SE469147B - Portabel spektralfotometer - Google Patents

Description

35 469 @47 2 Bordsspektralfotometrar har därför utformats som typiska_laboratorieinstrument som är noggranna men långt ifrån har de kännetecken med avseende på flexibilitet i användningen, lättransporterbarhet och lågt pris som länge har sökts av dem som reparerar och lackerar bilkarosser.

Storleken på sådana bordsinstrument medför att de är olämpliga för användning direkt på det aktuella motorfor- donet utanför en verkstad och/eller ett laboratorium. Det är därför nödvändigt att ta ett prov från den kaross som skall omlackeras, vilket ibland måste ske med förstörande metoder.

För att avhjälpa de ovannämnda nackdelarna med bordsinstrument har man föreslagit spektralfotometrar som kan bäras omkring och användas på fältet.

Instrument av denna typ har ett läshuvud som via en böjlig kabel är anslutet till en databehandlingsenhet försedd med ett antal olika tillbehör, exempelvis en skrivare för utskrivning av uppmätta data.

Spektralfotometrar av den sistnämnda typen kan dock förflyttas endast med en viss svårighet, eftersom de är sammansatta av delar som har en avsevärd vikt och måste sammankopplas medelst en kabel.

Det sistnämnda kravet begränsar deras användbarhet på fältet: läshuvudet och behandlíngsenheten, vilka ej kan skiljas från varandra, är obekväma och mödosamma att bära.

En annan nackdel med sådana kända instrument är deras pris; detta är rent av större än priset för bordsspektral- fotometrar. I allmänhet är de därför ej tillgängliga för den genomsnittlige användaren.

Det tekniska problem som ligger bakom föreliggande uppfinning är att åstadkomma en spektralfotometer som är portabel och har sådana konstruktiva och funktionella särdrag att den medger reproduktion av en analyserad färg men samtidigt undviker de angivna nackdelarna med de kända instrumenten.

Enligt uppfinningen löses detta problem med en portabel spektralfotometer försedd med ett hölje med vilket spektralfotometern kan hållas och bäras och 10 15 20 25 30 35 A 46: ...Ru 3 kännetecknad_av att den innefattar följande inuti höljet belägna delar: en ljuskälla, som via en styrkrets är ansluten till utgången på en mikroprocessor med dataminne (direktminne, RAM) och programminne (läsminne, ROM); en sfär som är verksam för att göra det från höljet utgående ljusflödet likformigare; ett spektroskop för spridning över spektrum av det från ett av ljuskällan belyst prov till en fotometeranord- ning reflekterade ljuset, vilken fotometeranordning är ansluten till ingången på mikroprocessorn under förmedling av en analog-digitalomvandlare; en optisk anordning för belysning av fotometeranord- ningen direkt från ljuskällan; ett kraftförsörjningsaggregat för ljuskällan, foto- meteranordningen, styrkretsen, analog-digitalomvandlaren och mikroprocessorn; och ett anslutningsdon för anslutning av mikroprocessorn till utsidan på höljet.

Ytterligare kännetecken på och fördelar med en spektralfotometer enligt föreliggande uppfinning framgår närmare av den härefter följande utförliga beskrivningen av en på de bifogade ritningarna visad utföringsform, vilken är att betrakta som belysande och ej begränsande.

Fig. 1 visar i perspektiv en portabel spektralfoto- meter enligt uppfinningen; Fig. 2 visar spektralfotometern i fig. 1 sedd i längdsnitt längs linjen II-II i fig. 3; Fig. 3 visar spektralfotometern i fig. 1 sedd i längdsnitt längs linjen III-III i fig. 27 Fig. 4 visar spektralfotometern i fig. 1 i planvy, delvis i snitt längs linjen IV-IV i fig. 2; Fig, 5 är ett blockschema av en elektronisk styr- anordning som ingår i spektralfotometern i fig. 1.

Pâ ritningarna betecknar 1 allmänt en portabel spektralfotometer enligt uppfinningen.

Spektralfotometern 1 omfattar ett i stort sett parallellepipediskt hölje 2 med vilket spektralfotometern kan hållas och bäras och vilket innesluter opto-mekaniska 10 15 20 25 30 35 469 147 4 anordningar 60 och ett elektroniskt styrdon 63; båda dessa anordningar beskrivs närmare nedan.

Upptill har höljet 2 ett bärhandtag 3, och höljets botten 18 är försedd med ett flertal stödfötter 4.

Höljet 2 har vidare ett läshuvud 5, som är i huvudsak parallellepipediskt och på framsidan har en i stort sett stympat pyramidformig hållare 6 för ett i tvärsnitt cirkulärt läsöga 8, vilket framtill skyddas av en skivlik- nande kàpa 7 (se fig. 2).

Läsögat 8 har en i tvärsnitt cirkulär öppning 11, som är utformad i en ihålig sfär 12, vilken är verksam för att ge en likformigare täthet ät det ljusflöde som utgår från läshuvudet 5 genom läsögat 8, såsom förklaras närmare nedan.

Utefter periferin har läsögat 8 en ringmagnet 9, som tjänar till att förbättra läshuvudets 5 vidhäftning eller anliggning mot en metallyta som skall analyseras.

Som framgår av fig. 2 uppbärs spektralfotometerns opto-mekaniska anordningar inuti höljet 2 på en platta 13, vilken har i huvudsak rektangulär kontur och är uppblagd på ett flertal distanselement 14, vilka skjuter upp fritt från höljets 2 botten 18 och på vilka plattan är fastsatt medelst konventionella skruvfästorgan (ej visade).

Mellan plattan 13 och höljets botten 18 finns sålunda en i huvudsak parallellepipedisk kammare 19, vilken är avsedd att inrymma ett kraftförsörjningsaggregat 20 innefattande ett batteripaket 21 (fig. 2 och 4).

Kammaren 19 är àtkomlig från utsidan genom ett lock 56, som är borttagbart fastsatt pà höljets 2 botten 18 medelst konventionella skruvfästorgan (ej visade).

Som också framgår av fig. 2 har höljet 2 innanför läshuvudet 5 och i närheten av sfären 12 ett par pelare 59, som förstyvar konstruktionen och därigenom förstärker spektralfotometern konstruktivt.

Vid en ände har plattan 13 en okdel 16, vilken fasthåller sfären 12; denna är på konventionellt sätt fastsatt på oket medelst skruvar 17.

För att få ökad stabilitet stöder sfären 12 mot ett säte 58, vars profil passar mot utsidan av sfären. 10 15 20 25 30 35 4 Q kl/ 1.47 5 Sfären 12 (fig. 2 och 3) omfattar två halvsfäriska delar, nämligen en främre del 12a och en bakre del 12b, som är isärtagbart hopsatta på konventionellt sätt, exempelvis medelst ett flertal skruvar 22.

För belysning av ytan på ett föremål som skall analyseras har spektralfotometern 1 en ljuskälla 23, som är på konventionellt sätt monterad pà den bakre halv- sfäriska delen 12b av sfären 12 nära intill det område där den bakre delen är sammanfogad med den främre delen 12a (se fig. 3). Ljuskällan 23 har en blixtlampa 25, som är inpassad i en prismatisk hållare 26, vilken är öppen mot sfären 12 vid en i tvärsnitt rektangulär passage 24, som sträcker sig in i sfären 12 symmetriskt med avseende på ett horisontellt diametralplan A-A genom sfären (se fig. 2).

Med blixtlampan 25 kan den yta som analyseras belysas med ljusblixtar som har en färgtemperatur på ca 6000 K.

I enlighet med uppfinningen och såsom visas schema- tiskt i fig. 5 är ljuskâllan 23 via en kabel 29a ansluten till utgången pá en konventionell styrkrets 27, som i sin tur är ansluten till utgången på en mikroprocessor 28, likaledes av konventionellt utförande, under förmedling av en bussledning 62.

Ljuskällan 23 är således arbetsmässigt kopplad till mikroprocessorn 28 under förmedling av styrkretsen 27.

Ljuskâllan 23 får via ett annat par kablar 29b, 29c, vilka tillsammans med kabeln 29a är inneslutna i ett hölje 30, kraft från det nämnda kraftförsörjningsaggregatet 20, som är inrymt i kammaren 19 mellan bärplattan 13 och höljets 2 botten 18.

Blixtlampan 25 inkopplas och den följande kulöranalys- operationen utförs under yttre styrning genom nedtryckning av en tangent 61, vilken går tvärs över bärhandtaget 3 över lâshuvudet 5 och pà konventionellt, ej visat sätt är ansluten till mikroprocessorn 28.

De opto-mekaniska anordningarna i spektralfotometern 1 omfattar även ett spektroskop 31 för spridning över spektrum av det ljus som reflekteras frán den av ljuskällan 23 belysta föremàlsytan (se fig. 2 och 3). 10 15 20 25 30 35 469 147 6 Spektroskopet 31 omfattar en kollimator 32 och ett diffraktionsgitter 33. Kollimatorn 32 har en uppsättning konventionella linser (ej visade), vilkas optiska axel t-t går genom centrum för öppningen 11 i sfären 12, såsom visas i fig. 3.

Gittret 33 är inrymt i ett ládliknande, i huvudsak parallellepipediskt skyddshus 34 och ligger i förlängning- en av kollimatorns 32 optiska axel t-t på sådant sätt, att det bildar en vinkel på 450 med denna axel.

Det lådliknande huset 34 uppbärs på konventionellt sätt på plattan 13 (är exempelvis fastsvetsat på denna) och har vid en kortsida en öppning 35, som blockeras av en fotometeranordning 36, vilken är fastsatt på bärplattan 13 på konventionellt, ej närmare visat sätt.

För att förbättra den optiska upplösningen av de spektrala komponenterna av det ljus som avböjs av gittret 33 är ett fokuserande objektiv 37 insatt mellan gittret och fotometeranordningen 36 (fig. 3).

Som framgår av fig. 2 och 3 uppbärs objektivet 37 på ládhuset 34 och plattan 13 av en skivliknande hållare 38.

Som också framgår av fig. 2 ligger axellinjerna för öppningen ll, kollimatorn 32 och objektivet 37 alla i det horisontalplan A-A som är markerat i fíg. 2.

Fotometeranordningen 36 omfattar ett flertal konven- tionella fotoceller (ej visade på ritningarna) för kvalita- tiv och kvantitativ avkânning av de spektrala komponenterna hos det ljus som reflekteras från föremålets yta. För detta ändamål upplöses detta ljus av gittret 33 till ett ljusknippe, vars omfattning motsvarar ett våglângdsband från 400 till 700 nm.

Det sålunda erhållna knippet av avböjt ljus kan med fördel avkännas av fotometeranordningen 36 på sådant sätt att det kan registreras, varvid avkänningen kan ske efter våglängdsområden på mellan ca 10 nm och ca 20 nm efter val från utsidan under förmedling av mikroprocessorn 28.

Av fig. 3 framgår att ljuskällan 23 är optiskt ansluten till ingången på fotometeranordningen 36 medelst en optisk anordning 39, vilken innefattar ett ljuskänsligt 10 15 20 25 30 35 469 147 7 element 40 och en böjlig kabel 41 med ett par fiberoptiska ledare 42.

Till fotometeranordningen 36 matas sålunda en andra, som referens tjänande ljusstråle avsedd för jämförelse på det nedan närmare beskrivna sättet med den ljusstråle som reflekteras från provet och uppdelas i sina spektrala komponenter av spektroskopet 31.

Det ljuskänsliga elementet 40 utgör därför en intern referens i spektralfotometern och det är för detta ändamål anordnat att vara vänt mot insidan på sfären 12 vid en öppning 43 utformad i denna på avstånd från ljuskällan 23, vilken belyser det ljuskänsliga elementet 40 samtidigt med ytan på ett föremål som analyseras.

Fotometeranordningen 36 är under förmedling av ett flertal elektriska kablar 44 ansluten till ingången på det elektroniska styrdonet 63, såsom visas schematiskt i fig. 5, till vilket den på nedan beskrivet sätt förmedlar mätdata i analog form.

Med hänvisning till fig. 2 och 3 skall framhållas att spektralfotometerns 1 opto-mekaniska anordningar 60 såsom diskuterats i det föregående ej har några rörliga delar genom att den interna referensen (det ljuskänsliga elemen- tet 40) och den yta som analyseras belyses samtidigt av ljuskällan 23.

Det finns således inget behov av att som vid kända spektralfotometrar belysa föremålet och den interna referensen den ena efter det andra.

Med hänvisning till fig. 5 kommer nu det i spektral- fotometern 1 ingående elektroniska styrdonet 63 att beskrivas.

Styrdonet 63 är på konventionellt sätt anordnat på två ej visade kretskort, vilka är insatta i en i huvudsak parallellepipedisk box 47, som i sin tur uppbärs inuti höljet 2 ovanför kollimatorn 32 och det lådformiga huset 34 på ett flertal oylindriska pelare 48 (se fig. 2).

Såsom visas i fig. 5, vilken schematiskt visar hela det elektroniska styrdonet 63, är mikroprocessorn 28 ansluten till ingången på fotometeranordningen 36 under förmedling av ett ingångsgränssnitt 64. Detta gränssnitt 10 15 20 25 30 35 469 147 8 64 är närmare bestämt en analog-digitalomvandlare 45, som är anordnad att till digital form omvandla mätdata som i analog form erhålls från fotometeranordningen 36 och att tillföra dessa omvandlade data till mikroprocessorn 28 via en bussledning 65.

I enlighet med uppfinningen har mikroprocessorn 28 ett första minne, ett läs-skrivminne 49 (direktminne, RAM), i vilket data som tillförs till mikroprocessorn 28 i digital form från analog-digitalomvandlaren 45 lagras.

Mikroprocessorn 28 har också ett andra minne, läsminne (ROM) 50, som lagrar de program vilka mikroprocessorn 28 arbetar efter.

De nyssnämnda minnena 49 och 50 är på konventionellt sätt anslutna till mikroprocessorn 28 via en uppsättning bussledningar 51a och Slb.

Likaså i enlighet med uppfinningen tillförs den för det elektroniska styrdonet 63, blixtlampan 25 och fotometer~ anordningen 36 erforderliga kraften från det i spektralfoto- metern ingående, i kammaren 19 placerade kraftförsörjnings- aggregatet 20.

Mikroprocessorn 28 och kraftförsörjningsaggregatet 20 är ytterligare och oberoende anslutna, på ingångssidan och på ett konventionellt, ej visat sätt, till ett anslutnings- don 52, som uppbärs på en sidvägg 53 på höljet 2 på avstånd från läshuvudet 5.

Genom anslutningsdonet 53 kan kraftförsörjningsaggre- gatet 20 återuppladdas och i direktminnet 49 lagrade mätdata överföras, med hjälp av mikroprocessorn 28, till en extern dator (ej visad), vilken är anordnad att ytter- ligare behandla och använda dessa data för framtagning av lackreceptet. I Av mikroprocessorn 28 given klarsignal för mätning och uppladdningen av kraftförsörjningsaggregatet 20 kan övervakas externt medelst en ljusindikator 54“resp. medelst en galvanometer 55. Dessa instrument är anbringade på spektralfotometerns läshuvud 5 på motsatta sidor om handtaget 3 (se fig. 4).

Arbetssättet för spektralfotometern 1 enligt uppfin- ningen kommer nu att beskrivas med hänvisning till fig. 2, I) 10 15 20 25 30 35 9 469 147 som visar spektralfotometerns opto-mekaniska anordningar 60.

Når kulören på ett alster eller föremål, såsom karossen på en bil, skall analyseras i rekonstruerande eller kontrollerande syfte slås spektralfotometern på varefter skyddskåpan 7 avlägsnas från läsögat 8 och läshuvudet 5 anläggs mot ytan på det föremål som skall analyseras.

För att en korrekt avläsning av kulören skall erhållas skall axellinjen för läsögat 8 vara så nära vinkelrät mot föremålets yta som möjligt. När det är fråga om metallytor underlättas detta av ringmagneten 9, som åstadkommer god vidhäftning mellan läshuvudet 5 och föremålet; Kulöranalysen utförs sedan genom intryckning av den tvärs över handtaget 3 liggande tangenten 61.

Härvid aktiveras ljuskällan 23 av mikroprocessorn 28 under förmedling av styrkretsen 28. Medelst blixtlampan 25 utsänder ljuskällan en ljusblixt som belyser det inre av den ihåliga sfären 12 med användning av från kraftförsörj- ningsaggregatet 20 tillförd energi. Sfären 12, som är vitemaljerad invändigt, gör tätheten hos det från läsögat 8 utgående ljusflödet likformigare, så att ljusflödet likformigt belyser ytan på det färgade föremål som analyseras.

Genom sin speciella placering på sfären 12 belyses den optiska anordningens 39 ljuskänsliga element 40 av den från ljuskällan 25 utgående blixten på samma gång som föremålets yta belyses.

Det ljus som reflekteras från den sålunda belysta ytan fokuseras sedan av kollimatorn 32 på diffraktions- gittret 33, som sprider ljusets spektrala komponenter över ett band mellan 400 och 700 nm och efter ytterligare fokusering medelst objektivet 37 reflekterar dem mot fotocellerna i fotometeranordningen 36. Det bör observeras att den senare belyses samtidigt av den av blixtlampan 25 alstrade blixten tack vare den optiska anordningen 39.

Det från blixtlampan 25 utsända ljuset når i själva verket fotometeranordningen 36 direkt genom de fiberoptiska ledarna 42 och faller på två uppsättningar fotooeller, 10 15 20 25 30 35 å 469 _- 4-7 10 vilka belyses med spektralkomponenter uppvisande våglängder inom omrâdet 410-440 nm resp. 600-640 nm.

Fotometeranordningen 36 förser därefter via kablarna 44 analog-digitalomvandlaren 45 med data i analog form som avser mätningen av det från provet reflekterade ljuset och det från ljuskällan 23 utsända ljuset. Analog-digitalomvand- laren 45 omvandlar sedan ingångssignalerna från analog till digital form och matar dem därefter till mikroproces- sorn 28 på bussledningen 65. Mikroprocessorn lagrar i sitt direktminne 49 de data som hänför sig till den sålunda gjorda dubbelavläsningen.

Om kulören på ett annat föremål skall analyseras är det tillräckligt att genomföra de ovan beskrivna operatio- nerna, varvid det gäller att vid varje mätning hålla läshuvudet 55 i möjligaste mån i rät vinkel mot föremålets yta.

I enlighet med uppfinningen kan alla de ovannämnda arbetsmomenten för spektralfotometern 1 utföras utan någon anslutning till externa kraftkällor och utan någon använd- ning av externa styranordningar.

Mätdata lagras direkt i mikroprocessorns 28 direkt- minne 49, och det är först senare som de via anslutnings- donet 52 överförs seriellt till en bordsmonterad eller stationär dator för ytterligare behandling.

Tack vare sin enkla och robusta konstruktion och låga energiförbrukning gör den uppfinningsenliga spektralfoto- metern det möjligt att på ett fördelaktigt sätt utföra en analys av kulörer som skall reproduceras och/eller kontrol- leras direkt på fältet helt självständigt och utan några anslutningar till externa kraftförsörjningsaggregat.

Det skall här framhållas att spektralfotometern 1 tack vare direktminnet 49 kan upprepa mätning av kulörer på ett och samma eller flera föremål. Mätdata lagras först i minnet 49 och överförs först senare, vid återkomsten till verkstaden eller laboratoriet, till en dator som är inrättad för ytterligare bearbetning av mätdata.

Vidare har spektralfotometern enligt uppfinningen tack vare en välavvägd användning av billiga, på marknaden lätt tillgängliga material och komponenter den ytterligare 10 15 20 25 30 35 L 69 57 ...från ll viktiga fördelen av att vara tämligen billig och därmed inom praktiskt räckhåll för många tänkbara användare.

Spektralfotometern kan sålunda pá ett fördelaktigt sätt marknadsföras i stora volymer, i det att den ej är begränsad till ett fåtal sofistikerade och specialiserade laboratorier.

Claims (2)

10 15 20 25 4693147 _12- Patentkrav

1. Portabel spektralfotometer försedd med ett bärhölje (2), kännetecknad av att den innefattar följande inuti höljet (2) anordnade delar: en ljuskälla (23) som via en styrkrets (27) är ansluten till utgången på en mikroprocessor (28) med dataminne (di- rektminne, RAM) (49) och programminne (läsminne, ROM) (50); en sfär (12), som är anordnad att göra det från höljet (2) utgående ljusflödet likformigare; ett spektroskop (31) för spridning över spektrum av det ljus som från ett av ljuskällan (23) belyst, intill sfären (12) beläget prov reflekteras genom sfären till en fotometer- anordning (36), vilken är ansluten till ingången på mikropro- cessorn (28) under förmedling av en analog-digitalomvandlare (45)ï en optisk anordning (39) för belysning av fotometeranord- ningen (36) direkt från ljuskällan (23) samtidigt med att det prov som analyseras belyses; ett självständigt kraftförsörjningsaggregat (20) för ljuskällan (23), fotometeranordningen (26), styrkretsen (27), analog-digitalomvandlaren (45) och mikroprocessorn (28); och ett anslutningsdon (52) för anslutning av mikroprocessorn (28) och kraftförsörjningsaggregatet (20) till utsidan pâ höljet (2).

2. Spektralfotometer enligt krav 1, kännetecknad av att kraftförsörjningsaggregatet (20) innefattar ett ackumulator- batteri (21).