Способ контроля координат цвета материалов и изделий Советский патент 1992 года по МПК G01J3/46 

Изобретение относится к колориметрии и может быть использовано при измерении и контроле цветовых характеристик материалов и изделий в легкой, химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Целью изобретения является повышение точности контроля на колориметре, у которого относительная спектральная чувствительность измерительных каналов отличается от функций сложения цветов стандартного наблюдателя.

.Способ реализуется следующим образом.

Перед измерением координат цвета исследуемых материалов относительно образца сравнения производят вычисления отклонений ex(Ai),Јy(Ai)и Јz(Ai)относительной спектральной чувствительности каналов х,у и z измерения от функций х (Ai) , y(xi) и(А 0 сложения цветов стандартного наблюдателя при длинах волн A i, где ,2N. Для

этого предварительно проводят измерение координат цвета xi, yi и z интерференционных светофильтров с известными спектральными характеристиками, а следовательно, с известными координатами их цветов. По вычис- ленным значениям ех(А),Ју(А)иЈZ(A)и допустимым погрешностям измерения цвета подбирается образец сравнения, спектральные коэффициенты отражения или пропускания которого удовлетворяют условию

(A)/b(A)-K+A/p(A).

где ра (А)-соответствую щи и /Оср (А) коэффициент измеряемого образца;

К - коэффициент пропорциональности.

VI vT

3 |чэ

Сущность способа заключается в следующем. В общем виде координаты цвета х,у, и z определяются соотношениями

( A+JpWЈ,(,

(D

где ст(А) - относительная спектральная плотность потока излучения стандартного источника;

/о (А) - спектральный коэффициент отражения образца.

Для координат у и z выражения аналогичны.

Если прокалибровать колориметр по образцу сравнения с известными коэффициентами отражения рср (А) и координатами цвета хср, уср и zcp, можно добиться равенства

хЛ

/p(A)ex(A)dA 0.

Если при дальнейших измерениях р(А) КрСр(А) , то второе слагаемое в (1) будет равно нулю и, следовательно, погрешность будет равна нулю.

В общем случае представим спектральный коэффициент р (А) отражения или пропускания контролируемого изделия через спектральный коэффициент образ.ца сравнения рср (А) , по которому произведена калибровка, зависимостью

р(А) Крср(А) + Др(А) .

Подставив правую часть выражения (3) во второе слагаемое формулы (1), получим

(хыр(( мех(

ft

+ Sbp( Me)ov/A 5

7

Ч 1 W Ј (ifl рШъ k +

дЛ

+.Jbpwe.jtovj x,W

z-- (2(ip(c 4kfpcpMEz(

+ (6г(.

Так как калибровка колориметра проводилась по рср (А) , то в силу соотношений (2) формулы (4) можно переписать в следующем виде:

(р((5

S cT WpC J A+i pMeul AW jl

г..

Из соотношений (5) видно, что первое слагаемое представляет собой истинное значение координат цвета, а второе слагаемое равно погрешности измерения, обуслов- ленной отклонением относительной

спектральной чувствительности измерительных каналов колориметра от функций сложения цветов стандартного наблюдателя, т.е.

20

Доп )

jAptoiexMdasbx

(эде,(, йМАрмег(им ь2доп.

Л

Определив для данного колориметра- компаратора значения функций ex(A),ty(A),Јz(A) и снабдив его рядом образцов с известными рср (А) и координатами 30 цветов, можно производить контроль цвета изделий с заданной погрешностью ДхДОп, Аудоп, Агдоп, так как

ЛрМ«рСЙ, 35ЈхМ«х()

Ј «qtoY4CTCM-, gzCM ECM- crCM40 Для канала х функция ех(А) определяется из соотношения

K T V TxMSxl ejct M.

Для каналов у и z t y (А) и Ј2 (А) опреде- 45 ляются из аналогичных соотношений. При этом Тх (А) - спектральный коэффициент пропускания корректирующих светофильтров канала х, Sx (A) - спектральная чувствительность канала х без корректирующих 5® светофильтров.

Для канала х неизвестное произведение Тх (A) Sx (А) определяется следующим образом. Запишем равенство для напряжения на выходе фотоприемника 55-Ък

Ux l TVM s dA, -(6)

н

где АН и Ак - пределы интегрирования, в которых функция отлична от нуля;

Зх (Я) - спектральная чувствительность канала измерения х.

Установим в канал измерения i-й интерференционный фильтр, у которого спект- ральный коэффициент пропускания в диапазоне (Ят.Яа), равен т (Я) . Тогда напряжение на выходе фотоприемника

UX. J TxCMsiWfcjMd XluvC7) t;

где К1 - коэффициент пропорциональности..

Функцию Тх( Я)5 х (Я) разложим в ряд Тейлора в точках максимума и ограничимся членом, включающим первую производную

df,.05l.( XM,Vlf.. (ft)

T,W5 ,W«T,,(ft™i«V3 1 -.). p)

Подставим (8) в(7), полученное выраже

ние разделим на / т (Я) d Я, обозначив, эф

фективную длину волны ЯЭ|: V.

Л..М

Чft..

J 1$;№Ш

получим

Э( ft 2;

ii.

Ux;

, (9) 30

35

TxftmaxKftmexb- :Ч

Txftmx tonJvLП) 4°

,. .

Если разложение функции Тх (Я) (Я) прости в точке ЯЭ1 то выражение (10) примет ид

Ux;kxi

ТЛэ;)

Ј;Md J Ј.№

ii.,;

.(11)

45

В формулах (9) - (11) пределы интегрирования Яц-Я2 .определяют ненулевое значение функции т (Я).

Из выражений (7) и (8) следует, что данный метод можно использовать, когда спектральный коэффициент пропускания интерференционого фильтра т (Я) , а следовательно, и пределы интегрирования Яц - fa удовлетворяют равенству

,W5,(3

11 Ь л

dn

-Ъ ;- Хг;

(12)

510

15

20

25

30

35

4°

.

45

50

ее Таким образом, устанавливая в канал измерения, например х, последовательно интерференционные фильтры с различными значениями Я т и измеряя напряжения Uxi, по формуле (11) можно определить функцию ТХ(Я) 5х(Я) в точках ЯЭ|.

Если принять во внимание, что коэффициенты пропускания интерференционных фильтров, которые используются для этих целей, в максимуме, для области 380 - 760 нм близки друг к другу, а их полуширины находятся в пределах 2-3 нм, поскольку в расчетах используются не абсолютные значения площадей, а их отношение, спектральную характеристику пропускания интерференционного фильтра можно аппроксимировать треугольной функцией, в которой используются традиционные параметры - коэффициент пропускания в максимуме т п и полуши-L-H

рина ЛЯо,5 , а интеграл/TJ (Я) d Я или площадь FI равна «

;

Fj-Jfc..rtb45. ПЗ)

iV Так как нас интересует относительная

спектральная чувствительность; выберем из всех интерференционных фильтров один опорный, относительно которого будем производить все расчеты. В соответствии с формулой (11) и с учетом (13) для опорного фильтра имеем

Тх( Яо)5 х(Яо)ихо/Р0(14)

Разделив (11) на (14), получим выражение для определения относительной спектральной чувствительности

тм(--гт-- (15)

uxo-t ; 0 ь;

Напряжения Uxi и Uxo измеряются с высокой точностью. Погрешность нахождения отношения площадей F0/Fi при незначительных отклонениях спектральных характеристик интерференционных фильтров друг от друга определяется погрешностью измерения спектральных характеристик интерференционных фильтров и при использовании соответствующей аппаратуры также незначительна.

Таким образом, имея набор N интерференционных фильтров с известными спектральными характеристиками и определив по (9) ЯЭ| и по (13) FI, устанавливая их поочередно в каждый из каналов измерения x,y,z и измеряя координаты цвета xiu.yiu.ziu

по формуле (5), рассчитываем значения функции относительной спектральной чувствительности на длинах волн Яэ1, а также функции ех (Я), Ју (Я), EZ (Я).

Формула изобретения Способ контроля координат цвета материалов и изделий, заключающийся в измерении указанных координат относительно образца сравнения с известными координатами цвета и спектральными характеристиками, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности, предварительно проводят измерения координат цвета xi, yi, zi интерференционных светофильтров с известными характеристиками, по результатам измерений вычисляют отклонения е (Я|) относительной спектральной чувствительности каналов измерения от функций сложения цветов стандартного наблюдателя по формулам

е.М-хМчъМ- к

иМ

д

$Мч етМX0F

Ч-.РЬ

;

4.FiKV

егСм-гСМср -,

где х ( (Я|)л (Я|) - функции сложения цветов стандартного наблюдателя;

УСТ (Я) - относительная спектральная плотность потока излучения стандартного источника;

Я) - эффективные длины волн интерференционных светофильтров;

FI - интеграл функции спектрального коэффициента пропускания 1-го интерферен- ционного фильтра;

,...,N

Kx.Ky.Kz - коэффициенты пропорциональности;

Fo,Xo,yo,Zo - соответствующие величины для интерференционного фильтра, выбранного в качестве опорного, а основные измерения проводят с образцом сравнения, спектральный коэффициент (Я) отражения или пропускания которого удовлетворяет условиям

. рсрМ риМк+М М ax J exfoUpM h AXAon j луЧ А Мьр Ш доп}

W UpCMc AZAon

где /Он (Я) - спектральные коэффициен- ты отражения или пропускания измеряемого образца.

Лхдоп, А УДОП, А 2Доп - допустимые погрешности измерения; к - коэффициент пропорциональности.

Изобретение относится к колориметрии и может быть использовано при измерении и контроле цветовых характеристик материалов изделий в приборостроительной, легкой, пищевой и химической промышленности. Целью изобретения является повышение точности контроля цветовых характеристик материалов и изделий на колориметре, у которого относительная спектральная чувствительность измерительных каналов x.y.z отличается от функций сложения цветов стандартного наблюдателя. Перед контролем координат цвета объектов в V измерительные каналы устанавливают ин- и терференционные фильтры с цветными ха- рактеристиками и проводят измерения их координат цвета xi, yi, zi. По результатам измерений вычисляют отклонения относительной спектральной чувствительности от функций сложения цветов стандартного наблюдателя, после чего осуществляют выбор образца сравнения для измерения координат цвета с наперед заданной точностью. ы Ё