在线色差仪概述——工作原理、技术特点与应用价值

一、什么是“在线色差仪”

在线色差仪，通俗来说就是安装在生产线上，能够在生产过程中“随时随地对产品颜色进行测量”的仪器。它通常属于自动颜色测定仪或在线颜色测量系统中的一类，能够配合传感器、光源、控制和软件系统，对运动中的被测物进行连续颜色检测，并把结果实时反馈给生产控制系统，用于过程调整和质量判断。

与传统手持色差仪或台式色差仪相比，它具备以下特点：

安装方式固定：通过支架、机器人或横梁等方式，长期固定在生产线关键位置，通常为非接触式测量。

实时在线测量：无需停机取样，可以按设定频率对每一件/每一段产品进行测量，提高检测覆盖率。

与系统联动：测量结果可直接接入PLC、DCS或MES等系统，与生产过程形成闭环控制。

支持多种指标：除基础L*a*b*色值和色差ΔE外，还可以测量白度、黄度、同色异谱指数等。

二、工作原理

1.光学系统结构：

标准光源：如LED、氙灯或卤钨灯，用以模拟D65、A等标准照明条件；

光学结构：多采用d/8°积分球或0/45°观测几何，前者更适用于各类表面结构，后者更适用于光泽较高的样品；

分光元件与探测器：通过光栅或滤色片分光，由光电探测器（如硅光电二极管阵列）接收信号，并转换为电信号；

信号处理与数据输出：电信号经过放大、滤波与数字处理后，由内部算法计算出颜色参数，并通过通讯接口（如工业以太网、RS485、模拟量等）输出。

2.颜色测量与色差计算

在线色差仪通常以CIE Lab色空间为基础输出结果。在Lab系统中：

L*表示明度（明暗程度），值越大越亮；

a*表示红绿方向，正值偏红、负值偏绿；

b*表示黄蓝方向，正值偏黄、负值偏蓝。

系统内部会保存一个或多个标准样的Lab值，生产过程中实时测量产品Lab值，并计算两者的差异：

ΔL*=L*样品−L*标准；

Δa*=a*样品−a*标准；

Δb*=b*样品−b*标准。

进而根据选定的色差公式（如ΔE*ab、ΔE94、ΔE00等）计算出总色差ΔE，用于判断颜色是否超出设定公差范围。

3.SCI与SCE模式

通常支持SCI（包含镜面反射光）和SCE（不包含镜面反射光）两种模式，以适应不同光泽表面的需求。对于高光泽涂装件、塑料件，合理选择SCI/SCE，有利于使测量结果更接近实际观感或更聚焦于“材料本色”。

三、主要技术特点

1.高重复性与台间一致性

由于通常承担批量、长期的连续测量任务，重复性和台间一致性至关重要。设备采用双光路设计、高稳定性光源和高分辨率探测器，重复性可做到ΔE*ab≤0.03~0.05，确保长时间运行结果稳定。

2.非接触式测量与适应恶劣工况

在线色差仪多为非接触式，适合测量：高温工件（如刚出烘房的涂装板、玻璃）；潮湿或粘性表面（如湿纸幅、涂布层）；粉末、颗粒、薄膜等不易接触的物料。

同时，仪器外壳通常按工业防护等级设计，防尘、防污、抗振动，部分产品甚至自带冷却或空气吹扫结构，以适应现场环境。

3.多光源与多评价条件

实际应用中，不同客户和使用场景采用不同的观察光源。往往内置多种标准光源条件（如D65、D50、A、F系列、TL84等），并能切换计算结果，以评估同色异谱问题。

4.丰富的软件与接口能力

在线色差仪一般配有专门的上位机软件，可完成：颜色标准管理与批次对比；趋势分析与报表输出；与DCS/MES系统对接，实现统计过程控制（SPC）。接口方面，常见有数字I/O、模拟量输出、工业以太网、Profibus/Profinet等，以便接入自动化控制系统。

四、在典型行业中的应用

1.涂料与卷材涂装

卷材涂料对颜色与光泽的一致性要求。安装在卷材生产线横梁上，可对涂料颜色的连续变化进行实时监测，及时发现色偏问题，并与调色系统形成闭环，减少批次浪费和返工。

2.汽车与家电涂装

在汽车整车或零部件涂装线，可与机器人配合，对车身、保险杠、饰条等关键部位进行多角度测量，提前预警色差和涂层缺陷，从而提升喷漆良率、缩短生产周期。

3.塑料与薄膜

塑料粒子、注塑件及薄膜制品在加工中容易出现色差。可安装在制粒机后、挤出机后或薄膜收卷前，对粒子或薄膜进行连续测量，保障不同批次之间颜色一致，尤其适合家电外壳、汽车内饰件、食品包装膜等高要求场景。

4.纸张与印刷

在造纸和印刷行业，在线颜色测量系统可监测纸张白度、底色以及印刷品的CMYK颜色偏差，确保纸张和印刷品颜色稳定，减少客户投诉与退货。部分2D色度计还能对印刷图案进行区域颜色均匀性评价，实现“全幅面色彩管理”。

5.食品、药品与化妆品

在食品、药品和化妆品领域，消费者往往“以色判质”。可实时监控粉末、膏体、片剂、乳液的颜色变化，为烘焙、咖啡、果蔬制品、彩妆等提供稳定的颜色基准。

在线色差仪是将传统“颜色经验”转化为“颜色数字”的重要工具。它基于分光光度测量原理，通过高稳定性光学系统、智能算法和工业级接口，在生产线上实现颜色实时监控与闭环控制。在汽车、塑料、涂料、印刷、食品等多个行业中，已经成为提升质量、降低成本、增强竞争力的关键装备之一。