测 量 技 术 的 多
测 量 技 术 的 多 彩 挑 战 工 业 应 用 中 对 颜 色 的 确 定 、 测 量 和 检 测 是 十 分 复 杂 的 测 量 任 务 。 与 其 他 物 理 量 相 比 , 很 难 定 义 颜 色 : 究 竟 是 什 么 颜 色 ? 最 先 进 的 颜 色 测 量 技 术 不 仅 可 以 回 答 这 个 问 题 , 还 可 以 为 工 业 应 用 提 供 解 决 方 案 。 颜 色 对 于 工 业 测 量 技 术 来 说 是 一 项 巨 大 挑 战 , 因 为 它 是 由 光 引 起 的 个 体 视 觉 感 受 。 测 量 颜 色 时 , 核 心 在 于 将 接 受 测 量 的 颜 色 与 人 眼 感 知 的 实 际 颜 色 进 行 比 较 。 在 大 多 数 应 用 中 , 问 题 的 关 键 在 于 检 测 颜 色 的 极 微 小 偏 差 , 因 为 人 眼 能 够 清 楚 地 察 觉 这 些 偏 差 。 汽 车 零 件 、 印 刷 品 或 外 墙 板 的 喷 涂 只 是 许 多 产 品 的 一 些 例 子 , 其 颜 色 必 须 在 生 产 过 程 中 接 受 检 查 。 人 类 的 颜 色 感 知 AUTOMATION 作 者 : Joachim Hueber 硕 士 工 程 师 ,MICRO-EPSILON Eltrotec GmbH, 德 国 乌 英 根 (Uhingen) 工 业 应 用 中 的 颜 色 检 查 需 要 匹 配 的 传 感 器 技 术 , 以 对 应 人 眼 的 颜 色 感 知 。 后 者 由 380 nm 至 780 nm 波 长 范 围 内 的 光 引 发 。 人 眼 有 不 同 的 传 感 细 胞 : 用 于 明 / 暗 区 分 的 1.2 亿 个 棒 体 细 胞 和 用 于 颜 色 感 知 的 600 万 个 锥 体 细 胞 。 人 类 共 有 三 种 不 同 类 型 的 锥 体 细 胞 , 每 种 都 可 接 收 可 见 光 谱 的 不 同 波 长 范 围 。 棒 体 细 胞 比 锥 体 细 胞 更 灵 敏 , 这 就 是 为 什 么 色 觉 依 赖 于 照 明 。 基 于 人 类 的 颜 色 印 象 , 可 以 对 颜 色 做 不 同 描 述 。 由 于 存 在 三 种 不 同 的 锥 体 细 胞 类 型 , 因 此 颜 色 空 间 由 三 个 维 度 组 成 。 自 1931 年 以 来 , 国 际 委 员 会 所 规 定 的 CIE 1931 标 准 颜 色 空 间 确 保 了 颜 色 描 述 的 可 比 性 。 24 WORLD OF INDUSTRIES 2019
技 术 应 用 中 的 颜 色 空 间 在 技 术 应 用 中 ,CIELAB 颜 色 空 间 更 为 常 见 。 它 由 标 准 颜 色 空 间 转 换 而 成 。 该 颜 色 空 间 的 坐 标 包 括 L( 亮 度 度 量 )、a( 绿 色 / 红 色 饱 和 度 ) 和 b( 蓝 色 / 黄 色 饱 和 度 )。 这 种 颜 色 空 间 的 优 点 在 于 , 被 人 眼 感 知 为 单 独 颜 色 的 每 种 色 调 具 有 相 同 的 颜 色 容 量 。HSV/HSI 颜 色 空 间 则 很 少 获 得 使 用 。 与 显 示 器 和 打 印 技 术 一 起 使 用 的 RGB 和 CMYK 颜 色 空 间 明 显 小 于 CIE 标 准 颜 色 空 间 。 这 意 味 着 它 们 无 法 对 人 眼 识 别 的 所 有 颜 色 进 行 成 像 , 因 此 不 适 合 精 确 的 工 业 颜 色 测 量 。 计 量 挑 战 当 确 定 观 察 几 何 形 状 后 , 颜 色 ( 在 物 理 上 ) 是 可 见 波 长 范 围 内 的 反 射 强 度 光 谱 。 该 反 射 光 谱 取 决 于 物 体 颜 色 和 照 明 。 照 明 由 不 同 光 源 决 定 , 例 如 灯 泡 、 日 光 、 荧 光 灯 或 冷 白 光 LED。 颜 色 传 感 器 检 测 反 射 光 谱 并 模 仿 人 眼 的 原 理 。 对 于 测 量 , 反 射 光 被 折 射 到 其 光 谱 部 分 中 。 最 简 单 的 方 法 是 使 用 仅 有 一 部 分 光 谱 可 以 通 过 的 滤 波 器 。 其 传 感 器 分 为 绿 色 、 红 色 和 蓝 色 像 素 的 大 多 数 传 统 CCD 相 机 也 基 于 这 种 技 术 。 注 重 细 节 的 颜 色 传 感 器 对 于 工 业 应 用 , 颜 色 传 感 器 使 用 更 精 确 的 原 理 , 例 如 Micro- Epsilon Eltrotec 的 全 新 colorSensor CFO 系 列 ( 见 信 息 框 )。 样 品 由 光 源 照 射 , 这 在 大 多 数 情 况 下 为 白 光 LED。 探 头 反 射 的 光 线 照 射 传 感 器 , 光 线 通 过 不 同 的 滤 光 器 , 最 终 到 达 光 敏 传 感 器 元 件 。 所 用 滤 光 器 的 吸 收 光 谱 应 相 互 重 叠 。 滤 光 器 将 光 分 全 新 真 彩 色 传 感 器 Micro-Epsilon Eltrotec 的 全 新 紧 凑 型 真 彩 色 colorSensor CFO 传 感 器 以 其 高 颜 色 精 度 、 现 代 化 界 面 和 直 观 操 作 而 脱 颖 而 出 。 这 些 根 据 XYZ 三 色 刺 激 测 量 程 序 操 作 。 良 好 测 量 结 果 的 决 定 性 因 素 在 于 , 样 品 的 照 射 由 限 定 光 源 提 供 。 新 型 颜 色 传 感 器 采 用 高 性 能 白 光 LED, 可 覆 盖 可 见 光 谱 的 绝 大 部 分 。 所 有 组 件 , 如 照 明 、 传 感 器 元 件 和 评 估 电 子 元 件 都 集 成 在 一 个 紧 凑 的 铝 制 外 壳 中 。 光 纤 电 缆 连 接 到 颜 色 传 感 器 , 并 确 保 照 明 和 测 量 进 程 。 使 用 光 纤 电 缆 有 几 个 主 要 优 点 :1. 传 感 器 可 用 于 受 限 区 域 , 因 为 传 感 器 头 所 需 空 间 极 小 。2. 多 款 不 同 传 感 器 头 可 匹 配 大 多 数 任 务 。 此 外 ,Micro-Epsilon Eltrotec 可 根 据 客 户 的 具 体 要 求 调 整 传 感 器 。3. 最 大 光 纤 电 缆 长 度 为 2.4 m, 允 许 安 装 外 部 传 感 器 , 例 如 在 危 险 区 域 ( 真 空 、 温 度 、 爆 炸 性 区 域 ) 的 情 况 下 。 通 过 外 壳 上 的 五 个 按 钮 可 以 配 置 颜 色 传 感 器 。LED 表 示 相 应 的 状 态 。 根 据 传 感 器 类 型 , 可 以 通 过 示 教 按 钮 示 教 六 种 颜 色 组 (CFO100) 中 的 多 达 255 种 颜 色 , 或 254 种 颜 色 组 (CFO200) 中 的 多 达 320 种 颜 色 。 用 户 可 以 定 义 允 许 的 公 差 范 围 。 如 果 测 量 的 颜 色 在 公 差 范 围 内 , 传 感 器 通 过 数 字 输 出 通 道 发 送 信 号 。CFO100 可 实 现 高 达 10 kHz 的 测 量 频 率 , 而 CFO200 的 测 量 频 率 则 可 高 达 20 kHz。 因 此 , 甚 至 可 以 实 现 对 速 度 具 有 非 常 高 要 求 的 应 用 。 真 彩 色 传 感 器 适 用 于 涉 及 颜 色 分 类 或 颜 色 一 致 性 检 查 的 任 何 应 用 。 为 长 波 (X)、 中 波 (Y) 和 短 波 (Z) 部 分 , 然 后 将 各 个 信 号 转 换 成 L*a*b* 颜 色 值 。 这 就 是 生 成 能 够 根 据 人 眼 的 颜 色 感 知 来 分 配 颜 色 的 测 量 值 的 方 法 。 因 此 , 我 们 将 这 些 称 为 感 知 01 人 眼 有 600 万 个 锥 体 细 胞 用 于 颜 色 感 知 WORLD OF INDUSTRIES 2019 25
