RU2429456C1 - Solid material surface colour analyser - Google Patents
Solid material surface colour analyser Download PDFInfo
- Publication number
- RU2429456C1 RU2429456C1 RU2009147534/28A RU2009147534A RU2429456C1 RU 2429456 C1 RU2429456 C1 RU 2429456C1 RU 2009147534/28 A RU2009147534/28 A RU 2009147534/28A RU 2009147534 A RU2009147534 A RU 2009147534A RU 2429456 C1 RU2429456 C1 RU 2429456C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring
- leds
- optical radiation
- sensor
- signals
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области фотоколориметрии, может быть использовано для измерения цветовых параметров поверхности твердых материалов, например, металлов, пластмасс, стекла, бумаги и т.д., в областях промышленности, где цвет является одним из основных показателей качества продукции.The invention relates to the field of photocolorimetry, can be used to measure color parameters of the surface of solid materials, for example, metals, plastics, glass, paper, etc., in industries where color is one of the main indicators of product quality.
Известны фильтровые колориметры [Датчик-анализатор цвета полупрозрачных жидкостей ДЦ-5М. Проспект. СГГА], содержащие источники света, корректирующие светофильтры (X), (Y), (Z) и фотоэлемент.Known filter colorimeters [Sensor analyzer color translucent liquids DC-5M. Avenue. SGGA] containing light sources, corrective filters (X), (Y), (Z) and photocell.
Недостатком данного устройства является низкая точность из-за влияния на измерение фоновой засветки и невозможность анализа в динамическом режиме, а также сложность конструкции.The disadvantage of this device is the low accuracy due to the influence on the measurement of background illumination and the inability to analyze in dynamic mode, as well as the complexity of the design.
Наиболее близким по техническому решению является анализатор цвета полупрозрачных жидкостей, состоящий из устройства, выполненного в виде двух идентичных кювет, задающего генератора (источника импульсного питания), коммутатора (разделителя импульса), трех измерительных, трех компенсационных светоизлучающих диодов, трех эталонных приемника оптического излучения, трех идентичных блоков обработки фотоэлектрического сигнала и трех измерительных приборов или ЭВМ [Предварительный патент РУз. № IDP 05057. Анализатор цвета полупрозрачных жидкостей 16.01.2002].The closest in technical solution is a color analyzer of translucent liquids, consisting of a device made in the form of two identical cuvettes, a master oscillator (pulse power supply), a switch (pulse separator), three measuring, three compensating light-emitting diodes, three reference optical radiation receivers, three identical photoelectric signal processing units and three measuring devices or computers [Preliminary patent of the Republic of Uzbekistan. IDP 05057. Color analyzer of translucent liquids 01.16.2002].
Однако данное устройство контролирует по принципу прохождения, анализирует цвета только полупрозрачных жидкостей, а также имеет сложную конструкцию.However, this device controls the principle of transmission, analyzes the colors of only translucent liquids, and also has a complex structure.
Задачей настоящего изобретения является повышение чувствительности и точности, а также упрощение конструкции анализатора.The present invention is to increase the sensitivity and accuracy, as well as simplifying the design of the analyzer.
Поставленная задача решается тем, что анализатор цвета поверхности твердых материалов, состоит из электронного блока, содержащего задающий генератор и триггер-коммутатор, три измерительных прибора, измерительную систему, и датчика, содержащего три измерительных светодиода и три компенсационных светодиода, три приемника оптического излучения, работающих на длинах волн λ1=680 нм λ2=560 нм λ3=450 нм, отличающийся тем, что в него введены три триггера соединенных с триггером-коммутатором, три выхода которых соединены с тремя измерительными светодиодами, а вторые три выхода - с компенсационными светодиодам, три приемника оптического излучения, связанные через Y-образные оптоволокна с контрольным объектом, расположенные за датчиком на пути сигналов, выход каждого приемника оптического излучения подсоединен к входу соответствующего блока сравнения, выход каждого из которых соединен с соответствующим измерительным прибором, три блока сравнения, которые получают сигналы от соответствующих приемников оптического излучения, сигнал с которых поступает в блок обработки фотоэлектрических сигналов, для сопоставления с образцовыми сигналами, хранящимися в запоминающем устройстве, а затем сигналы или их отношение подаются на измерительную систему кроме того датчик выполнен в виде полусферы, с прикрепленным кольцевым кожухом из мягкой резины, к которому прикреплены три пары оптоволокон, расположенные под углом, например, 45°, относительно друг друга и симметрично относительно нормали к контролируемой поверхности в точке отражения.The problem is solved in that the analyzer of the color of the surface of solid materials consists of an electronic unit containing a master oscillator and a trigger switch, three measuring devices, a measuring system, and a sensor containing three measuring LEDs and three compensation LEDs, three optical radiation receivers operating at wavelengths of λ 1 = 680 nm, λ 2 = 560 nm, λ 3 = 450 nm, characterized in that three flip-flop connected to the trigger-switch incorporated into it, three outputs are connected to the three measuring CBE diodes, and the second three outputs - with compensation LEDs, three optical radiation receivers connected through a Y-shaped optical fiber with a control object located behind the sensor in the signal path, the output of each optical radiation receiver is connected to the input of the corresponding comparison unit, the output of each of which is connected with an appropriate measuring device, three comparison units that receive signals from the respective optical radiation receivers, the signal from which enters the photoelectric processing unit signals for comparison with the model signals stored in the storage device, and then the signals or their ratio are supplied to the measuring system; moreover, the sensor is made in the form of a hemisphere, with an attached ring casing made of soft rubber, to which are attached three pairs of optical fibers located at an angle , for example, 45 °, relative to each other and symmetrically relative to the normal to the surface being monitored at the reflection point.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства анализатора цвета поверхности твердых материалов, а на фиг.2 - один из вариантов выполнения датчика. Анализатор цвета состоит из датчика и электронного блока. Датчик выполнен в виде полусферы 1, в которую установлены три пары Y-образных подводящих 2-4 и отводящих 5-7 оптоволокон.Figure 1 presents a structural diagram of a device for analyzing the color of the surface of solid materials, and figure 2 is one of the options for performing the sensor. The color analyzer consists of a sensor and an electronic unit. The sensor is made in the form of a hemisphere 1, in which there are three pairs of Y-shaped leads 2-4 and 5-7 leading optical fibers.
Электронный блок включает в себя задающий генератор 9, коммутатор 10, три триггера 11-13, три выхода которых соединены с тремя измерительными светодиодами 14, 16, 18, вторые три выхода - с компенсационными светодиодами 15, 17, 19, три приемника оптического излучения 20-22, выход каждого приемника оптического излучения подсоединен к входу соответствующего блока сравнения 23-25, выход каждого из которых соединен с соответствующим измерительным прибором 26-28. Далее электронный блок включает в себя блок обработки фотоэлектрического сигнала 29, запоминающее устройство 30 и измерительную систему, например ЭВМ.The electronic unit includes a master oscillator 9, a switch 10, three triggers 11-13, three outputs of which are connected to three measuring LEDs 14, 16, 18, the second three outputs - with compensation LEDs 15, 17, 19, three optical radiation receivers 20 -22, the output of each optical radiation receiver is connected to the input of the corresponding comparison unit 23-25, the output of each of which is connected to the corresponding measuring device 26-28. Further, the electronic unit includes a photoelectric signal processing unit 29, a storage device 30, and a measuring system, for example, a computer.
Устройство работает следующим образом. Задающий генератор 9 вырабатывает импульсы, которые подаются на вход коммутатора 10. Разделительные импульсы подаются на вход трех идентичных триггеров 11-13, три выхода которых соединены с тремя измерительными светодиодами 14, 16, 18, вторые три выхода - с компенсационными светодиодами 15, 17, 19, импульсы от триггеров поступают на соответствующие светодиоды. Каждый оптрон отвечает за контроль конкретного того или иного параметра.The device operates as follows. The master oscillator 9 generates pulses that are fed to the input of the switch 10. Separating pulses are fed to the input of three identical triggers 11-13, three outputs of which are connected to three measuring LEDs 14, 16, 18, the second three outputs - with compensation LEDs 15, 17, 19, pulses from the triggers arrive at the corresponding LEDs. Each optocoupler is responsible for monitoring a particular parameter.
Контролируемая поверхность 8, которая заключена в полусферу 1, по подводящим оптическим волокнам 2-4 облучается двумя световыми потоками (измерительным и компенсационным).The controlled
Оптоволокна заключены в кольцевой кожух из мягкой резины для необходимой ориентации датчика и светоизоляции оптического канала и расположены они под углом, например 45°, относительно друг друга и симметрично относительно нормали к контролируемой поверхности в точке отражения.The optical fibers are enclosed in an annular casing made of soft rubber for the necessary orientation of the sensor and the light insulation of the optical channel and they are located at an angle, for example, 45 °, relative to each other and symmetrically with respect to the normal to the surface being monitored at the reflection point.
Оптическое излучение отражается от контролируемой поверхности и отводящими оптическими волокнами 5-7 подается на приемники оптического излучения 20-22, работающие на длинах волн λ1=680 нм λ2=560 нм λ3=450 нм и преобразующие оптические сигналы в электрические.Optical radiation is reflected from the surface being monitored and 5-7 optical fibers are fed to optical radiation receivers 20-22 operating at wavelengths λ 1 = 680 nm λ 2 = 560 nm λ 3 = 450 nm and converting the optical signals into electrical ones.
Далее сигнал попадает на свой блок сравнения 23, 24, 25, берется отношение двух сигналов (измерительного и компенсационного) и далее измерительной системой 26, 27, 28 определяют оттенки трех цветов. Процесс измерения на данном этапе можно закончить. Или три сигнала могут поступать на блок обработки фотоэлектрического сигнала 29, где сопоставляются с любым из ряда образцовых, хранящихся в запоминающем устройстве 30. Далее оба сигнала или их отношение подаются на измерительную систему или в ЭВМ 31.Next, the signal goes to its comparison unit 23, 24, 25, the ratio of the two signals is taken (measuring and compensation), and then the shades of three colors are determined by the measuring system 26, 27, 28. The measurement process at this stage can be completed. Or three signals can be fed to the processing unit of the photoelectric signal 29, where they are compared with any of a number of exemplary ones stored in the storage device 30. Further, both signals or their ratio are supplied to the measuring system or to the computer 31.
Благодаря прохождению света через подводящие 2-4 и отводящие 5-7 оптоволокна подается и принимается узкий пучок излучения, который дает возможность контроля параметров.Due to the passage of light through the lead 2-4 and 5-7 lead optical fibers, a narrow beam of radiation is supplied and received, which makes it possible to control the parameters.
Физический смысл заключается в следующем: цветовые параметры определяются как объективное свойство предметов, проявляющееся в спектральном составе исходящего от них (пропускаемого, отражаемого) излучения и воспринимаемое как осознанное зрительное ощущение. В этом определении даны два аспекта - физический и психофизиологический, неразрывно связанные друг с другом.The physical meaning is as follows: color parameters are defined as an objective property of objects, manifested in the spectral composition of the radiation emitted from them (transmitted, reflected) and perceived as a conscious visual sensation. In this definition, two aspects are given - physical and psychophysiological, inextricably linked with each other.
Современная теория распознавания цвета основана на однозначно установленном факте трихроматности зрения человека, т.е. зрительный аппарат содержит три вида рецепторов, каждый из которых преимущественно реагирует на красный, зеленый или синий цвет.The modern theory of color recognition is based on the unambiguously established fact of the trichromaticity of human vision, i.e. the visual apparatus contains three types of receptors, each of which mainly reacts to red, green or blue.
Согласно этому, цветовой параметр математически выражается вектором в трехмерном цветовом пространстве, причем начало этого вектора совпадает с началом цветовой координатной системы (ЦКС). Если в качестве основных цветов использовать единичные векторы трех цветов красного rn, зеленого gn и синего bn, то любой цвет можно выразить в виде:According to this, the color parameter is mathematically expressed by a vector in a three-dimensional color space, and the beginning of this vector coincides with the beginning of the color coordinate system (CCS). If we use the unit vectors of the three colors of red r n , green g n and blue b n as primary colors, then any color can be expressed as:
где R, G, В - качества соответствующих цветов.where R, G, B are the qualities of the corresponding colors.
На фиг.3 показаны кривые сложения цветов систем RGB (а) и XYZ (б). RGB-система называется эмпирической, которая используется в качестве основных цветов чистого спектрального излучения красного (λ=700 нм), зеленого (λ=546,1 нм) и синего (λ=435,8 нм) цветов. А XYZ называется феноменологической системой. Смысл этих систем заключается в том, что спектрально чистый цвет с λ=600 нм воспринимается глазом как состоящий из красного и зеленого компонентов в соотношении 14:3, излучение с λ=450 нм воспринимается в виде соотношения 7,5:1:35 красного, зеленого и синего цветов соответственно.Figure 3 shows the color addition curves of the RGB (a) and XYZ (b) systems. The RGB system is called empirical, which is used as the primary colors of pure spectral radiation of red (λ = 700 nm), green (λ = 546.1 nm) and blue (λ = 435.8 nm) colors. And XYZ is called a phenomenological system. The meaning of these systems is that a spectrally pure color with λ = 600 nm is perceived by the eye as consisting of red and green components in a ratio of 14: 3, radiation with λ = 450 nm is perceived as a ratio of 7.5: 1: 35 red, green and blue colors respectively.
В системе RGB кривые красного rn, зеленого gn и синего bn построены так, что для каждого из трех основных цветов отличаются от нуля лишь ординатой одной кривой. Принципиальный недостаток этих кривых сложения заключается в наличии отрицательного участка у кривой. При измерении цветовых координат вычитание цвета реализовать невозможно, поэтому в колориметрии это система не применяется.In the RGB system, the curves of red r n , green g n and blue b n are constructed so that for each of the three primary colors they differ from zero only by the ordinate of one curve. The principal drawback of these addition curves is the presence of a negative portion of the curve. When measuring color coordinates, color subtraction cannot be implemented, so this system is not used in colorimetry.
Таким образом, задача контроля цветовых параметров на основе XYZ системы осуществляется тремя способами. Первый - это визуальное сопоставление измеряемого цвета с эталонным. Эталон выбирается из заранее составленного цветового атласа или компьютерным программированием каждого из цветов. Второй - это спектрофотометрирование, наблюдаемого излучения и расчет координат X, Y, Z. Третий - это непосредственное измерение координат X, Y, Z при использовании трех эталонных приемников оптического излучения, спектральные функции, чувствительности которых в точности соответствуют кривым Yx Yy Yz. Этот способ, несомненно, является наиболее перспективным, так как он удовлетворяет требованиям технологического процесса.Thus, the task of controlling color parameters based on the XYZ system is carried out in three ways. The first is a visual comparison of the measured color with the reference. The standard is selected from a pre-compiled color atlas or computer programming of each of the colors. The second is spectrophotometry of the observed radiation and the calculation of the X, Y, Z coordinates. The third is the direct measurement of the X, Y, Z coordinates using three reference optical radiation detectors, spectral functions whose sensitivity exactly matches the curves Y x Y y Y z . This method is undoubtedly the most promising, as it meets the requirements of the process.
Для разработки по этому способу устройство должно выполнить следующие операции:To develop using this method, the device must perform the following operations:
- выделение анализирующего излучения на трех длинах волн (красный, зеленый и синий);- selection of the analyzing radiation at three wavelengths (red, green and blue);
- прием отражающих через контролируемый объект потоков излучения и преобразование их в фотоэлектрический сигнал;- receiving reflecting fluxes of radiation through a controlled object and converting them into a photoelectric signal;
- обработка и сравнение фотоэлектрического сигнала.- processing and comparison of the photoelectric signal.
Назначение каждой из трех оптопар поясняется следующим образом:The purpose of each of the three optocouplers is explained as follows:
контролируемая поверхность облучается двумя световыми потоками с длинами волн λ1 и λ2, один из которых является измерительным излучением, а другой - компенсационным.the controlled surface is irradiated with two light fluxes with wavelengths λ 1 and λ 2 , one of which is measuring radiation, and the other is compensation radiation.
Пусть на контролируемую поверхность падает световой поток Ф0λ. Освещенный слой разделит упавший на него световой поток на три части:Let luminous flux Φ 0λ fall onto a controlled surface. The illuminated layer will divide the luminous flux incident on it into three parts:
1) Фλ1 - отраженный от поверхности и попадающий на приемник оптического излучения, из которой пришел и падающий поток;1) Ф λ1 - reflected from the surface and incident on the receiver of optical radiation, from which came the incident stream;
2) Фλ2 - отраженный от поверхности и не падающий на приемник оптического излучения;2) Ф λ2 - reflected from the surface and not incident on the optical radiation receiver;
3) Фλ3 - поглощенный поток, который в веществе слоя превратится в теплоту или другую форму энергии.3) Ф λ3 - absorbed flow, which in the material of the layer will turn into heat or another form of energy.
В соответствии с законом сохранения энергии сумма световых потоков равна падающему потоку:In accordance with the law of conservation of energy, the sum of the light flux is equal to the incident flux:
Ф01=Фλ1+Фλ2+Фλ3 Ф 01 = Ф λ1 + Ф λ2 + Ф λ3
илиor
Для окрашенных веществ эти коэффициенты зависят от спектрального состава падающего излучения. Для монохроматического излучения с определенной длиной волны (как спектр излучения светоизлучающего диода), их обозначить ρ(λ), τ(λ) и α(λ).For colored substances, these coefficients depend on the spectral composition of the incident radiation. For monochromatic radiation with a specific wavelength (as the emission spectrum of a light emitting diode), denote them by ρ (λ), τ (λ) and α (λ).
Спектральную зависимость этих коэффициентов удобно изображать графически.The spectral dependence of these coefficients is conveniently represented graphically.
Предлагаемое устройство обладает повышенной точностью распознавания цвета за счет трех оптопар, которые контролируют три цветовых параметра, соответствующих параметрам X, Y, Z.The proposed device has improved color recognition accuracy due to three optocouplers that control three color parameters corresponding to the parameters X, Y, Z.
Устройство обладает повышенной точностью контроля за счет трехмерного измерения с длинами волн λ1=680 нм, λ2=560 нм, λ3=450 нм, когда в качестве эталонных приемников оптического излучения применены многоцветные фоторезисторы.The device has improved control accuracy due to three-dimensional measurement with wavelengths λ 1 = 680 nm, λ 2 = 560 nm, λ 3 = 450 nm, when multicolor photoresistors are used as reference optical radiation detectors.
При необходимости сигнал с выхода блока обработки фотоэлектрического сигнала можно подать в систему автоматического контроля.If necessary, the signal from the output of the processing unit of the photoelectric signal can be fed into the automatic control system.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009147534/28A RU2429456C1 (en) | 2009-12-21 | 2009-12-21 | Solid material surface colour analyser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009147534/28A RU2429456C1 (en) | 2009-12-21 | 2009-12-21 | Solid material surface colour analyser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009147534A RU2009147534A (en) | 2011-06-27 |
| RU2429456C1 true RU2429456C1 (en) | 2011-09-20 |
Family
ID=44738659
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009147534/28A RU2429456C1 (en) | 2009-12-21 | 2009-12-21 | Solid material surface colour analyser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2429456C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2485457C1 (en) * | 2012-01-17 | 2013-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная геодезическая академия" (ФГБОУ ВПО "СГГА") | Optoelectronic device to determine fatigue of solid materials |
| RU219174U1 (en) * | 2023-04-12 | 2023-07-03 | Общество с ограниченной ответственностью "РАСТР ТЕХНОЛОДЖИ" | Working head of LED spectrometer |
-
2009
- 2009-12-21 RU RU2009147534/28A patent/RU2429456C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2485457C1 (en) * | 2012-01-17 | 2013-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная геодезическая академия" (ФГБОУ ВПО "СГГА") | Optoelectronic device to determine fatigue of solid materials |
| RU219174U1 (en) * | 2023-04-12 | 2023-07-03 | Общество с ограниченной ответственностью "РАСТР ТЕХНОЛОДЖИ" | Working head of LED spectrometer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009147534A (en) | 2011-06-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1930464B (en) | Ozone concentration sensor | |
| US7646489B2 (en) | Apparatus and method for measuring film thickness | |
| JP5737390B2 (en) | Multi-angle colorimeter | |
| WO2013138611A1 (en) | Process and apparatus for measuring the crystal fraction of crystalline silicon casted mono wafers | |
| US9423296B2 (en) | Unit for determining the type of a dominating light source by means of two photodiodes | |
| JP6027317B2 (en) | System and method for wavelength spectrum analysis for detecting various gases using processed tape | |
| CN203629685U (en) | Color identification device based on LED | |
| KR20090056858A (en) | Apparatus for measuring optical property | |
| CN107748142A (en) | A kind of dual-beam based on miniature beam-splitting optical system becomes light path sample spectra analytical equipment | |
| CN103196559A (en) | Electronic Lovibond color measurement method and detection system thereof | |
| CN101228435B (en) | Detecting and categorizing of foreign substances in a strand-like textile material | |
| JP2020020702A (en) | Spectral measuring instrument, electronic apparatus, and spectral measuring method | |
| CN104792710B (en) | A kind of object optical characteristic measuring device | |
| CN104266757B (en) | A kind of automatically-calibrated spectrum continuously adjustable light source analogy method | |
| RU2429456C1 (en) | Solid material surface colour analyser | |
| CN102141441A (en) | Portable multipurpose optical fiber colorimeter | |
| CN201053901Y (en) | Quick spectrophotometer for color measuring | |
| JP6080410B2 (en) | Spectral colorimeter | |
| CN101586984A (en) | Color sensor | |
| JP2013134246A (en) | Pigmentation degree measuring apparatus of liquid | |
| EP3187860B1 (en) | Surface inspection device, surface inspection method and program | |
| CN202710183U (en) | Object chroma measuring system | |
| CH706948A2 (en) | Device for optoelectronic analyzing and receiving of measuring material e.g. textile material such as yarn, has image processing unit providing light image data to separately analyze light image data in accordance to spectral region | |
| CN102901705B (en) | System and method for detecting hemoglobin concentration based on single chip | |
| Telma et al. | Optoelectronic sensor solid surfacecolor analyzer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181222 |