在線(xiàn)色差儀概述——工作原理、技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用價(jià)值

一、什么是“在線(xiàn)色差儀”

在線(xiàn)色差儀，通俗來(lái)說(shuō)就是安裝在生產(chǎn)線(xiàn)上，能夠在生產(chǎn)過(guò)程中“隨時(shí)隨地對(duì)產(chǎn)品顏色進(jìn)行測(cè)量”的儀器。它通常屬于自動(dòng)顏色測(cè)定儀或在線(xiàn)顏色測(cè)量系統(tǒng)中的一類(lèi)，能夠配合傳感器、光源、控制和軟件系統(tǒng)，對(duì)運(yùn)動(dòng)中的被測(cè)物進(jìn)行連續(xù)顏色檢測(cè)，并把結(jié)果實(shí)時(shí)反饋給生產(chǎn)控制系統(tǒng)，用于過(guò)程調(diào)整和質(zhì)量判斷。

與傳統(tǒng)手持色差儀或臺(tái)式色差儀相比，它具備以下特點(diǎn)：

安裝方式固定：通過(guò)支架、機(jī)器人或橫梁等方式，長(zhǎng)期固定在生產(chǎn)線(xiàn)關(guān)鍵位置，通常為非接觸式測(cè)量。

實(shí)時(shí)在線(xiàn)測(cè)量：無(wú)需停機(jī)取樣，可以按設(shè)定頻率對(duì)每一件/每一段產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)量，提高檢測(cè)覆蓋率。

與系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)：測(cè)量結(jié)果可直接接入PLC、DCS或MES等系統(tǒng)，與生產(chǎn)過(guò)程形成閉環(huán)控制。

支持多種指標(biāo)：除基礎(chǔ)L*a*b*色值和色差ΔE外，還可以測(cè)量白度、黃度、同色異譜指數(shù)等。

二、工作原理

1.光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

標(biāo)準(zhǔn)光源：如LED、氙燈或鹵鎢燈，用以模擬D65、A等標(biāo)準(zhǔn)照明條件；

光學(xué)結(jié)構(gòu)：多采用d/8°積分球或0/45°觀測(cè)幾何，前者更適用于各類(lèi)表面結(jié)構(gòu)，后者更適用于光澤較高的樣品；

分光元件與探測(cè)器：通過(guò)光柵或?yàn)V色片分光，由光電探測(cè)器（如硅光電二極管陣列）接收信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；

信號(hào)處理與數(shù)據(jù)輸出：電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、濾波與數(shù)字處理后，由內(nèi)部算法計(jì)算出顏色參數(shù)，并通過(guò)通訊接口（如工業(yè)以太網(wǎng)、RS485、模擬量等）輸出。

2.顏色測(cè)量與色差計(jì)算

在線(xiàn)色差儀通常以CIE Lab色空間為基礎(chǔ)輸出結(jié)果。在Lab系統(tǒng)中：

L*表示明度（明暗程度），值越大越亮；

a*表示紅綠方向，正值偏紅、負(fù)值偏綠；

b*表示黃藍(lán)方向，正值偏黃、負(fù)值偏藍(lán)。

系統(tǒng)內(nèi)部會(huì)保存一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣的Lab值，生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)量產(chǎn)品Lab值，并計(jì)算兩者的差異：

ΔL*=L*樣品−L*標(biāo)準(zhǔn)；

Δa*=a*樣品−a*標(biāo)準(zhǔn)；

Δb*=b*樣品−b*標(biāo)準(zhǔn)。

進(jìn)而根據(jù)選定的色差公式（如ΔE*ab、ΔE94、ΔE00等）計(jì)算出總色差ΔE，用于判斷顏色是否超出設(shè)定公差范圍。

3.SCI與SCE模式

通常支持SCI（包含鏡面反射光）和SCE（不包含鏡面反射光）兩種模式，以適應(yīng)不同光澤表面的需求。對(duì)于高光澤涂裝件、塑料件，合理選擇SCI/SCE，有利于使測(cè)量結(jié)果更接近實(shí)際觀感或更聚焦于“材料本色”。

三、主要技術(shù)特點(diǎn)

1.高重復(fù)性與臺(tái)間一致性

由于通常承擔(dān)批量、長(zhǎng)期的連續(xù)測(cè)量任務(wù)，重復(fù)性和臺(tái)間一致性至關(guān)重要。設(shè)備采用雙光路設(shè)計(jì)、高穩(wěn)定性光源和高分辨率探測(cè)器，重復(fù)性可做到ΔE*ab≤0.03~0.05，確保長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行結(jié)果穩(wěn)定。

2.非接觸式測(cè)量與適應(yīng)惡劣工況

在線(xiàn)色差儀多為非接觸式，適合測(cè)量：高溫工件（如剛出烘房的涂裝板、玻璃）；潮濕或粘性表面（如濕紙幅、涂布層）；粉末、顆粒、薄膜等不易接觸的物料。

同時(shí)，儀器外殼通常按工業(yè)防護(hù)等級(jí)設(shè)計(jì)，防塵、防污、抗振動(dòng)，部分產(chǎn)品甚至自帶冷卻或空氣吹掃結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

3.多光源與多評(píng)價(jià)條件

實(shí)際應(yīng)用中，不同客戶(hù)和使用場(chǎng)景采用不同的觀察光源。往往內(nèi)置多種標(biāo)準(zhǔn)光源條件（如D65、D50、A、F系列、TL84等），并能切換計(jì)算結(jié)果，以評(píng)估同色異譜問(wèn)題。

4.豐富的軟件與接口能力

在線(xiàn)色差儀一般配有專(zhuān)門(mén)的上位機(jī)軟件，可完成：顏色標(biāo)準(zhǔn)管理與批次對(duì)比；趨勢(shì)分析與報(bào)表輸出；與DCS/MES系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（SPC）。接口方面，常見(jiàn)有數(shù)字I/O、模擬量輸出、工業(yè)以太網(wǎng)、Profibus/Profinet等，以便接入自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

四、在典型行業(yè)中的應(yīng)用

1.涂料與卷材涂裝

卷材涂料對(duì)顏色與光澤的一致性要求。安裝在卷材生產(chǎn)線(xiàn)橫梁上，可對(duì)涂料顏色的連續(xù)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)色偏問(wèn)題，并與調(diào)色系統(tǒng)形成閉環(huán)，減少批次浪費(fèi)和返工。

2.汽車(chē)與家電涂裝

在汽車(chē)整車(chē)或零部件涂裝線(xiàn)，可與機(jī)器人配合，對(duì)車(chē)身、保險(xiǎn)杠、飾條等關(guān)鍵部位進(jìn)行多角度測(cè)量，提前預(yù)警色差和涂層缺陷，從而提升噴漆良率、縮短生產(chǎn)周期。

3.塑料與薄膜

塑料粒子、注塑件及薄膜制品在加工中容易出現(xiàn)色差。可安裝在制粒機(jī)后、擠出機(jī)后或薄膜收卷前，對(duì)粒子或薄膜進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，保障不同批次之間顏色一致，尤其適合家電外殼、汽車(chē)內(nèi)飾件、食品包裝膜等高要求場(chǎng)景。

4.紙張與印刷

在造紙和印刷行業(yè)，在線(xiàn)顏色測(cè)量系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)紙張白度、底色以及印刷品的CMYK顏色偏差，確保紙張和印刷品顏色穩(wěn)定，減少客戶(hù)投訴與退貨。部分2D色度計(jì)還能對(duì)印刷圖案進(jìn)行區(qū)域顏色均勻性評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)“全幅面色彩管理”。

5.食品、藥品與化妝品

在食品、藥品和化妝品領(lǐng)域，消費(fèi)者往往“以色判質(zhì)”?？蓪?shí)時(shí)監(jiān)控粉末、膏體、片劑、乳液的顏色變化，為烘焙、咖啡、果蔬制品、彩妝等提供穩(wěn)定的顏色基準(zhǔn)。

在線(xiàn)色差儀是將傳統(tǒng)“顏色經(jīng)驗(yàn)”轉(zhuǎn)化為“顏色數(shù)字”的重要工具。它基于分光光度測(cè)量原理，通過(guò)高穩(wěn)定性光學(xué)系統(tǒng)、智能算法和工業(yè)級(jí)接口，在生產(chǎn)線(xiàn)上實(shí)現(xiàn)顏色實(shí)時(shí)監(jiān)控與閉環(huán)控制。在汽車(chē)、塑料、涂料、印刷、食品等多個(gè)行業(yè)中，已經(jīng)成為提升質(zhì)量、降低成本、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵裝備之一。