜不受损，其结构如4所示，图中阴影部分为裸露于金属外壳之外的标准铝镜表面。

优选的，测量光源光谱的装置如图5所示，具体通过下述方式获得光源光谱：

首先，将标准铝镜固定于光纤固定支架的底座上，Y型光纤的主体光纤端口通过光纤固定支架固定于标准铝镜表面，光源不发光时，光谱仪通过所述第二分支光纤采集环境本底光谱I_BG(λ)，λ为所关注的测试波长。

然后，调整LED光源的发光功率为预设功率，LED光源发出的光束通过第一分支光纤及Y型光纤的主体光纤入射至标准铝镜表面，标准铝镜的反射光谱依次通过主体光纤、第二分支光纤传输至光谱仪；光谱仪通过第二分支光纤采集标准铝镜的反射光谱I_AL(λ)，采集到的反射光谱具体如图6所示。具体的，在实际测试过程中，预设功率的取值范围为[5mW,10mW]，光谱仪的曝光时间范围可以为[3ms,5ms]，在前述预设功率和曝光时间范围内，既可以获得强度较大的光谱信号，同时还可以避免光谱仪饱和。

最后，处理器，根据环境本底光谱I_BG(λ)、标准铝镜的反射光谱I_AL(λ)以及标定规则反射比ρ_AL(λ)计算获得LED光源光谱；具体通过下述公式计算：

LED光源输出的光源光谱I_Light(λ)：

优选的，为了保护Y型光纤的主体光纤端口不受磨损或污染，并提高规则反射比的测量准确性，规则反射比检测装置还包括光纤保护套，具体如图7所示。

具体的，光纤保护套的一端连接Y型光纤的主体光纤端口，另一端与待测目标固定接触，待测目标可以为待检测材料或者标准铝镜。

Y型光纤的主体光纤端口内嵌于光纤保护套内，光纤保护套伸出Y型光纤的主体光纤端口预设距离，并与待测目标固定接触。

优选的，光纤保护套的材质为不透明材质。光纤保护套为中心位置设置有通孔的柱体，该通孔的尺寸与Y型光纤的主体光纤尺寸相匹配；光纤保护套的侧面设置有螺旋通孔，利用顶丝通过螺旋通孔旋紧以固定Y型光纤的主体光纤于光纤保护套，从而防止其发生相对滑动。

优选的，光纤保护套伸出Y型光纤的主体光纤端口的预设距离是通过实验测量确定的。具体的，调整光纤保护套伸出Y型光纤的主体光纤端口的距离，并在每一距离下，利用光谱仪测量获得标准铝镜的反射光谱。经过实验发现，测量获得的标准铝镜的反射光谱强度随着距离的变化整体增大或减小，因此选择反射光谱强度最大对应的距离作为预设距离，以提高采集的反射光谱的信噪比，进而可提高规则反射比测量结果的准确性。

优选的，为了将光测试机构中Y型光纤的主体光纤端口固定于待检测材料表面，配置支撑件包括支撑板以及与支撑板一体成型的多个连接板，多个连接板对称分布在支撑板的边缘。优选的，支撑件的材质为轻量级塑料。示例性的，支撑件为利用PLA工程塑料通过3D打印技术制作而成的，具体的，也可采用其他轻量级塑料，从而减小支撑件的重量。

示例性的，如图8所示，支撑板可以为矩形，多个连接板与支撑板位于同一水平面且齐平，且连接板的厚度小于等于支撑板的厚度，从而减小整个支撑板的重量，以使吸附件能更加稳定的固定于待检测材料表面。此外，支撑板的中心位置处设置有通孔，该通孔的尺寸与Y型光纤的主体光纤尺寸相匹配，Y型光纤的主体光纤穿过该通孔并通过光纤保护套固定于待检测材料表面。

优选的，吸附件包括多个吸盘，吸盘的数量与连接板的数量一致。

如图9所示，吸盘上设置有扳钮102和可伸缩的连接杆101，该连接杆可拆卸的连接于吸盘的中央位置处，且该连接杆的两端设置有螺纹；具体的，吸盘的中央位置处设置有内螺纹，连接杆通过螺旋拧紧的方式与吸盘固定连接。

优选的，连接板上设置有与连接杆相匹配的通孔，连接杆穿过该通孔，通过螺母与连接杆上设置的螺纹将连接杆与连接板固定连接。

具体的，支撑件与吸附件连接后形成的固定机构如图10所示。在实际应用中，按压吸盘上的扳钮，即可将固定机构整体吸附于待检测材料表面，若要改变测量位置时，提拉扳钮即可将固定机构脱离待检测材料，并重新固定于下一待测位置处。采用扳钮方式也可以避免人手操作吸盘吸附与脱离过程中对吸盘的损伤，从而提高了吸盘的使用寿命及规则反射比测试的可靠性。

优选的，将光测试机构通过固定机构固定于待检测材料表面后，调整LED光源的发光功率为预设功率，并保持光纤保护套伸出Y型光纤的主体光纤端口预设距离保持不变，通过光谱仪采集待检测材料的反射光谱I_P(λ)，具体的，采集到的反射光谱如图11所示。

处理器，基于光源光谱、待检测材料的反射光谱以及标定规则反射比通过下述公式计算获得待检测材料的规则反射比：

示例性的，测量获得的某金属板材表面规则反射比结果具体如图12所示。

方法实施例

本发明的另一个实施例，公开了一种材料规则反射比检测方法，基于前述的材料规则反射比检测装置。如图13所示，该方法包括：

S110、光源不发光时，通过固定机构将光测试机构固定于待检测材料表面.

S120、调整光源的发光功率为预设功率，利用光谱仪采集待检测材料的反射光谱.

S113、基于光源光谱、所述待检测材料的反射光谱以及标定规则反射比计算获得待检测材料的规则反射比。

具体的，该方法还包括：

利用光测试机构采集环境本底光谱。

调整光源的发光功率为预设功率，利用光谱仪采集标准铝镜的反射光谱。

以及，根据环境本底光谱、所述标准铝镜的反射光谱以及标定规则反射比计算获得所述光源光谱。

具体的，标定规则反射比为预先标定好的所述标准铝镜的规则反射比。

本发明提出的材料规则反射比检测装置及方法，与现有技术相比，首先，通过固定机构中的连接件和吸附件可以将传输入射光的主体光纤端口固定于待检测材料表面，当需要测量待检测材料不同位置处的规则反射比时，只需通过移动固定机构将主体光纤端口固定于待检测材料的不同位置处即可，操作简单、灵活，提高了检测效率；且整个规则反射比装置结构简单、轻便、占用空间少、场景适应性强，可灵活测量狭窄空间内固定、不易拆卸的大尺寸板材；无需对大尺寸板材进行切割等，实现了无损测量；且无需搭建暗室，降低了对测试环境的要求。其次，本发明提出的材料规则反射比检测装置及方法，将主体光纤端口内嵌于相匹配的光纤保护套内，光纤保护套伸出主体光纤端口预设距离，进而将主体光纤端口固定于标准铝镜表面或待检测材料表面，一方面可以保护主体光纤端口不受磨损、污染，延长其使用寿命，另一方面，测量标准铝镜的反射光谱与测量待检测材料的反射光谱时，光纤保护套伸出主体光纤端口的预设距离均保持不变，减少了测量变量，提高了测量的准确性，且该预设距离的条件下，对应获得的反射光谱的强度较大，提高了测量信噪比，从而进一步提高了规则反射比检测结果的准确性。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种材料规则反射比检测装置，其特征在于，包括：

光测试机构，包括Y型光纤以及与所述Y型光纤的第一分支光纤、第二分支光纤分别连接的光源及光谱仪；

固定机构，包括固连的支撑件和吸附件，所述支撑件用于将所述Y型光纤的主体光纤端口固定于待检测材料表面，所述吸附件用于将固定机构吸附在待检测材料表面；

所述光源发出的光依次通过Y型光纤的第一分支光纤、主体光纤照射在待检测材料表面，待检测材料的反射光谱依次通过Y型光纤的主体光纤、第二分支光纤进入光谱仪；处理器，用于根据光源光谱、待检测材料的反射光谱以及标定规则反射比计算获得所述待检测材料的规则反射比。

2.根据权利要求1所述的材料规则反射比检测装置，其特征在于，所述装置还包括光纤固定支架以及标准铝镜；所述光纤固定支架包括底座、支撑杆以及固定杆，所述支撑杆竖直固定于底座上，固定杆固定于支撑杆上并与支撑杆相垂直，所述固定杆上设置有通孔，用于固定所述Y型光纤的主体光纤；

所述标定规则反射比为预先标定好的所述标准铝镜的规则反射比；

所述标准铝镜固定于所述光纤固定支架的底座上，所述Y型光纤的主体光纤端口通过所述光纤固定支架固定于所述标准铝镜表面，当光源不发光时，所述光谱仪通过所述第二分支光纤采集环境本底光谱；

所述处理器，还用于根据所述环境本底光谱、所述标准铝镜的反射光谱以及标定规则反射比计算获得所述光源光谱。

3.根据权利要求2所述的材料规则反射比检测装置，其特征在于，还包括光纤保护套；

所述光纤保护套的一端连接所述Y型光纤的主体光纤端口，另一端与待测目标固定接触，所述待测目标为所述待检测材料或标准铝镜；

所述Y型光纤的主体光纤端口内嵌于所述光纤保护套内，所述光纤保护套伸出所述Y型光纤的主体光纤端口预设距离，并与所述待测目标固定接触。

4.根据权利要求3所述的材料规则反射比检测装置，其特征在于，所述光纤保护套为中心位置设置有通孔的柱体，所述通孔的尺寸与所述Y型光纤的主体光纤尺寸相匹配；所述光纤保护套的侧面设置有螺旋通孔，利用顶丝通过所述螺旋通孔旋紧以固定所述Y型光纤的主体光纤于所述光纤保护套。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的材料规则反射比检测装置，其特征在于，所述支撑件包括支撑板以及与所述支撑板一体成型的多个连接板，所述多个连接板均匀布设在支撑板的边缘；

所述多个连接板与所述支撑板位于同一水平面且齐平，且所述连接板的厚度小于等于所述支撑板的厚度；

所述支撑板的中心位置处设置有通孔，该通孔的尺寸与所述Y型光纤的主体光纤尺寸相匹配。

6.根据权利要求5所述的材料规则反射比检测装置，其特征在于，所述吸附件包括多个吸盘；

所述吸盘上设置有扳钮和可伸缩的连接杆，该连接杆可拆卸的连接于吸盘的中央位置处，且该连接杆的两端设置有螺纹；

所述连接板上设置有与所述连接杆相匹配的通孔，所述连接杆穿过该通孔，通过螺母与设置的所述螺纹将所述连接杆与所述连接板固定连接。

7.根据权利要求5所述的材料规则反射比检测装置，其特征在于，所述支撑件的材质为轻量级塑料。

8.根据权利要求2所述材料规则反射比检测装置，其特征在于，所述光测试机构，具体用于在所述光源的发光功率为预设功率时，采集所述待检测材料的反射光谱。

9.一种材料规则反射比检测方法，其特征在于，基于权利要求1-8任意一项所述的材料规则反射比检测装置；所述方法包括：

通过所述固定机构将所述光测试机构固定于待检测材料表面；

调整所述光源的发光功率为预设功率，利用光谱仪采集所述待检测材料的反射光谱；

基于光源光谱、所述待检测材料的反射光谱以及标定规则反射比计算获得所述待检测材料的规则反射比。

10.根据权利要求9所述的材料规则反射比检测方法，其特征在于，还包括：

光源不发光时，利用所述光测试机构采集环境本底光谱；

调整所述光源的发光功率为预设功率，利用光谱仪采集所述标准铝镜的反射光谱；

以及，根据所述环境本底光谱、所述标准铝镜的反射光谱以及标定规则反射比计算获得所述光源光谱；

所述标定规则反射比为预先标定好的所述标准铝镜的规则反射比。

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