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

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本技術的目的是提供一種結構簡單、運行速度快、成本低廉、失真小，準確性高的 木材顏色識別系統(tǒng)。
[0004] 木材顏色識別系統(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]上述的木材顏色識別系統(tǒng)，顏色傳感器有三個或三個以上，顏色傳感器沿著被測 試木材的寬度方向排列。
[0007]上述的木材顏色識別系統(tǒng)，白色發(fā)光光源和顏色傳感器設置在可以相對于被測試 木材表面移動的移動支架上。這樣可以調(diào)節(jié)移動支架的位置，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]上述的木材顏色識別系統(tǒng)，STM32F407ZGT6的GPI0F5連接顏色傳感器公用OUT引 腳，為線號捕獲線；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S1引腳，PE6連接各顏色傳感器公用S0引腳，PC6、PC7、PC8 分別與連接三個顏色傳感器的0E引腳。
[0009] 本技術同時提供了一種能夠快捷識別木材顏色、運行速度快的木材顏色識別方 法。
[0010] 本技術的木材顏色識別方法，使用上述的木材顏色識別系統(tǒng)，其步驟包括：
[0011]a、標定：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 定顏色傳感器對于紅色、綠色、藍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，木材的反射光進入顏色傳感器， 通過控制器測定顏色傳感器對于紅色、綠色、藍色的輸出周期sr、sg、sb;
[0013] c、灰度計算：以下式計算出灰度Gray并輸出至顯示器顯示：
[0014]Gray=30%X255Xsr/tr+59 %X255Xsg/tg+11 %X255Xsb/tb〇
[0015] 上述的木材顏色識別方法，白色發(fā)光光源和顏色傳感器設置在可以相對于被測試 木材表面移動的移動支架上；當進行所述步驟b時，實時調(diào)整移動支架的位置，使得顏色傳 感器到被測試木材表面的距離為l〇mm。
[0016] 上述的木材顏色識別方法，所述木材顏色識別系統(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；當物料傳感器檢測到傳感器下方有被測試木材時，進行所 述步驟b、c〇
[0017] 上述的木材顏色識別方法，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，
[0018] 進行所述步驟b、c得到木材的灰度。
[0019] 上述的木材顏色識別方法，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，
[0020] 重復進行所述步驟b、c得到木材不同部位的灰度。
[0021] 上述的木材顏色識別方法，一個顏色傳感器或多個的顏色傳感器對被測試木板表 面的不同部位的灰度進行采集后，由控制器對采集到的各部位灰度數(shù)值進行計算，當被測 木材完全通過傳感器后，以各部位灰度數(shù)值的算術平均值作為該木材的最終灰度值并輸出 至顯示器顯示，最終灰度值與存儲的顏色等級數(shù)據(jù)范圍進行對比，最終確定被測試木板顏 色等級范圍。同一個顏色傳感器或不同的顏色傳感器對被測試木板表面的不同部位的灰度 進行測試后，以各部位灰度的算術平均值作為該木材的最終灰度值并輸出。
[0022] 上述的木材顏色識別方法，在顏色傳感器的前后兩側各設置一個用于判斷傳感器 下方是否有物料傳感器；被測試木材從傳感器下方通過；當前面的物料傳感器檢測到一塊 被測試木材進入到顏色傳感器下方的位置時，重復進行步驟b、c;當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，由控制器對采集到的各部位灰度數(shù)值進行計 算，以各部位灰度數(shù)值的算術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置在可以相 對于被測試木材表面移動的移動支架上；當前面的物料傳感器檢測到一塊被測試木材進入 到顏色傳感器下方的位置時，實時調(diào)整移動支架的位置，使得顏色傳感器到被測試木材表 面的距離為1〇_，再重復進行步驟b、c;當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，由控制器對采集到的各部位灰度數(shù)值進行計算，以各部位灰度數(shù)值的 算術平均值作為該木材的最終灰度值并輸出至顯示器顯示。
[0023] 本技術的有益效果：本技術僅僅以一個或多個顏色傳感器對木材的反射光進行分 析，得出針對的反射光中的紅色、綠色、藍色等三原色的輸出周期或頻率，并根據(jù)白平衡校 正（標定）所得的比例因子（對于紅色、綠色、藍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的灰度。若木材表面的顏色基本一致，根 據(jù)一點基本可以確定木材的灰度。當然，為了降低測試的隨機性和誤差，可以對被測試木板 表面的不同部位的灰度進行測試后，以整塊木材表面各部位灰度的算術平均值作為該木材 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，而且能夠適應快速移動的木材，尤其適用于流水線作 業(yè)。一般在測試時，標定只需要做一次即可，以后只需要重復對木材的測試和灰度計算即 可。
【附圖說明】
[0025] 圖1是木材顏色識別系統(tǒng)的總體框架圖；
[0026] 圖2是TCS3200D顏色感應器的框架圖；
[0027] 圖3是三個TCS3200D顏色感應器并聯(lián)與STM32F407ZGT6微處理器相連的電路圖；
[0028] 圖4是對三個TCS3200D顏色感應器輪番讀取數(shù)據(jù)的流程圖；
[0029] 圖5是STM3F407ZGT6微處理器捕獲算法流程圖。
【具體實施方式】
[0030] 1總體設計方案
[0031] 設計的木材表面顏色采集-色差高效自動分析系統(tǒng)由TCS3200D顏色感應器、 STM32F407ZGT6微處理器、ILI9341液晶顯示器及其相關電子輔助設備組成。各種設備間使 用SPI、8080、SCCB等通訊協(xié)議通訊，框架圖如圖1。TCS3200D感應器輸出木材表面顏色RGB 各分量脈沖信號，STM32F407ZGT6捕獲脈沖，再根據(jù)人眼識別習慣將讀取的RGB數(shù)據(jù)轉換灰 度值，與預先通過LCD顯示器設置的10個灰度等級標準區(qū)間數(shù)據(jù)進行比較，確定被測試木 板顏色等級范圍，并將分選結果通過顯示器進行顯示，提供操作人員參考操作。
[0032] 2顏色采集設計
[0033] 顏色感應部分核心硬件為T0AS公司生產(chǎn)的TCS3200D顏色感應器。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% ;可直接輸出對應RGB顏色 脈沖，無需通過模擬-數(shù)字轉換；白色發(fā)光光源2和和顏色傳感器固定在可以上下往復移動 的移動支架上，通過傳感器時實時調(diào)整移動支架的上下位置，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。
[0034]TCS3200D感應芯片框架圖如圖2,當木材1反射的光照射到TCS3200D上，通過引 腳s2和s3不同電平的組合，對應采集光線中的三原色即紅色、綠色、藍色。而該顏色的強 度不同色會導致其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度。通過 S2和S3引腳高低電平對顏色RGB分量進行選擇，比如當S2和S3同時為低電平時，OUT引 腳輸出脈沖代表R值分量，具體組合見表1。通過S0和S1引腳高低電平對OUT輸出脈沖 頻率進行選擇，比如當S0為低電平，S1為高電平時，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，Η表示高電平。
[0035] 表1TCS3200D輸出顏色選擇

[0037]表2TCS3200D輸出頻率
[0039] 2. 1感應裝置硬件設計
[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