一种眼镜片测色装置的制作方法

本发明涉及眼镜片检测领域，具体涉及一种眼镜片测色装置。

背景技术：

颜色测量在科研、生产以及生活等各方面一向有着广泛的应用。随着科学技术的进步与经济的发展，人们对产品颜色的指标要求也越来越高，颜色差异会直接影响产品质量等级。近年来，国内外颜色相关行业，如纺织印染、油墨印刷，染料制造等，产品颜色的正确与否是一个至关重要的质量指标。这些部门需要对颜色质量进行检测和监控，把颜色参数作为对产品分类、划分等级的依据。在批量化生产中，确保同一批次产品及不同批次产品的颜色指标一致则十分重要。产品颜色与标准试样颜色的偏差超标，将会造成次品或废品，给企业带来严重的经济损失。使用颜色测量仪器来代替人眼分辨颜色可以有效地提高产品质量，而且为计算机配色提供了前提条件。

颜色是一个心理物理量。人们对于颜色的感知是通过人眼接收物体反射或透射的光信号来认识的。颜色持性是个三变量的函数，可以通过颜色的三要素来描述:明度、色调、色饱和度。光源颜色是由光源的光谱分布决定的。物体颜色由物体表面的光谱特性决定。但是，人眼对于物体表面光谱特性相同的物体通常并不一定有相同的颜色感觉，另外一个影响人眼颜色感觉的关键因素是物体表面光空间分布的几何特性。几何特性的描述较为复杂，不同行业的关注点不同，也采用不同的描述和测量方法，例如物体表面光泽度、桔皮度等。

经过多年来科学家们的实验积累，国际照明委员会(cie)组织提出了一系列标准化的色度学系统。其中不仅包括相应的颜色表达方法，还有一系列标准的精确的光学检测模型、计算方法以及各种标准测色方法。以色度学原理为基础，各类测色仪器以cie的标准为参考对物体或者光源进行测量可以得到客观的评价。其意义在于量化了物体表面或光源颜色，为产品的设计，生产控制提供了便捷有效的标准与途径，更有利于工业化行业标准制定。

颜色测量主要有三种方法：目视法，分光光度法和光电积分法。目视法是一种最基本最传统的测色方法。由cie(国际标准照明委员会)规定的标准色度观察者在标准照明条件下对被测物进行目测，并与标准色度图进行对照得出色度参数。由于人眼不能准确识别细微的差别和观测的主观性，这种方法己很少使用。分光光度法是一种精确的测色方法。通过对光源的光谱功率分布或物体反射光的光谱功率进行测量，利用测得的数据计算得到物体在各种标准光源和标准照明体下的三刺激值。这种方法通过探测物体的光谱成分确定其颜色参数，因此测得的精度非常高。但是用此方法实现的系统构成复杂、操作繁琐、成本较高，适用于要求较高的测色与配色场合。光电积分法是一种模拟人眼三刺激值特性的测色方法。通过把探测器的光谱响应，匹配成cie标准色度观察者光谱三刺激值曲线，或某一特定的光谱响应曲线，来对被测量的光谱功率进行积分测量。用光电积分法制作的仪器虽然不能精确测出物体的三刺激值和色品坐标，但能准确测出两个物体之间的颜色差别，又被称为色差计。

然而，目前测色仪器主要应用于化工、食品、塑料、建筑、印刷、涂料、油漆油墨、纺织服装等行业的颜色管理领域，主要是对不透明物体，例如彩色纸张，测量其表面的漫反射，散射光信息进行测量颜色。而对于眼镜领域，由于眼镜片的高透光性和镜面反射特性，此类仪器则不能很准确的进行颜色测量。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种眼镜片测色装置。本装置采用光栅分光检测原理，可以对屈光度范围为+25d至-25d的眼镜片进行颜色的准确测量。可以实现对流水生产线上的眼镜片的颜色进行实时在线检测，并对不合格产品进行实时警告。除可实现颜色测量外，还可以对眼镜片的关键参数如蓝光透射比和光透射比进行实时监测，实现对眼镜片的品质控制。

本发明的技术解决方案如下：

本发明的装置包括测量系统t和定位系统d。所述的测量系统t包括光源发出的光经过积分球充分匀光(挡板防止光源的光直接反射至出射窗口)后经过出射窗口通过第一滤光片，然后通过第一透镜准直后的光经过小孔光阑进行空间滤光，然后通过快门入射至待测眼镜片，通过待测眼镜片的透射光依次通过第二透镜、变倍镜组、补偿镜组、第二滤光片、分光镜的透射后会聚至第一狭缝处进行空间滤光，然后经过第三透镜准直后入射至光栅表面，通过光栅的分光作用，不同波长的光分别经过第四透镜会聚通过第二狭缝后入射至探测器。所述的第二狭缝通过步进电机的控制可以沿垂直光路方向精密移动进行空间滤光，保证不同波长的光可以依次通过第二狭缝后入射至探测器。经过分光镜的另一路反射光入射至光电二极管阵列。

所述的定位系统d包括位于流水线上下两侧的信号发生器和信号探测器；信号探测器的中心和第二透镜的中心的垂直距离为待测眼镜片的半径长度。

眼镜片生产流水线中间设置一狭缝，保证从所述的快门出射的光可以到达待测眼镜片，以及信号发生器发出的信号能够到达信号探测器。

所述的快门、变倍镜、补偿镜、探测器、步进电机、光电二极管阵列、信号发生器、信号探测器、流水线分别和电脑相连。

所述的光源采用cie标准照明体d65光源。

所述的积分球内涂层材料选用硫酸钡，直径范围0.5m至2m，入射窗口和出射窗口选用石英玻璃材料。

所述的第一滤光片、第二滤光片的透过波长范围360nm至830nm，平均透过率大于95％。

所述的第一透镜、第二透镜、变倍镜组、补偿镜组、第三透镜、第四透镜均采用石英玻璃材料。

所述的小孔光阑通光孔径可调，可调范围1cm至7cm。

所述的第二透镜距离待测眼镜片的距离范围为2～10cm。

所述的分光镜分光波段360nm至830nm，透射率为10％，反射率为90％。

所述的分光镜与第一狭缝之间的距离和分光镜与光电二极管阵列之间的距离保持一致。

所述的第一狭缝与第二狭缝的缝宽可调，且二者缝宽保持一致。

所述的第三透镜和第四透镜焦距相等。

所述的光栅采用闪耀光栅，分光波段360nm至830nm。

所述的光电二极管阵列采用对360nm至830nm波段敏感的n*n个光电二极管阵列组成。

所述的信号探测器与第二透镜沿垂直于测量光路的中心距离等于待测眼镜片的半径。

利用上述一种眼镜片测色装置进行眼镜片颜色测量的原理和过程，包括下列步骤：

步骤1、在眼镜片生产过程中，待测眼镜片在流水线上前进，当待测眼镜片的前边缘移动到信号发生器和信号探测器之间时，由于待测眼镜片的遮挡使得信号探测器探测不到信号发生器发出的信号，此时信号探测器输出低电平信号，说明待测眼镜片已经移动到合适的位置，触发本装置进行颜色测量。

步骤2、电脑收到信号探测器发出的低电平信号后，控制流水线停止运动开始进行颜色测量。打开快门，使得光源发出的光经过匀光准直后通过待测眼镜片，透射光次通过第二透镜、变倍镜组、补偿镜组、第二滤光片、分光镜入射至光电二极管阵列。电脑控制变倍镜组、补偿镜组移动，使入射至光电二极管阵列的会聚光斑大小发生改变，当光电二极管阵列中的n*n个光电二极管中能探测到光信号的光电二极管的个数最少时，此时会聚效果最佳，在此次颜色测量过程中变倍镜组和补偿镜组保持此位置不动。

步骤3、经过所述的步骤2对变倍镜组和补偿镜组位置优化后，光源发出的光经过匀光准直后通过待测眼镜片，透射光次通过第二透镜、变倍镜组、补偿镜组、第二滤光片、分光镜的透射后会聚至第一狭缝处进行空间滤光，然后经过第三透镜准直后入射至光栅表面，通过光栅的分光作用，不同波长的光分别经过第四透镜会聚通过第二狭缝后入射至探测器。步进电机控制第二狭缝依次移动，使不同波长的光依次入射至探测器，记录每一个波长对应的光功率值得到待测眼镜片的透射光谱功率分布函数f1(λ)。待f1(λ)测量结束后，电脑控制快门关闭，同时控制流水线开始运动。

步骤4、待测眼镜片继续在流水线上前进，当待测眼镜片的后边缘移动出信号发生器和信号探测器之间时，由于没有了待测眼镜片的遮挡使得信号探测器可以探测到信号发生器发出的信号，此时信号探测器输出高电平信号，说明待测眼镜片已经移出测量位置，触发本装置进行背景测量。

步骤5、电脑收到信号探测器发出的高电平信号后，控制流水线停止运动开始进行背景测量。打开快门，使得光源发出的光经过匀光准直后通过流水线的狭缝，透射光次通过第二透镜、变倍镜组、补偿镜组、第二滤光片、分光镜入射至光电二极管阵列。电脑控制变倍镜组、补偿镜组移动，使入射至光电二极管阵列的会聚光斑大小发生改变，当光电二极管阵列中的n*n个光电二极管中能探测到光信号的光电二极管的个数最少时，此时会聚效果最佳，在此背景测量过程中变倍镜组和补偿镜组保持此位置不动。

步骤6、经过所述的步骤5对变倍镜组和补偿镜组位置优化后，光源发出的光经过匀光准直后通过待测眼镜片，透射光次通过第二透镜、变倍镜组、补偿镜组、第二滤光片、分光镜的透射后会聚至第一狭缝处进行空间滤光，然后经过第三透镜准直后入射至光栅表面，通过光栅的分光作用，不同波长的光分别经过第四透镜会聚通过第二狭缝后入射至探测器。步进电机控制第二狭缝依次移动，使不同波长的光依次入射至探测器，记录每一个波长对应的光功率值得到背景透射光谱功率分布函数f2(λ)。f2(λ)测量结束后，电脑控制快门关闭，同时控制流水线开始运动。

步骤7、电脑进行数据处理：待测眼镜片的三刺激值采用公式(1)、(2)、(3)进行计算：

式中：λ为波长，本装置测量范围为360nm至830nm，f0(λ)为光源1的光谱功率分布，f1(λ)为待测眼镜片的透射光谱功率分布，f2(λ)为背景透射光谱功率分布，x(λ)、y(λ)、z(λ)是cie1964标准色度观察者的光谱三刺激值函数，δλ为波长间隔，a为常数，其值用下式确定：

色品坐标为：

x10＝x/(x+y+z)(5)

y10＝y/(x+y+z)(6)

z10＝1-x-y(7)

蓝光透射比τsb采用公式8进行计算：

式中：es(λ)为空气质量为2时的海平面的太阳光谱功率分布，b(λ)为蓝光危险系数。

光透射比τv采用公式9进行计算：

式中：v(λ)为日光下平均人眼光谱光视效率函数。

步骤8、电脑根据色品坐标(x10，y10，z10)在色品图上找到对应颜色进行输出显示。

可选的，对本批次眼镜片的颜色范围可以在电脑中进行预设，电脑将结果与预设的颜色范围进行比对，若超出颜色范围将在显示器上输出警告字样。

步骤9、电脑根据蓝光透射比τsb和光透射比τv的计算结果与阈值进行对比，低于阈值则说明此眼镜片透过率不合格，在显示器上输出警告字样。

所述以上步骤1～9在电脑的控制下实现完全自动处理，可以快速有效的对眼镜片进行测色和品质检测。

本发明的有益效果：

1.本发明采用光栅分光检测法，可以对屈光度范围为+25d至-25d的眼镜片进行颜色的准确测量。

2.本发明可以实现对流水生产线上的眼镜片的颜色进行实时在线检测，并对不合格产品进行实时警告。

3.本发明对眼镜片颜色的测量可以对镀膜工艺进行监测，以增加镀膜工艺的稳定性。

4.本发明除可实现颜色测量外，还可以对眼镜片的关键参数如蓝光透射比和光透射比进行实时监测，实现对眼镜片的品质控制。

附图说明

图1是一种眼镜片测色装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，图1是本发明实现一种眼镜片测色装置的一个实施例的结构示意图。本装置包括测量系统t和定位系统d。所述的测量系统t包括光源1发出的光经过积分球3充分匀光(挡板2防止光源1的光直接反射至出射窗口)后经过出射窗口通过第一滤光片4，然后通过第一透镜5准直后的光经过小孔光阑6进行空间滤光，然后通过快门7入射至待测眼镜片8，通过待测眼镜片8的透射光依次通过第二透镜9、变倍镜组10、补偿镜组11、第二滤光片12、分光镜13的透射后会聚至第一狭缝14处进行空间滤光，然后经过第三透镜15准直后入射至光栅16表面，通过光栅16的分光作用，不同波长的光分别经过第四透镜17会聚通过第二狭缝18后入射至探测器19。所述的第二狭缝18通过步进电机20的控制可以沿垂直光路方向精密移动进行空间滤光，保证不同波长的光可以依次通过第二狭缝18后入射至探测器19。经过分光镜13的反射光入射至光电二极管阵列21。

所述的定位系统d包括信号发生器22和信号探测器23。

眼镜片生产流水线24中间设置一狭缝，保证从所述的快门7出射的光可以到达待测眼镜片8，以及信号发生器22发出的信号能够到达信号探测器23。

所述的快门7、变倍镜10、补偿镜11、探测器19、步进电机20、光电二极管阵列21、信号发生器22、信号探测器23、流水线24分别和电脑25相连。

所述的光源1采用cie标准照明体d65光源。

所述的积分球3内涂层材料选用硫酸钡，直径范围0.5m至2m，入射窗口和出射窗口选用石英玻璃材料。

所述的第一滤光片4、第二滤光片12的透过波长范围360nm至830nm，平均透过率大于95％。

所述的第一透镜5、第二透镜9、变倍镜组10、补偿镜组11、第三透镜15、第四透镜17均采用石英玻璃材料。

所述的小孔光阑6通光孔径可调，可调范围1cm至7cm。

所述的第二透镜9距离待测眼镜片8的距离范围为2～10cm。

所述的分光镜13分光波段360nm至830nm，透射率为10％，反射率为90％。

所述的分光镜13与第一狭缝14之间的距离和分光镜13与光电二极管阵列21之间的距离保持一致。

所述的第一狭缝14与第二狭缝18的缝宽可调，且二者缝宽保持一致。

所述的第三透镜15和第四透镜17焦距相等。

所述的光栅16采用闪耀光栅，分光波段360nm至830nm。

所述的光电二极管阵列21采用对360nm至830nm波段敏感的n*n个光电二极管阵列组成。

所述的信号探测器23与第二透镜9沿垂直于测量光路的中心距离等于待测眼镜片8的半径。

利用上述一种眼镜片测色装置进行眼镜片颜色测量的过程，包括下列步骤：

步骤1、在眼镜片生产过程中，待测眼镜片8在流水线24上前进，当待测眼镜片8的前边缘移动到信号发生器22和信号探测器23之间时，由于待测眼镜片8的遮挡使得信号探测器23探测不到信号发生器22发出的信号，此时信号探测器23输出低电平信号，说明待测眼镜片8已经移动到合适的位置，触发本装置进行颜色测量。

步骤2、电脑25收到信号探测器23发出的低电平信号后，控制流水线24停止运动开始进行颜色测量。打开快门7，使得光源1发出的光经过匀光准直后通过待测眼镜片8，透射光次通过第二透镜9、变倍镜组10、补偿镜组11、第二滤光片12、分光镜13入射至光电二极管阵列21。电脑25控制变倍镜组10、补偿镜组11移动，使入射至光电二极管阵列21的会聚光斑大小发生改变，当光电二极管阵列21中的n*n个光电二极管中能探测到光信号的光电二极管的个数最少时，此时会聚效果最佳，在此次颜色测量过程中变倍镜组10和补偿镜组11保持此位置不动。

步骤3、经过所述的步骤2对变倍镜组10和补偿镜组11位置优化后，光源1发出的光经过匀光准直后通过待测眼镜片8，透射光次通过第二透镜9、变倍镜组10、补偿镜组11、第二滤光片12、分光镜13的透射后会聚至第一狭缝14处进行空间滤光，然后经过第三透镜15准直后入射至光栅16表面，通过光栅16的分光作用，不同波长的光分别经过第四透镜17会聚通过第二狭缝18后入射至探测器19。步进电机20控制第二狭缝18依次移动，使不同波长的光依次入射至探测器19，记录每一个波长对应的光功率值得到待测眼镜片8的透射光谱功率分布函数f1(λ)。待f1(λ)测量结束后，电脑25控制快门7关闭，同时控制流水线24开始运动。

步骤4、待测眼镜片8继续在流水线24上前进，当待测眼镜片8的后边缘移动出信号发生器22和信号探测器23之间时，由于没有了待测眼镜片8的遮挡使得信号探测器23可以探测到信号发生器22发出的信号，此时信号探测器23输出高电平信号，说明待测眼镜片8已经移出测量位置，触发本装置进行背景测量。

步骤5、电脑25收到信号探测器23发出的高电平信号后，控制流水线24停止运动开始进行背景测量。打开快门7，使得光源1发出的光经过匀光准直后通过流水线24的狭缝，透射光次通过第二透镜9、变倍镜组10、补偿镜组11、第二滤光片12、分光镜13入射至光电二极管阵列21。电脑25控制变倍镜组10、补偿镜组11移动，使入射至光电二极管阵列21的会聚光斑大小发生改变，当光电二极管阵列21中的n*n个光电二极管中能探测到光信号的光电二极管的个数最少时，此时会聚效果最佳，在此背景测量过程中变倍镜组10和补偿镜组11保持此位置不动。

步骤6、经过所述的步骤5对变倍镜组10和补偿镜组11位置优化后，光源1发出的光经过匀光准直后通过待测眼镜片8，透射光次通过第二透镜9、变倍镜组10、补偿镜组11、第二滤光片12、分光镜13的透射后会聚至第一狭缝14处进行空间滤光，然后经过第三透镜15准直后入射至光栅16表面，通过光栅16的分光作用，不同波长的光分别经过第四透镜17会聚通过第二狭缝18后入射至探测器19。步进电机20控制第二狭缝18依次移动，使不同波长的光依次入射至探测器19，记录每一个波长对应的光功率值得到背景透射光谱功率分布函数f2(λ)。f2(λ)测量结束后，电脑25控制快门7关闭，同时控制流水线24开始运动。

步骤7、电脑25进行数据处理：待测眼镜片的三刺激值采用公式1、2、3进行计算：

式中：λ为波长，本装置测量范围为360nm至830nm，f0(λ)为光源1的光谱功率分布，f1(λ)为待测眼镜片的透射光谱功率分布，f2(λ)为背景透射光谱功率分布，x(λ)、y(λ)、z(λ)是cie1964标准色度观察者的光谱三刺激值函数，δλ为波长间隔，a为常数，其值用下式确定：

色品坐标为：

x10＝x/(x+y+z)(5)

y10＝y/(x+y+z)(6)

z10＝1-x-y(7)

蓝光透射比τsb采用公式8进行计算：

式中：es(λ)为空气质量为2时的海平面的太阳光谱功率分布，b(λ)为蓝光危险系数。

光透射比τv采用公式9进行计算：

式中：v(λ)为日光下平均人眼光谱光视效率函数。

步骤8、电脑25根据色品坐标(x10，y10，z10)在色品图上找到对应颜色进行输出显示。

可选的，对本批次眼镜片的颜色范围可以在电脑25中进行预设，电脑25将结果与预设的颜色范围进行比对，若超出颜色范围将在显示器上输出警告字样。

步骤9、电脑25根据蓝光透射比τsb和光透射比τv的计算结果与阈值进行对比，低于阈值则说明此眼镜片透过率不合格，在显示器上输出警告字样。

所述以上步骤1～9在电脑25的控制下实现完全自动处理，可以快速有效的对眼镜片进行测色和品质检测。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技术所创的等效方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。