在線式分光測色儀發(fā)展現(xiàn)狀

劉怡軒，顏昌翔

（1.中國科學院長春光學精密機械與物理研究所，吉林長春130033；2.中國科學院大學，北京100049）

在線式分光測色儀發(fā)展現(xiàn)狀

劉怡軒1，2，顏昌翔1*

（1.中國科學院長春光學精密機械與物理研究所，吉林長春130033；2.中國科學院大學，北京100049）

介紹了顏色測量原理,歸納了在線式顏色測量的特點、要求及技術難點,闡述了在線式顏色測量技術發(fā)展歷程。詳細介紹了當前幾種國外典型的在線式分光測色儀的主要技術指標、應用范圍、系統(tǒng)結構等,指出了每一種儀器的特點和優(yōu)勢。從技術和應用需求兩方面對在線式分光測色儀的發(fā)展趨勢做了展望,為在線式分光測色儀的發(fā)展起到一定的借鑒作用。

分光測色儀；非接觸；顏色測量；色度學；閉環(huán)控制

1 引言

當前工業(yè)產(chǎn)品的顏色指標要求越來越高,顏色差異會直接影響質量等級。與著色有關的行業(yè),如紡織印染、造紙、染料、顏料制造、涂料、塑料著色加工以及油墨印刷等,產(chǎn)品顏色的正確與否是一個至關重要的質量指標。產(chǎn)品顏色與標準試樣顏色的偏差超標,將會造成次品或廢品,給企業(yè)帶來嚴重的經(jīng)濟損失［1-2］。

使用顏色測量儀器來代替人眼分辨顏色可以有效地提高產(chǎn)品質量,而且為計算機配色提供了前提條件。分光測色儀是顏色測量中最基本的儀器,主要利用分光原理測出物體的光譜分布,經(jīng)過計算求出物體色的三刺激值及其它色度參數(shù)。與光電積分式測色儀相比,其測量精度高,可方便獲得表征顏色的各種參數(shù),如今已經(jīng)成為顏色測量行業(yè)應用最為廣泛的儀器［3］。通常分光測色儀分為臺式和便攜式兩種［4］。臺式分光測色儀精度高、體積大,常用于實驗室中；便攜式分光測色儀體積小,便于攜帶,使用范圍更加廣泛。這兩種分光測色儀皆為接觸式測量儀器,使用時被測物與儀器接觸后才可進行測量。

國內印染企業(yè)大多使用離線測色法［5］,將生產(chǎn)線上的產(chǎn)品取下后用臺式或便攜式分光測色儀測量。而在生產(chǎn)線上,則由經(jīng)驗豐富的檢驗人員目視測色,難以解決在大批量生產(chǎn)過程中,因細微的顏色漸變導致廢品問題。傳統(tǒng)的離線式顏色測量通常都滯后于生產(chǎn),無法及時獲得生產(chǎn)線上產(chǎn)品的顏色信息,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品顏色出現(xiàn)偏差時,很多或大批不合格的產(chǎn)品已經(jīng)被生產(chǎn)出來,造成巨大浪費。

在線式顏色測量是指將顏色測量儀器安裝在生產(chǎn)線上,對產(chǎn)品的顏色進行測量。在測量過程中,產(chǎn)品不用離開生產(chǎn)線,更不用停止生產(chǎn),可極大地節(jié)約時間和人力成本。在線式測量中,產(chǎn)品隨生產(chǎn)線連續(xù)運動,必須使用非接觸式測量。因此以上兩種分光測色儀都不適用于在線式顏色測量。

2 顏色測量原理

完全漫反射體是對各種波長輻射反射比均為1的理想漫反射體,它無損失地反射入射輻射,并且在各個方向上有相同的亮度。絕大多數(shù)的待測物體不是完全的漫反射體,因而測量條件會對于光譜反射率因數(shù)測量的精確度和實測結果產(chǎn)生影

顏色測量儀器從原理上可分為光電積分式測色儀和分光測色儀［3］。光電積分式測色儀直接測量物體顏色的三刺激值,精度較低,可以獲得的顏色參數(shù)有限。分光測色儀利用分光原理測出物體的光譜分布,經(jīng)過計算求出物體色的三刺激值及其它色度參數(shù)。這種測色方法的實質是用比較法測量不透明物體的光譜反射率因數(shù)R（λ）或透明物體的光譜透射比τ（λ）。R（λ）定義為在指定的方向上和限定的立體ω范圍內,物體的反射光譜輻通量ΦR（λ）與在相同條件下完全漫反射體的光譜輻通量ΦD（λ）之比,即：響,為了提高測量精度和統(tǒng)一測量方法,國際照明委員會（CIE）于1971年正式推薦了4種測量反射色的標準照明觀察條件,分別為0/d、d/0、45/0、0/45,測量結果必須說明所采用的測量條件。τ（λ）定義為物體的透射光譜輻通量ΦT（λ）dλ與入射光譜輻通量Φ0（λ）dλ之比,即：

CIE推薦了3種測量透射色的標準照明觀察條件,分別為0/0、0/d、d/d。按照式（3）求出物體色的三刺激值：

式中：X、Y、Z為CIE標準色度系統(tǒng)的三刺激值；x（λ）、y（λ）、z（λ）是CIE標準色度觀察者的光譜三刺激值；φ（λ）為顏色刺激函數(shù)：

式中：P（λ）為照明體相對光譜功率分布,k為歸化因子,它是將照明體（或光源）的Y值調整為100時得出的,即：

CIE還推薦了主要用于紡織印染等表面色料工業(yè)減混色（Subtractivemixture）的表示和評價的CIE 1976 L*a*b*顏色空間,也稱為CIE LAB顏色空間。作為該空間三維直角坐標的明度L*和色品坐標a*、b*的計算公式為：

式中：X0、Y0、Z0為標準光源照射到完全漫反射面上的三刺激值（查表可得）。ΔE*ab為樣品與標準的色差,分別測量并計算出樣品與標準的L*、a*、b*后,用此空間計算兩個顏色之間的色差

3 在線式顏色測量的特點和要求

在線式測量可以實時監(jiān)測生產(chǎn)線上產(chǎn)品的質量情況,及時獲得產(chǎn)品顏色信息,不僅有利于減少生產(chǎn)浪費,而且可有效提高生產(chǎn)效率。與對靜止物體的離線式顏色測量相比,在線式顏色測量有以下特點［6］：被測物體是生產(chǎn)線上的產(chǎn)品,始終不停地運動,速度從每分鐘幾十米到上百米不等；在線測量面臨著更嚴重的環(huán)境干擾等問題,如溫度高、濕度大、灰塵多,被測樣品抖動劇烈、環(huán)境光影響等。針對以上特點,在線式分光測色儀需滿足以下要求［7-9］。

（1）由于被測物體的連續(xù)運動,儀器和被測物必須設計成非接觸測量方式。

（2）非接觸測量,環(huán)境光必然會對測量結果造成影響,為了準確測量,必須消除環(huán)境光的影響。

（3）在一次測量的時間內,被測物體的測量區(qū)域相對于位置固定的儀器有一定的位移,為了使樣品的運動趨于“靜止”,要求一次測量的時間盡可能短。

（4）生產(chǎn)線的水平運動難免會導致被測物的上下抖動,而抖動會直接影響進入儀器的光譜輻通量,引起測量誤差,所以要采取距離補償措施。

（5）生產(chǎn)線上環(huán)境復雜,溫度高、濕度大,甚至車間內有大量的酸堿氣體、灰塵、強電干擾等,儀器必須具備抗環(huán)境干擾能力,便于保養(yǎng),還應在使用過程中經(jīng)常對儀器進行定標。

（6）生產(chǎn)過程是連續(xù)的,對產(chǎn)品顏色也需要連續(xù)測量,及時給出反饋信息,始終把握產(chǎn)品質量。

非接觸測量方式和被測物體的連續(xù)運動是在線式分光測色儀與傳統(tǒng)分光測色儀的主要差別,而環(huán)境光、物體運動和正常的抖動不會影響測量結果的精確性將是在線式分光測色儀的技術難點。

一個完善的顏色測量系統(tǒng)不僅要求測量結果準確,而且更重要的是根據(jù)測量結果,對染料控制等進行實時調節(jié),使之符合生產(chǎn)要求［1］。將在線式分光測色儀與控制系統(tǒng)相連,形成閉環(huán)控制系統(tǒng),當顏色數(shù)據(jù)不符合要求時,儀器可向控制系統(tǒng)發(fā)出警告,甚至直接停止生產(chǎn)；與控制系統(tǒng)相連的另一個好處是,可以遠程監(jiān)控顏色數(shù)據(jù),生產(chǎn)管理人員或質量管理人員可以在辦公室監(jiān)視產(chǎn)品的顏色情況,也可以通過控制系統(tǒng)直接下達相關的命令。

4 在線式分光測色儀發(fā)展概況

美國Industrial Development Laboratory在1960年提出最初的裝置,由于受環(huán)境光的影響,需要在儀器上加一個遮光箱,故現(xiàn)場使用受到很大的限制［10］。19世紀70年代末美國Ford Aerospace＆Communications Corporation研制了一種名為“Qualscan”的在線顏色分析儀［11］,它采用連續(xù)光源照明,被測樣品的反射光由16個濾光片進行分光,再用16個硅光電二極管接收,取得了良好的效果。1979年美國Macbeth公司提出的MS-4045在線分光光度計,采用高能脈沖氙燈作為照明光源,用衍射光柵作分光元件,用線陣硅光電二極管作接收元件,獲得了很大的成功,處于領先地位［12-13］。1983年美國Macbeth公司的On-Line Scanning Color Eye在生產(chǎn)上取得了實效,在結構設計等方面顯得更為合理先進［14］。

國內在線式顏色測量儀器的研究與國外相比報道較少。天津大學吳繼宗等人［6］在1984年開始了在線測色的研究工作,并研制了一臺實驗裝置,整個裝置由測色頭、分光器、電氣盒、微機、脈沖光源電源5大部件組成,毛玻璃與橢球面環(huán)形鏡的組合實現(xiàn)45°環(huán)形照明,樣品反射光由聚光鏡收集,由光導纖維傳至分色器,并且考慮了光源的不穩(wěn)定及雜散光等影響,實驗結果表明實驗裝置的原理方案及主要系統(tǒng)的設計可行。該校陳興梧、周少敏等人做了誤差分析及修正［5］,雜散光修正和波長純度分析［15］等工作,使測色儀達到了一級儀器要求的重復精度。國內還報道了采用光電積分型原理的在線式測色儀研究［16-17］。

經(jīng)過數(shù)十年的技術改進,國外眾多廠商推出了一系列在線式分光測色儀,下面將針對幾個國際上知名公司的儀器進行詳述。

4.1 Hunterlab

美國Hunterlab公司作為世界上最重要的顏色實驗室之一,具有將近60年的顏色測量儀器研發(fā)歷史,當前有多款在線式分光測色儀在售,表1列出了4款典型儀器名稱及主要技術指標。4款儀器均達到NEMA4/IP65防護級別,可以適應惡劣的工廠環(huán)境,有效做到防止灰塵、水、化學物質等對儀器的影響。通過標準的RS-422、RS-232或以太網(wǎng)通信可與PC連接,很容易與工廠控制系統(tǒng)整合,組成閉合控制。

如圖1（a）所示,SpectraTrend?HT［18-19］采用0°照明/30°測量的照明觀察條件,盡管不符合CIE推薦的標準照明觀察條件,但在很多場合仍有廣泛應用,可測量不透明的網(wǎng)狀、單件和塊狀的產(chǎn)品,如固體、粉末、顆粒、小球等。該儀器內置高速距離探測器,同時對顏色和高度進行連續(xù)的在線非接觸式測量,根據(jù)高度和可接受的顏色范圍可以區(qū)分產(chǎn)品和背景。在被測物與儀器距離100 mm時,測量區(qū)域直徑為25 mm。工作距離范圍為65～115 mm,高度補償范圍為50 mm,適用于各種高度的產(chǎn)品和不平整表面。儀器最小測量間隔為1 s。SpectraTrend?HT采用長壽命的全譜段LED作為照明光源,可以保證高強度的光輸出。儀器為雙光束分光系統(tǒng)設計,分光元件采用全息凹面光柵,探測器為256 pixel的光電二極管陣列。其光譜范圍為400～700 nm,光譜分辨率＜3 mm,間隔為10 nm的數(shù)據(jù)輸出。其光度范圍為0～150％,重復性ΔE*ab＜0.03,儀器間一致性ΔE*ab＜0.30,與臺式分光測色儀具有最佳的一致性。

如圖1（b）所示,SpectraProbe?XE［20-21］是一個多用途、高性能的在線分光測色儀,用于對產(chǎn)品顏色的持續(xù)測量、分析和報告,可以用來更快地優(yōu)化生產(chǎn)工藝,更準確地保持產(chǎn)品質量。該儀器使用0°照明/45°圓周測量的條件,可以測量各種方向性和光澤的表面,廣泛應用于紡織品、紙張、塑料和卷材連續(xù)涂覆等測量。被測物與儀器距離25.4 mm時,測量區(qū)域直徑為65 mm,工作距離范圍為25.4 mm±6.35 mm。儀器測量速度為每秒1次。SpectraProbe?XE采用脈沖氙燈作為照明光源,經(jīng)過濾光片的輸出光近似為D65標準照明體,光源壽命大于15億次閃光,采用全息凹面光柵和256像元的光電二極管陣列的雙光束分光系統(tǒng)設計,如表1所示,分光系統(tǒng)指標與Spectra-Trend?HT基本一致。光度范圍為0～150％,最小顯示分辨率為0.01％。重復性ΔE*ab＜0.02。

如圖1（c）所示,SpectraProbe?S/8［22-23］用于非接觸在線式金屬膜和高鏡面反射光產(chǎn)品的顏色測量,如鍍膜玻璃的第一表面。使用漫反射光照明（包含鏡面反射光）/8°測量的條件,測量結果與實驗室中d/8測量條件的儀器一致。被測物與儀器距離25.4 mm時,測量區(qū)域直徑為76 mm,工作距離范圍為12.7～25.4 mm。儀器最小測量間隔為1 s。SpectraProbe?S/8采用鎢燈作為照明光源,分光系統(tǒng)采用全息凹面光柵和76像元的光電二極管陣列,光譜范圍為375～750 nm,光譜分辨率為10 mm,間隔為5 nm的數(shù)據(jù)輸出,重復性ΔE*ab＜0.1。該儀器具有自動光譜定標功能,一個由電磁鐵驅動的內部釹鐠混合物濾光片會自動插入和移出光路,用于光譜定標。

ColorQuest?OL［24］用于非混濁透明物體顏色在線測量,如薄膜、薄片等。如圖1（d）所示,由于透射式測量,照明和接收裝置被安裝在一個支撐結構上,樣品從中間通過。照明區(qū)域直徑為35 mm,測量區(qū)域直徑為25 mm,被測物與接收裝置距離為51～254 mm。儀器最小測量間隔小于5 s。ColorQuest?OL采用脈沖氙燈作為照明光源,光源壽命大于10億次閃光,照明光和接收光均由光纖束傳送。儀器為雙光束分光系統(tǒng)設計,光譜范圍為400～700 nm,光譜分辨率為10 mm,間隔為10 nm的數(shù)據(jù)輸出。另外,對于混濁透明物體,可用ColorQuest?OL Haze同時測量顏色和混濁度［25］。

4.2 X-Rite

美國X-Rite（愛色麗）作為當今最大的顏色質量管理公司,研發(fā)的非接觸在線檢測系統(tǒng)Vericolor?Spectro［26-27］是一種可實現(xiàn)高品質測量且經(jīng)濟實用的檢測系統(tǒng),可廣泛應用于各種行業(yè),如圖2所示。該系統(tǒng)允許安裝在生產(chǎn)線的上游,在生產(chǎn)過程中盡早檢測出色彩變化,減少報廢成本。由于采用了專利的光源設計,系統(tǒng)對熒光燈、鈉燈和白熾燈等環(huán)境光不敏感,無須改變工廠的照明條件,更無須安裝遮光設施。該系統(tǒng)通過了NEMA-4/IP56的防護級別審核,可防液、防塵、防污染,并能經(jīng)受沖擊和振動。該系統(tǒng)不僅設計堅固,而且維護方便,僅需進行日常的清潔和每月一次的校正即可。系統(tǒng)能通過RS-232與RS-485等多種數(shù)據(jù)接口與PC或PLC連接并傳輸數(shù)據(jù)。系統(tǒng)軟件基于Windows操作系統(tǒng),使用方便,包括具有實時視覺監(jiān)控和趨勢圖形,而且生成的數(shù)據(jù)可以以EXCEL文件的形式記錄。

Vericolor?Spectro指標如表2所示,采用0°/30°或30°/0°的測量條件（測量結果基于0°/30°）,為雙光束分光系統(tǒng)設計,光譜范圍為400～700 nm,通過10 nm間隔的可見光光譜分析可提供精確的L*a*b*絕對值數(shù)據(jù)。光源為全譜段LED,壽命大于一千萬次測量。系統(tǒng)測量精度高,短期重復性ΔE*ab為0.03,儀器間一致性ΔE*ab為0.3。儀器單次測量時間為750 ms,最小測量間隔為1 s。名義測量距離為101.6 mm,測量區(qū)域直徑為25.4 mm,且當測量距離偏差在±5.0 mm之內,引起的色差ΔE*ab＜0.20,受距離波動的影響較小,連續(xù)生產(chǎn)中無需使用穩(wěn)定滾筒。

4.3 GretagM acbeth

瑞士GretagMacbeth（格靈達麥克貝斯,現(xiàn)為X-Rite子公司）公司是世界色彩控制與色彩管理技術領域的領導者,于在線顏色測量領域開發(fā)多款產(chǎn)品,廣泛應用于造紙、玻璃、塑料制品等生產(chǎn)過程,如ERX40用于在線式白度測量,ERX54用于在線式透射樣品顏色測量,CarFlash用于汽車車身顏色測量,這里不再一一介紹,僅對用于紙張顏色測量的在線式分光測色儀ERX50［28-30］做詳細分析。

紙張生產(chǎn)過程中,如果顏色走偏了,一般需要手動控制調整染料配方,直到重新調整好,會產(chǎn)生許多次品。配色很難可以一次就達到目標值,一般顏色修正要重復幾次。這將消耗大量的時間、纖維和顏料,而且不合格紙將會被循環(huán)使用或者處理掉,造成不必要的浪費。GretagMacbeth作為完備的系統(tǒng)供應商,提供了正確的解決方案。如圖3所示,在線式分光測色儀ERX50是一套完整的顏色測量和閉環(huán)顏色控制系統(tǒng),可應用于所有的紙和紙板產(chǎn)品。ERX50的測量結果與標準顏色值進行比較,通過軟件計算一步即可得出顏料的修正值,控制計量泵調整顏料劑量配比,無需反復修正即可完成顏色修正。ERX50通常在紙張卷曲前進行顏色測量,此處質量接近成品紙,對閉環(huán)顏色控制而言,此處也是最佳位置,而且與實驗室儀器的相關性非常好。ERX50適用于所有連續(xù)的、非接觸的顏色測量場合,可以測量任何紙張的所有顏色（包含或者不含熒光增白劑）。測量系統(tǒng)一年365天,24 h不間斷地連續(xù)測量顏色,每天自動的內部校正能保證良好的精確性和重復性,使操作員從控制中解放出來。

ERX50為非接觸式測量,由于一種特殊的距離補償裝置,即使樣品有幾毫米的距離抖動,測量結果仍然很穩(wěn)定。環(huán)境光、車速或正常的抖動不會影響測量結果的精確性,這一優(yōu)點尤其適合在線非接觸顏色測量。ERX50可以測量熒光樣品的顏色,通過UV控制,基礎顏色和熒光增白劑的效果會分開測量,因此調色時兩者可以分開來獨立控制。儀器設計緊湊、簡潔、結實,達到IP65防護級別,防塵防水,很少需要維修。為了保證精準的測量結果和長期的穩(wěn)定性,系統(tǒng)自動校正功能中包括標準白板校正和自動光譜定標。自動內部校正系統(tǒng)使用自帶的內部標準白板,在測量過程中按一定的時間周期自動地進行內部校正,無需人工干預。ERX50通過USB和計算機連接起來,測量數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)接嬎銠C,CAN總線能保證計算機和測量系統(tǒng)遠達500 m的通訊。

ERX50指標如表3所示。系統(tǒng)采用45°環(huán)形照明/0°接收的標準照明觀察條件（符合CIE標準）,采用完全的雙光路設計,由兩個相同的高分辨率分光系統(tǒng)組成,分光元件為全息凹面光柵,光譜范圍為330～730 nm,1 nm的光譜分辨率和1 nm的光譜測量間隔使測量結果十分精確。測量距離為10 mm時,測量區(qū)域直徑為12 mm,測量距離抖動為±4 mm,引起的色差ΔE*ab＜0.15。采用2個脈沖氙燈作光源,一個氙燈光譜分布近似D65,另一個氙燈截去紫外光（UV）,用于熒光樣品顏色測量。單次測量時間為20 ms,測量間隔從3 s到20 s可調。儀器具有較好的精度,重復性ΔE*ab＜0.1,儀器間一致性ΔE*ab＜0.3。

測量時,脈沖氙燈發(fā)出的光照射在樣品上,樣品表面法線方向的反射光將被收集并被導入到分光系統(tǒng)中；同時,另一個光譜儀將測量光源的能量分布以用于光源發(fā)光能量波動的補償。分光系統(tǒng)將測量到的光信號按波長分解,通過401個光電傳感器進行測量,測量信號經(jīng)放大和數(shù)字化處理,由微處理器計算得到修正的光譜反射數(shù)據(jù)。從330 nm到730 nm的401個反射率數(shù)據(jù)是所有進一步計算的基礎,最終得出樣品顏色參數(shù)。

4.4 KONICA M INOLTA

日本KONICA MINOLTA（柯尼卡美能達）公司在顏色測量領域具有很高的地位,在臺式分光測色儀和便攜式分光測色儀領域技術先進,市場占有率名列前茅。直到2013年才在北美市場推出第一臺非接觸在線式顏色測量系統(tǒng)NC-1［31］,如圖4所示。需要指出該系統(tǒng)并不是分光測色儀,而是光電積分式色度計,在此僅作簡單介紹。

該系統(tǒng)集成過程控制系統(tǒng),因此可提供閉環(huán)控制。系統(tǒng)采用多方向22°照明/0°接收的測量條件,并不符合CIE推薦的測量條件,但由于采用了多方向照明,系統(tǒng)可測量質地粗糙的、不平坦的物體,在食品、建筑材料、塑料、藥品等行業(yè)中可以得到良好的應用。與傳統(tǒng)單個傳感器的在線系統(tǒng)相比,NC-1每個控制器可監(jiān)控多達5個傳感器,更適用于寬的生產(chǎn)線,單個傳感器最大測量速度高達20次/s。在惡劣的生產(chǎn)環(huán)境中,IP66級別的防護措施,保證該系統(tǒng)耐用可靠。分析軟件可由控制面板進入,也可由計算機進入,極大方便遠程控制。NC-1主要技術指標如表4所示,光源采用鎢絲燈,具有反射色和透射色兩種測量模式,靜態(tài)條件下反射測量區(qū)域直徑為10 mm,透射測量區(qū)域直徑為28 mm,名義工作距離為70 mm,可接受的垂直抖動范圍為±5 mm,重復性ΔE*ab為0.04。

5 在線式分光測色儀的發(fā)展趨勢

縱觀在線式分光測色儀發(fā)展歷程及現(xiàn)狀,從技術層面來看,未來在線式分光測色儀的發(fā)展趨勢如下。

（1）上述在線式分光測色儀中,多數(shù)都采用了雙光束分光系統(tǒng)的結構,可有效補償光源發(fā)光不穩(wěn)定對測量造成的影響,從而使儀器具有非常好的測量精度,這在采用脈沖氙燈作為光源的儀器中是非常必要的。當前雙光束分光系統(tǒng)在分光測色儀中已較多采用,未來必將成為標配。

（2）通常認為分光測色儀的光譜分辨率和采樣間隔都在10 nm左右即可保證足夠的測量精度,當前在線式分光測色儀多數(shù)也采用這個指標,但1 nm光譜分辨率和采樣間隔的儀器已經(jīng)出現(xiàn)。隨著光電探測器技術的成熟和廣泛使用,在線式分光測色儀的光譜分辨率和采樣間隔必將朝著更高方向發(fā)展。

（3）越來越多的儀器會采用內部自動校正功能,包括標準白板校正和光譜定標。只有經(jīng)常的內部自動校正才能保證儀器良好的精確性和重復性。

（4）未來儀器必將具有更好的重復性,與臺式分光測色儀具有更佳的儀器間一致性。

從當前的應用需求來看,未來在線式分光測色儀主要向以下幾個方面發(fā)展：通用性強,可廣泛應用于各種行業(yè)；快速的信息反饋及閉環(huán)控制,可以用來更快地優(yōu)化生產(chǎn)工藝,更準確地保持產(chǎn)品質量；更好的穩(wěn)定性及更長的使用壽命；更友好的軟件,完善的數(shù)據(jù)管理,方便操作人員控制,減輕勞動量。

6 結束語

本文歸納了在線式顏色測量的特點、要求及技術難點,簡要介紹了國內外發(fā)展歷程,詳細介紹了當前國外典型的在線式分光測色儀,并對發(fā)展趨勢做出展望。國外在線式分光測色儀已有幾十年發(fā)展歷史,技術比較成熟,當前有多款成熟產(chǎn)品在售,均解決了環(huán)境光、被測物運動和抖動不會影響測量結果精確性的技術難點,滿足較高的防護級別,可以很好地適應惡劣的工廠環(huán)境；通過數(shù)據(jù)接口,皆可形成閉環(huán)控制,并且部分儀器具有距離探測器或自動定標功能。這些儀器可為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。與國外相比,國內在線式顏色測量儀器的研究起步晚,成果較少,存在較大的差距,而且近十年來,在線式分光測色儀方面鮮有報道。進口儀器昂貴的價格讓國內大多數(shù)中小企業(yè)望而卻步,因而只能依賴傳統(tǒng)的離線式測量,很大程度上限制了其發(fā)展。本文將對在線式顏色測量儀器的發(fā)展起到一定的借鑒作用,相信不久的將來會推動在線式分光測色儀的國產(chǎn)化。

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作者簡介：

劉怡軒（1987-）,男,內蒙古呼和浩特人,博士研究生,2010年于太原理工大學獲得學士學位,主要從事光譜儀器設計方面的研究。E-mail：liuyixuanhx@163. com

顏昌翔（1973-）,男,湖北洪湖人,博士,研究員,2001年于中國科學院長春光學精密機械與物理研究所獲得博士學位,主要從事空間光學遙感技術方面的研究。E-mail：yancx@ciomp.ac.cn

Development and status of on-line spectrophotometer

LIU Yi-xuan1,2,YAN Chang-xiang1*
（1.Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China；2.Uniυersity of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China）
*Corresponding author,E-mail：yancx@ciomp.ac.cn

The principle of colormeasurement is introduced,and the characteristics requirements and technical difficulties of on-line colormeasurement are summarized.The development process and the current state of the artof on-line colormeasurement technology are also presented.The specifications,applications and system structures of several advanced on-line spectrophotometes abroad are presented in detail.The characteristics and advantages of every instrumentare highlighted.The development trend of on-line spectrophotometer is discussed from two aspects of technical perspective and application requirements in this paper,which will provide a reference for study on the development of on-line spectrophotometer.

spectrophotometer；non-contact；colormeasurement；colorimetry；closed-loop control

O433.1；TH744.1

A

10.3788/CO.20140705.0712

2095-1531（2014）05-0712-11

2014-04-15；

2014-06-13

國防高新技術發(fā)展計劃（863計劃）資助項目（No.2011AA12A103）；中國地質調查局資助項目（No. 1212011120227）