木材顏色識(shí)別系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本技術(shù)涉及對(duì)木材表面顏色進(jìn)行識(shí)別、分選的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前國內(nèi)家具、木質(zhì)裝飾等對(duì)木材的材色均勻性、色差變化要求嚴(yán)格的企業(yè)，多數(shù) 采用人工肉眼識(shí)別的方式對(duì)木材的色差進(jìn)行分選，其存在分選精度不高、色差控制不準(zhǔn)確、 分選人員多、分選效率低下、生產(chǎn)成本高、流水線作業(yè)難、機(jī)械化程度低等突出問題。也有人 采用攝像頭對(duì)木材表面拍照，再以計(jì)算機(jī)對(duì)拍攝的照片進(jìn)行處理，這種方法因照片需要的 存儲(chǔ)空間大，對(duì)照片進(jìn)行后續(xù)處理要求的計(jì)算速度要求很高，加上攝像頭本身價(jià)格也很高， 所以整個(gè)系統(tǒng)十分昂貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本技術(shù)的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行速度快、成本低廉、失真小，準(zhǔn)確性高的 木材顏色識(shí)別系統(tǒng)。
[0004] 木材顏色識(shí)別系統(tǒng)，它包括白色發(fā)光光源、TCS3200D顏色傳感器、可編程控制器、 IXD液晶觸摸屏，白色發(fā)光光源發(fā)出的光經(jīng)木材反射進(jìn)入顏色傳感器，顏色傳感器、白色發(fā) 光光源、LCD液晶觸摸屏均與可編程控制器連接。
[0005] 上述的木材顏色識(shí)別系統(tǒng)，所述可編程控制器為STM32F407ZGT6芯片。
[0006] 上述的木材顏色識(shí)別系統(tǒng)，顏色傳感器有三個(gè)或三個(gè)以上，顏色傳感器沿著被測 試木材的寬度方向排列。
[0007] 上述的木材顏色識(shí)別系統(tǒng)，白色發(fā)光光源和顏色傳感器設(shè)置在可以相對(duì)于被測試 木材表面移動(dòng)的移動(dòng)支架上。這樣可以調(diào)節(jié)移動(dòng)支架的位置，使得顏色傳感器到被測試木 材表面的距離處于顏色傳感器的最佳工作距離。
[0008] 上述的木材顏色識(shí)別系統(tǒng)，STM32F407ZGT6的GPI0F5連接顏色傳感器公用OUT引 腳，為線號(hào)捕獲線；PA4連接各顏色傳感器公用S2引腳，PA7連接各顏色傳感器公用S3引 腳，PE5連接各顏色傳感器公用Sl引腳，PE6連接各顏色傳感器公用SO引腳，PC6、PC7、PC8 分別與連接三個(gè)顏色傳感器的OE引腳。
[0009] 本技術(shù)同時(shí)提供了一種能夠快捷識(shí)別木材顏色、運(yùn)行速度快的木材顏色識(shí)別方 法。
[0010] 本技術(shù)的木材顏色識(shí)別方法，使用上述的木材顏色識(shí)別系統(tǒng)，其步驟包括：
[0011] a、標(biāo)定：顏色傳感器捕獲由白色光源照射的純白色光板反射的光，通過控制器測 定顏色傳感器對(duì)于紅色、綠色、藍(lán)色三基色的輸出周期tr、tg、tb ;
[0012] b、測試：光源發(fā)出的光照射在被測試木材的表面，木材的反射光進(jìn)入顏色傳感器， 通過控制器測定顏色傳感器對(duì)于紅色、綠色、藍(lán)色的輸出周期sr、sg、sb ;
[0013] c、灰度計(jì)算：以下式計(jì)算出灰度Gray并輸出至顯示器顯示：
[0014] Gray = 30 % X 255 X sr/tr+59 % X 255 X sg/tg+11 % X 255 X sb/tb 〇
[0015] 上述的木材顏色識(shí)別方法，白色發(fā)光光源和顏色傳感器設(shè)置在可以相對(duì)于被測試 木材表面移動(dòng)的移動(dòng)支架上；當(dāng)進(jìn)行所述步驟b時(shí)，實(shí)時(shí)調(diào)整移動(dòng)支架的位置，使得顏色傳 感器到被測試木材表面的距離為l〇mm。
[0016] 上述的木材顏色識(shí)別方法，所述木材顏色識(shí)別系統(tǒng)還包括用于判斷傳感器下方是 否有被測試木材的物料傳感器；當(dāng)物料傳感器檢測到傳感器下方有被測試木材時(shí)，進(jìn)行所 述步驟b、C0
[0017] 上述的木材顏色識(shí)別方法，被測試木材從傳感器下方通過；被測試木材從傳感器 下方通過時(shí)，
[0018] 進(jìn)行所述步驟b、c得到木材的灰度。
[0019] 上述的木材顏色識(shí)別方法，被測試木材從傳感器下方通過；被測試木材從傳感器 下方通過時(shí)，
[0020] 重復(fù)進(jìn)行所述步驟b、c得到木材不同部位的灰度。
[0021] 上述的木材顏色識(shí)別方法，一個(gè)顏色傳感器或多個(gè)的顏色傳感器對(duì)被測試木板表 面的不同部位的灰度進(jìn)行采集后，由控制器對(duì)采集到的各部位灰度數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)被測 木材完全通過傳感器后，以各部位灰度數(shù)值的算術(shù)平均值作為該木材的最終灰度值并輸出 至顯示器顯示，最終灰度值與存儲(chǔ)的顏色等級(jí)數(shù)據(jù)范圍進(jìn)行對(duì)比，最終確定被測試木板顏 色等級(jí)范圍。同一個(gè)顏色傳感器或不同的顏色傳感器對(duì)被測試木板表面的不同部位的灰度 進(jìn)行測試后，以各部位灰度的算術(shù)平均值作為該木材的最終灰度值并輸出。
[0022] 上述的木材顏色識(shí)別方法，在顏色傳感器的前后兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)用于判斷傳感器 下方是否有物料傳感器；被測試木材從傳感器下方通過；當(dāng)前面的物料傳感器檢測到一塊 被測試木材進(jìn)入到顏色傳感器下方的位置時(shí)，重復(fù)進(jìn)行步驟b、c ;當(dāng)后面的物料傳感器檢 測到該塊被測試木材離開顏色傳感器下方后，由控制器對(duì)采集到的各部位灰度數(shù)值進(jìn)行計(jì) 算，以各部位灰度數(shù)值的算術(shù)平均值作為該木材的最終灰度值并輸出至顯示器顯示。這樣， 本方法特別適用于連續(xù)流水作業(yè)工作，能夠連續(xù)完成對(duì)一塊塊依次從傳感器下方通過的被 測試木材的灰度測試工作。最好，物料傳感器、白色發(fā)光光源和顏色傳感器均設(shè)置在可以相 對(duì)于被測試木材表面移動(dòng)的移動(dòng)支架上；當(dāng)前面的物料傳感器檢測到一塊被測試木材進(jìn)入 到顏色傳感器下方的位置時(shí)，實(shí)時(shí)調(diào)整移動(dòng)支架的位置，使得顏色傳感器到被測試木材表 面的距離為1〇_，再重復(fù)進(jìn)行步驟b、c ;當(dāng)后面的物料傳感器檢測到該塊被測試木材離開 顏色傳感器下方后，由控制器對(duì)采集到的各部位灰度數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，以各部位灰度數(shù)值的 算術(shù)平均值作為該木材的最終灰度值并輸出至顯示器顯示。
[0023] 本技術(shù)的有益效果：本技術(shù)僅僅以一個(gè)或多個(gè)顏色傳感器對(duì)木材的反射光進(jìn)行分 析，得出針對(duì)的反射光中的紅色、綠色、藍(lán)色等三原色的輸出周期或頻率，并根據(jù)白平衡校 正（標(biāo)定）所得的比例因子（對(duì)于紅色、綠色、藍(lán)色的比例因子分別是為255/tr、255/tg、 255/tb)，得出該顏色傳感器所測得的木材上某點(diǎn)的灰度。若木材表面的顏色基本一致，根 據(jù)一點(diǎn)基本可以確定木材的灰度。當(dāng)然，為了降低測試的隨機(jī)性和誤差，可以對(duì)被測試木板 表面的不同部位的灰度進(jìn)行測試后，以整塊木材表面各部位灰度的算術(shù)平均值作為該木材 的最終灰度值并輸出。
[0024] 由于本專利只需要測試顏色傳感器輸出的脈沖數(shù)，運(yùn)行速度極快，需要存貯的字 節(jié)很短，所以不但本測試系統(tǒng)成本低，而且能夠適應(yīng)快速移動(dòng)的木材，尤其適用于流水線作 業(yè)。一般在測試時(shí)，標(biāo)定只需要做一次即可，以后只需要重復(fù)對(duì)木材的測試和灰度計(jì)算即 可。
【附圖說明】
[0025] 圖1是木材顏色識(shí)別系統(tǒng)的總體框架圖；
[0026] 圖2是TCS3200D顏色感應(yīng)器的框架圖；
[0027] 圖3是三個(gè)TCS3200D顏色感應(yīng)器并聯(lián)與STM32F407ZGT6微處理器相連的電路圖；
[0028] 圖4是對(duì)三個(gè)TCS3200D顏色感應(yīng)器輪番讀取數(shù)據(jù)的流程圖；
[0029] 圖5是STM3F407ZGT6微處理器捕獲算法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 1總體設(shè)計(jì)方案
[0031] 設(shè)計(jì)的木材表面顏色采集-色差高效自動(dòng)分析系統(tǒng)由TCS3200D顏色感應(yīng)器、 STM32F407ZGT6微處理器、ILI9341液晶顯示器及其相關(guān)電子輔助設(shè)備組成。各種設(shè)備間使 用SPI、8080、SCCB等通訊協(xié)議通訊，框架圖如圖1。TCS3200D感應(yīng)器輸出木材表面顏色RGB 各分量脈沖信號(hào)，STM32F407ZGT6捕獲脈沖，再根據(jù)人眼識(shí)別習(xí)慣將讀取的RGB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換灰 度值，與預(yù)先通過LCD顯示器設(shè)置的10個(gè)灰度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確定被測試木 板顏色等級(jí)范圍，并將分選結(jié)果通過顯示器進(jìn)行顯示，提供操作人員參考操作。
[0032] 2顏色采集設(shè)計(jì)
[0033] 顏色感應(yīng)部分核心硬件為TOAS公司生產(chǎn)的TCS3200D顏色感應(yīng)器。該傳感器工作 在電壓為2. 7V-5. 5V，50KHz工作狀態(tài)下誤差小于0. 2%，并具有電源關(guān)閉功能，支持片選； 可輸出2%、20%、100%三種頻率波段；輸出頻率占空比為50% ;可直接輸出對(duì)應(yīng)RGB顏色 脈沖，無需通過模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換；白色發(fā)光光源2和和顏色傳感器固定在可以上下往復(fù)移動(dòng) 的移動(dòng)支架上，通過傳感器時(shí)實(shí)時(shí)調(diào)整移動(dòng)支架的上下位置，使得無論木材1厚度如何變 化，始終保持顏色傳感器和光源距木材表面的距離不變，維持在最佳有效距離l〇mm，從而保 障TCS3200D顏色傳感器足以勝任顏色采集任務(wù)。
[0034] TCS3200D感應(yīng)芯片框架圖如圖2,當(dāng)木材1反射的光照射到TCS3200D上，通過引 腳s2和s3不同電平的組合，對(duì)應(yīng)采集光線中的三原色即紅色、綠色、藍(lán)色。而該顏色的強(qiáng) 度不同色會(huì)導(dǎo)致其OUT輸出頻率不同，根據(jù)OUT輸出頻率即可判斷三種顏色的強(qiáng)度。通過 S2和S3引腳高低電平對(duì)顏色RGB分量進(jìn)行選擇，比如當(dāng)S2和S3同時(shí)為低電平時(shí)，OUT引 腳輸出脈沖代表R值分量，具體組合見表1。通過SO和Sl引腳高低電平對(duì)OUT輸出脈沖 頻率進(jìn)行選擇，比如當(dāng)SO為低電平，Sl為高電平時(shí)，OUT輸出脈沖頻率為最大輸出頻率的 2%，具體組合見表2。表1、2中，L表示低電平，H表示高電平。
[0035] 表1 TCS3200D輸出顏色選擇
CN 105181609 A 說明書 4/6 頁
[0039] 2· 1感應(yīng)裝置硬件設(shè)計(jì)
[0040] 考慮到木材板坯具有一定寬度，若采用單一 TCS3200D顏色傳感器，顏色采集區(qū)域 非常狹窄，為擴(kuò)大顏色采集區(qū)域的寬度，方便采集寬幅面板坯表面的顏色數(shù)據(jù)，選用多并聯(lián) TCS3200D顏色傳感器形式，即由三個(gè)或多個(gè)TCS3200D顏色傳感器并排組合，傳感器中心間 距15mm。其中公用輸出頻率選擇引腳SO和S1、輸出顏色選擇引腳S2和S3、輸出端0UT，而 片選使能端OE分別獨(dú)立使用，OE低電平有效，通過軟件設(shè)計(jì)輪番對(duì)三個(gè)TCS3200D進(jìn)行數(shù) 據(jù)讀取。TCS3200D硬件三并聯(lián)連接原理圖如3。本裝置中設(shè)置了 8個(gè)0. 2W白光LED燈，為 TCS3200D傳感器提供白色光源。
[0041] 2.2顏色感應(yīng)器軟件設(shè)計(jì)
[0042] 根據(jù)上述顏色感應(yīng)器硬件設(shè)計(jì)，軟件對(duì)三個(gè)TCS3200D進(jìn)行輪番讀取數(shù)據(jù)，并且在 輪番讀取過程中，分別對(duì)每一個(gè)感應(yīng)器輪番讀取RGB三基色分量。軟件工作流程圖如圖4。
[0043] 軟件開始，首先拉低TCSl (第一個(gè)顏色傳感器）的OE引腳，拉高TCS2 (第二個(gè)顏 色傳感器）和TCS3(第三個(gè)顏色傳感器）的OE引腳，只使能TCSl，進(jìn)入子程序（子程序在 MCU算法中表現(xiàn)），然后讀取分別通過拉低或者