專利名稱：利用光譜照相機(jī)檢測(cè)材料中的偏差的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用觀察法分析不同的材料，具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及根據(jù)波長(zhǎng)指出可被分析材料中偏差的方法，系統(tǒng)和測(cè)量條。
背景技術(shù)：
質(zhì)量控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的部分。例如，特別復(fù)雜的情況是生產(chǎn)紙張和一些其他的材料，其中制成的材料輥在某些點(diǎn)以極高的速度轉(zhuǎn)動(dòng)以形成筒狀產(chǎn)品。質(zhì)量控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的是實(shí)現(xiàn)盡可能高的生產(chǎn)水平，與此同時(shí)，試圖制造的產(chǎn)品或材料有盡可能高的質(zhì)量和一致。
例如，多年以來(lái)，人們開發(fā)了許多不同類型的方法，用于指出快速運(yùn)動(dòng)的卷筒紙中的缺陷。第一種缺陷指示器是機(jī)電類型裝置，例如，它是基于輕擦紙張表面和金屬輥的金屬刷，在卷筒紙的開孔點(diǎn)給出缺陷報(bào)警信號(hào)。在此之后，改變成利用基于光電現(xiàn)象和激光器的裝置。
人們發(fā)現(xiàn)光學(xué)方法是非常有效的，特別是對(duì)于快速運(yùn)動(dòng)的材料，例如，在分析卷筒紙時(shí)。光學(xué)方法有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。分析可以在不接觸可被分析材料的情況下進(jìn)行。此外，測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)的時(shí)滯非常小。在現(xiàn)有技術(shù)的方案中，我們知道大量光學(xué)分析的方法。
最新的缺陷指示器利用觀察法，例如，數(shù)字CCD照相機(jī)(CCD，電荷耦合器件)，它對(duì)卷筒紙拍攝照片。在拍攝時(shí)，通常是并行地使用幾個(gè)照相機(jī)以得到合適的分辨率。觀察法能夠?qū)Ω鞣N類型的缺陷進(jìn)行分類。在卷筒紙中不再需要一個(gè)開孔，這是金屬刷通過(guò)這個(gè)開孔可以接觸它的相對(duì)面，例如，缺陷可以是被分析紙張或其他材料表面上的不同顏色(暗度差)，條紋或垃圾。
上述的觀察法可以在可見光波段中實(shí)施，而可見光通常是380nm至780nm的波長(zhǎng)。在觀察法中，可以監(jiān)測(cè)部分的可被分析材料(例如，部分的運(yùn)動(dòng)卷筒紙)或整個(gè)材料(例如，整個(gè)長(zhǎng)度的運(yùn)動(dòng)卷筒紙)。不同的觀察法有一個(gè)共同點(diǎn)，這些方法試圖直觀地識(shí)別可觀察的偏差以及造成這些偏差的原因。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方案，我們知道一組光學(xué)方法是基于利用來(lái)自可被分析材料的光譜數(shù)據(jù)。例如，在這些方法中，測(cè)量從可被分析材料上反射光中所含的波長(zhǎng)以確定不同的質(zhì)量參數(shù)。
現(xiàn)有技術(shù)的方案有許多缺點(diǎn)。若可被分析材料的尺寸非常大，例如，寬度可達(dá)10米的運(yùn)動(dòng)卷筒紙，則實(shí)際上需要使用多個(gè)照相機(jī)以得到理想的分辨率。另一個(gè)問(wèn)題是，現(xiàn)有方案的速度不適合于準(zhǔn)確地分析高速運(yùn)動(dòng)的卷筒紙。
使用幾個(gè)照相機(jī)還可能導(dǎo)致其他的問(wèn)題。若一個(gè)照相機(jī)停止工作，則在修理好或替換該照相機(jī)之前，整個(gè)系統(tǒng)就不能運(yùn)行。此外，使用幾個(gè)照相機(jī)可以增加結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性并利用昂貴的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
在現(xiàn)有技術(shù)的方案中拍攝照片要求有很大的信息處理容量和大量的照相機(jī)。此外，照相機(jī)產(chǎn)生用于分析的圖像資料也是龐大的。
此外，在已知的方法和系統(tǒng)中，增加清晰度和計(jì)算容量是費(fèi)力的并需要較大的資金投入。
而且，現(xiàn)有方法和系統(tǒng)的弱點(diǎn)是它們的可靠性和技術(shù)維護(hù)，其中的原因是存在靈敏的電子元件和計(jì)算機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是消除上述的缺點(diǎn)或至少大大減少這些缺點(diǎn)。具體地說(shuō)，本發(fā)明的目的是公開一種新型的方法和系統(tǒng)，其中僅僅使用一個(gè)照相機(jī)，可以準(zhǔn)確地分析靜止或運(yùn)動(dòng)的材料。
本發(fā)明的特征請(qǐng)參照權(quán)利要求書。
本發(fā)明涉及一種基于波長(zhǎng)編碼的缺陷指示。缺陷是指形成的光譜偏離預(yù)定設(shè)置值的任何偏差。
本發(fā)明涉及一種用于根據(jù)波長(zhǎng)指出可被分析材料中偏差的方法。在該方法中，光源產(chǎn)生的光被色散成可被分析運(yùn)動(dòng)平面材料表面上的幾個(gè)光譜，收集從可被分析運(yùn)動(dòng)平面材料表面上反射的光譜，收集的光譜被引導(dǎo)進(jìn)入光譜照相機(jī)，比較被引導(dǎo)進(jìn)入光譜照相機(jī)的光譜與預(yù)定的參考光譜，和在比較的基礎(chǔ)上，確定可被分析材料中一個(gè)或多個(gè)偏差的位置。光譜照相機(jī)可以是模擬光譜照相機(jī)或數(shù)字光譜照相機(jī)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，光源產(chǎn)生的光被色散成可被分析材料表面上沿第一方向和第二方向的重疊光譜，其中第一方向和第二方向是基本上互相垂直的，利用透鏡收集從可被分析材料表面上反射到該透鏡焦點(diǎn)上的光譜，和在該焦點(diǎn)上收集的光譜被至少一條光纖引導(dǎo)進(jìn)入光譜照相機(jī)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，光源產(chǎn)生的光被色散成可被分析材料表面上沿第一方向和第二方向的重疊光譜，其中沿第一方向和第二方向色散的光譜是由不同的波長(zhǎng)區(qū)構(gòu)成。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，光源產(chǎn)生的光被第一透鏡色散成可被分析材料表面上的光譜。最好是，光源產(chǎn)生的光被一條光纖引導(dǎo)到第一透鏡。利用第二透鏡收集從可被分析材料上反射的光譜形成一條直線，該條直線包含反射到可被分析材料表面上的各種波長(zhǎng)。收集的直線被引導(dǎo)到一束光纖，其中每條光纖收集部分的反射光。每條光纖被引導(dǎo)成光譜照相機(jī)中的空間像素，而每個(gè)空間像素被色散成一組光譜分量。分析光譜照相機(jī)收集的數(shù)據(jù)，并在光譜照相機(jī)中像素的空間分量和光譜分量的基礎(chǔ)上，確定可被分析材料中偏差的位置。
在該方法中，最好使用一組測(cè)量模塊，其中每個(gè)測(cè)量模塊包括包含一束光纖的第二連接，第一透鏡和第二透鏡。最好是，該組測(cè)量模塊安排成單獨(dú)的測(cè)量條。光源產(chǎn)生的光被第一連接引導(dǎo)進(jìn)入每個(gè)測(cè)量模塊。在此之后，光源產(chǎn)生的光被第一透鏡色散成可被分析材料表面上的光譜，其中利用色散通過(guò)每個(gè)測(cè)量模塊中第一透鏡的光，可以覆蓋被分析的特定部分區(qū)域。相應(yīng)地，利用每個(gè)測(cè)量模塊中的第二透鏡收集從可被分析材料表面上反射的光譜形成一條直線，該條直線包含反射到每個(gè)測(cè)量模塊覆蓋的可被分析材料表面上的各種波長(zhǎng)。每條直線被引導(dǎo)到每個(gè)測(cè)量模塊中第二連接的一束光纖。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該方法使用一組測(cè)量模塊，其中每個(gè)測(cè)量模塊包含所需的光學(xué)元件。在這種情況下，在該方法中，光源產(chǎn)生的光被第一連接引導(dǎo)進(jìn)入每個(gè)測(cè)量模塊，光源產(chǎn)生的光被色散成可被分析材料表面上沿第一方向和第二方向的重疊光譜，其中利用色散通過(guò)每個(gè)測(cè)量模塊的光，可以覆蓋被分析的特定部分區(qū)域。利用每個(gè)測(cè)量模塊中的透鏡收集從可被分析材料表面上反射到該透鏡焦點(diǎn)上的光譜，并利用至少一條光纖，使該焦點(diǎn)上收集的光譜被引導(dǎo)進(jìn)入光譜照相機(jī)。
測(cè)量是根據(jù)光源進(jìn)行定標(biāo)，其中在沒有光源產(chǎn)生的光被色散成至少一個(gè)光譜的條件下，直接照明可被分析材料的參考點(diǎn)，收集從可被分析材料的參考點(diǎn)表面上反射的光作為參考光譜，并根據(jù)參考光譜確定該光源的光譜分布。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量是根據(jù)光源進(jìn)行定標(biāo)，其中光源產(chǎn)生的光被色散成可被分析材料的參考點(diǎn)表面上至少一個(gè)光譜，收集從可被分析材料的參考點(diǎn)表面上反射的光作為參考光譜，并根據(jù)參考光譜確定該光源的光譜分布。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在新光譜測(cè)量的基礎(chǔ)上，平均和/或中值濾波該參考光譜。
本發(fā)明還涉及一種用于根據(jù)波長(zhǎng)編碼可被分析材料中位置的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括可被分析運(yùn)動(dòng)平面材料；至少一個(gè)光源；至少一個(gè)光譜照相機(jī)；色散裝置，用于色散該光源產(chǎn)生的光到可被分析運(yùn)動(dòng)平面材料表面上的幾個(gè)光譜；收集裝置，用于收集從可被分析運(yùn)動(dòng)平面材料表面上反射的光譜；引導(dǎo)裝置，用于引導(dǎo)被收集的光譜進(jìn)入光譜照相機(jī)；比較裝置，用于比較被引導(dǎo)進(jìn)入光譜照相機(jī)的光譜與預(yù)定的參考光譜；和確定裝置，在比較的基礎(chǔ)上，確定可被分析材料中一個(gè)或多個(gè)偏差的位置。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括色散裝置，用于色散該光源產(chǎn)生的光到可被分析材料的表面上沿第一方向和第二方向的重疊光譜，其中第一方向和第二方向是基本上互相垂直的；收集裝置，用于收集從可被分析材料表面上反射到焦點(diǎn)上的光譜；和至少一條光纖，用于引導(dǎo)被收集的光譜進(jìn)入光譜照相機(jī)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)安排成色散該光源產(chǎn)生的光到可被分析材料的表面上沿第一方向和第二方向的重疊光譜，其中沿第一方向和第二方向色散的光譜是由不同的波長(zhǎng)區(qū)構(gòu)成。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括至少一個(gè)第一透鏡，利用第一透鏡，光源產(chǎn)生的光被色散成可被分析材料表面上的光譜；至少一個(gè)第二透鏡，利用第二透鏡，收集從可被分析材料反射的光譜形成一條直線，該條直線包含反射到可被分析材料表面上的各種波長(zhǎng)；至少一束光纖，其中每條光纖收集部分的反射光；和至少一個(gè)光譜照相機(jī)，該光譜照相機(jī)安排成接收每條光纖作為空間像素，并安排成色散每個(gè)空間像素作為一組光譜分量。
此外，該系統(tǒng)包括至少一個(gè)數(shù)據(jù)處理裝置，該裝置安排成分析光譜照相機(jī)收集的數(shù)據(jù)，并在光譜照相機(jī)中像素的空間分量和光譜分量的基礎(chǔ)上，確定可被分析材料中被檢測(cè)偏差的位置。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括一組測(cè)量模塊。每個(gè)測(cè)量模塊包括第一連接，第一連接安排成接收該光源產(chǎn)生的光，它通過(guò)光纖被中繼。每個(gè)測(cè)量模塊還包括第一透鏡，利用第一透鏡，光源產(chǎn)生的光被色散成可被分析材料表面上的光譜，其中利用色散通過(guò)每個(gè)測(cè)量模塊中第一透鏡的光，可以覆蓋被分析的特定部分區(qū)域。相應(yīng)地，每個(gè)測(cè)量模塊還包括第二透鏡，利用第二透鏡，收集從可被分析材料表面上反射的光譜形成一條直線，該條直線包含反射到每個(gè)測(cè)量模塊覆蓋的可被分析材料的區(qū)域表面上的各種波長(zhǎng)。此外，每個(gè)測(cè)量模塊包括包含一束光纖的第二連接，其中每條光纖安排成收集部分的反射光。最好是，該測(cè)量模塊是由光纖連接到光譜照相機(jī)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括一組測(cè)量模塊。每個(gè)測(cè)量模塊包括第一連接，利用第一連接，光源產(chǎn)生的光被引導(dǎo)到每個(gè)測(cè)量模塊；色散裝置，用于色散該光源產(chǎn)生的光到可被分析材料的表面上沿第一方向和第二方向的重疊光譜，其中利用色散通過(guò)每個(gè)測(cè)量模塊的光，可以覆蓋被分析的特定部分區(qū)域；收集裝置，用于收集從可被分析材料表面上反射到每個(gè)測(cè)量模塊中包含的透鏡焦點(diǎn)上的光譜；和第二連接，至少一條光纖連接到第二連接，它安排成連接測(cè)量模塊到光譜照相機(jī)，用于引導(dǎo)該焦點(diǎn)上收集的光譜進(jìn)入光譜照相機(jī)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括測(cè)量條，測(cè)量模塊粘貼到該測(cè)量條。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括用于移動(dòng)測(cè)量條的裝置。
本發(fā)明還涉及一種用于分析可被分析材料的測(cè)量條。該測(cè)量條包括至少一個(gè)測(cè)量模塊。每個(gè)測(cè)量模塊包括色散裝置，用于色散該光源產(chǎn)生的光到可被分析運(yùn)動(dòng)平面材料表面上的幾個(gè)光譜；收集裝置，用于收集從可被分析運(yùn)動(dòng)平面材料表面上反射的光譜；和引導(dǎo)裝置，用于引導(dǎo)被收集的光譜進(jìn)入光譜照相機(jī)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)測(cè)量模塊包括第一連接，利用第一連接，光源產(chǎn)生的光被引導(dǎo)進(jìn)入每個(gè)測(cè)量模塊；色散裝置，用于色散該光源產(chǎn)生的光到可被分析材料的表面上沿第一方向和第二方向的重疊光譜，其中利用色散通過(guò)每個(gè)測(cè)量模塊的光，可以覆蓋被分析的特定部分區(qū)域；收集裝置，用于收集從可被分析材料表面上反射到每個(gè)測(cè)量模塊中包含的透鏡焦點(diǎn)上的光譜；和第二連接，至少一條光纖連接到第二連接，它安排成連接測(cè)量模塊到光譜照相機(jī)，用于引導(dǎo)該焦點(diǎn)上的光譜進(jìn)入光譜照相機(jī)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)測(cè)量模塊包括至少一個(gè)第一透鏡，利用第一透鏡，光源產(chǎn)生的光被色散成可被分析材料表面上的光譜，其中利用色散通過(guò)每個(gè)測(cè)量模塊中第一透鏡的光，可以覆蓋被分析的特定部分區(qū)域。此外，每個(gè)測(cè)量模塊包括至少一個(gè)第二透鏡，利用第二透鏡，收集從可被分析材料表面上反射的光譜形成一條直線，該條直線包含反射到每個(gè)測(cè)量模塊覆蓋的可被分析材料區(qū)域表面上的各種波長(zhǎng)。每個(gè)測(cè)量模塊還包括一束光纖，該束光纖安排成收集部分的反射光。測(cè)量條還包括一條光纖，該條光纖安排成連接一束光纖到光譜照相機(jī)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)測(cè)量模塊包括第一連接，第一連接安排成接收該光源產(chǎn)生的光，它通過(guò)光纖被中繼；第一透鏡，利用第一透鏡，光源產(chǎn)生的光被色散成可被分析材料表面上的光譜，其中利用色散通過(guò)每個(gè)測(cè)量模塊中第一透鏡的光，可以覆蓋被分析的特定部分區(qū)域；第二透鏡，利用第二透鏡，收集從可被分析材料表面上反射的光譜形成一條直線，該條直線包含反射到每個(gè)測(cè)量模塊覆蓋的可被分析材料區(qū)域表面上的各種波長(zhǎng)；和包含一束光纖的第二連接，其中每條光纖安排成收集部分的反射光。一條光纖連接到第二連接，該條光纖安排成連接該束光纖到光譜照相機(jī)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量條安排成可移動(dòng)的。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量條安排在可被分析材料之上。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量模塊包括第一取向裝置，利用第一取向裝置，第一透鏡取向成色散該光源產(chǎn)生的光到可被分析材料表面的要求的區(qū)域上的光譜。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量模塊包括第二取向裝置，利用第二取向裝置，第二透鏡取向成收集從可被分析材料表面的要求的區(qū)域上反射的光譜。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量模塊還包括用于定位色散裝置到側(cè)邊的裝置，其中可以直接照明可被分析材料，用于測(cè)量來(lái)自可被分析材料的參考區(qū)的參考光譜。
本發(fā)明還涉及一種用于分析可被分析材料的測(cè)量模塊。測(cè)量模塊包括色散裝置，用于色散該光源產(chǎn)生的光到可被分析運(yùn)動(dòng)平面材料表面上的幾個(gè)光譜；收集裝置，用于收集從可被分析運(yùn)動(dòng)平面材料表面上反射的光譜；和引導(dǎo)裝置，用于引導(dǎo)被收集的光譜進(jìn)入光譜照相機(jī)。
例如，可被分析材料是木材，紙張，織物，金屬或塑料。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量模塊包括第一連接，利用第一連接，光源產(chǎn)生的光被引導(dǎo)進(jìn)入每個(gè)測(cè)量模塊；色散裝置，用于色散該光源產(chǎn)生的光到可被分析材料的表面上沿第一方向和第二方向的重疊光譜，其中利用色散通過(guò)每個(gè)測(cè)量模塊的光，可以覆蓋被分析的特定部分區(qū)域；收集裝置，用于收集從可被分析材料表面反射到每個(gè)測(cè)量模塊中包含的透鏡焦點(diǎn)上的光譜；和第二連接，至少一條光纖連接到第二連接，它安排成連接測(cè)量模塊到光譜照相機(jī)，用于引導(dǎo)該焦點(diǎn)上收集的光譜進(jìn)入光譜照相機(jī)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一透鏡包括至少一個(gè)棱鏡和/或光柵。例如，第一透鏡是所謂的PGP透鏡，它是由兩個(gè)棱鏡和夾在中間的光柵構(gòu)成。例如，第二透鏡是普通的柱面透鏡，利用第二透鏡，反射的光譜被收集到該透鏡的焦點(diǎn)上形成一條直線。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較有許多優(yōu)點(diǎn)。在光譜照相機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，可以得到非常準(zhǔn)確的位置信息，這些信息涉及可被分析材料中沿X方向和Y方向找到的缺陷，因?yàn)樵诒景l(fā)明給出的波長(zhǎng)編碼原理基礎(chǔ)上，可以確定該位置。
本發(fā)明與現(xiàn)有方案比較的具體優(yōu)點(diǎn)是，利用一個(gè)光譜照相機(jī)，可以完整地拍攝一個(gè)較大的系統(tǒng)，例如，9.6米寬的卷筒紙。
此外，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，它與速度無(wú)關(guān)。本發(fā)明本身的功能在原則上是光的速度，而實(shí)際的最大速度取決于光譜照相機(jī)的速度。本發(fā)明的速度還基于這樣一個(gè)事實(shí)，僅僅處理一個(gè)照相機(jī)提供的圖像。
此外，本發(fā)明產(chǎn)生的可被分析材料的分辨率是極高的，還可以內(nèi)插清晰度以使它更加清晰。
因?yàn)楸景l(fā)明提供的系統(tǒng)有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)比較，它在功能上更加可靠和較廉價(jià)。
此外，本發(fā)明中給出的方案可以容易地適應(yīng)于可被分析材料的要求，例如，擴(kuò)展可被分析材料，以及具有可能的移動(dòng)性。


以下，借助于實(shí)施例詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1表示按照本發(fā)明的一種方法，圖2表示按照本發(fā)明的一種系統(tǒng)，圖3表示按照本發(fā)明的一種測(cè)量模塊，圖4表示按照本發(fā)明引導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)入光譜照相機(jī)的一個(gè)例子，圖5表示優(yōu)選的卷筒紙照明系統(tǒng)，
圖6表示按照本發(fā)明用于指出偏差的一個(gè)例子，圖7表示按照本發(fā)明引導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)入光譜照相機(jī)的另一個(gè)例子，圖8表示按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例把給定的波長(zhǎng)區(qū)擴(kuò)展成可被分析材料表面上的光譜，和圖9表示按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例把給定的波長(zhǎng)區(qū)擴(kuò)展成可被分析材料表面上的光譜。
具體實(shí)施例方式
圖1表示按照本發(fā)明的一種方法。按照步驟120，光源產(chǎn)生的光被色散成可被分析材料表面上的幾個(gè)光譜。例如，利用第一透鏡完成色散。例如，第一透鏡是由兩個(gè)棱鏡和夾在中間的光柵構(gòu)成的所謂PGP透鏡。按照步驟122，收集從可被分析材料表面上反射的光譜。例如，收集是利用第二透鏡完成色散。例如，第二透鏡是柱面透鏡。按照步驟124，收集的光譜被引導(dǎo)進(jìn)入光譜照相機(jī)。光譜照相機(jī)最好是數(shù)字光譜照相機(jī)。在步驟126，比較被引導(dǎo)進(jìn)入光譜照相機(jī)的光譜與預(yù)定的參考光譜。在步驟128，在比較的基礎(chǔ)上，確定可被分析材料中一個(gè)或多個(gè)偏差的位置。
圖2表示按照本發(fā)明用于根據(jù)波長(zhǎng)編碼可被分析材料中位置的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括可被分析材料102。在圖2中，可被分析材料是卷筒紙，它以每秒20米的速度向前滾動(dòng)。當(dāng)然，可被分析材料也可以是指其他的材料。
在滾動(dòng)卷筒紙的給定點(diǎn)安排一個(gè)測(cè)量條100，在圖2中，測(cè)量條100是在沿整個(gè)長(zhǎng)度卷筒紙的卷筒紙之上。在測(cè)量條100上粘貼一組測(cè)量模塊18，在以下要更詳細(xì)地描述測(cè)量模塊18。在圖2和圖3中，我們假設(shè)測(cè)量條100包含16個(gè)測(cè)量模塊18。
該系統(tǒng)包括產(chǎn)生白光的光源10。利用光纖12使光源10產(chǎn)生的白光提供給測(cè)量模塊18。圖2所示的系統(tǒng)使用一個(gè)光源。按照這種方法，可以避免有各不相同光源產(chǎn)生白光的問(wèn)題，這些光源之間略有不同。換句話說(shuō)，因?yàn)閮H僅使用一個(gè)光源，測(cè)量系統(tǒng)的定標(biāo)是十分簡(jiǎn)單。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，還可以同時(shí)使用幾個(gè)光源。
測(cè)量模塊18通過(guò)光纖14連接到光譜照相機(jī)16。光譜照相機(jī)16的部件連接到一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)處理裝置106，數(shù)據(jù)處理裝置106安排成分析光譜照相機(jī)16的圖像。最好是，光譜照相機(jī)16是數(shù)字光譜照相機(jī)。光譜照相機(jī)16也可以是模擬光譜照相機(jī)，其中利用數(shù)字化卡，可以從光譜照相機(jī)16捕獲數(shù)字輸出進(jìn)入數(shù)據(jù)處理裝置106。
以下參照?qǐng)D3和圖4，我們更詳細(xì)地解釋按照本發(fā)明方法和系統(tǒng)的功能。圖3表示按照本發(fā)明測(cè)量模塊18的優(yōu)選實(shí)施例。圖4表示引導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)入光譜照相機(jī)的例子。
如以上說(shuō)明的，利用光纖12使光源10產(chǎn)生的白光被引導(dǎo)到每個(gè)測(cè)量模塊18中的第一連接104。各個(gè)測(cè)量模塊18在結(jié)構(gòu)和功能上是完全相同的。在圖3的例子中，測(cè)量模塊18的結(jié)構(gòu)是簡(jiǎn)單的。它們包括第一連接104，第一透鏡110，第二透鏡108和第二連接112。例如，第一連接104是指一條光纖或一束光纖，它產(chǎn)生的光被擴(kuò)展成裂縫(chink)。例如，第一透鏡110是指圖3所示的棱鏡-光柵-棱鏡結(jié)構(gòu)(PGP結(jié)構(gòu))。第二透鏡108通常是普通的柱面透鏡。例如，第二連接是指包含一束光纖的連接。
被引導(dǎo)進(jìn)入測(cè)量模塊18的白光傳輸通過(guò)第一透鏡110。第一透鏡110把該白光色散成可被分析材料表面上的光譜。最好是，該光譜包含彩虹中的所有顏色，例如，其波長(zhǎng)范圍λ1...λ2是在380nm...780nm。
我們假設(shè)，圖2中使用的數(shù)字光譜照相機(jī)16可以每秒拍攝200個(gè)圖像。我們還假設(shè)，數(shù)字光譜照相機(jī)16中使用的圖像有640個(gè)空間像素(水平像素)和480個(gè)光譜像素(垂直像素)。當(dāng)考慮到卷筒紙的速度為20m/s時(shí)，我們清楚地知道在卷筒紙的運(yùn)動(dòng)方向上，照明的卷筒是每個(gè)拍攝圖像的100mm部分。利用第一透鏡110，反射到卷筒紙表面上的光譜被反射返回到測(cè)量模塊18。第二透鏡108是安排在測(cè)量模塊中，它收集反射到透鏡焦點(diǎn)上的光譜形成一條直線，該條直線包含反射到卷筒紙表面上的所有波長(zhǎng)。該條直線被引導(dǎo)到一束光纖112。
在圖2，3和4所示的實(shí)施例中，每束光纖112包含40條光纖。因此，一條光纖在沿卷筒紙的運(yùn)動(dòng)方向上收集來(lái)自2.5mm的光(100mm除以光纖的數(shù)目)。每個(gè)測(cè)量模塊18安排在測(cè)量條100中，它可以照明600mm區(qū)域(圖4中的區(qū)域60)的卷筒紙。因此，照明的卷筒紙是600mm×100mm尺寸的區(qū)域。這些光纖中的每條光纖被引導(dǎo)成光譜照相機(jī)16中的空間像素。此外，每個(gè)空間像素被色散成480個(gè)光譜分量(像素)。按照這種方式，在卷筒紙的橫向上可以獲得1.25mm的分辨率，和在卷筒紙的運(yùn)動(dòng)方向上有2.5mm的分辨率。因?yàn)闇y(cè)量條100包含16個(gè)測(cè)量模塊18，這些測(cè)量模塊18包含18束光纖112，它們總共產(chǎn)生16×40＝640個(gè)空間像素。按照這種方式，一個(gè)數(shù)字光譜照相機(jī)16可以綜合地拍攝整個(gè)卷筒紙(寬度9600mm)。在圖5中，更詳細(xì)地畫出卷筒紙的照明系統(tǒng)。在600mm×100mm方框內(nèi)畫出的垂直線代表每個(gè)方框內(nèi)展示的光譜。
數(shù)字光譜照相機(jī)16連接到數(shù)據(jù)處理裝置106，在這個(gè)例子中，數(shù)據(jù)處理裝置106是計(jì)算機(jī)。數(shù)據(jù)處理裝置106還可以是指其他的裝置或計(jì)算機(jī)的特定部分，例如，信號(hào)處理器。利用計(jì)算機(jī)，我們可以根據(jù)光譜圖像研究一些波長(zhǎng)區(qū)是否有偏離標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值。圖4中畫出在卷筒紙的位置62上發(fā)生偏差。被光纖64引導(dǎo)的偏差轉(zhuǎn)移到光譜照相機(jī)。例如，一些波長(zhǎng)區(qū)反射因子的明顯衰減意味著在卷筒紙的某個(gè)位置上有空洞或其他的偏差，該位置被相關(guān)的波長(zhǎng)照明。在圖4中利用XY描繪儀可以看到在從卷筒紙表面上反射的光譜中有明顯的衰減。
在相對(duì)簡(jiǎn)單的處理時(shí)，卷筒紙中簡(jiǎn)單的缺陷指示用于搜索空洞是合適的。例如，在知道被檢查的紙應(yīng)當(dāng)有什么類型的反射光譜時(shí)，利用相減方法容易檢測(cè)到丟失的波長(zhǎng)。按照這種方式，處理是非常簡(jiǎn)單和快速的，其中所需設(shè)備(例如，計(jì)算機(jī)或信號(hào)處理器)的要求也是合理的。
如上所述，本發(fā)明最好是在可見光波長(zhǎng)中實(shí)施。可見光區(qū)域是在380nm...780nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。在這個(gè)波長(zhǎng)區(qū)，反射因子主要是受紙張顏色和增白劑的影響，它與使用的照明光有關(guān)。增白劑吸收的能量是在較低(UV)的波長(zhǎng)，例如，在300nm...400nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，而發(fā)射的能量是在較長(zhǎng)的(藍(lán))波長(zhǎng)，例如，在450nm...500nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。實(shí)際的結(jié)果是較明亮(淺藍(lán)色)的紙張。
在可見光區(qū)中也可以利用幾條光纖，因?yàn)椴恍枰紤]在較長(zhǎng)波長(zhǎng)下發(fā)生的傳輸衰減。
在圖2和3中，本發(fā)明的描述是利用運(yùn)動(dòng)卷筒紙作為一個(gè)例子。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，可被分析材料可以是任何其他的材料，例如，木材，織物，金屬或塑料。此外，應(yīng)當(dāng)注意，被分析的紙張不必在分析期間是運(yùn)動(dòng)的。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可被分析材料和測(cè)量系統(tǒng)都是靜止的。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可被分析材料是靜止的，而測(cè)量系統(tǒng)是運(yùn)動(dòng)的。雖然在圖2中僅僅畫出一個(gè)數(shù)據(jù)處理裝置，但在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，如果需要，可以利用幾個(gè)數(shù)據(jù)處理裝置106進(jìn)行處理。此外，雖然在圖2中僅僅畫出一個(gè)數(shù)字光譜照相機(jī)，但在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，可以利用兩個(gè)或多個(gè)照相機(jī)。按照這種方式，可以根據(jù)需要提高分辨率。
在圖3所示的一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量模塊18包括第一取向裝置，利用第一取向裝置，第一透鏡110取向成色散該光源產(chǎn)生的光到可被分析材料表面的要求的區(qū)域上光譜。按照這種方式，可以精細(xì)調(diào)節(jié)照明區(qū)的分配。例如，通過(guò)放置第一透鏡到指定的位置，或利用專業(yè)人員熟知的一些其他裝置，可以實(shí)現(xiàn)以上描述的裝置。
在圖3所示的一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量模塊18包括第二取向裝置，利用第二取向裝置，第二透鏡108取向成收集從該材料指定區(qū)域上反射的光譜。按照這種方式，可以精細(xì)調(diào)節(jié)收集信息的區(qū)域。例如，通過(guò)放置第二透鏡到指定的位置，或利用專業(yè)人員熟知的一些其他裝置，可以實(shí)現(xiàn)以上描述的裝置。
在圖3所示的一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量模塊18還包括用于定位色散裝置到側(cè)邊的裝置，其中可以直接照明可被分析材料，用于測(cè)量來(lái)自可被分析材料參考點(diǎn)的參考光譜。例如，通過(guò)機(jī)械方式轉(zhuǎn)向第一透鏡到側(cè)邊，或利用專業(yè)人員熟知的一些其他裝置，可以實(shí)現(xiàn)以上描述的裝置。
測(cè)量可以根據(jù)光源進(jìn)行定標(biāo)，例如，在沒有色散該光源產(chǎn)生的光成至少一個(gè)光譜的情況下，可以直接照明可被分析材料的參考點(diǎn)，收集從可被分析材料參考點(diǎn)的表面上反射光中的參考光譜，并根據(jù)該參考光譜確定光譜分布。還可以根據(jù)光源進(jìn)行測(cè)量定標(biāo)，其中光源產(chǎn)生的光被色散成可被分析材料參考點(diǎn)的表面上至少一個(gè)光譜，收集從可被分析材料參考點(diǎn)的表面上反射光中的參考光譜，并根據(jù)該參考光譜確定參考光譜。在新光譜測(cè)量的基礎(chǔ)上，可以平均和/或中值濾波確定的參考光譜。在新的實(shí)際參考測(cè)量基礎(chǔ)上，不必修改參考光譜，而在不同于缺陷情況光譜的基礎(chǔ)上，連續(xù)地定時(shí)進(jìn)行修改。
在圖4中畫出用于照明部分卷筒紙的一個(gè)方案。圖1所示的一個(gè)測(cè)量模塊18照明卷筒紙的600mm×100mm部分的。當(dāng)測(cè)量模塊18安排成并排的16個(gè)單元時(shí)，可以照明整個(gè)卷筒紙。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量模塊18可以排成一個(gè)測(cè)量條，因此，可以同時(shí)照明100mm高的幾個(gè)行。在這種情況下，兩個(gè)重疊的光譜行在沿垂直方向上不必是準(zhǔn)確地處在光譜的相同位置。
本發(fā)明中給出的測(cè)量系統(tǒng)很容易驗(yàn)證出現(xiàn)缺陷的情況。例如，同時(shí)利用兩個(gè)數(shù)字光譜照相機(jī)，光纖14提供的相同光被引導(dǎo)進(jìn)入這兩個(gè)照相機(jī)，就可以完成驗(yàn)證。在一個(gè)實(shí)施例中，總是使用兩個(gè)照相機(jī)。在另一個(gè)實(shí)施例中，第二個(gè)照相機(jī)僅僅在第一個(gè)照相機(jī)的工作受到干擾時(shí)才開始拍攝圖像。
此處提到的可被分析材料是滾動(dòng)的卷筒紙，本發(fā)明還可用于查找造紙機(jī)器中其他部分的缺陷。因?yàn)樵诰硗布埖那闆r下，查找卷筒紙中的缺陷是按照以上給出的方法。例如，在卷筒紙橫向上有1.25mm精確度，查找運(yùn)動(dòng)卷筒紙中的可能缺陷也是容易實(shí)現(xiàn)的。還可以內(nèi)插精確度，換句話說(shuō)，確定該缺陷是在兩條直線之間。
利用本發(fā)明，可以同時(shí)確定造紙機(jī)器中導(dǎo)線的邊緣位置。例如，導(dǎo)線是平面的塑料或金屬織物，在其頂部排出卷筒紙的水分，或在干燥紙張時(shí)支持卷筒紙。測(cè)量條中最外側(cè)的測(cè)量模塊可以轉(zhuǎn)向成照明該導(dǎo)線，因此，被測(cè)量模塊照明的區(qū)域是在導(dǎo)線邊緣上略微延伸。在這種情況下，入射到導(dǎo)線上的光反射到檢測(cè)器(第二透鏡)，但傳輸經(jīng)過(guò)導(dǎo)線的光造成反射光譜中丟失的波長(zhǎng)。換句話說(shuō)，按照在卷筒紙中查找空洞的相同方法，可以發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線邊緣的位置。
還應(yīng)當(dāng)注意，以上給出的可被分析材料和實(shí)際測(cè)量可被分析材料的例子僅僅是典型的材料和測(cè)量方法。因此，本發(fā)明也適用于與以上給出不同的其他材料和尺寸。
在本發(fā)明中，使用一個(gè)數(shù)字光譜照相機(jī)可以拍攝整個(gè)寬度的滾動(dòng)卷筒紙。當(dāng)然，利用多個(gè)照相機(jī)可以提高分辨率。在數(shù)字光譜照相機(jī)圖像的基礎(chǔ)上，可以準(zhǔn)確地得到沿X方向和Y方向的缺陷位置信息。換句話說(shuō)，在本發(fā)明中，可以根據(jù)波長(zhǎng)編碼該位置。
本發(fā)明可以產(chǎn)生有關(guān)可被分析材料質(zhì)量的重要信息。根據(jù)數(shù)字光譜照相機(jī)的圖像，在分析可被分析材料中的缺陷和缺點(diǎn)時(shí)，可以準(zhǔn)確地確定可被分析材料的質(zhì)量，例如，在銷售部門。
圖6表示按照本發(fā)明測(cè)量模塊218的一個(gè)例子?？杀环治霾牧?，例如，卷筒紙，是沿兩個(gè)方向220和222被照明。從光纖223和228中通過(guò)連接240和244得到所需的光。例如，在方向220上，寬度是400mm(橫向)，和在方向222上，高度是100mm(機(jī)器方向)。可以并排地照明圖6所示的幾個(gè)區(qū)域，因此，區(qū)域的數(shù)目取決于卷筒紙的寬度。在這個(gè)例子中，照明光的波長(zhǎng)在方向220上是變化的，其波長(zhǎng)區(qū)是λm...λn，而在方向222上的波長(zhǎng)區(qū)是λn+1...λk。最好是按照這樣的方法選取波長(zhǎng)，波長(zhǎng)區(qū)是各不相同的，例如，λm＜λn＜λn+1＜λk是在450nm至1000nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。由于照明的矩陣形成在可被分析材料的表面上，其中兩個(gè)不同的波長(zhǎng)進(jìn)入該矩陣中的每個(gè)單元，因此，相同的組合絕不會(huì)發(fā)生兩次。
在第一方向220上，光譜是由透鏡204，光柵206和透鏡208產(chǎn)生(在測(cè)量模塊218中的部分234)?？讖?02最好是可調(diào)節(jié)的圓形孔徑，利用該孔徑可以形成點(diǎn)狀光源。相應(yīng)地，在另一個(gè)方向222上，光譜是由透鏡212，光柵214和透鏡216產(chǎn)生(在測(cè)量模塊218中的部分236)。孔徑210最好是可調(diào)節(jié)的圓形孔徑，利用該孔徑可以形成點(diǎn)狀光源。
為了便于分析，利用會(huì)聚到焦點(diǎn)的會(huì)聚光學(xué)元件(230和232)拍攝該區(qū)域(測(cè)量模塊218中的部分238)。在這個(gè)焦點(diǎn)上包含從紙張表面反射的所有波長(zhǎng)。該光點(diǎn)被引導(dǎo)通過(guò)連接242進(jìn)入光纖226，利用該光纖，收集從紙張表面反射的光進(jìn)入光譜照相機(jī)的輸入端。利用該照相機(jī)，光被色散成幾個(gè)光譜分量。通過(guò)比較該光譜與整個(gè)光譜，在兩個(gè)光譜差別的基礎(chǔ)上，可以發(fā)現(xiàn)清晰的紙張缺陷。
圖7表示引導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)入光譜照相機(jī)的另一個(gè)例子。在圖7所示的例子中，分區(qū)照明可被分析材料，因此，在每個(gè)區(qū)域形成一個(gè)矩陣，其中兩個(gè)不同的波長(zhǎng)進(jìn)入矩陣中的每個(gè)單元，因此，相同的組合絕不會(huì)發(fā)生兩次。最好是按照這樣的方法選取波長(zhǎng)，這兩個(gè)波長(zhǎng)區(qū)是各不相同的，例如，λm＜λn＜λn+1＜λk是在450nm至1000nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。在圖7所示的例子中，可被分析材料中的位置72上有偏差，它照明的波長(zhǎng)是λ1，λ2。如在以上圖中所說(shuō)明的，利用會(huì)聚到焦點(diǎn)的會(huì)聚光學(xué)元件拍攝區(qū)域70，并利用光纖74引導(dǎo)的光點(diǎn)作為光譜照相機(jī)的像素。在利用計(jì)算機(jī)分析光譜照相機(jī)的圖像時(shí)，任何波長(zhǎng)區(qū)中任何反射因子的清晰衰減實(shí)際上意味著，在卷筒紙的某個(gè)位置上有空洞或其他的偏差，相關(guān)波長(zhǎng)的光照明到該位置上。在圖7中畫出利用XY描繪儀看到從卷筒紙表面上反射的光譜中波長(zhǎng)λ1，λ2有明顯的衰減。在衰減波長(zhǎng)的基礎(chǔ)上，可以準(zhǔn)確地確定可被分析材料中偏差的位置(位置72)。
圖8表示按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例某個(gè)波長(zhǎng)區(qū)被擴(kuò)展成可被分析材料的表面上沿第一方向的光譜和可被分析材料的表面上沿第二方向的光譜。在這個(gè)例子中，所用的波長(zhǎng)變化在x方向上是在700nm...1000nm的范圍內(nèi)，和在y方向上是在400nm...700nm的范圍內(nèi)。在這個(gè)例子中，照明區(qū)的尺寸是0.2m×0.2m。
在圖8中，所示光柵的周期d＝955nm，高度＝1140nm和光在空氣中的入射角是θair＝-16.4℃。它分別產(chǎn)生400nm...700nm和700nm...1000nm的波段，并互相重疊地指向可被分析材料的表面上。在這個(gè)例子中，透鏡的焦距f1和f2分別是f1＝0.03m和f2＝-0.01m。圓形透鏡f1聚焦光譜線到可被分析材料上。柱面透鏡f2擴(kuò)展各個(gè)衍射級(jí)次到指定的長(zhǎng)度。
孔徑a1是可調(diào)節(jié)的圓形孔徑，利用該孔徑可以形成點(diǎn)狀光源。例如，通過(guò)檢查光譜分布，可以確定該孔徑的最佳尺寸。直線孔徑a2確定照明波長(zhǎng)段，而它的準(zhǔn)確尺寸取決于光源的特征。通過(guò)改變沿z方向的孔徑位置以及通過(guò)調(diào)節(jié)該孔徑的開孔，可以選取合適的照明波段。在這個(gè)例子中，直線孔徑a2的寬度是在0.01-0.05m的范圍內(nèi)。
圖9所示的裝置是與圖8所示的裝置完全相同，它們不同的是，圖9中的波長(zhǎng)區(qū)是400nm...700nm。在圖8和9中，例如，所用的光源是熱光源時(shí)，它產(chǎn)生400nm...1000nm的波段。最好是，光被聚焦到盡可能小的孔徑a1上。在圖8中，φ＝51.7°和ψ＝23.1°。在圖8中，可以改變直線孔徑a2沿z方向的位置，并可以改變柱面透鏡f2沿z方向的位置。在圖9中，φ＝72.9°和ψ＝19.3°。
本發(fā)明不僅僅局限于上述的實(shí)施例，在不偏離權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明范圍內(nèi)，許多變化都是可能的。
權(quán)利要求
1.一種用于根據(jù)波長(zhǎng)指出可被分析材料中偏差的方法，其特征是，在該方法中光源產(chǎn)生的光被色散成可被分析運(yùn)動(dòng)平面材料表面上的幾個(gè)光譜；收集從可被分析運(yùn)動(dòng)平面材料表面上反射的光譜；收集的光譜被引導(dǎo)進(jìn)入光譜照相機(jī)；比較被引導(dǎo)進(jìn)入光譜照相機(jī)的光譜與預(yù)定的參考光譜；和在比較的基礎(chǔ)上，確定可被分析材料中一個(gè)或多個(gè)偏差的位置。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，在該方法中光源產(chǎn)生的光被色散成可被分析材料表面上沿第一方向和第二方向的重疊光譜，其中第一方向和第二方向是基本上互相垂直的；利用透鏡收集從可被分析材料表面上反射到該透鏡焦點(diǎn)上的光譜；和至少利用一條光纖引導(dǎo)該焦點(diǎn)上收集的光譜進(jìn)入光譜照相機(jī)。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其特征是，在該方法中光源產(chǎn)生的光被色散成可被分析材料表面上沿第一方向和第二方向的重疊光譜，其中沿第一方向和第二方向色散的光譜是由不同的波長(zhǎng)區(qū)構(gòu)成。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，在該方法中光源產(chǎn)生的光被第一透鏡色散成可被分析材料表面上的光譜；利用第二透鏡收集從可被分析材料表面上反射的光譜形成一條直線，該條直線包含反射到可被分析材料表面上的各種波長(zhǎng)；收集的直線被引導(dǎo)到一束光纖，其中每條光纖收集部分的反射光；每條光纖被引導(dǎo)成光譜照相機(jī)的空間像素；和每個(gè)空間像素被色散成一組光譜分量。
5.按照權(quán)利要求2的方法，其特征是，該方法使用一組測(cè)量模塊，每個(gè)測(cè)量模塊包含所需的光學(xué)元件，其中在該方法中光源產(chǎn)生的光被第一連接引導(dǎo)進(jìn)入每個(gè)測(cè)量模塊；光源產(chǎn)生的光被色散成可被分析材料表面上沿第一方向和第二方向的重疊光譜，其中利用色散通過(guò)每個(gè)測(cè)量模塊的光，可以覆蓋被分析的特定部分區(qū)域；利用每個(gè)測(cè)量模塊中的透鏡收集從可被分析材料表面上反射的光譜到該透鏡的焦點(diǎn)上；和利用至少一條光纖使該焦點(diǎn)上收集的光譜被引導(dǎo)進(jìn)入光譜照相機(jī)。
6.按照權(quán)利要求4的方法，其特征是，該方法使用一組測(cè)量模塊，每個(gè)測(cè)量模塊包括包含一束光纖的第二連接，第一透鏡和第二透鏡，其中在該方法中光源產(chǎn)生的光被第一連接引導(dǎo)進(jìn)入每個(gè)測(cè)量模塊；光源產(chǎn)生的光被第一透鏡色散成可被分析材料表面上的光譜，其中利用色散通過(guò)每個(gè)測(cè)量模塊中第一透鏡的光，可以覆蓋被分析的特定部分區(qū)域；利用第二透鏡收集從可被分析材料表面上反射的光譜形成一條直線，該條直線包含反射到每個(gè)測(cè)量模塊覆蓋的可被分析材料區(qū)域表面上的各種波長(zhǎng)；收集的直線被引導(dǎo)到每個(gè)測(cè)量模塊中第二連接的一束光纖，其中每條光纖收集部分的反射光；每個(gè)測(cè)量模塊中的每條光纖被引導(dǎo)成光譜照相機(jī)的空間像素；和每個(gè)空間像素被色散成一組光譜分量。
7.按照權(quán)利要求5或6的方法，其特征是，該方法還包括步驟移動(dòng)測(cè)量條，其中一組測(cè)量模塊粘貼到該測(cè)量條上。
8.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的方法，其特征是，可被分析材料是木材，紙張，織物，金屬，或塑料。
9.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的方法，其特征是，該方法還包括步驟分析光譜照相機(jī)收集的數(shù)據(jù)；和在光譜照相機(jī)中像素的空間分量和光譜分量的基礎(chǔ)上，確定可被分析材料中偏差的位置。
10.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的方法，其特征是，測(cè)量是根據(jù)光源進(jìn)行定標(biāo)，其中在沒有色散該光源產(chǎn)生光的條件下，直接照明可被分析材料的參考點(diǎn)作為至少一個(gè)光譜；從可被分析材料的參考點(diǎn)表面上反射的光中收集參考光譜；和根據(jù)參考光譜確定該光源的光譜分布。
11.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的方法，其特征是，測(cè)量是根據(jù)光源進(jìn)行定標(biāo)，其中光源產(chǎn)生的光被色散成可被分析材料的參考點(diǎn)表面上幾個(gè)光譜；從可被分析材料的參考點(diǎn)表面上反射的光中收集參考光譜；和根據(jù)參考光譜確定該光源的光譜分布。
12.按照權(quán)利要求7或8的方法，其特征是，在新光譜測(cè)量的基礎(chǔ)上，平均和/或中值濾波該參考光譜。
13.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的方法，其特征是，第一透鏡包括至少一個(gè)棱鏡和/或光柵。
14.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的方法，其特征是，第二透鏡包括柱面透鏡。
15.一種用于根據(jù)波長(zhǎng)指出可被分析材料中偏差的系統(tǒng)，其特征是，該系統(tǒng)包括可被分析運(yùn)動(dòng)平面材料(102)；至少一個(gè)光源(10)至少一個(gè)光譜照相機(jī)(16)；色散裝置(110)，用于色散該光源(10)產(chǎn)生的光到可被分析運(yùn)動(dòng)平面材料(102)表面上的幾個(gè)光譜；收集裝置(108)，用于收集從可被分析運(yùn)動(dòng)平面材料表面上反射的光譜；引導(dǎo)裝置(112，14)，用于引導(dǎo)被收集的光譜進(jìn)入光譜照相機(jī)(16)；比較裝置(106)，用于比較被引導(dǎo)進(jìn)入光譜照相機(jī)的光譜與預(yù)定餓參考光譜；和確定裝置(106)，在比較的基礎(chǔ)上用于確定可被分析材料中一個(gè)或多個(gè)偏差的位置。
16.按照權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其特征是，該系統(tǒng)包括色散裝置(234，236)，用于色散該光源(10)產(chǎn)生的光到可被分析材料(102)表面上沿第一方向和第二方向的重疊光譜，其中第一方向和第二方向是基本上互相垂直的；收集裝置(238)，用于收集從可被分析材料(102)表面上反射到該焦點(diǎn)上的光譜；和至少一條光纖(226)，用于引導(dǎo)在該焦點(diǎn)上收集的光譜進(jìn)入光譜照相機(jī)(16)。
17.按照權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其特征是，色散裝置(234，236)安排成色散該光源(10)產(chǎn)生的光到可被分析材料(102)的表面上沿第一方向和第二方向的重疊光譜，其中沿第一方向和第二方向色散的光譜是由不同的波長(zhǎng)區(qū)構(gòu)成。
18.按照權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其特征是，該系統(tǒng)包括至少一個(gè)第一透鏡(110)，利用第一透鏡(110)，光源(10)產(chǎn)生的光被色散成可被分析材料(102)表面上的光譜；至少一個(gè)第二透鏡(108)，利用第二透鏡(108)，從可被分析材料(102)表面上反射的光譜被收集成一條直線，該條直線包含反射到可被分析材料(102)表面上的各種波長(zhǎng)；至少一束光纖(112)，其中每條光纖收集部分的反射光；和至少一個(gè)光譜照相機(jī)(16)，光譜照相機(jī)(16)安排成接收每條光纖作為空間像素，并安排成色散每個(gè)空間像素成一組光譜分量。
19.按照權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其特征是，該系統(tǒng)包括一組測(cè)量模塊，其中每個(gè)測(cè)量模塊包括第一連接(240，244)，利用第一連接，光源(10)產(chǎn)生的光被引導(dǎo)進(jìn)入每個(gè)測(cè)量模塊；每個(gè)測(cè)量模塊包括色散裝置(234，236)，用于色散該光源產(chǎn)生的光到可被分析材料(102)的表面上沿第一方向和第二方向的重疊光譜，其中利用色散通過(guò)每個(gè)測(cè)量模塊的光，可以覆蓋被分析的特定部分區(qū)域；每個(gè)測(cè)量模塊包括收集裝置(238)，用于收集從可被分析材料表面反射到每個(gè)測(cè)量模塊中包含的透鏡焦點(diǎn)上的光譜；和每個(gè)測(cè)量模塊包括第二連接(242)，至少一條光纖(26)連接到第二連接(242)，該光纖安排成連接測(cè)量模塊到光譜照相機(jī)(16)，用于引導(dǎo)該焦點(diǎn)上收集的光譜進(jìn)入光譜照相機(jī)(16)。
20.按照權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其特征是，該系統(tǒng)包括一組測(cè)量模塊(18)，其中每個(gè)測(cè)量模塊包括第一連接(114)，第一連接(114)安排成接收和/或中繼光源(10)產(chǎn)生的光，它是通過(guò)光纖(12)被中繼的；每個(gè)測(cè)量模塊(18)包括第一透鏡(110)，利用第一透鏡(110)，光源(10)產(chǎn)生的光被色散成可被分析材料(102)表面上的光譜，其中利用色散通過(guò)每個(gè)測(cè)量模塊(18)中第一透鏡(110)的光，可以覆蓋被分析的特定部分區(qū)域；每個(gè)測(cè)量模塊(18)包括第二透鏡(108)，利用第二透鏡(108)，從可被分析材料(102)反射的光譜被收集成一條直線，該條直線包含反射到每個(gè)測(cè)量模塊(18)覆蓋的可被分析材料區(qū)域表面上的各種波長(zhǎng)；每個(gè)測(cè)量模塊(18)包括包含一束光纖的第二連接(112)，其中每條光纖安排成收集部分的反射光；與第二連接(112)連接的光纖(14)，光纖(14)安排成連接該束光纖到光譜照相機(jī)(16)；光譜照相機(jī)(16)安排成設(shè)定每個(gè)測(cè)量模塊(18)的每條光纖成空間像素；和光譜照相機(jī)(16)安排色散每個(gè)空間像素成一組光譜分量。
21.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的系統(tǒng)，其特征是，測(cè)量模塊(18)包括第一取向裝置，利用第一取向裝置，第一透鏡(110)取向成色散該光源(10)產(chǎn)生的光到可被分析材料(102)的指定區(qū)域表面上的光譜。
22.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的系統(tǒng)，其特征是，測(cè)量模塊(18)包括第二取向裝置，利用第二取向裝置，第二透鏡(110)取向成收集從可被分析材料(102)的指定區(qū)域反射的光譜。
23.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的系統(tǒng)，其特征是，該系統(tǒng)還包括測(cè)量條(100)，其中測(cè)量模塊(18)粘貼到測(cè)量條(100)。
24.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的系統(tǒng)，其特征是，該系統(tǒng)還包括用于移動(dòng)測(cè)量條(100)的裝置。
25.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的系統(tǒng)，其特征是，可被分析材料(102)是木材，紙張，織物，金屬或塑料。
26.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的系統(tǒng)，其特征是，數(shù)據(jù)處理裝置(106)安排成分析光譜照相機(jī)(16)收集的數(shù)據(jù)，并在光譜照相機(jī)(16)中像素的空間分量和光譜分量的基礎(chǔ)上，確定可被分析材料(102)中偏差的位置。
27.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的系統(tǒng)，其特征是，該系統(tǒng)還包括用于定位色散裝置(110)到側(cè)邊的裝置，其中可以直接照明可被分析材料，用于測(cè)量來(lái)自可被分析材料參考點(diǎn)的參考光譜。
28.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的系統(tǒng)，其特征是，第一透鏡(110)包括至少一個(gè)棱鏡和/或光柵。
29.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的系統(tǒng)，其特征是，第二透鏡(108)包括柱面透鏡。
30.一種用于分析可被分析材料的測(cè)量條，其特征是，測(cè)量條(100)包括至少一個(gè)測(cè)量模塊(18)；每個(gè)測(cè)量模塊(18)包括色散裝置(110，234，236)，用于色散該光源(10)產(chǎn)生的光到可被分析運(yùn)動(dòng)平面材料(102)的表面上的幾個(gè)光譜；每個(gè)測(cè)量模塊(18)包括收集裝置(108，238)，用于收集從可被分析運(yùn)動(dòng)平面材料(102)表面上反射的光譜；和每個(gè)測(cè)量模塊(18)包括引導(dǎo)裝置(112，14，226，142)，用于引導(dǎo)被收集的光譜進(jìn)入光譜照相機(jī)(16)。
31.按照權(quán)利要求30的測(cè)量條，其特征是，每個(gè)測(cè)量模塊(18)包括第一連接(240，244)，利用第一連接(240，244)，光源(10)產(chǎn)生的光被引導(dǎo)進(jìn)入每個(gè)測(cè)量模塊；色散裝置(234，236)，用于色散該光源產(chǎn)生的光到可被分析材料(102)的表面上沿第一方向和第二方向的重疊光譜，其中利用色散通過(guò)每個(gè)測(cè)量模塊的光，可以覆蓋被分析的特定部分區(qū)域；收集裝置(238)，用于收集從可被分析材料表面上反射到每個(gè)測(cè)量模塊中包含的透鏡焦點(diǎn)上的光譜；和第二連接(242)，至少一條光纖(26)連接到第二連接(242)，它安排成連接測(cè)量模塊到光譜照相機(jī)(16)，用于引導(dǎo)該焦點(diǎn)上收集的光譜進(jìn)入光譜照相機(jī)(16)。
32.按照權(quán)利要求30的測(cè)量條，其特征是，每個(gè)測(cè)量模塊(18)包括至少一個(gè)第一透鏡(110)，利用第一透鏡(110)，光源(10)產(chǎn)生的光被色散成可被分析材料(102)表面上的光譜；至少一個(gè)第二透鏡(108)，利用第二透鏡(108)，從可被分析材料表面上反射的光譜被收集成一條直線，該條直線包含反射到可被分析材料(102)表面上的各種波長(zhǎng)；和至少一束光纖(112)，其中每條光纖安排成收集部分的反射光。
33.按照權(quán)利要求30的測(cè)量條，其特征是，每個(gè)測(cè)量模塊(18)包括第一連接(114)，第一連接(114)安排成接收和/或中繼光源(10)產(chǎn)生的光，該光是通過(guò)光纖(12)被中繼的；每個(gè)測(cè)量模塊(18)包括第一透鏡(110)，利用第一透鏡(110)，光源(10)產(chǎn)生的光被色散成可被分析材料(102)表面上的光譜，其中利用色散通過(guò)每個(gè)測(cè)量模塊(18)的第一透鏡(110)中的光，可以覆蓋被分析的特定部分區(qū)域；每個(gè)測(cè)量模塊(18)包括第二透鏡(108)，利用第二透鏡(108)，從可被分析材料(102)上反射的光譜被收集成一條直線，該條直線包含反射到每個(gè)測(cè)量模塊(18)覆蓋的可被分析材料(102)區(qū)域表面上的各種波長(zhǎng)；每個(gè)測(cè)量模塊(18)包括包含一束光纖的第二連接(112)，其中每條光纖安排成收集部分的反射光；和光纖(14)連接到第二連接(112)，它安排成連接該束光纖到光譜照相機(jī)(16)。
34.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的測(cè)量條，其特征是，測(cè)量條(100)安排成可移動(dòng)的。
35.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的測(cè)量條，其特征是，測(cè)量條(100)安排在可被分析材料之上。
36.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的測(cè)量條，其特征是，測(cè)量模塊(18)包括用于定位色散裝置(110)到側(cè)邊的裝置，其中可以直接照明可被分析材料，用于測(cè)量來(lái)自可被分析材料參考點(diǎn)的參考光譜。
37.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的測(cè)量條，其特征是，測(cè)量模塊(18)包括第一取向裝置，利用第一取向裝置，第一透鏡(110)被取向成色散該光源(10)產(chǎn)生的光到可被分析材料(102)指定區(qū)域上的光譜。
38.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的測(cè)量條，其特征是，測(cè)量模塊(18)包括第二取向裝置，利用第二取向裝置，第二透鏡(110)被取向成收集從可被分析材料(102)指定區(qū)域上反射的光譜。
39.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的測(cè)量條，其特征是，第一透鏡(110)包括至少一個(gè)棱鏡和/或光柵。
40.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的測(cè)量條，其特征是，第二透鏡(108)包括柱面透鏡。
41.一種用于分析可被分析材料的測(cè)量模塊，其特征是，測(cè)量模塊(18)包括色散裝置(110，234，236)，用于色散該光源(10)產(chǎn)生的光到可被分析運(yùn)動(dòng)平面材料(102)上的幾個(gè)光譜；收集裝置(108，238)，用于收集從可被分析運(yùn)動(dòng)平面材料(102)表面上反射的光譜；和引導(dǎo)裝置(112，14，226，142)，用于引導(dǎo)被收集的光譜進(jìn)入光譜照相機(jī)(16)。
42.按照權(quán)利要求41的測(cè)量模塊，其特征是，測(cè)量模塊(18)包括第一連接(240，244)，利用第一連接(240，244)，光源(10)產(chǎn)生的光被引導(dǎo)進(jìn)入每個(gè)測(cè)量模塊；色散裝置(234，236)，用于色散該光源產(chǎn)生的光到可被分析材料(102)的表面上沿第一方向和第二方向的重疊光譜，其中利用色散通過(guò)每個(gè)測(cè)量模塊的光，可以覆蓋被分析的特定部分區(qū)域；收集裝置(238)，用于收集從可被分析材料表面上反射到每個(gè)測(cè)量模塊中包含的透鏡焦點(diǎn)上的光譜；和第二連接(242)，至少一條光纖(26)連接到第二連接(242)，它安排成連接測(cè)量模塊到光譜照相機(jī)(16)，用于引導(dǎo)該焦點(diǎn)上收集的光譜進(jìn)入光譜照相機(jī)(16)。
43.按照權(quán)利要求41的測(cè)量模塊，其特征是，測(cè)量模塊(18)包括第一透鏡(110)，利用第一透鏡(110)，光源(10)產(chǎn)生的光被色散成可被分析材料(102)表面上的光譜；第二透鏡(108)，利用第二透鏡(108)，從可被分析材料表面上反射的光譜被收集成一條直線，該條直線包含反射到可被分析材料(102)表面上的各種波長(zhǎng)；和一束光纖(112)，其中每條光纖安排成收集部分的反射光。
44.按照權(quán)利要求41的測(cè)量模塊，其特征是，測(cè)量模塊(18)包括第一連接(114)，第一連接(114)安排成接收和/或中繼該光源(10)產(chǎn)生的光，該光是通過(guò)光纖(12)被中繼的；第一透鏡(110)，利用第一透鏡(110)，光源(10)產(chǎn)生的光被色散成可被分析材料(102)表面上的光譜，其中利用色散通過(guò)第一透鏡(110)中的光，可以覆蓋被分析的特定部分區(qū)域；第二透鏡(108)，利用第二透鏡(108)，從可被分析材料(102)反射的光譜被收集成一條直線，該條直線包含反射到測(cè)量模塊(18)覆蓋的可被分析材料(102)區(qū)域表面上的各種波長(zhǎng)；包含一束光纖的第二連接(112)，其中每條光纖安排成收集部分的反射光；和光纖(14)連接到第二連接(112)，它安排成連接該束光纖到光譜照相機(jī)(16)。
45.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的測(cè)量模塊，其特征是，測(cè)量模塊(18)包括用于定位色散裝置(110)到側(cè)邊的裝置，其中可以直接照明可被分析材料，用于測(cè)量來(lái)自可被分析材料參考點(diǎn)的參考光譜。
46.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的測(cè)量模塊，其特征是，測(cè)量模塊(18)包括第一取向裝置，利用第一取向裝置，第一透鏡(110)被取向成色散該光源(10)產(chǎn)生的光到可被分析材料(102)指定區(qū)域上的光譜。
47.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的測(cè)量模塊，其特征是，測(cè)量模塊(18)包括第二取向裝置，利用第二取向裝置，第二透鏡(110)被取向成收集從可被分析材料(102)指定區(qū)域反射的光譜。
48.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的測(cè)量模塊，其特征是，第一透鏡(110)包括至少一個(gè)棱鏡和/或光柵。
49.按照以上權(quán)利要求中任何一個(gè)的測(cè)量模塊，其特征是，第二透鏡(108)包括柱面透鏡。
全文摘要
一種用于根據(jù)波長(zhǎng)編碼可被分析材料中位置的方法。在按照本發(fā)明的方法中，光源產(chǎn)生的光被色散成可被分析運(yùn)動(dòng)平面材料表面上的幾個(gè)光譜，收集從可被分析運(yùn)動(dòng)平面材料表面上反射的光譜，收集的光譜被引導(dǎo)進(jìn)入光譜照相機(jī)，比較被引導(dǎo)進(jìn)入光譜照相機(jī)的光譜與預(yù)定的參考光譜，在比較的基礎(chǔ)上，確定可被分析材料中一個(gè)或多個(gè)偏差的位置。
文檔編號(hào)G01N33/00GK1942756SQ200580011639
公開日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2005年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月27日
發(fā)明者卡加·蘇德霍姆, 瑞斯托·瑞塔拉, 塔皮歐·卡斯基 申請(qǐng)人:塔米耶有限公司