基于虚拟仪器技术的木板自动分选系统

　　随着国内经济的持续快速增长，家具、地板等木制品消费量将急速上升。2003 年，中国木地板销量已跃居世界第一[1]。虽然我国是地板生产大国，但还不是强国。中国的地板生产企业普遍存在问题，如设备落后，人员素质不高，管理不到位，产品质量档次低且不稳定，及在国际市场中没有著名品牌产品。而木板颜色分选是影响木板生产质量的重要工序 [2] 。经调查，国内木板分选主要利用人工根据颜色依靠经验判断或者利用滤光片观测进行分选地板，不仅需要耗用大量的人力而且由于人工判断，容易疲劳、花眼，使分选精度低，板色不均匀，所生产的地板质量不高。另外，由于成本的制约，难以增加较多的分选层次。因此，有必要研究一种木板(如竹材、人造板、木材、装饰单板等)颜色自动分选的系统，以满足市场对地板质量的要求。

　　1 系统测色原理和方案

　　1.1 测色原理和色差

　　1.1.1 测色原理

　　国际照明委员会 CIE 认为在一定的照明条件下，可由三个接受器来接受物体的反射(或透射)光测试物体的颜色，而这三个接受器(测量值称为三刺激值：(X、Y、Z)的光谱条件如图1 所示。根据CIE 所推荐的测色原理，仪器的光谱特性的总体响应(仪器光源、光学系统和探测器三者的综合响应)等价于被测物体在CIE 标准照明D65 及10℃视场色匹配函数下的三刺激值。

图1 三刺激值的光谱曲线图

　　1.1.2 色差

　　色差△E 是指两种颜色之间的差异。颜色包含色调、饱和度和高度三个特征，而色差△E就是这三个因素的综合差异[2]。CIE 在1967 年推荐使用L*·a*·b*均匀空间的概念，用以更好地*价色差，L*称为米制明度而a*·b*为米制色度。求得L*·a*·b*后，可求得色差△E。相关公式如下：

　　其中，下标2 为被测物的测量值，下标1 为参考物的测量值。本系统中参考值是使用了标准白板的色差值L*=100，a*=0，b*=0。

　　1.2 总体方案

　　随着测试技术和计算机软硬件的发展，虚拟仪器应运而生，为自动化测试系统的研发开辟了一条新途径[3-6]。本文采用虚拟仪器技术构建了一个木板自动分选系统。系统利用具有三个接受器的探测器采集被测物(木板)的颜色，并输出电压，信号经过调理后，经过数据采集卡进入PC 机。通过电压与颜色刺激值的标定关系计算出相应的刺激值，然后再与设定值进行比较，推算得到色差。最后，根据色差大小和范围进行分成8 类，输出相应的开关控制信号给执行机构。

　　系统软件选择了虚拟仪器软件 LabVIEW。软件实现的功能为：(1)对积分球输出的电压进行测量;(2)计算出被测物的色差值;(3)根据用户的要求设定色差的范围;(4)按分选结果输出相应的控制信号，将同一色差范围木板分选在一起;(5)数据存储和显示。