用于高速rgb彩色鑒別的設(shè)備和方法

專利名稱：用于高速rgb彩色鑒別的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來(lái)說(shuō)涉及材料處理，并且更為具體的說(shuō)，涉及用于通過(guò)彩色鑒別來(lái)準(zhǔn)確地估計(jì)在從移動(dòng)的工件反射的光線中包括的彩色信息的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
彩色檢測(cè)系統(tǒng)用于感應(yīng)在工件上壓印的多色圖形，其以編碼的形式攜帶數(shù)據(jù)。例如，多色圖形可以是具有不同顏色的單個(gè)條的彩色條形碼。彩色檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)以寬帶光譜或“白”光來(lái)照射圖形并且測(cè)量在整個(gè)可見(jiàn)光譜上反射的光線相比入射的白光線光譜的光譜特性來(lái)量化在這種多色圖形中包括的顏色。
總的來(lái)說(shuō)，這種彩色檢測(cè)系統(tǒng)包括用作照射多色圖形的白光恒定光源的鹵素?zé)簦约皺z測(cè)從多色圖形和工件反射的光線的一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的光檢測(cè)器。通過(guò)測(cè)量和量化不同顏色的反射的光線的強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行彩色確定。光檢測(cè)器使用發(fā)送不同波長(zhǎng)范圍的窄帶過(guò)濾器來(lái)光譜地過(guò)濾，以相對(duì)于在從多色圖形反射的光線中單獨(dú)的顏色強(qiáng)度來(lái)定義色度值。將色度值提供給計(jì)算機(jī)以估計(jì)在多色圖形中的顏色。
彩色檢測(cè)系統(tǒng)可以是用于驗(yàn)證在封裝或紙盒坯體上的多色印刷的特性的檢查系統(tǒng)。但是，用于從這種彩色檢測(cè)系統(tǒng)估計(jì)彩色強(qiáng)度的現(xiàn)有技術(shù)因?yàn)樵诤芏嗌a(chǎn)流水線中存在的高的線速率而不合適。因?yàn)楸仨汄?yàn)證的連續(xù)工件的絕對(duì)數(shù)目，這些高的線速率使得在多色印刷中存在的特定產(chǎn)品顏色的陰暗或色調(diào)的絕對(duì)確定存在問(wèn)題。
通常，多色印刷的顏色確定其中光線從多色印刷反射的方式。當(dāng)光線入射在工件上時(shí)，反射的光線的強(qiáng)度和波長(zhǎng)根據(jù)在多色印刷上的單個(gè)顏色而改變。多色印刷的光特性還受其中光線從具有多色印刷的工件表面反射的方式影響。具體地說(shuō)，鏡面或光滑的表面拋光與散射物體或那些在所有方向反射光線的物體不同地反射光線?，F(xiàn)有的彩色檢測(cè)系統(tǒng)尤其限于它們估計(jì)從在具有特定表面拋光的工件上的多色印刷反射的光線的彩色強(qiáng)度的能力。
因此，需要提供一種用于準(zhǔn)確地估計(jì)在以相對(duì)高的線速度移動(dòng)通過(guò)檢查設(shè)備的一系列工件的每一個(gè)上的多色印刷中包括的彩色信息的改進(jìn)的檢查設(shè)備和方法。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)備包括固態(tài)光源，優(yōu)選地為發(fā)光二極管，其適于在波長(zhǎng)范圍中發(fā)射光線，且還包括多個(gè)光檢測(cè)器。定位光源用于在移動(dòng)工件上照射多色區(qū)域，比如多色圖形。光檢測(cè)器的每一個(gè)相對(duì)工件定位以截取由多色區(qū)域反射來(lái)自光源的光線。每個(gè)光檢測(cè)器適于檢測(cè)在波長(zhǎng)范圍中限定的多個(gè)波長(zhǎng)帶的相應(yīng)的一個(gè)中的反射的光線。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，檢查方法包括以包括波長(zhǎng)范圍的光線照射移動(dòng)工件，并且從在工件上的多色區(qū)域反射一部分光線。該方法進(jìn)一步包括檢測(cè)在第一波長(zhǎng)范圍的第一強(qiáng)度的反射光線，檢測(cè)在第二波長(zhǎng)范圍的第二強(qiáng)度的反射光線，以及確定第一強(qiáng)度和第二強(qiáng)度的比率。將確定的比率和基準(zhǔn)(比如標(biāo)準(zhǔn)比率)比較，以檢測(cè)確定的比率相對(duì)于基準(zhǔn)的變化。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，檢查方法包括以包括波長(zhǎng)范圍的光線照射多個(gè)移動(dòng)工件的每一個(gè)。確定在波長(zhǎng)范圍中在第一波長(zhǎng)帶中從每一工件上的多色區(qū)域反射的光強(qiáng)度和在波長(zhǎng)范圍中在第二波長(zhǎng)帶中從多色區(qū)域反射的光強(qiáng)度的比率。該方法進(jìn)一步包括比較在多個(gè)工件中用于第一和第二工件的確定的比率，以檢查在第一和第二工件之間在多色區(qū)域中顏色的變化。
通過(guò)附圖所示的實(shí)施例及其說(shuō)明能夠更加清楚地了解本發(fā)明的多種益處和優(yōu)點(diǎn)。


附圖是為了能進(jìn)一步了解本發(fā)明而包含的，并且被納入本說(shuō)明書(shū)中構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分，這些附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并用于與本說(shuō)明書(shū)一起對(duì)本發(fā)明的原理進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的檢查系統(tǒng)的圖解視圖；以及圖2A和2B是每個(gè)都包括多色區(qū)域的工件的圖解視圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，通常由附圖標(biāo)記10指示的生產(chǎn)流水線(process line)包括在上游到下游方向(通常由單向箭頭14指示)移動(dòng)的傳送器12。傳送器12以下游方向順序傳送或傳輸一系列工件16(比如紙箱或紙盒坯體)作為(例如)封裝操作或封裝組裝操作的一部分。生產(chǎn)流水線10可以包括(例如)折疊器、粘合劑敷帖器(adhesive applicator)、印刷機(jī)、印模切割器或處理連續(xù)工件流16的其它現(xiàn)有設(shè)備。
檢查系統(tǒng)，通常由附圖標(biāo)記17指示，位于傳送器12的部分附近。檢查系統(tǒng)17適于感應(yīng)在由傳送器12傳輸經(jīng)過(guò)檢查系統(tǒng)17的每個(gè)工件16上的多色區(qū)域(在下文中將以多色區(qū)域19的形式開(kāi)始來(lái)描述)(圖2A，2B)。多色區(qū)域19可以是在每個(gè)工件16的表面上的單色區(qū)域，并且可選地可以覆蓋在檢查系統(tǒng)17的視場(chǎng)中的工件16的整個(gè)表面或者表面的主要部分。作為選擇地，多色區(qū)域19可以包括不同顏色的圖形，或者多色區(qū)域19可以包括表示編碼的標(biāo)記(indicia)，比如彩色條形碼的圖形，能夠翻譯但是最終不被檢查系統(tǒng)17翻譯。
檢查系統(tǒng)17包括光源18，其具有由可調(diào)整的功率控制單元20控制的光輸出，并且是固定的，該光源通常位于傳送器12之上。光源18以優(yōu)選地組合以產(chǎn)生白光的恒定的波長(zhǎng)分布發(fā)射光束(通常由附圖標(biāo)記22指示)。來(lái)自光源18的入射光由照明光透鏡24聚焦以在到達(dá)傳送器12的工件16的平面中的垂直位置處定義光焦點(diǎn)26。雖然本發(fā)明并不這樣限定，但來(lái)自光源18的光束一般地以大約90度入射到包括工件16的表面的水平面。光點(diǎn)26照亮每個(gè)連續(xù)工件16面對(duì)光源18的表面。
檢查系統(tǒng)17的光源18可以是白光發(fā)光二極管(LED)、具有組合的輸出以提供白光的一組彩色LED，或者另一合適的固態(tài)光發(fā)射器。如在這里使用的，白光被認(rèn)為是在對(duì)人眼可見(jiàn)的電磁光譜，并且優(yōu)選地，構(gòu)成整個(gè)可見(jiàn)光譜中的波長(zhǎng)范圍。但是，本發(fā)明并不限于此光源18可以發(fā)射在可見(jiàn)白光譜中多個(gè)離散波長(zhǎng)子范圍中的白光。具體地說(shuō)，可用的光源18包括NSPW500BS燈類型LED，其可從Japan的NichiaCorporation購(gòu)買(mǎi)獲得，其特征在于(0.310，0.320)的色度坐標(biāo)，還包括LXHL-LW3C LUXEON燈類型LED，其可從Lumileds Lighing，LLC(San Jose，California)購(gòu)買(mǎi)獲得，其特征在于lambertian光束圖形和在700毫安(mA)輸出65流明。光透鏡24可以是(例如)具有兩個(gè)向內(nèi)彎曲的表面和負(fù)的焦距的雙凹透鏡?？梢哉{(diào)制由光源18輸出的光強(qiáng)度，以及在光輸出的調(diào)制頻率處執(zhí)行的反射的光線的感應(yīng)以抑制環(huán)境噪聲?？捎米鞴庠?8的另一類型的光源通過(guò)使用熒光物質(zhì)轉(zhuǎn)換從藍(lán)或紫外LED發(fā)射的一部分光線，從而產(chǎn)生白光。
繼續(xù)參考圖1，檢查系統(tǒng)17進(jìn)一步包括固定的位置檢測(cè)器28，其通常懸掛在傳輸器12之上。位置檢測(cè)器28可以是光傳感器或光檢測(cè)器、電感傳感器、電容傳感器或其它類型的已知傳感器，其具有包括在每個(gè)工件16上的光點(diǎn)26的可視的區(qū)域，并且優(yōu)選地，位于光點(diǎn)26的下游。位置檢測(cè)器28感應(yīng)靠近光點(diǎn)26的每個(gè)工件17的參考部分或特征(例如，引導(dǎo)緣)的存在與否。當(dāng)每個(gè)工件16進(jìn)入它的可視的區(qū)域時(shí)，位置檢測(cè)器28產(chǎn)生表示每個(gè)到達(dá)的工件16的存在的輸出信號(hào)，并且將該信號(hào)經(jīng)通信鏈路或線路29發(fā)送到計(jì)算機(jī)30。光源18和位置檢測(cè)器28可以(例如)位于生產(chǎn)流水線10的印刷機(jī)的下游、生產(chǎn)流水線10的折疊器和粘合劑敷帖器的上游、或生產(chǎn)流水線10的印模切割器的下游。
諸如編碼器32的設(shè)備通知計(jì)算機(jī)30傳送器12的線速度，并且因此，通知每個(gè)工件16的線性速度。編碼器32以表示傳送器12的線速度的頻率將一串脈沖經(jīng)通信鏈路或線路33發(fā)送到計(jì)算機(jī)30。編碼器32可以是軸編碼器(shaft encoder)或任意其它類型的現(xiàn)有編碼器。例如，編碼器32可以是與傳送器滾輪的軸耦合或者與向傳送器12供電的馬達(dá)的輸出軸耦合的轉(zhuǎn)動(dòng)位置轉(zhuǎn)換器。
從照射的工件16的多色區(qū)域反射的光線部分由檢查系統(tǒng)17的收集光組件38收集并且聚焦在檢查系統(tǒng)17的彩色傳感器40上。收集光組件38可以是(例如)具有兩個(gè)向外彎曲的表面和正的焦距的雙凸透鏡，并且可以包括校準(zhǔn)反射的光線以限制收集區(qū)域的狹縫孔。收集光組件38收集相對(duì)于來(lái)自光源18的光束以45度±5度的角度鏡面地反射的光線。
繼續(xù)參考圖1，將多個(gè)，例如，三個(gè)光電檢測(cè)器42、44和46裝在彩色傳感器40，其每一個(gè)都適于檢測(cè)在電磁光譜的可見(jiàn)光區(qū)域的定義明確的頻率或波長(zhǎng)帶中的入射光，并且產(chǎn)生與檢測(cè)到的光線的強(qiáng)度成正比的模擬輸出信號(hào)。例如，光電檢測(cè)器42可以包括位于光路徑中通常透射紅色波長(zhǎng)范圍中的光線的濾光器，光電檢測(cè)器44可以包括位于光路徑中通常透射在綠色波長(zhǎng)范圍中的光線的濾光器，而光電檢測(cè)器46可以包括位于光路徑中通常透射藍(lán)色波長(zhǎng)范圍中的光線的濾光器。光電檢測(cè)器42、44和46將產(chǎn)生一組三個(gè)輸出信號(hào)用于多色區(qū)域19中的每個(gè)不同顏色。
來(lái)自每個(gè)光電檢測(cè)器42、44和46的輸出信號(hào)將依賴于在每個(gè)不同顏色的相應(yīng)顏色波長(zhǎng)帶中反射的光線的光強(qiáng)度。由光電檢測(cè)器42、44和46感應(yīng)的波長(zhǎng)帶可以共同地跨越由光源18發(fā)射的光線的整個(gè)波長(zhǎng)范圍，或者作為選擇地，可以采樣波長(zhǎng)的離散帶，其中通過(guò)插入未檢測(cè)的波長(zhǎng)帶分開(kāi)相鄰的感應(yīng)的波長(zhǎng)帶。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，光電檢測(cè)器42、44和46可以被集成進(jìn)可相對(duì)于到達(dá)的工件16定位的單一封裝或平臺(tái)。適于用作彩色傳感器40的彩色傳感器是型號(hào)MCSAT彩色傳感器組件，其可從Hudson，NewHampshire的Laser Components Instrument Group Inc.購(gòu)買(mǎi)獲得，其包括在單一芯片上集成的三個(gè)硅正-本-負(fù)(positive-intrinsic-negative)(Si-PIN)光電二極管，覆蓋Si-PIN光電二極管的相應(yīng)的一個(gè)的合適的電介質(zhì)光譜過(guò)濾器(檢測(cè)的波長(zhǎng)帶λRed＝590-750nm，λGreen＝490-610nm，λBlue＝400-510nm)，移去超過(guò)大約725nm的波長(zhǎng)的可選的紅外過(guò)濾器，以及保護(hù)Si-PIN光電二極管不受塵土和污染影響且允許反射的光線進(jìn)入傳感器組件的光窗口。適于用作彩色傳感器40的另一彩色傳感器是型號(hào)MCSiAT彩色傳感器組件，其也可從Laser ComponentsInstrument Group Inc.購(gòu)買(mǎi)獲得，其包括在單一芯片的鑲嵌圖形中集成的十九(19)個(gè)Si-PIN光電二極管的三個(gè)(3)六邊形陣列，覆蓋19個(gè)光電二極管的相應(yīng)的組的合適的電介質(zhì)光譜過(guò)濾器(檢測(cè)的波長(zhǎng)帶λRed＝590-750nm，λGreen＝490-610nm，λBlue＝400-510nm)，移去超過(guò)大約725nm的波長(zhǎng)的可選紅外過(guò)濾器，以及保護(hù)Si-PIN光電二極管不受塵土和污染影響且允許反射的光線進(jìn)入傳感器組件的光窗口。在本發(fā)明的后一個(gè)特定實(shí)施例中，19個(gè)Si-PIN光電二極管的每一組構(gòu)成光電檢測(cè)器42、44和46中的一個(gè)，并且多個(gè)Si-PIN光電二極管在兩(2)mm檢測(cè)表面上的支出定向(disbursed orientation)提供相對(duì)平均的彩色識(shí)別，其基本上獨(dú)立于目標(biāo)的位置。
在操作期間由電阻網(wǎng)絡(luò)41電壓偏置光電檢測(cè)器42、44和46。來(lái)自每個(gè)光電檢測(cè)器42、44和46的模擬輸出信號(hào)(也就是，電流)被引向多個(gè)運(yùn)算放大器48、50和52之一的負(fù)輸入。電阻54、56和58在運(yùn)算放大器48、50和52的相應(yīng)的一個(gè)的輸出和負(fù)的輸入之間提供負(fù)反饋路徑。每個(gè)電阻54、56和58的阻抗確定運(yùn)算放大器48、50和52的相應(yīng)的一個(gè)的增益。每個(gè)放大器48、50和52將來(lái)自光電檢測(cè)器42、44和46的相應(yīng)的一個(gè)的輸入電流轉(zhuǎn)換為輸出電壓。運(yùn)算放大器48、50和52的輸出電壓表示彩色傳感器40的模擬輸出，并且將保持和檢測(cè)的光強(qiáng)度成正比。適于用作運(yùn)算放大器48、50和52的運(yùn)算放大器包括MTI04四通道跨導(dǎo)倒數(shù)放大器，其可從Hudson，New Hampshire的Laser ComponentsInstrument Group Inc.購(gòu)買(mǎi)獲得，還包括OPA267運(yùn)算放大器，其可從Tucson Arizona的Burr Brown Corporation購(gòu)買(mǎi)獲得。
繼續(xù)參考圖1，來(lái)自運(yùn)算放大器48、50和52的每一個(gè)的輸出信號(hào)61、63、65(例如，Vred，Vgreen，Vblue)分別由多個(gè)運(yùn)算放大器電路60、62和64的相應(yīng)的一個(gè)對(duì)每個(gè)各自的顏色(也就是，紅色、綠色、藍(lán)色)放大和過(guò)濾。然后將放大和過(guò)濾的輸出信號(hào)61、63、65由多個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器66、68和70中的一個(gè)從模擬形式轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。在本發(fā)明的確定的實(shí)施例中，模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器66、68和70可以由模擬電路代替。
計(jì)算機(jī)30包括接收來(lái)自模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器66、68和70的放大的、過(guò)濾的和數(shù)字化的輸出信號(hào)，并且作為一組比率估計(jì)這些輸出信號(hào)61、63、65。例如，計(jì)算機(jī)30可以估計(jì)紅光強(qiáng)度與藍(lán)光強(qiáng)度的比率、綠光強(qiáng)度與紅光強(qiáng)度的比率、以及藍(lán)光強(qiáng)度與綠光強(qiáng)度的比率。彩色強(qiáng)度比率獨(dú)立于由在彩色傳感器40上的收集光組件38聚焦的反射的光的強(qiáng)度。這表示本發(fā)明在估計(jì)絕對(duì)彩色強(qiáng)度上相對(duì)現(xiàn)有的彩色檢測(cè)系統(tǒng)具有優(yōu)點(diǎn)。
彩色強(qiáng)度比率可以與基準(zhǔn)(比如目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)比率)比較，與來(lái)自過(guò)去的彩色強(qiáng)度比率測(cè)量的歷史彩色強(qiáng)度比率信息比較，或者與用于在先前工件16的多色區(qū)域19的彩色強(qiáng)度比率比較。可以從示例性工件16提供目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)比率，其向計(jì)算機(jī)30教導(dǎo)一組彩色強(qiáng)度比率用于與從下一個(gè)工件16獲得彩色強(qiáng)度比率比較。如果由光點(diǎn)26照射的多色區(qū)域19的顏色改變，則彩色強(qiáng)度比率也將改變。
計(jì)算機(jī)30可以通過(guò)檢測(cè)彩色強(qiáng)度比率的變化來(lái)確定在連續(xù)工件16的多色區(qū)域19上的一個(gè)或多個(gè)色調(diào)或一個(gè)或多個(gè)彩色陰暗是否在單獨(dú)工件16中改變。但是，計(jì)算機(jī)30不確定彩色的絕對(duì)色調(diào)或陰暗。在本發(fā)明的替換的實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)30可以確定表征多色區(qū)域19的不同顏色的彩色強(qiáng)度比率是否在連續(xù)工件16中改變用于質(zhì)量控制。這相比于提供彩色的絕對(duì)陰暗或色調(diào)的指示的現(xiàn)有系統(tǒng)有效地改進(jìn)了測(cè)量速度。但是，計(jì)算機(jī)30不讀取或翻譯任何在多色區(qū)域19中編碼或不編碼的信息。相比解碼在多個(gè)區(qū)域19中編碼的信息的現(xiàn)有系統(tǒng)，這有效地改進(jìn)了測(cè)量速度。
在再一個(gè)替換的實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)30還可以使用彩色強(qiáng)度比率確定多色區(qū)域19是否準(zhǔn)確地位于相對(duì)于工件16的邊緣的二維區(qū)域中。這對(duì)于質(zhì)量控制的印模切割操作特別有用。如果檢測(cè)到變化，則計(jì)算機(jī)30可以提供警報(bào)給生產(chǎn)流水線10的母機(jī)，可以用作調(diào)整生產(chǎn)的反饋信息，或者可以用于拒絕有缺陷的工件16。這個(gè)對(duì)于感應(yīng)在多色區(qū)域19和在工件16上多色區(qū)域19附件的不同區(qū)域之間的彩色強(qiáng)度比率中的對(duì)比度是有用的，因?yàn)楣恻c(diǎn)26移動(dòng)穿過(guò)工件16的表面。
計(jì)算機(jī)30同步彩色強(qiáng)度比率和來(lái)自位置檢測(cè)器28和編碼器32的輸出信號(hào)61、63、65。來(lái)自位置檢測(cè)器28的觸發(fā)信號(hào)通知計(jì)算機(jī)30工件16中的一個(gè)到達(dá)可以用于讀取，并且由此觸發(fā)反射的光線強(qiáng)度的記錄。來(lái)自編碼器32的輸出信號(hào)61、63、65允許計(jì)算機(jī)30將確定的彩色強(qiáng)度比率和在工件16上的絕對(duì)位置(absolution location)相關(guān)。采樣長(zhǎng)度可以等于從編碼器32接收的一個(gè)或多個(gè)脈沖。對(duì)于每個(gè)工件16，作為在工件16上的位置的函數(shù)測(cè)量的彩色強(qiáng)度比率可以由計(jì)算機(jī)30存儲(chǔ)用于將來(lái)的使用。例如，這對(duì)于沿著由光點(diǎn)26從光源18跟蹤的路徑映射彩色強(qiáng)度比率作為在工件16上的位置的函數(shù)是有用的。當(dāng)檢測(cè)工件16的另一特征(例如，拖后邊緣)時(shí)，位置檢測(cè)器28還提供觸發(fā)信號(hào)到計(jì)算機(jī)30，且計(jì)算機(jī)30通過(guò)中斷反射的光強(qiáng)度的檢測(cè)或記錄來(lái)響應(yīng)觸發(fā)信號(hào)。
通過(guò)比較在連續(xù)工件16之間的彩色強(qiáng)度比率，計(jì)算機(jī)30在多個(gè)顏色的差異之間來(lái)鑒別。雖然改變了條件，比如工件的振動(dòng)，可能在反射的光線強(qiáng)度方面不同，但彩色強(qiáng)度的比率保持恒定并且不依賴于實(shí)際接收到的光線強(qiáng)度。分析的彩色強(qiáng)度比率還拒絕在生產(chǎn)流水線10的環(huán)境中周?chē)饩€條件的改變，因?yàn)橹車(chē)饩€也從工件16和多色區(qū)域19反射，而且也直接進(jìn)入彩色傳感器40。計(jì)算機(jī)30能夠以相對(duì)高的速度精確測(cè)量連續(xù)的工件16的彩色，并且由此，能夠有效驗(yàn)證每個(gè)工件16。
參考圖2A，在工件16上的多色區(qū)域19通常包括并行設(shè)置的多個(gè)彩色條80，其中不同顏色的插入間隔81分開(kāi)相鄰的條80。條/間隔圖形根據(jù)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)定義一個(gè)或多個(gè)字母數(shù)字值。當(dāng)印刷多個(gè)區(qū)域19或者以其它方式在工件16上形成時(shí)，每個(gè)條80具有指定的相關(guān)顏色。每個(gè)條80可以具有相同顏色或不同顏色，并且典型地，每個(gè)條80具有相同顏色。當(dāng)工件16以行進(jìn)方向14移動(dòng)時(shí)，光點(diǎn)26(圖1)沿著基本上平行于邊緣90、91的縱向軸82移動(dòng)。彩色傳感器40測(cè)量的著色(coloration)(也就是，彩色強(qiáng)度)因?yàn)闂l80的顏色和間隔81的存在而改變。
檢測(cè)系統(tǒng)17確定在連續(xù)工件16上多色區(qū)域19中條80的均勻性和重復(fù)性。變化可以發(fā)生在其中檢查系統(tǒng)17能夠檢測(cè)和進(jìn)行正確測(cè)量的印刷處理期間。檢查系統(tǒng)17能夠感應(yīng)潛在地可用于印刷或形成條80的彩色的基本上整個(gè)可見(jiàn)光譜，或者表征在條80中的顏色的可見(jiàn)光譜的至少一部分。但是，檢查系統(tǒng)17不讀取或翻譯在多色區(qū)域19的條80中編碼的任何信息，這相比解碼這個(gè)信息的現(xiàn)有系統(tǒng)有效地改進(jìn)了測(cè)量速度。將以不同于條80的多色碼元串編碼的信息應(yīng)用于多色區(qū)域19。
參考圖2B，其中相似的附圖標(biāo)記表示圖2A中相似的特征，多色區(qū)域19可以包括具有幾何形狀(這個(gè)情況中是三角形)的一個(gè)或多個(gè)條88。通過(guò)估計(jì)幾何形狀的條88的彩色強(qiáng)度比率，檢查系統(tǒng)17能夠感應(yīng)多色區(qū)域19在垂直于移動(dòng)14的方向的方向上(也就是，相對(duì)于工件16上的特征，比如邊緣90和91的橫向位置)位置的變化。通過(guò)確定工件16在行進(jìn)方向14上的行進(jìn)距離或位移來(lái)感應(yīng)橫向位置的變化，橫跨該行進(jìn)方向14由彩色傳感器40來(lái)感應(yīng)條88的彩色強(qiáng)度比率特性。與從基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)、歷史位移或者先前工件16的位置的標(biāo)準(zhǔn)位移相比，這個(gè)位移的變化表示在特定工件16上條88的橫向位置是不規(guī)則的。如果不規(guī)則繼續(xù)并且對(duì)于一個(gè)或者甚至幾個(gè)工件16不是單獨(dú)的現(xiàn)象，則連續(xù)工件16上多色區(qū)域的處理需要矯正的測(cè)量。
相比現(xiàn)有彩色檢測(cè)系統(tǒng)的性能，本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的彩色鑒別設(shè)備和方法提供色度值的高速估計(jì)，并且具有需要最小維護(hù)的相對(duì)廉價(jià)的設(shè)備。彩色鑒別設(shè)備能夠驗(yàn)證移動(dòng)通過(guò)流水線的每個(gè)連續(xù)工件的光譜均勻性。從色度值的并行獲得和處理獲得測(cè)量速度的增加，典型地為25微秒。本發(fā)明的設(shè)備和方法提供容易的操作并允許測(cè)量小的目標(biāo)(例如，1mm)。
相比現(xiàn)在用于現(xiàn)有彩色檢測(cè)系統(tǒng)中的現(xiàn)有鹵素光源，本發(fā)明中使用固態(tài)光源。即使當(dāng)安裝在振動(dòng)機(jī)器上時(shí)，固態(tài)光源減少了熱量和漂移并且壽命長(zhǎng)。因?yàn)閺牟噬珎鞲衅鞯妮敵龃_定的光強(qiáng)度的比率的(ratiometric)轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)元件老化時(shí)不需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)。本發(fā)明還允許精確確定工件上的多色區(qū)域，比如固態(tài)區(qū)域、彩色標(biāo)記或彩色圖形中的彩色比率，該工件的特征在于鏡面表面引起反射的光強(qiáng)度的變化。
雖然通過(guò)多個(gè)實(shí)施例的描述示出了本發(fā)明并且相對(duì)詳細(xì)地描述了這些實(shí)施例，本發(fā)明不意在限定或以任意方式限制所附權(quán)利要求的范圍到這種細(xì)節(jié)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員很容易理解附加的優(yōu)點(diǎn)和修改。因此本發(fā)明在其較寬的方面中不限于特定細(xì)節(jié)，表示的方法以及所示和所述的實(shí)例。因此，可以不脫離本申請(qǐng)的發(fā)明概念的精神或范圍對(duì)細(xì)節(jié)做出修改。
權(quán)利要求
1.一種用于檢查具有多色區(qū)域的移動(dòng)工件的設(shè)備，其包括固態(tài)光源，其適于發(fā)射在波長(zhǎng)范圍中的光線，所述光源被相對(duì)于移動(dòng)工件定位從而以光線照射多色區(qū)域；以及多個(gè)光電檢測(cè)器，其每一個(gè)相對(duì)于工件定位以截取來(lái)自所述光源由多色區(qū)域反射的光線，每個(gè)所述光電檢測(cè)器適于檢測(cè)在波長(zhǎng)范圍中定義的多個(gè)波長(zhǎng)帶的相應(yīng)的一個(gè)中的光線。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述光源是發(fā)光二極管。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，該波長(zhǎng)范圍在電磁頻譜的可見(jiàn)光部分中，且每個(gè)所述波長(zhǎng)帶在電磁頻譜的可見(jiàn)光部分中。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括單一電子組件，其集成所述光電檢測(cè)器。
5.一種用于檢查在移動(dòng)工件上的多色區(qū)域的方法，其包括以包括波長(zhǎng)范圍的光線照射移動(dòng)工件；檢測(cè)在波長(zhǎng)范圍的第一波長(zhǎng)帶中從多色區(qū)域反射的第一強(qiáng)度的光線；檢測(cè)在波長(zhǎng)范圍的第二波長(zhǎng)帶中從多色區(qū)域反射的第二強(qiáng)度的光線；確定第一強(qiáng)度和第二強(qiáng)度的比率；以及比較確定的比率和基準(zhǔn)以查明確定的比率相對(duì)于基準(zhǔn)的變化。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，該波長(zhǎng)范圍處在電磁頻譜的可見(jiàn)光部分中。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，該第一標(biāo)準(zhǔn)比率是通過(guò)平均先前對(duì)于多個(gè)工件估計(jì)的第一強(qiáng)度和第二強(qiáng)度的比率來(lái)建立的。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，該多色區(qū)域是包括每個(gè)具有顏色的多個(gè)條的彩色條形碼，且該估計(jì)比率的步驟進(jìn)一步包括確定對(duì)于至少一個(gè)條的第一強(qiáng)度與第二強(qiáng)度的比率。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，該工件具有邊緣并且以行進(jìn)方向移動(dòng)，且多色區(qū)域是包括至少一個(gè)條的彩色條形碼，該至少一個(gè)條形碼在橫跨垂直于行進(jìn)方向并相對(duì)于工件的邊緣的工件的方向上具有變化的尺寸，且該估計(jì)比率的步驟進(jìn)一步包括確定在工件上至少一個(gè)條相對(duì)于邊緣的位置變化。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，該確定位置變化的步驟進(jìn)一步包括測(cè)量在橫跨其檢測(cè)比率的行進(jìn)方向上工件的位移；以及比較工件的位移和基準(zhǔn)以查明條相對(duì)于邊緣的位置變化。
11.如權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括感應(yīng)工件的第一特征；以及在感應(yīng)特征之后檢測(cè)反射的光線的第一和第二強(qiáng)度。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括感應(yīng)工件的第二特征；以及在檢測(cè)第二特征之后中斷檢測(cè)反射的光線的第一和第二強(qiáng)度。
13.一種用于檢查在多個(gè)移動(dòng)工件的相應(yīng)的一個(gè)上攜帶的多個(gè)多色區(qū)域的每一個(gè)的方法，其包括以包括波長(zhǎng)范圍的光線照射每個(gè)移動(dòng)工件；確定從在波長(zhǎng)范圍的第一波長(zhǎng)帶中的從多色區(qū)域反射的光強(qiáng)度與從在波長(zhǎng)范圍的第二波長(zhǎng)帶中的多色區(qū)域反射的光強(qiáng)度的比率；以及比較在多個(gè)工件中用于第一和第二工件的確定的比率以檢測(cè)在第一和第二工件之間的多色區(qū)域中顏色的變化。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，該多色區(qū)域具有包括編碼的信息的圖形，并且該確定比率的步驟進(jìn)一步包括確定比率而不解碼圖形中的任何信息。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，該比較不同工件的比率的步驟進(jìn)一步包括確定多色區(qū)域相對(duì)于每個(gè)工件上的特征的位置。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，該確定位置的步驟進(jìn)一步包括感應(yīng)在每個(gè)工件上的特征；以及確定多色區(qū)域相對(duì)于感應(yīng)的特征的位置。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，該確定位置的步驟進(jìn)一步包括測(cè)量當(dāng)以光線照射時(shí)每個(gè)工件移動(dòng)的線速度。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，該以光線照射每個(gè)移動(dòng)工件的步驟進(jìn)一步包括以發(fā)射在波長(zhǎng)范圍中的光線的光點(diǎn)照射每個(gè)移動(dòng)工件；以強(qiáng)度變化并在波長(zhǎng)范圍之中的環(huán)境光線照射每個(gè)移動(dòng)工件；以及當(dāng)確定比率時(shí)抑制環(huán)境光線的強(qiáng)度變化。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括以感應(yīng)在第一波長(zhǎng)帶中的光線的第一檢測(cè)器檢測(cè)從多色區(qū)域反射的光線的第一強(qiáng)度；以感應(yīng)在第二波長(zhǎng)帶中的光線的第二檢測(cè)器檢測(cè)從多色區(qū)域反射的光線的第二強(qiáng)度。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于檢查在移動(dòng)工件上的多色區(qū)域、比如多色圖形的設(shè)備和方法。該方法包括含有固態(tài)光源，優(yōu)選的發(fā)光二極管的設(shè)備，該固態(tài)光源適于發(fā)射在波長(zhǎng)范圍中的光線用于照射多色區(qū)域。光電檢測(cè)器被相對(duì)于工件定位以截取來(lái)自光源的由多色區(qū)域反射的光線。每個(gè)光電傳感器適于檢測(cè)在波長(zhǎng)范圍中定義的多個(gè)帶的相應(yīng)的一個(gè)中的反射的光線。該方法包括檢測(cè)在波長(zhǎng)范圍的不同波長(zhǎng)帶中的多色區(qū)域反射的光線的強(qiáng)度，以及估計(jì)強(qiáng)度比率用于與標(biāo)準(zhǔn)比率比較以查明估計(jì)的比率的變化。
文檔編號(hào)G01N21/25GK1699978SQ20051006881
公開(kāi)日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2005年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月11日
發(fā)明者馬丁·加翁 申請(qǐng)人:諾信公司