一种光柱镭射纸张颜色和光柱质量自动检测系统

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一种光柱镭射纸张颜色和光柱质量自动检测系统\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及一种光柱镭射纸张颜色和光柱质量自动检测系统，用于自动检测和评价光柱镭射纸张颜色和光柱质量，通过搭建的专用镭射纸测量平台，可固定测量仪器和待测纸张的位置，保证测量条件的稳定和结果的可靠。通过检测设备和控制模块可控制颜色测量仪器的位移和测量点位置，计算并评判光柱镭射纸张颜色和光柱质量、识别光柱镭射纸的光柱周期，从而实现光柱镭射纸张颜色和光柱质量的自动检测和评价。\n背景技术\n[0002] 光柱镭射纸是包装印刷普遍采用的承印材料，可以显著提高包装产品的外观效果。但由于光柱镭射纸表面会产生衍射光，形成彩虹色，造成测量颜色时，在样品的不同位置或仪器以不同方向测量都会得到不同的测量结果。同时，不合格的光柱镭射纸，由于光柱倾斜、表面处理不均匀等原因，也会引起颜色测量的误差。显然采用普通的印刷品颜色测量方法会导致很大的测量误差和不确定性，最新提出的检测光柱镭射纸颜色的方法也需要在确定镭射纸的光柱方向和垂直光柱方向的基础上进行，造成测量过程繁琐、费时，目前尚未有成熟的快速测量和评价光柱镭射纸张颜色和光柱质量的方法。\n发明内容\n[0003] 本实用新型的目的在于解决目前人工测量镭射纸张带来的测量结果不确定和容易引起人为误差等问题，同时避免在测量镭射纸颜色前需要事先确定镭射纸的光柱方向和垂直方向，通过直接测量纸张的水平和垂直方向不同位置的色度值，提出一种光柱镭射纸张颜色和光柱质量的自动检测和评价系统，实现对镭射纸张颜色和光柱质量的自动化测量。\n[0004] 为提高颜色测量的准确性和效率，避免人工测量带来的操作不确定性和人为误差，本实用新型提出了用于光柱镭射纸颜色测量和光柱质量检测的通用测试平台，为印刷包装领域检测镭射纸颜色和光柱质量提供一种测量装置，可实现准确、快速测量光柱镭射纸颜色和光柱质量。本系统适用于光柱镭射纸张及以光柱镭射纸为承印材料的印刷品颜色自动化测量，色差容限评判和光柱质量检测。\n[0005] 为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：\n[0006] 一种光柱镭射纸张颜色和光柱质量自动检测系统，该系统主要由定位传感器、颜色测量仪器、控制执行装置、测量平台和计算机等组成，所述的颜色测量仪器设置于测量平台的上方，所述的颜色测量仪器与控制执行装置相连接，所述的颜色测量仪器与控制执行装置分别与计算机相连接；所述的定位传感器设置于颜色测量仪器的上方，分别与颜色测量装置和计算机相连接。\n[0007] 所述的计算机包括控制模块、传感器信号处理模块、图像分析模块和数据分析模块等；所述的颜色测量仪器的控制执行装置通过接口电路与计算机的控制模块电联接，控制执行装置带动颜色测量仪器进行水平(面)位移(颜色测量仪器与样品之间的相对垂直位置是固定的)；所述的定位传感器与传感器信号处理模块电联接，所述的颜色测量仪器与图像分析模块和数据分析模块电联接。\n[0008] 所述的颜色测量仪器为漫反射式分光光度计，相应地，所述颜色测量仪控制执行装置为分光光度计控制执行装置。\n[0009] 所述的颜色测量仪器可为积分球式分光光度计，测量条件为D65光源，照明与观察几何条件为d/8(漫反射光照明，偏离法线方向8°视角探测)，CIE1964标准观察者，SCI(包含镜面反射)。\n[0010] 采用上述检测系统对光柱镭射纸张颜色和光柱质量进行自动检测和评价的方法，包括如下步骤：\n[0011] (1)采用上述自动检测系统，在测量平台上放置并固定待测光柱镭射纸张；\n[0012] (2)在计算机的控制模块中设定颜色测量仪器在测量平台上水平方向和垂直方向的测量点数量n和测量步长d；\n[0013] (3)通过计算机自动控制颜色测量仪器在水平方向和垂直方向的位移、定位和测量，读取被测样品在不同位置的颜色信息；\n[0014] (4)由计算机的数据分析模块对仪器测量得到的光柱镭射纸张在水平方向和垂直方向的颜色色度值进行分析计算，选择参照值，比较获得被测样品不同测量位置的CIELAB(或CIEDE2000)色差值；\n[0015] (5)绘制不同位置处的色差分布图，由色差的周期性分布、峰值分布规律，可以检测单张光柱镭射纸的颜色均匀性和光柱质量，即光柱是否倾斜，镭射纸表面处理是否均匀，同时也可得出光柱镭射纸的彩虹周期。\n[0016] 进一步地，将步骤(5)中的色差分布曲线的峰值与设定的色差容限值比较，评判光柱镭射纸基的颜色合格与否；或比较测试样品与标样的数据，给出样品合格与否的判断。\n[0017] 步骤(2)中，颜色测量仪器可沿着测试平台在X水平方向、Y垂直方向移动，在计算机软件操作界面可输入设定的颜色测量仪器在X、Y方向的测量点个数n和位移步长d，(n-1)×d小于测量平台的有效测量范围。\n[0018] 步骤(3)中，计算机自动控制颜色测量仪器根据步骤(2)中设定的参数进行测量，读取光柱镭射纸样品颜色的色度值。\n[0019] 步骤(4)中，以起始点的颜色色度值为参照值，计算不同测量位置与它比较的CIELAB(或CIEDE2000)色差值；或以水平X方向所有不同位置的颜色色度值的平均值为参照值，计算每个测量点与该平均值比较的CIELAB(或CIEDE2000)色差值；或以某一水平方向的测量点的颜色色度值为参照值，计算垂直方向的测量点分别与该点计算比较的CIELAB(或CIEDE2000)色差值。\n[0020] 计算机数据分析模块计算不同位置采样点间的CIELAB(或CIEDE2000)色差值，与镭射纸生产厂家或印刷包装厂家给定的色差容限值比较，评判光柱镭射纸张的颜色合格与否。或比较测试样品与标样的数据，给出样品合格与否的判断。\n[0021] 步骤(5)中，需要对一张光柱镭射纸沿着水平和垂直方向均匀采集不同位置的颜色色度信息，选择参照值，获得被测样品不同测量位置的CIELAB(或CIEDE2000)色差值；绘制色差分布图，通过色差分布折线图的周期性分布，检测光柱镭射纸的光柱质量，及光柱是否倾斜、表面处理是否均匀等。\n[0022] 本实用新型通过计算机控制模块发送指令在水平方向和垂直方向测量，通过分光光度计均匀采集垂直光柱方向的色度值，与起始位置比较色差大小，绘制色差分布折线图，由计算机数据分析、计算光柱镭射纸的光柱周期。通过色差分布折线图的峰值评价镭射纸的颜色，色差分布折线图的周期性分布评价光柱镭射纸的颜色均匀性和光柱质量。\n[0023] 本实用新型检测光柱镭射纸张颜色和光柱质量的装置，测量平台上设置分光光度计，分光光度计上方设置定位传感器；计算机的控制模块电联接分光光度计控制执行装置，分光光度计控制执行装置连接分光光度计；计算机的传感器信号处理模块与定位传感器电联接，计算机的数据分析模块与分光光度计电联接。检测方法包括：1)确定位移步长和测量点数量；2)在在纸张的X(水平)、Y(垂直)方向不同位置采样，读取测量值；3)计算垂直方向不同测量点与起始位置色差，比较、判断镭射纸张的颜色质量；4)通过色差分布图，评价光柱质量，计算光柱周期。\n[0024] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过本镭射纸颜色的检测装置，可固定测量仪器和待测纸张的位置，保证测量条件的稳定和结果的可靠；设定颜色测量仪器的位移和测量点位置，颜色测量仪器自动测量并计算不同采样点间的CIELAB(或CIEDE2000)色差值，评判光柱镭射纸样品的颜色和光柱质量合格与否。该系统可解决目前人工测量光柱镭射纸样品带来的测量值不确定性和人为误差问题，同时避免裁切镭射纸时不同的裁切方法，导致的光柱分布不一致、很难在测量镭射纸颜色时统一光柱方向和垂直光柱方向等问题，可实现对镭射纸颜色的自动化测量，它操作方便、简单快捷，测量规范、误差小。\n[0025] 本实用新型的颜色测量仪器自动测量并计算不同采样点间的色差值，可与数据分析模块中已有色差容限值比较，评判光柱镭射纸样品的颜色和光柱质量。\n[0026] 下面通过附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明，但并不意味着对本实用新型保护范围的限制。\n附图说明\n[0027] 图1是光柱镭射纸颜色自动测量系统结构示意图。\n[0028] 图2是颜色测量仪器在镭射纸上不同测量位置的示意图。\n[0029] 图3是计算得到两种镭射纸垂直方向不同位置与起始位置处的色差分布折线图。\n[0030] 图4-1和图4-2分别是计算得到第一、二种镭射纸倾斜一定角度采集垂直方向不同位置与起始位置处的色差分布折线图。\n[0031] 图5-1和图5-2是扫描仪扫描得到的两种光柱镭射纸基灰度图，可通过测量黑色条纹间距判断光柱周期。\n具体实施方式\n[0032] 本实用新型可对光柱镭射纸张颜色和光柱质量进行自动化检测及质量评价。首先需要确定颜色测量仪器在不同测量位置的采样和位移，由本实用新型测量系统精确控制颜色测量仪器在光柱镭射纸样品上的测量点位置，使颜色测量仪器分别沿着X、Y方向按一定步长进行测量，自动测量各点的颜色值，并计算不同采样点间的CIELAB(或CIEDE2000)色差值，从而得到单张镭射纸样品颜色的均匀性和光柱质量，将测量值与标样颜色进行比较，可得到样品的质量评判。\n[0033] 下面结合附图实施例，对本实用新型做进一步描述：\n[0034] 如图1所示，自动检测光柱镭射纸张颜色和光柱质量的装置，包括计算机、测量平台，测量平台上设置分光光度计；分光光度计上方设置定位传感器；计算机包括控制模块、传感器信号处理模块、图像分析模块、数据分析模块；控制模块通过接口电路电联接分光光度计控制执行装置，分光光度计控制执行装置连接分光光度计；传感器信号处理模块与定位传感器电联接，定位传感器与分光光度计相连接，分光光度计与图像分析模块和数据分析模块电联接。控制执行装置可带动分光光度计进行水平位移，分光光度计与样品之间的相对垂直位置是固定的。\n[0035] 以X-Rite SP64积分球式分光光度计进行测量为例。需要说明的是，本实用新型并不局限于该系列分光光度计，本方法适用于不同的专业级反射式分光光度计。\n[0036] 对光柱镭射纸张颜色和光柱质量自动检测及评价，具体步骤如下：\n[0037] (1)将分光光度计和光柱镭射纸样品固定在专用测量平台，如图1所示，测量平台用于固定待测纸张的位置，计算机中的控制模块通过接口电路指令分光光度计控制执行装置，用于精确控制分光光度计分别在X、Y方向的位移。\n[0038] 定位传感器用于精确探测分光光度计在待测纸张上的采样位置，并将采样点的坐标位置发送给传感器信号处理模块。\n[0039] (2)在计算机数据分析模块的软件操作界面输入分光光度计在水平X方向、在垂直Y方向的位移步长和采样点数量(小于测量平台的有效测量幅面大小即可)，采样尺寸在测量平台的有效测量范围内即可。如需对镭射纸张的颜色均匀性和光柱质量检测，一般建议在纸张的XY方向根据需要尽可能多的均匀采样。\n[0040] (3)由分光光度计控制执行装置精确控制分光光度计，分别在X、Y方向的位移步长，实现分光光度计的定位、测量，读取镭射纸张样品不同测量位置的颜色值。\n[0041] (4)计算机数据分析模块计算、比较光柱镭射纸样品不同测量位置间的CIELAB(或CIEDE2000)色差值，如将图2所示光柱镭射纸垂直测量平台的实线所示的Y方向分别每间隔2.5mm，X方向分别每间隔2.5mm测量，共测量65个点的色度值，分别与起始点比较色差CIELAB色差，绘制色差分布图，通过色差的周期性分布，检测光柱镭射纸的颜色质量和光柱质量。对两种光柱镭射纸样品进行上述测量，绘制色差分布图如图3所示，第一种纸与起始位置比较，色差最小值出现在20，39和58位置处。第二种纸与起始位置比较，色差最大值出现在11，30，49位置处。因此可计算出两张光柱镭射纸的光柱周期为\n19×2.5mm＝4.75cm。\n[0042] (5)将步骤(1)中的第一种光柱镭射纸在0°-180°范围内旋转任意角度后，固定在测量平台上，如图2所示，沿虚线所示的X方向和Y方向测量，重复步骤(2)-(4)的操作，以垂直方向不同位置与起始位置处的颜色色度值进行比较，分别计算镭射纸在实线位置及旋转后的虚线位置各测量点的色差，绘制色差分布折线图，如图4-1和图4-2所示。\n[0043] 下面结合步骤(4)、(5)，评判光柱镭射纸张颜色和光柱质量合格与否。\n[0044] 选用线光源数码相机拍摄或扫描得到光柱镭射纸样品的数字图像，如图5-1和图\n5-2所示。通过识读图像中相邻黑线条的垂直距离，确定光柱镭射纸样品的光柱周期C为\n4.8cm。通过上述验证可以看到，本实用新型方法获得的光柱周期与常规方法获得的光柱周期基本相同。\n[0045] 由图3中色差的周期性分布、峰值分布规律，可以看到第一种光柱镭射纸的颜色在纸张的不同位置处，有一定的差异，第三个周期的峰值(测量位置48)与第一个周期的峰值(测量位置10)CIELAB色差值为1.04，同时不同周期的折线图形状分布也有一定的差异，说明该镭射纸表面处理不是很均匀；绘制纸张的第二、三个周期的CIELAB色差值与第一个周期的CIELAB色差值散点图，线性相关系数分别为0.90，0.83。综合上述分析，纸张的颜色和光柱质量是否合格，需要结合厂家给定的色差容限进行判定。\n[0046] 第二种光柱镭射纸的颜色在纸张的不同位置处，三个重复周期的峰值(11，30，49位置处)的CIELAB色差不超过0.1，同时色差折线分布图的周期性较好，绘制纸张的第二、三个周期的CIELAB色差值与第一个周期的CIELAB色差值散点图，线性相关系数分别为\n0.99，0.97。说明纸张的颜色质量和光柱质量达到要求。\n[0047] 上面的步骤(5)对镭射纸进行一定的倾斜角度测量，只是为了验证测量和分析结果与原始测量结果的一致性，由图4-1和图4-2可见，两种纸张的光柱周期、颜色质量和光柱质量的分析结果与图3一致。实际在进行镭射纸颜色和光柱质量检测时，只需完成步骤(1)-(4)的操作即可，即整个测量过程中，并未对光柱方向进行限定，即光柱方向可以与测量的水平方向相同或不同。\n[0048] 将色差分布曲线的峰值与设定的色差容限值比较，可进一步评判光柱镭射纸基的颜色合格与否；或比较测试样品与标样的数据，给出样品合格与否的判断。本实用新型的光柱镭射纸张颜色和光柱质量检测和评价系统，可控制分光光度计在X和Y方向对样品进行扫描测量。测量平台可固定光柱镭射纸样品，通过控制模块控制颜色测量仪器根据预设的测量方向、位移步长对XY平面的光柱镭射纸样品进行颜色测量，对光柱镭射纸样品的某个特定位置进行颜色测量。由于可准确控制仪器与样品间的测量位置，从而保证了测量的精度和可靠性，减少了人为操作的误差。\n[0049] 本实用新型的系统可根据样品在不同位置处的颜色测量值，与已有颜色值和色差容限比较，同时绘制镭射纸垂直光柱方向不同位置的色差分布折线图，检测光柱质量，给出单张镭射纸基颜色均匀性、光柱镭射纸光柱质量、待测试样品与标样颜色一致性的比较判断。\n[0050] 以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制；任何熟悉本专业的技术人员，可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是，凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。