ES3060155T3

ES3060155T3 - System, robot and method for measuring the color of an area of a sample or of a vehicle's part

Info

Publication number: ES3060155T3
Application number: ES22702025T
Authority: ES
Inventors: Millan Pere Perez; Afonso Javier Abreu
Original assignee: Fyla Laser S L
Current assignee: Fyla Laser S L
Priority date: 2021-01-19
Filing date: 2022-01-07
Publication date: 2026-03-25
Anticipated expiration: 2042-01-07
Also published as: US20250334510A1; WO2022157590A1; EP4260027A1; KR20230131881A; US20240133803A1; US12385826B2; EP4260027B1; EP4030155A1; EP4260027C0

Abstract

Sistema, robot y método para medir el color de un área de una muestra. El sistema comprende una fuente de luz que emite luz espacialmente coherente con un amplio espectro de longitudes de onda; un sistema óptico para escanear un área de la muestra, parte por parte, con un haz colimado de dicha luz; un espectrómetro óptico para recibir la luz dispersa y medir el espectro óptico de cada parte; y un dispositivo informático. El sistema óptico incluye un colimador y/o está configurado para mantener colimada la luz espacialmente coherente. El sistema está configurado para sincronizar el escaneo del área con el registro de los espectros ópticos de las partes del área, con un tiempo de integración del espectro óptico de cada parte igual a la duración del escaneo. El dispositivo informático determina las coordenadas de color, calcula y analiza el espectro óptico global y calcula los valores tristímulo XYZ. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Sistema, robot y método para medir el color de un área de una muestra o de una parte de un vehículo

[0003] Campo técnico

[0004] La presente invención se dirige, en general, a la medición de color. En particular, la presente invención se refiere a un sistema, a un robot y a un método para medir el color de un área de una muestra. La presente invención también atañe al uso de dicho sistema, robot o método para medir el color de una parte de un vehículo. El vehículo puede ser, por ejemplo, un barco, un avión o un automóvil, tal como un coche, una motocicleta o un autobús y la parte de un vehículo puede ser, por ejemplo, una carrocería de un automóvil, tal como una carrocería de un coche.

[0005] Antecedentes de la invención

[0006] Algunas de las aplicaciones de medición de color más exigentes requieren sistemas y métodos que puedan proporcionar mediciones precisas de color a altas velocidades y a un bajo coste económico. Algunas aplicaciones más exigentes requieren, adicionalmente, medir el color de los objetos desde una distancia y con la capacidad de hacerlo en combinación con otros procesos paralelos, p. ej., los procesos que tienen lugar en una línea de producción de una fábrica. Una gran parte del estado de la técnica disponible en el campo de la medición de color no cumple varias de las exigencias antes mencionadas, porque atañe a sistemas y métodos que, con el propósito de lograr una medición precisa y rápida, requieren el uso de equipos complejos y costosos, así como la existencia de condiciones especiales, p. ej., iluminación ambiental nula o muy baja y/o colocar la muestra en el interior o en contacto con una carcasa especial y/o tocar la muestra con el dispositivo de medición de color, siendo dichas condiciones especiales incompatibles con el contexto en el que debe tomarse la medición de color. De forma similar, determinar con precisión el color de una muestra requiere, a menudo, realizar mediciones multiángulos precisas en dicha muestra, pero tomar dichas mediciones multiángulos desde una distancia, y bajo una fuerte iluminación de la muestra por el ambiente, es un reto.

[0007] El documento de solicitud de patente US 2018/0180480 A1 describe un colorímetro multiángulos que incluye un sistema óptico de iluminación y recepción de luz, un bloque espectroscópico, una unidad de control y una carcasa y describe también que es posible medir el color de una muestra cuyo un color observado cambia de conformidad con una dirección de observación colorimétrica en cada uno de una pluralidad de ángulos de recepción de luz. Sin embargo, el documento US 2018/0180480 A1 también describe que, en el momento de medir el color, una porción de presión de la carcasa se presiona contra la muestra.

[0008] De forma similar, el documento de solicitud de patente US 2006/0109474 A1 describe un colorímetro multiángulos para medir un objeto y el colorímetro incluye un sistema de iluminación, un espejo toroidal, un sistema de detección de luz, un controlador/calculadora y un cuerpo de carcasa que tiene una abertura de medición, en donde la abertura de medición se opone a la superficie de objeto y tiene un perímetro para definir un área de medición predeterminada en la superficie de objeto. En el documento US2008174763 A1 se divulga otro colorímetro.

[0009] Un artículo de A. Ifarraguerri et al. [ref.6] describe un diseño óptico que proyecta energía infrarroja de banda ancha desde una fuente de supercontinuum sobre un objetivo y recoge el retorno retrodispersado, para la identificación de contaminación química en superficies a distancias de hasta decenas de metros. La identificación de la contaminación química en la superficie de una muestra usando radiación infrarroja es una aplicación diferente en comparación con la medición del color de la muestra. Cabe señalar que el artículo de A. Ifarraguerri et al. describe el uso de un espectrómetro FTIR, más específicamente, un interferómetro FTIR, para modular, espectralmente, en primer lugar, la luz infrarroja producida por la fuente de supercontinuum y, a continuación, dirigir la luz infrarroja modulada hacia el objetivo. Sin embargo, usar un espectrómetro FTIR antes de dirigir la luz IR a la muestra añade una complejidad técnica al sistema y reduce la durabilidad y robustez de operación del sistema. Es más, teniendo en cuenta que los interferómetros FTIR son, generalmente, sensibles a las vibraciones mecánicas y otras perturbaciones ambientales y también son, típicamente, voluminosos, su uso en un montaje óptico reduce la compacidad del montaje óptico, movilidad y durabilidad y puede hacer muy difícil integrar tal montaje en una estructura que pueda necesitar ser móvil durante las mediciones. Cabe señalar también que el artículo de A. Ifarraguerri et al. también describe el uso de un muestreador de haz de la luz transmitida modulada (por el interferómetro FTIR) para dirigir esta última a un detector de referencia que mide el espectro transmitido. Esto reduce la intensidad de la luz que se dirige hacia la muestra y, por tanto, reduce la intensidad de la luz retrodispersada que se usa para la medición deseada. Esta reducción de intensidad puede, en última instancia, reducir la relación señal-ruido de la medición de la luz que se dispersa por el objetivo y, por tanto, ir en detrimento de la calidad de dicha medición.

[0010] Por lo anterior, se entiende que se necesitan métodos y sistemas para medir con precisión el color de una muestra desde una distancia y con la capacidad de ofrecer simultáneamente mediciones multiángulos, en donde dichos métodos y sistema no sufren los inconvenientes antes mencionados.

[0011] Descripción de la invención

[0013] La presente invención proporciona un sistema, un robot y un método para medir el color, donde el color se mide de forma remota, en línea o en línea o fuera de línea y en tiempo real, siendo la medición inmune a la luz de iluminación circundante. El sistema y el método no son invasivos: después del análisis, la muestra en estudio permanece no dañada e inalterada (p. ej., no es necesario cortar un trozo de la muestra para medir su color). La invención es adecuada para medir el color de diversos materiales, tales como los textiles, polímeros, materiales orgánicos, plásticos, vidrio, metales, maderas, cerámica y pigmentos (naturales o sintéticos) para pintar o teñir, de entre otros. La invención permite la medición avanzada de color dentro o cerca de las líneas de producción existentes u otras configuraciones complejas. La invención ofrece un sistema que es fácilmente escalable, robusto y puede ser compacto y tener un factor de forma pequeño para ser versátil y portátil. La invención no requiere el uso de equipos muy costosos. La invención permite medir áreas de diferentes tamaños y formas. La invención permite realizar mapeo de color a alta resolución.

[0015] Para ese fin, las realizaciones de la presente invención divulgan un sistema para medir el color de un área de una muestra, que comprende: una fuente de luz configurada para emitir luz para iluminar una muestra; una disposición óptica configurada para recibir dicha luz, emitir y dirigir un haz colimado de dicha luz hacia la muestra que se ubica a una distancia dada y recoger la luz dispersada de dicha muestra tras dicha iluminación, comprendiendo la disposición óptica un dispositivo óptico configurado para cambiar y orientar dinámicamente una dirección de la luz (el haz colimado) hacia la muestra, escaneando, así, un área de la muestra, parte por parte; un espectrómetro óptico configurado para recibir la luz dispersada recogida y registrar un espectro óptico de la luz dispersada para cada parte (escaneada); y un dispositivo informático conectado operativamente al espectrómetro óptico. Parte por parte puede ser línea por línea o punto por punto o mancha por mancha. Preferentemente, el área se escanea iluminando las líneas del área, esto es, se escanea el área línea por línea. La luz dispersada recibida por el espectrómetro óptico puede ser o comprender luz retrodispersada, es decir, la luz que se retrodispersa de la muestra tras la iluminación de la muestra con el haz colimado.

[0017] En el sistema propuesto, la luz emitida por la fuente de luz y emitida y dirigida por la disposición óptica hacia la muestra comprende un espectro de longitudes de onda que se emiten simultáneamente y dicho espectro cubre, continuamente, al menos una banda de longitudes de onda dentro del rango visible, de una primera longitud de onda a una segunda longitud de onda. De manera adicional, la luz emitida por la fuente de luz es espacialmente coherente, al menos para todas las longitudes de onda de la banda de la primera longitud de onda a la segunda longitud de onda. El espectro es lo más preferentemente un espectro amplio y, por ejemplo, un espectro que tiene una anchura superior a 10 nm o 50 nm o 100 nm.

[0019] Puede entenderse que, puesto que el haz colimado dirigido a la muestra es un haz colimado de la luz de banda ancha que emite la fuente de luz, la disposición óptica puede estar configurada para operar sin modular espectralmente la luz que recibe de la fuente de luz y, preferentemente, sin pasar dicha luz y el haz colimado mediante el espectrómetro óptico o cualquier modulador espectral. De manera similar, la disposición óptica está configurada preferentemente para recibir la luz emitida por la fuente de luz y para emitir y dirigir el haz colimado de dicha luz hacia la muestra sin modular espectralmente dicha luz recibida por la fuente de luz y lo más preferentemente sin pasar dicha luz y dicho haz colimado mediante el espectrómetro óptico o cualquier modulador espectral. Por lo tanto, puede entenderse que la disposición óptica está configurada lo más preferentemente para preservar las características espectrales (es decir, las propiedades), en particular, para preservar el perfil espectral, de la luz que recibe de la fuente de luz. Por tanto, en una realización lo más preferida de acuerdo con la invención, el sistema, particularmente, la disposición óptica del sistema, no comprende ningún modulador espectral, p. ej., no comprende ningún interferómetro, mediante el cual la luz emitida por la fuente de luz pasaría antes de alcanzar la muestra. Las ventajas ofrecidas cuando el sistema no modula espectralmente la luz que se dirige a la muestra, son que el sistema es compacto, robusto y no costoso, porque la disposición óptica del sistema no necesita comprender componentes moduladores espectrales que son, generalmente, costosos, complejos, voluminosos y propensos a frenarse y funcionar mal cuando el sistema experimenta vibraciones y cambios ambientales (p. ej., temperatura). Es más, cuando la disposición óptica del sistema no comprende tales componentes moduladores ópticos, puede integrarse fácilmente en una estructura móvil, tal como un robot o un brazo robótico de un robot, para poder tomar mediciones mientras se mueve simultáneamente (usando el robot) la disposición óptica sobre la muestra. De forma importante, cuando la disposición óptica del sistema no comprende un modulador óptico y no modula espectralmente la luz que emite la fuente y se dirige a la muestra, no necesita muestrear dicha luz para hacer la medición y, en particular, no necesita redirigir parte de la luz modulada a un detector de referencia, tal como el detector de referencia del sistema descrito por A. Ifarraguerri et al. Por tanto, el sistema de acuerdo con la presente invención puede operar con el haz colimado que se dirige a la muestra a potencia completa, sin tener que dirigir parte del haz lejos de una muestra y a un detector de referencia y, por tanto, sin tener que reducir la intensidad de la luz retrodispersada ni reducir la relación señal-ruido de la medición tomada con el espectrómetro usando la luz retrodispersada; tales reducciones no deseadas serían globalmente perjudiciales para la medición de color.

[0021] Es más, el sistema está configurado para, cuando el dispositivo óptico escanea el área, sincronizar el escaneo de dicha área con el registro por el espectrómetro óptico de los espectros ópticos de las partes del área. De forma similar, el sistema está configurado para que el registro del espectro óptico de cada parte (cada parte que se escanea) dure un tiempo de integración de espectro óptico igual a la duración del escaneo de dicha parte por el dispositivo óptico. La disposición óptica, para emitir el haz colimado, está configurada para preservar colimada dicha luz espacialmente coherente si o cuando esta última está colimada y/o dicha disposición óptica comprende, además, un colimador para realizar una colimación de la luz espacialmente coherente. Preferentemente, el colimador está ubicado a una distancia específica de un extremo de la fuente de luz. Por lo tanto, la luz espacialmente coherente emitida por la fuente de luz puede o no estar colimada cuando sale de la fuente de luz. De forma similar, dicha luz puede o no colimarse antes de ser recibida por la disposición óptica. Esta última puede preservar una colimación de la luz al tener elementos ópticos que no destruyen dicha colimación. De forma similar, la disposición óptica puede comprender un colimador, como el mencionado anteriormente, para provocar o mejorar una colimación de la luz. De forma similar, opcionalmente, el sistema puede comprender un colimador entre dicha fuente de luz y la disposición óptica, para colimar la luz que va de la fuente a la disposición óptica.

[0022] De acuerdo con lo anterior, se contempla la opción de que la disposición óptica tenga un colimador, p. ej., una lente colimadora o un espejo colimador, ubicado a una distancia (correspondiente a la longitud focal del colimador) de un extremo de la fuente de luz para transformar la luz espacialmente coherente en un haz colimado.

[0023] El dispositivo informático está configurado para determinar las coordenadas de color del área de la muestra en un espacio de color dado, por medio de computar un espectro óptico global a partir de un cálculo estadístico sobre todos o algunos de los espectros ópticos correspondientes a todas o algunas de las partes escaneadas del área y analizando el espectro óptico global, comprendiendo dicho análisis calcular los valores triestímulos XYZ correspondientes a dicho espectro óptico global. Puede entenderse claramente que computar el espectro óptico global implica realizar dicho cálculo estadístico, es decir, computar el espectro óptico global incluye o se hace realizando (por medio de) dicho cálculo estadístico.

[0024] Dicho espectro óptico global puede ser opcionalmente el promedio estadístico (media), mediano o modo, de entre otras cifras estadísticas de mérito, de todos o algunos de los espectros ópticos correspondientes a todas o algunas de las partes escaneadas del área. Preferentemente, dicho espectro óptico global es el espectro óptico promedio (media), calculado sobre todos los espectros ópticos correspondientes a todas las partes escaneadas del área.

[0025] Opcional y preferentemente, la fuente de luz espacialmente coherente es o comprende una fuente de luz de supercontinuum. Opcionalmente, la fuente de luz, p. ej., dicha fuente de luz de supercontinuum opcional, comprende una fibra óptica no lineal o una fibra óptica que está configurada para ser excitada por la luz y emitir supercontinuum. Ventajosamente, esta opción puede permitir, además, tener un compacto, duradero y portátil sistema.

[0026] Opcional y preferentemente, la primera longitud de onda está comprendida en un rango entre 370 nm y 460 nm y la segunda longitud de onda está comprendida en un rango entre 620 nm y 780 nm. En una realización particular, la primera longitud de onda es 430 nm. En otra realización particular, la segunda longitud de onda es 750 nm. En otra realización particular, la primera longitud de onda es 400 nm. En otra realización particular, la segunda longitud de onda es 780 nm. En todavía otra realización particular, la primera longitud de onda es 380 nm y la segunda longitud de onda es 750 nm. Opcionalmente, el control de la primera y segunda longitud de onda puede mejorar la precisión de la medición y/o permitir adaptar el sistema, de acuerdo con el color esperado de una muestra.

[0027] En una realización, el haz colimado tiene una divergencia angular máxima de ángulo completo de 0,46 grados o menos para todas las longitudes de onda de la primera longitud de onda a la segunda longitud de onda. Opcional y preferentemente, dicha divergencia angular máxima de ángulo completo es de entre 0,01 y 0,20 grados para todas las longitudes de onda de la primera longitud de onda a la segunda longitud de onda. Esta opción puede permitir controlar la direccionalidad y el diámetro del haz y puede contribuir a medir con precisión muestras a diversas distancias del sistema.

[0028] En una realización, la disposición óptica comprende el colimador, que es, preferentemente, una lente colimadora y a una distancia del colimador, correspondiendo dicha distancia a una longitud focal del colimador, un diámetro de la sección transversal del haz colimado es 5 mm o menos, particularmente, menos de 2,15 mm, para todas las longitudes de onda de la primera longitud de onda a la segunda longitud de onda, considerándose el diámetro a la anchura 1/e<2>. Esta opción puede contribuir a lograr una alta resolución espacial y una buena relación señal-ruido durante las mediciones.

[0029] En una realización, el diámetro de una sección transversal del haz colimado, para todas las longitudes de onda de la primera longitud de onda a la segunda longitud de onda, es de 10 mm o menos a cualquier distancia de 1 m o menos de un punto en la disposición óptica y/o dicho diámetro es de 100 mm o menos a cualquier distancia de 10 m o menos de dicho punto en la disposición óptica, considerándose el diámetro a la anchura 1/e<2>. Preferentemente, dicho punto está en el colimador cuando (si) la disposición óptica comprende dicho colimador. De forma similar, opcionalmente, dicho punto está en la salida óptica de la disposición óptica, siendo dicha salida óptica un puerto óptico o una abertura o un material o un hueco del que el haz óptico sale de la disposición óptica. De forma similar, opcionalmente, dicho punto está en el dispositivo óptico que está configurado para cambiar y orientar dinámicamente una dirección de la luz. Estas opciones pueden contribuir a mejorar la medición de muestras a diversas distancias, con buena resolución e, incluso, cuando las muestras reciben mucha otra luz del ambiente.

[0031] En una realización, el factor de calidad de haz M<2>del haz colimado, para todas las longitudes de onda de la primera longitud de onda a la segunda longitud de onda, está comprendido en un rango entre 1,0 y 2,0. En una realización particular, tal factor de calidad M<2>es inferior a 1,4. Esta opción puede contribuir a controlar y optimizar la iluminación de la muestra por el sistema.

[0033] En una realización, el brillo del haz colimado, compuesto por todas las longitudes de onda de la primera longitud de onda a la segunda longitud de onda, es de 1 mW/cm<2>o superior a cualquier distancia de 1 m o menos de un punto en la disposición óptica; opcional o complementariamente, dicho brillo es de 0,01 mW/cm<2>o superior a cualquier distancia de 10 m o menos de dicho punto en la disposición óptica, en donde dicho punto está, preferentemente, en el colimador cuando (si) la disposición óptica comprende dicho colimador. En una realización particular, dicho brillo es de 136 mW/cm<2>a una distancia de 1 m de la lente colimadora y de 2,8 mW/cm<2>a una distancia de 10 m de la lente colimadora. Estas opciones pueden contribuir a optimizar la precisión de la medición.

[0035] Opcional y preferentemente, el dispositivo óptico comprende un espejo galvanométrico XY y la disposición óptica incluye, además, un espejo parabólico con un orificio ubicado entre el colimador y el dispositivo óptico. Preferentemente, dicho espejo parabólico está configurado para: permitir el paso de la luz espacialmente coherente hacia el dispositivo óptico mediante el orificio: permitir la recogida y redirección de la luz retrodispersada de la muestra hacia el espectrómetro óptico; impedir el paso hacia el espectrómetro óptico de la luz procedente de la reflexión directa en la muestra. En el caso opcional de que el dispositivo óptico incluya o comprenda dicho espejo parabólico, preferentemente, dicho dispositivo óptico está configurado, además, para redirigir la luz dispersada de la muestra hacia el espejo parabólico, estando este último configurado, además, para redirigir la luz dispersada hacia el espectrómetro óptico. Algunas ventajas importantes de usar la configuración antes mencionada, con el espejo parabólico con el orificio, son que la misma abertura o canal óptico puede usarse tanto para la transmisión del haz colimado como para la recogida de la luz dispersada y que la disposición óptica es compacta, robusta desde el punto de vista operativo y puede hacerse portátil e integrarse en estructuras móviles, tales como, por ejemplo, en un brazo robótico de un robot. Es más, el sistema puede recoger eficazmente la luz dispersada, porque no se requiere alinear canales diferentes para la transmisión del haz colimado y la recogida de la luz dispersada. Es posible tener en el sistema la configuración antes mencionada con el espejo parabólico, porque la disposición óptica del sistema no necesita hacer y, de hecho, preferentemente que no lo hace, modular espectralmente la luz de la fuente óptica para dirigir dicha luz hacia la muestra.

[0037] Un aspecto de la invención atañe a un robot que comprende el sistema de acuerdo con la invención. El robot de acuerdo con la invención comprende, preferentemente, un brazo robótico móvil y la disposición óptica del sistema está en el brazo robótico o en un cabezal robótico que comprende el robot y está en un primer extremo del brazo robótico. Más preferentemente, el cabezal robótico comprende una abertura que está configurada para permitir el paso del haz colimado hacia la muestra y para permitir el paso de la luz dispersada hacia la disposición óptica. Las realizaciones de un robot descritas en el presente documento son equivalentes a las realizaciones respectivas de un sistema, en donde dicho sistema comprende, además, un robot o cualesquiera componentes de las realizaciones de robot descritas en el presente documento. Por tanto, una realización de un sistema comprende un robot o un brazo robótico y la disposición óptica del sistema está en el robot o en el brazo robótico y, preferentemente, en un cabezal robótico del robot que está en un primer extremo del brazo robótico.

[0039] En una realización preferida de un robot de acuerdo con la invención, el sistema comprende el colimador que está conectado a la fuente de luz mediante una primera fibra óptica que está configurada para guiar hacia el colimador la luz emitida por la fuente de luz y el sistema comprende, además, un acoplador que está conectado al espectrómetro óptico mediante una segunda fibra óptica, en donde dicho acoplador está configurado para recoger la luz dispersada (por la muestra) que es recogida y redirigida por el espejo parabólico y la segunda fibra óptica está configurada para guiar hacia el espectrómetro óptico la luz dispersada que es recogida por el acoplador. Más preferentemente, la primera y la segunda fibras ópticas, o partes de las mismas, están dispuestas, p. ej., se extienden, a lo largo de una longitud del brazo robótico. En una realización preferida, la fuente de luz es una fuente de luz de supercontinuum y la primera fibra óptica es parte de la fuente de luz (es decir, la fuente de luz comprende la primera fibra óptica) y dicha primera fibra óptica está configurada para generar la emisión de supercontinuum de la fuente de luz. Opcionalmente, el espectrómetro óptico y la fuente de luz pueden estar fuera o adyacentes al brazo robótico y, preferentemente, estar adyacentes a una base o un segundo extremo del brazo robótico, estando dicho segundo extremo distante del primer extremo del brazo robótico.

[0041] El antes mencionado sistema o robot de acuerdo con la invención o el método descrito más adelante, puede usarse, preferentemente, para medir el color de una parte de un vehículo, p. ej., para medir el color de puntos o áreas específicos o toda la superficie de una carrocería de un coche o de otra parte o componente de un coche o de otro vehículo. En particular, un brazo robótico de acuerdo con la invención puede usarse en una línea de producción o inspección de coches. Es más, un robot o sistema de acuerdo con la invención puede usarse para medir el color de una muestra con una superficie curva, porque un brazo robótico de dicho robot puede configurarse para moverse a través de y sobre la superficie curva. Debe entenderse que el dispositivo óptico de la disposición óptica no es una parte esencial del robot de acuerdo con la presente invención. El propio robot, p. ej., el brazo robótico del robot puede estar configurado para cambiar y orientar dinámicamente una dirección de la luz hacia la muestra, escaneando, así, un área de dicha muestra, parte por parte. Por lo tanto, el dispositivo óptico, o el espejo galvanométrico XY en él, no es necesariamente necesario en el sistema o en un robot que comprende dicho sistema. Por lo tanto, debe entenderse que el espejo galvanométrico XY, o todo el dispositivo óptico que comprende dicho espejo, puede estar ausente. Sin embargo, debe entenderse que tener tanto el dispositivo óptico como el brazo robótico es, particularmente, ventajoso, porque puede permitir usar diferentes medios para dirigir y escanear con precisión el haz colimado hacia y sobre (a través de) la superficie de la muestra.

[0042] Las realizaciones de la presente invención también divulgan un método para medir el color de un área de una muestra. El método comprende emitir luz espacialmente coherente con una fuente de luz para iluminar una muestra ubicada a una distancia dada por una fuente de luz; recibir la luz espacialmente coherente en una disposición óptica ubicada a una distancia de un extremo de la fuente de luz; en la disposición óptica, preservar colimada la luz espacialmente coherente, si esta última está colimada, y/o colimar con un colimador dicha luz espacialmente coherente; emitir y dirigir, por la disposición óptica, un haz colimado de la luz espacialmente coherente hacia la muestra que está ubicada a una distancia dada de la disposición óptica, en donde la luz espacialmente coherente emitida por la fuente de luz y emitida y dirigida por la disposición óptica hacia la muestra comprende un amplio espectro de longitudes de onda que se emiten simultáneamente, en donde el espectro cubre continuamente, al menos, una banda de longitudes de onda dentro del rango visible, de una primera longitud de onda a una segunda longitud de onda, siendo la luz espacialmente coherente, al menos en todas las longitudes de onda de la primera longitud de onda a la segunda longitud de onda; escanear un área de la muestra, parte por parte, por un dispositivo óptico de la disposición óptica que cambia y orienta dinámicamente una dirección del haz colimado dirigido; registrar, por un espectrómetro óptico, un espectro óptico de la luz dispersada recogida de la muestra para cada parte (escaneada); sincronizar el escaneo de dicha área con el registro por el espectrómetro óptico de los espectros ópticos para las partes del área, en donde el registro del espectro óptico de cada parte dura un tiempo de integración de espectro óptico que es igual a la duración del escaneo de dicha parte por el dispositivo óptico; y medir, por un dispositivo informático conectado operativamente al espectrómetro óptico, las coordenadas de color del área de la muestra en un espacio de color dado, por medio de computar un espectro óptico global a partir de un cálculo estadístico sobre todos o algunos de los espectros ópticos correspondientes a todas o algunas de las partes escaneadas del área y analizando (por medio de) el espectro óptico global, comprendiendo dicho análisis calcular los valores triestímulos XYZ correspondientes a dicho espectro óptico global.

[0043] En el método, opcional y preferentemente, la distancia dada de la ubicación de la muestra de la disposición óptica es 0,5 m o superior. Opcionalmente, el método comprende proporcionar la muestra a la distancia dada.

[0044] En una realización, se usa una señal de tensión dependiente del tiempo para realizar dicha sincronización. Preferentemente, dicha señal de tensión se eleva al cuadrado.

[0045] En una realización, la muestra, mientras es iluminada con el haz colimado, recibe, además, otra luz del ambiente. En una realización, el tiempo de integración de espectro óptico se determina escaneando continuamente, por el dispositivo óptico, una porción de un área de una referencia blanca; simultáneamente a dicho escaneo de la porción, registrar, por el espectrómetro óptico, el espectro óptico con diferentes tiempos de integración de espectro óptico, que se incrementan progresiva y discretamente con una cierta diferencia de tiempo constante; y seleccionar, como tiempo de integración de espectro óptico, el tiempo máximo de integración de espectro óptico para el cual el espectro óptico registrado no está saturado en ninguna longitud de onda. Opcional y preferentemente, dicha porción es un perímetro de dicha área de la referencia blanca.

[0046] En una realización, calcular los valores triestímulos XYZ comprende: computar una curva de reflectancia usando el espectro óptico global del área de la muestra, un espectro óptico global de una referencia blanca y un espectro de fondo, preferentemente, "global" siendo "promedio"; multiplicar la curva de reflectancia computada por una curva espectral de iluminante estándar CIE, por una curva espectral de observador estándar CIE y por una constante de normalización. Se observa que el observador estándar CIE se describe por 3 curvas espectrales (funciones) diferentes, es decir, tres curvas espectrales (funciones) de observador estándar CIE, cada una usada distintivamente para el cálculo de X, Y y Z, respectivamente, [ref.4, ref.5].

[0047] En una realización, un ángulo de observación α es igual a 2*θ, donde θ es el ángulo formado entre la dirección de propagación del haz colimado y la dirección normal a la superficie de la muestra y α es el ángulo de observación relativo a la dirección de un componente especular reflejado de la muestra tras la incidencia del haz colimado sobre la superficie de la muestra y el método comprende, además, usar el dispositivo óptico para variar el ángulo de observación α de un primer ángulo de observación que, preferentemente, es 0 hasta un ángulo máximo α<máx>, siendo α<máx>determinado por un ángulo máximo de escaneo que el dispositivo óptico puede proporcionar y midiendo las coordenadas de color para cada uno de una pluralidad de ángulos de observación α del primer ángulo de observación hasta dicho ángulo máximo α<máx>.

[0048] Otras realizaciones que se divulgan en el presente documento también incluyen programas de software para realizar las etapas y operaciones de realización de método resumidas anteriormente y divulgadas en detalle a continuación.

[0049] Más particularmente, un producto de programa de ordenador es una realización que tiene un medio legible por ordenador que incluye instrucciones de programa de ordenador codificadas en el mismo que, cuando se ejecutan en al menos un procesador en un sistema informático, provocan que el procesador realice las operaciones indicadas en el presente documento como realizaciones.

[0051] Breve descripción de los dibujos

[0053] Las anteriores y otras ventajas y características se entenderán más completamente a partir de la siguiente descripción detallada de las realizaciones, con referencia a las figuras adjuntas, que deben considerarse de manera ilustrativa y no limitativa, en las que:

[0055] La Fig.1 ilustra esquemáticamente un sistema para medir el color de un área de una muestra, de acuerdo con una realización de la presente invención.

[0056] La Fig. 2A muestra una explicación gráfica del procedimiento espaciotemporal de sincronización entre escanear muestras y registrar espectros ópticos.

[0057] La Fig. 2B muestra una traza de osciloscopio de un ejemplo de señal de tensión para la sincronización entre el escáner galvanométrico y el espectrómetro óptico.

[0058] Las Figs.3A-E ilustran imágenes y gráficos de las etapas secuenciales en un ejemplo de un procedimiento que se usa para obtener el espectro de reflectancia de un área de una muestra textil, de acuerdo con una realización de la presente invención; en este ejemplo, las coordenadas de color de dicha área se obtienen en el espacio CIE L*ab, iluminante D50, observador 2°.

[0059] La Fig.4A muestra un ejemplo de paleta estándar para referencia de color, donde el cuadrado en la posición F4 se selecciona para la determinación de sus coordenadas de color usando una realización de la presente invención. Las Figs.4B-4G ilustran los espectros medidos y calculados para la determinación de las coordenadas de color de la muestra F4 (un tipo de color verde) de la figura 4A, usando una realización del sistema y método de la presente invención.

[0060] La Fig.5 muestra los espectros medidos y las consiguientes coordenadas de color calculadas y otros parámetros de color en diferentes espacios de color de 2 muestras textiles de diferente tipo e igual área, como se obtiene con una realización de la invención, en donde las coordenadas de color de ambas muestras, calculadas en el espacio CIE L*ab, se posicionan en una representación gráfica del espacio CIE L*ab (ejes L*, a, b) y la diferencia de color entre ambas muestras se representa por valores de ΔL, Δa, Δb y ΔE.

[0061] La Fig.6 muestra imágenes de la luz dispersada por muestras textiles iluminadas por el haz colimado de la fuente de luz de supercontinuum de una realización de la presente invención.

[0062] La Fig.7A describe un caso en donde hay una dependencia de la percepción del color en la orientación relativa entre fuente de iluminación, muestra y observador. La Fig. 7A también muestra un ángulo de reflexión del componente especular θ y ángulo de observación relativo a la dirección del componente especular α.

[0063] La Fig.7B ilustra la utilidad de una realización de la invención actual para obtener las coordenadas de color de una muestra para cada ángulo de observación α de 0 hasta un ángulo máximo α<máx>, siendo a = 2* θ.

[0064] La Fig.7C ilustra las coordenadas de color L*, a* y b* (CIE L*ab) de la muestra de la posición F4 en la paleta de colores mostrada en la Figura 4A, para ángulos de observación α de 0 a 40,4°, medidos con una realización de la invención actual. Iluminante D50, observador 2°.

[0065] La Fig.8 muestra imágenes de muestras de chapas de aluminio recubiertas con diferentes pigmentos de pintura, iluminadas por el haz colimado de la fuente de luz de supercontinuum de una realización de la presente invención. La Fig.9 muestra una realización de un robot de acuerdo con la invención.

[0067] Descripción detallada de las realizaciones preferidas

[0069] La Fig.1 muestra una realización del sistema propuesto para medir el color de un área de una muestra 300. Algunos ejemplos no limitativos de dicha muestra son: un textil, polímero, material orgánico, plástico, vidrio, metal, madera, cerámica, pigmento (natural o sintético), etc. En la realización de la Fig.1, el sistema incluye una fuente de luz 100; una disposición óptica 200; un espectrómetro óptico 400 y un dispositivo informático (no mostrado) con uno o más procesadores y al menos una memoria conectada operativamente al espectrómetro óptico 400.

[0071] La luz emitida por la fuente de luz 100 comprende un amplio espectro de longitudes de onda que se emiten simultáneamente. Respecto a la realización de la Fig. 1, dicho espectro cubre continuamente, al menos, una banda de longitudes de onda dentro del rango visible, de una primera longitud de onda (370 - 460 nm) a una segunda longitud de onda (620 - 780 nm).

[0073] La luz emitida por la fuente de luz 100 es espacialmente coherente, al menos para todas las longitudes de onda de la primera longitud de onda a la segunda longitud de onda. Preferentemente, dicha luz espacialmente coherente se propaga en forma de haz colimado, al menos, asimismo, para todas las longitudes de onda de la primera longitud de onda a la segunda longitud de onda. De conformidad con las definiciones conocidas, por luz espacialmente coherente debe entenderse la luz que tiene un perfil de haz en donde los campos eléctricos en diferentes ubicaciones a través del perfil de haz tienen una relación de fase que es fija y, por tanto, dichos campos eléctricos están correlacionados. La coherencia espacial de la luz permite hacer la luz usada altamente direccional, que, a su vez, facilita minimizar cualesquiera pérdidas ópticas del sistema, así como permitir mediciones robustas de color y, posiblemente, el mapeo de color de alta resolución de la muestra, incluso cuando esta última está lejos del sistema o recibe mucha luz ambiental.

[0075] La luz espacialmente coherente puede tener, preferentemente, un alto grado de coherencia espacial. Se puede determinar el grado de coherencia espacial, por ejemplo, por el módulo del grado complejo de coherencia mutua |γ12

(Δz≅ 0)|, entre pares de puntos 1 y 2 sobre la sección transversal del haz [ref. 1] y medido, por ejemplo, por un interferómetro de fibra óptica o por el método de la doble rendija de Young, como en [ref. 1, ref. 2]. Para la luz espacialmente coherente en el sistema, dicho módulo del grado complejo de coherencia mutua puede estar, preferentemente, por ejemplo, en un rango entre 0,5 y 1,0, preferentemente, entre 0,8 y 1,0, al menos para todas las longitudes de onda de una primera longitud de onda (370 - 460 nm) a una segunda longitud de onda (620 - 780 nm).

[0076] En una realización preferida y también en la realización de la Fig.1, la fuente de luz es una fuente de supercontinuum de fibra óptica, donde la luz de supercontinuum se genera en una fibra óptica y se entrega al extremo de la fuente a través de dicha fibra óptica (101) o a través de otra fibra óptica (101). En tal realización, el extremo de la fuente es el extremo de dicha fibra (101) usado para entregar la luz de la fuente de supercontinuum. En dicha realización preferida, la luz se emite al espacio libre (p. ej., aire) desde tal extremo, que es la interfaz entre la fibra óptica y el espacio libre (p. ej., aire), que puede estar en forma de una interfaz pulida transversal (p. ej., un conector de contacto ultrafísico, UPC) o una interfaz pulida en ángulo (p. ej., un conector pulido en ángulo, APC), de entre otros.

[0078] En dicha realización preferida, el espectro de la luz de supercontinuum cubre continuamente, al menos, una banda de longitudes de onda de una primera longitud de onda (370 - 460 nm) a una segunda longitud de onda (620 - 780 nm). En dicha realización preferida, todas estas longitudes de onda se propagan solo en el modo transversal fundamental de la fibra óptica usada para entregar la luz de supercontinuum al extremo de la fuente de luz. En consecuencia, la luz emitida por la fuente de luz de esta realización es espacialmente coherente, al menos para todas las longitudes de onda de la primera longitud de onda (370 - 460 nm) a la segunda longitud de onda (620 - 780 nm). Desde el extremo de la fuente, todas estas longitudes de onda pueden emitirse simultáneamente al espacio libre.

[0080] Otros ejemplos no limitativos de fuentes de luz que pueden usarse en el sistema propuesto son, de entre otros:

[0081] - Una fuente de luz que comprende un láser de modo bloqueado, tal como, por ejemplo, un láser de modo bloqueado de titanio y zafiro o un láser de modo bloqueado de Yb<3+>o un láser de modo bloqueado de Er<3+>, de entre otros y también comprende un cristal no lineal o una fibra óptica no lineal que se usa para duplicar o triplicar las frecuencias ópticas de emisión infrarroja de la radiación de luz emitida por dicho láser de modo bloqueado. La luz emitida por dicho cristal no lineal o una fibra óptica no lineal puede ser luz espacialmente coherente.

[0082] - Una fuente de luz que comprende un diodo emisor de luz superluminiscente espacialmente coherente, conocido como SLD o SLED.

[0083] - Una fuente de luz que comprende una fuente de luz de banda ancha, tal como una lámpara incandescente, una lámpara halógena o un LED de luz blanca, de entre otros, estando la fuente de luz de banda ancha configurada para emitir luz espacialmente incoherente, comprendiendo también la fuente de luz un pequeño orificio para filtrar espacialmente y transformar dicha luz espacialmente incoherente en luz espacialmente coherente.

[0084] - Una fuente de luz que comprende una fuente de luz de banda ancha, tal como una lámpara incandescente, una lámpara halógena o un LED de luz blanca, de entre otros, estando la fuente de luz de banda ancha configurada para emitir luz espacialmente incoherente, comprendiendo también la fuente de luz una fibra óptica de modo único para transformar dicha luz espacialmente incoherente en luz espacialmente coherente, acoplándose la fuente de luz de banda ancha a la fibra óptica de modo único.

[0085] - Una fuente de luz que comprende un cristal no lineal para generar luz de supercontinuum.

[0087] Todas las fuentes antes mencionadas pueden ser espacialmente coherentes en una amplia banda de longitudes de onda en el rango visible y emitir esas longitudes de onda simultáneamente. La luz emitida por estas fuentes puede propagarse de forma natural en forma de haz colimado o puede transformarse por un colimador, por ejemplo, un colimador que comprenda un espejo de colimación o una lente de colimación o un conjunto de lentes de colimación, en un haz colimado. Una fuente de luz puede comprender opcionalmente un colimador.

[0089] Opcionalmente, para los casos donde la fuente de luz no emite de forma natural en forma de haz colimado, la disposición óptica 200, como en el caso de la realización de la Fig. 1, comprende un colimador 205 adaptado para transformar la luz espacialmente coherente en un haz colimado. En una realización, la disposición óptica tiene un colimador y este último está colocado a una distancia del extremo de la fuente, correspondiendo dicha distancia a la longitud focal del colimador. En una realización preferida, donde la fuente de luz es una fuente de supercontinuum de fibra óptica, tal colimador se coloca a una distancia del extremo de la fuente correspondiente a la longitud focal del colimador, dicha distancia medida en la dirección del eje de propagación de la fibra óptica que entrega la luz de supercontinuum al extremo de la fuente.

[0091] El haz colimado puede tener una divergencia angular de ángulo completo de 0,46 grados o menos para todas las longitudes de onda de la primera longitud de onda a la segunda longitud de onda. En una realización particular, la citada divergencia angular de ángulo completo está entre 0,01 y 0,20 grados para todas las longitudes de onda de 430 a 780 nm. De forma similar, opcionalmente, el diámetro de una sección transversal del haz colimado, para todas las longitudes de onda de la primera longitud de onda a la segunda longitud de onda, puede ser de 5 mm o menos a una distancia del colimador 205 correspondiente a una longitud focal del colimador 205 y en donde el diámetro se considera como la anchura 1/e<2>del haz, es decir, la distancia entre los puntos laterales de la sección transversal del haz desde el punto central de intensidad óptica máxima de la sección transversal del haz donde la intensidad óptica es 1/e<2>veces tal intensidad óptica máxima. En una realización particular, el diámetro citado a una distancia del colimador 205, correspondiente a una longitud focal del colimador 205, está entre 2,1 mm y 2,15 mm para todas las longitudes de onda de 430 a 780 nm.

[0093] Complementaria o alternativamente, el diámetro de una sección transversal del haz colimado, para todas las longitudes de onda de la primera longitud de onda a la segunda longitud de onda, puede ser de 10 mm o menos a cualquier distancia de 1 m o menos de un punto en la disposición óptica 200 y/o de 100 mm o menos a cualquier distancia de 10 m o menos de dicho punto en la disposición óptica 200, en donde dicho punto en la disposición óptica está, preferentemente, en el colimador 205, cuando/si la disposición óptica 200 comprende dicho colimador 205 y en donde el diámetro se considera como la anchura 1/e<2>del haz, es decir, la distancia entre los puntos laterales de la sección transversal del haz desde el punto central de intensidad óptica máxima de la sección transversal del haz donde la intensidad óptica es 1/e<2>veces tal intensidad óptica máxima. En una realización particular, donde la disposición óptica comprende un colimador 205, el diámetro citado está entre 2,1 mm y 5,3 mm a una distancia de 1 m del colimador, para todas las longitudes de onda de 430 a 780 nm y el diámetro citado está entre 5 mm y 37 mm para todas las longitudes de onda de 430 a 780 nm a una distancia de 10 m del colimador.

[0095] En consecuencia, en una realización particular, donde el sistema comprende un colimador, el diámetro a la anchura 1/e<2>de la sección transversal del haz de luz que incide sobre una muestra colocada a una distancia de 1 m o menos de un colimador es de 10 mm o menos para todas las longitudes de onda de la primera longitud de onda a la segunda longitud de onda y el diámetro a la anchura 1/e<2>del haz de luz que incide sobre una muestra, colocada a una distancia de 10 m o menos del colimador, es de 100 mm o menos para todas las longitudes de onda de la primera longitud de onda a la segunda longitud de onda. En una realización particular, donde el sistema comprende un colimador, el diámetro citado está entre 2,1 mm y 5,3 mm a una distancia de 1 m del colimador 205, preferentemente, para todas las longitudes de onda de 430 a 780 nm y el diámetro citado está entre 5 mm y 37 mm, preferentemente, para todas las longitudes de onda de 430 a 780 nm, a una distancia de 10 m del colimador 205. Con un propósito ilustrativo, la Figura 6 muestra imágenes de la luz dispersada por muestras textiles cuando son iluminadas por el haz colimado de la fuente de luz de supercontinuum de una realización de la presente invención. En los ejemplos relacionados con las imágenes de la Fig.6, el valor del diámetro (a 1/e<2>) de la sección transversal del haz que incide sobre las muestras es de entre 2,1 y 5,3 mm para todas las longitudes de onda de 430 a 780 nm y la distancia de las muestras de la lente colimadora es de entre 0,95 y 1 m para todas las posiciones del haz en cada muestra.

[0097] La resolución espacial del sistema, entendiéndose dicha resolución espacial como el área mínima de una muestra de la que el sistema es capaz de proporcionar coordenadas de color y discriminarlas de las coordenadas de color de un área adyacente de la misma magnitud, puede suponerse que es el área del haz de luz que incide sobre la muestra correspondiente al diámetro de haz a una anchura 1/e<2>. En consecuencia, dicha resolución espacial puede ser 78,6 mm<2>o menos para cualquier muestra colocada a una distancia de 1 m o menos de un punto en o dentro de la disposición óptica o puede ser de 78,6 cm<2>o menos para cualquier muestra colocada a una distancia de 10 m o menos de un punto en o dentro de la disposición óptica. En una realización particular, donde la disposición óptica tiene un colimador, tal resolución espacial es de 22,1 mm<2>a una distancia de 1 m del colimador y de 10,7 cm<2>a una distancia de 10 m del colimador.

[0099] La divergencia angular completa y el diámetro del haz colimado pueden tener valores diferentes, si se miden en diferentes direcciones del plano de la sección transversal del haz. Este puede ser el caso, por ejemplo, para un haz que tiene una sección transversal de forma elíptica. Por tanto, en la presente invención, preferentemente, la divergencia angular completa del haz es la divergencia angular completa máxima del haz de entre las medidas en todas las direcciones del plano de la sección transversal del haz. De forma similar, en la presente invención, preferentemente, el diámetro del haz es el diámetro máximo del haz de entre los medidos en todas las direcciones del plano de la sección transversal del haz. En el caso opcional y preferido de un haz con una sección transversal de forma circular, la divergencia angular y el diámetro del haz son iguales en todas las direcciones del plano de la sección transversal del haz.

[0101] Opcionalmente, el factor de calidad de haz M<2>del haz colimado, para todas las longitudes de onda de la primera longitud de onda a la segunda longitud de onda, está comprendido en un rango entre 1,0 y 2,0, siendo 1,0 el valor de M<2>para un haz gaussiano limitado por difracción y el valor mínimo físicamente posible de M<2>por definición, de acuerdo con el estándar ISO 11146 (2005) [ref.3]. Preferentemente, dicho factor de calidad M<2>es inferior a 1,4 para todas las longitudes de onda de la primera longitud de onda a la segunda longitud de onda. Opcional y preferentemente, el brillo del haz colimado, compuesto por todas las longitudes de onda de la primera longitud de onda a la segunda longitud de onda, es de 1 mW/cm<2>o superior a cualquier distancia de 1 m o menos de un punto de la disposición óptica y/o de 0,01 mW/cm<2>o superior a cualquier distancia de 10 m o menos de dicho punto de la disposición óptica, estando dicho punto, preferentemente, en el colimador, cuando la disposición óptica comprende dicho colimador. En una realización particular, en donde la disposición óptica comprende un colimador, tal brillo es de 136 mW/cm<2>a una distancia de 1 m de la lente colimadora y de 2,8 mW/cm<2>a una distancia de 10 m de la lente colimadora.

[0102] Al mismo tiempo que la muestra 300 es iluminada por el haz colimado, la muestra 300 puede ser iluminada por luz ambiental o no iluminada en absoluto. A diferencia de los sistemas convencionales, configurados para medir el color de un área usando espectrofotómetros (donde debe evitarse la luz ambiental para obtener una medición adecuada del color), en el sistema de la presente invención, la medición del color es inmune a la iluminación simultánea de la luz ambiental (de este modo, la medición puede hacerse en espacios abiertos a la iluminación circundante). Una razón que contribuye a esto es el alto brillo opcional del haz que incide sobre la muestra, en general, mucho mayor que el brillo de la iluminación ambiental incidente sobre la muestra. Por otra parte, ventajosamente, la disposición óptica 200 está diseñada, preferentemente, para recoger, principalmente, la luz que se dispersa de la muestra en la misma dirección de la dirección de propagación del haz colimado y de signo opuesto (luz retrodispersada). Por lo tanto, la cantidad de luz dispersada de la muestra recogida por el espectrómetro que genera la iluminación circundante es desdeñable y no influye en la medición de color. En una realización, dicho efecto se confirma, experimentalmente, cuando el brillo del haz colimado que incide sobre la muestra es 3 órdenes de magnitud superior o más que el brillo de la iluminación circundante que incide sobre la muestra.

[0104] Haciendo referencia de nuevo a la explicación de la Fig. 1, la disposición óptica 200 también incluye un espejo parabólico 202 con un orificio (no mostrado) y un dispositivo óptico 203, tal como un espejo galvanométrico XY, que se ubica entre el espejo parabólico 202 y la muestra 300. El espejo parabólico 202 permite el paso de la luz espacialmente coherente hacia el dispositivo óptico 203 mediante el orificio, permite la recogida y redirección de la luz dispersada de la muestra 300 hacia el espectrómetro óptico 400 e impide el paso hacia el espectrómetro óptico 400 de la luz procedente de la reflexión directa en la muestra. Impidiendo dicho paso hacia el espectrómetro óptico 400 de la luz procedente de la reflexión directa en la muestra, la relación señal-ruido y, de este modo, la calidad de las mediciones se mejoran. Es más, el uso del espejo parabólico con el orificio y la disposición óptica 200, como se muestra en la Fig. 1, ventajosamente, hace que el sistema sea compacto, no complejo, no caro, robusto y fácil de integrar en una estructura móvil que puede permitir mover la disposición óptica durante y/o entre las mediciones. Es más, ventajas adicionales de usar la antes mencionada disposición óptica, con el espejo parabólico con el orificio, son que la misma abertura o canal óptico puede usarse tanto para la transmisión del haz colimado como la recogida de la luz dispersada y que el sistema puede recoger eficazmente la luz dispersada, porque no se requiere alinear canales diferentes para la transmisión del haz colimado y la recogida de la luz dispersada.

[0106] El dispositivo óptico 203 está configurado para cambiar y orientar dinámicamente una dirección del haz colimado hacia la muestra 300 realizando un escaneo de un área de la muestra 300, parte por parte, preferentemente, línea por línea, para redirigir la luz dispersada de la muestra 300 hacia el espejo parabólico 202 y para redirigir, además, la luz dispersada hacia el espectrómetro óptico 400.

[0108] Como ya se ha referido, preferentemente, se escanea línea por línea un área de la muestra 300. Una descripción más completa de dicho proceso de escaneo línea por línea en una realización es como sigue: como se ilustra en la Figura 2A (lado derecho de la figura), el haz colimado se orienta dinámicamente con el dispositivo óptico 203 para impactar secuencialmente en diferentes puntos de la muestra. En la Figura 2A (lado derecho de la figura), se representan las posiciones de dichos puntos sobre la muestra con sus correspondientes coordenadas (x, y). Secuencialmente, el haz se orienta de una posición (x<0>, y<0>) hasta una posición (x<0>+ L<x>, y<0>). Esto se entiende como el escaneo de una primera línea de longitud L<x>. A continuación, el haz se orienta secuencialmente de una posición (x<0>, y<1>) hasta una posición (x<0>+ L<x>, y<1>), realizando el escaneo de una segunda línea. Progresivamente, continuando este procedimiento, la muestra se escanea con otras líneas (cada una de un número arbitrario n), de una posición (x<0>, y<n>) hasta una posición (x<0>+ L<x>, y<n>), hasta que un área completa de la muestra, de lados de longitudes L<x>y L<y>, se escanea.

[0110] Opcionalmente, dicho escaneo de un área puede realizarse escaneando solo una única línea. En la práctica, escanear una línea puede realizarse iluminando un único punto o mancha de la muestra, porque la sección transversal de haz o mancha tiene un tamaño finito. Por lo tanto, el área mínima que puede escanearse puede ser el área de la sección transversal del haz que incide sobre la muestra, que correspondería a la resolución espacial del sistema, como se ha descrito anteriormente.

[0112] El espectrómetro óptico 400 está configurado para medir un espectro óptico de la luz dispersada para cada parte escaneada del área.

[0114] El dispositivo informático pone en marcha/implementa uno o más algoritmos que determinan las coordenadas de color del área de la muestra 300 en un espacio de color dado, computando un espectro óptico global que, preferentemente, es un espectro óptico promedio. Para hacerlo, preferentemente, se promedian todos los espectros ópticos correspondientes a todas las partes escaneadas y se calculan los valores triestímulos XYZ correspondientes al espectro óptico promedio. Opcionalmente, el sistema puede determinar las coordenadas de color a partir de una única parte escaneada o iluminada de la muestra.

[0116] Por lo tanto, el sistema propuesto mide el color usando una fuente de iluminación colimada espacialmente coherente que permite la iluminación localizada a largas distancias, apuntando (o dirigiendo) la luz iluminadora con el citado dispositivo óptico 203, que, en una realización particular, se compone de un par de espejos galvanométricos móviles x, y, pero puede ser, de otro modo, un espejo poligonal rotatorio, un deflector acústico-óptico o un deflector electroóptico basado en la propagación de la luz en un cristal no lineal, de entre otros. De este modo, es posible escanear grandes áreas de una muestra 300 con el dispositivo óptico 203 a velocidad rápida. En el sistema propuesto, tal área puede estar en el rango, por ejemplo, de 22 mm<2>a 2,25 m<2>(p. ej., un área cuadrada de 1,5 m x 1,5 m). El tiempo total de escaneo de tal área puede estar en el rango, por ejemplo, de 0,1 ms y 1000 s.

[0118] Para medir el color de un área dada de la muestra 300, el escaneo de dicha área se sincroniza con el registro por el espectrómetro óptico (400) de los espectros ópticos de las partes del área y el registro del espectro óptico de cada parte dura un tiempo de integración de espectro óptico que es igual a la duración del escaneo de dicha parte por el dispositivo óptico 203. El área se escanea parte por parte, como se ha descrito anteriormente. Para cada parte, el espectrómetro 400 registra un espectro que corresponde a la luz dispersada recogida durante el tiempo que tarda el dispositivo óptico 203 en escanear tal parte (es decir, el tiempo de integración de espectrómetro para registrar un espectro coincide con el tiempo de escaneo de una parte). Preferentemente, durante el tiempo que tarda el dispositivo óptico 203 en moverse hasta el primer punto de la siguiente parte para ser escaneada, llamado tiempo de vuelo, el espectrómetro 400 permanece pasivo. Cuando se escanea la siguiente parte, el espectrómetro 400 registra un nuevo espectro y así sucesivamente hasta que cada parte del área escaneada tenga un espectro correspondiente registrado por el espectrómetro 400.

[0120] La Figura 2A ilustra una explicación gráfica de un ejemplo no limitativo del procedimiento de sincronización entre escanear muestras y registrar espectros ópticos en una realización donde el área se escanea línea por línea y dicho ejemplo es como sigue: se usa una señal de tensión elevada al cuadrado (representada como función del tiempo en el lado izquierdo (arriba) de la Figura 2A) para sincronizar los tiempos de escaneo y registro de espectro. Esta señal de tensión alimenta, simultáneamente, el puerto de entrada de sincronización del dispositivo óptico 203 y el puerto de entrada de sincronización del espectrómetro 400. Cuando la señal cambia de tensión de estado bajo, V<L>, a tensión de estado alto, V<H>, (evento de disparo de subida), el movimiento del dispositivo óptico 203 para escanear una línea y el registro de espectro comienzan simultáneamente. Este evento de disparo de subida se produce en el tiempo t<n>para cada línea de escaneo de número arbitrario n, de n=0 hasta n=N. Durante el estado alto de la señal (tiempo de integración T<H>), el dispositivo óptico 203 escanea una línea sobre la muestra, del punto (x<0>, y<n>) hasta el punto (x<0>+ L<x>, y<n>) y el espectrómetro 400 registra un espectro n, integrando la señal fotodetectada producida por toda la luz retrodispersada recogida durante el tiempo de integración T<H>. Cuando la señal cambia de tensión de estado alto a tensión de estado bajo (evento de disparo de caída), comienza el movimiento del dispositivo óptico 203 para trasladar el haz colimado al primer punto de la línea siguiente y el espectrómetro 400 detiene el registro de espectro. Durante el estado bajo de la señal (tiempo de vuelo T<L>), el dispositivo óptico 203 traslada el haz colimado al primer punto de la línea siguiente y el espectrómetro 400 permanece pasivo. Este procedimiento se repite secuencialmente hasta que se escanean todas las líneas del área de n=0 hasta n=N y se registra un espectro n para cada línea n. Un dispositivo informático conectado operativamente con el espectrómetro realiza un cálculo estadístico, calculando, así, un espectro global, usando todos o unos pocos de los espectros correspondientes a todas las líneas y, preferentemente, dicho dispositivo informático calcula un espectro promedio promediando todos los espectros correspondientes a todas las líneas.

[0122] La Fig.2B muestra una traza de osciloscopio de un ejemplo de señal de tensión para la sincronización entre un escáner galvanométrico y un espectrómetro óptico en una realización de la presente invención, donde el tiempo de integración T<H>es 11,93 milisegundos y el tiempo de vuelo T<L>es 571,3 microsegundos.

[0124] En una realización, con el propósito de calcular el color de la muestra 300, se miden: el espectro de luz dispersada de la muestra 300 y también el espectro de luz dispersada de una referencia blanca. De este modo, en una realización, se realiza el procedimiento explicado anteriormente para obtener el espectro promedio de la luz retrodispersada de un área de la muestra 300 y también para obtener el espectro promedio de la luz retrodispersada de una referencia blanca. Lo más preferentemente, la referencia blanca se coloca a la misma distancia del sistema, como la muestra 300. De forma similar, lo más preferentemente, el área escaneada de la referencia blanca es de la misma magnitud que el área escaneada de la muestra. Preferentemente, la referencia blanca se mide antes de medir la muestra.

[0125] La mayor precisión en la determinación del color se obtiene en el caso preferido de que se aproveche el rango dinámico completo del espectrómetro 400, cuando se registran los espectros de la referencia blanca y de la muestra 300. Este rango dinámico completo puede obtenerse cuando el tiempo de integración del espectrómetro para registrar un espectro óptico se ajusta para que sea igual al tiempo máximo de integración de espectro óptico para el que la respuesta de espectrómetro y, por lo tanto, el espectro óptico registrado, no está saturada en ninguna longitud de onda. En una realización del método propuesto, se determina el tiempo máximo de integración de espectro óptico antes de la saturación, como sigue: el dispositivo óptico 203 está configurado/programado para escanear continuamente una porción, preferentemente un perímetro, de un área de una referencia blanca (como se ilustra en la Figura 3A). Simultáneamente, el espectrómetro 400 está configurado/programado para registrar espectros con diferentes tiempos de integración, que se incrementan progresiva y discretamente con una cierta diferencia de tiempo constante. El máximo de estos tiempos de integración para el que su correspondiente espectro registrado no está saturado en ninguna longitud de onda se ajusta como el tiempo de integración para el registro de los espectros de referencia y de los espectros de muestra y se ajusta correspondientemente como el tiempo en tensión de estado alto de la señal de sincronización entre el escáner y el espectrómetro (tiempo de integración T<H>), referido anteriormente e ilustrado en la figura 2A. Esta determinación del tiempo de integración se hace con la referencia blanca, porque esta última dispersará una mayor proporción de intensidad que la muestra 300, de este modo, el espectrómetro 400 no estará saturado por la luz dispersada de la muestra 300, si no está saturado por la luz dispersada de la referencia blanca, siempre que el tiempo de integración sea el mismo para ambos casos.

[0127] El tiempo de integración requerido T<H>, determinado como se ha referido anteriormente, puede disminuir con el brillo del haz colimado. Como ejemplo, el tiempo de integración T<H>puede ser inversamente proporcional al brillo del haz colimado. Como ejemplo, en una realización, donde un tiempo de integración T<H>es de 1622,48 ms para un brillo del haz colimado de 1 mW/cm<2>(dicho brillo compuesto por todas las longitudes de onda de 430 a 780 nm y medido a una distancia de 1 m de un colimador 205), dicho tiempo de integración T<H>es de 11,93 ms para un valor de dicho brillo de 136 mW/cm<2>.

[0129] En una realización, los valores triestímulos XYZ se calculan realizando las siguientes etapas:

[0131] - Etapa 1. Medición de espectros:

[0133] ∘ Medición del espectro de un área de la referencia blanca, obtenido con el procedimiento sincrónico explicado anteriormente.

[0134] ∘ Medición del espectro del fondo, registrado durante el tiempo de integración T<H>determinado, como se ha explicado anteriormente. El fondo es el ruido registrado por el espectrómetro que se produce por la luz ambiental detectada y/o por el ruido eléctrico intrínseco del espectrómetro. El espectro de fondo se registra teniendo el haz colimado de iluminación apagado o bloqueado (p. ej., con un obturador electromecánico que, opcionalmente, comprende el sistema) en un punto que está en la fuente de luz o entre la fuente de luz y la muestra o entre el dispositivo óptico 203 y la fuente de luz.

[0135] ∘ Medición del espectro de un área de la muestra 300, obtenido con el procedimiento sincrónico explicado anteriormente. El área de la muestra y el área de la referencia blanca son iguales y se colocan a la misma distancia del extremo de la fuente de iluminación.

[0137] - Etapa 2. Cálculo de la curva de reflectancia del área de la muestra 300: En el presente documento, la curva de reflectancia R(λ) se considera que es un espectro que representa, en porcentaje (%), la cantidad de luz reflejada por el área de la muestra 300 en cada longitud de onda λ, conteniendo dicha luz reflejada la luz dispersada del área de la muestra y también el componente especular reflejado del área de la muestra, si/cuando dicho componente especular está presente. El dispositivo informático calcula la curva de reflectancia del área de la muestra 300 como sigue:

[0140]

[0143] donde W(λ) es el espectro del área de la referencia blanca, I(λ) es el espectro del área de la muestra y B(λ) es el espectro del fondo, medido como se ha referido anteriormente, todos expresados en las mismas unidades (p. ej., recuentos de espectrómetros, potencia óptica o densidad espectral de potencia, entre otras).

[0144] - Etapa 3: Cálculo de los valores triestímulos X, Y, Z: a partir de la curva de reflectancia del área de la muestra 300, los valores triestímulos X, Y y Z de dicha área de la muestra 300 son calculados por el dispositivo informático usando las siguientes expresiones estándar, establecidas por la CIE - Comisión Internacional de Iluminación [ref.

[0145] 4, ref.5]:

[0148]

[0151] donde S(λ) es el espectro normalizado de un iluminante estándar CIE (es decir, el espectro teórico de un tipo de fuente de luz establecido como estándar por la CIE). Ejemplos de iluminantes estándar CIE son A - incandescente, D65 - luz diurna y F2 - fluorescente, de entre otros. x(λ), y(λ), z(λ) son las respuestas espectrales triestímulos de un observador estándar CIE, que representan cómo ve el color una persona promedio en todo el espectro visible. Las diferentes respuestas estándar CIE para x(λ), y(λ), z(λ) se conocen como Observador 2° (CIE 1931) y Observador 10° (CIE 1964). λ<1>y λ<2>corresponden a una primera longitud de onda (que está en el rango, preferentemente, de 370 a 460 nm) y a una segunda longitud de onda (que está en el rango, preferentemente, de 620 a 780 nm), respectivamente. k es una constante de normalización.

[0153] Los valores X, Y, Z relacionados con la reflectancia del área de la referencia blanca, llamada X<n>, Y<n>, Z<n>, se calculan, asimismo, con las ecuaciones anteriores usando el mismo iluminante estándar CIE y el mismo observador estándar CIE o, alternativamente, pueden considerarse como propiedades dadas o predeterminadas de las referencias blancas.

[0154] - Etapa 4: Cálculo de las coordenadas de color en un espacio de color, tal como CIEXYZ, CIE L*a*b*; CIE L*Ch o HUNTER Lab, de entre otros. Como ejemplo, en el caso del espacio CIE L*a*b*, las coordenadas L*, a* y b* del área de la muestra son calculadas por el dispositivo informático, usando las siguientes expresiones:

[0157]

[0160] Las Figs.3A-E ilustran un ejemplo del procedimiento para obtener las coordenadas de color de un área de una muestra textil, como se ha descrito anteriormente. Dicho ejemplo atañe a una realización en donde la disposición óptica comprende un colimador, espejos galvanométricos y un obturador electromecánico. En dicho ejemplo, la muestra es iluminada por el haz colimado de una fuente de supercontinuum de fibra óptica, que, en el rango visible, emite simultáneamente una banda de longitudes de onda de 430 a 780 nm. En dicho ejemplo, los espectros ópticos se registran por un espectrómetro óptico comercial, modelo OCEAN-HDX-VIS-NIR, de la empresa Oceanlnsight. En dicho ejemplo se consideran los siguientes parámetros: área de la muestra: 10x10 cm<2>; distancia de la muestra de la lente colimadora: en el rango de 0,95 a 1 m para todas las posiciones del haz en el área de la muestra; rango de espectro visible: 430-780 nm; brillo del haz colimado (compuesto por todas las longitudes de onda de 430 a 780 nm) a una distancia de 1 m de la lente colimadora: 136 mW/cm<2>; tiempo de integración de espectro, T<H>: 11,93 ms; tiempo de vuelo, T<L>: 0,57 ms; número de líneas escaneadas: 50; tiempo de escaneo del área total: 0,62 s. En el mismo ejemplo, el dispositivo informático está configurado para determinar las coordenadas de color del área de la muestra para iluminantes estándar CIE A, B, D50, D65, F2; observadores estándar CIE 2° y 10°; espacios de coordenadas de color estándar CIEXYZ, CIEL*ab; CIEL*Ch; HUNTERLab; y para determinar los índices estándar ASTM E313 de blancura y amarillez;

[0161] en primer lugar, el perímetro, como se muestra en la Fig.3A, del área de una referencia blanca textil se ilumina para la determinación del tiempo de integración de espectro T<H>, lo que resulta en un valor de T<H>= 11,93 ms. A continuación, en el mismo ejemplo, el área de la referencia blanca se escanea línea por línea, como se ilustra en la Fig.3B (donde se muestran 7 líneas de un total de 50). El tiempo para realizar el escaneo completo de cada línea corresponde al tiempo de integración T<H>de 11,93 ms y el tiempo de vuelo T<L>(tiempo que tardan los espejos de galvanómetro de escaneo en trasladar el haz colimado del último punto de una línea hasta el primer punto de la siguiente línea) es de 0,57 ms. Simultáneamente, en el mismo ejemplo, el espectrómetro registra un espectro para cada línea de escaneo. A continuación, en el ejemplo, el haz de iluminación se bloquea con un obturador electromecánico colocado entre el colimador y los espejos galvanométricos y se registra el espectro de fondo (Fig. 3C). A continuación, el área de la muestra textil de la que deben obtenerse las coordenadas de color se escanea línea por línea, como se ilustra en la Fig. 3D (donde se muestran 7 líneas de un total de 50). En este ejemplo, condiciones de tiempo de integración T<H>, tiempo de vuelo T<L>, número de líneas, área de la muestra y posición de la muestra relativa al extremo del colimador y a los espejos galvanométricos son los mismos que en el procedimiento de escaneo anterior de la referencia blanca. Simultáneamente, en el ejemplo, el espectrómetro registra un espectro para cada línea de escaneo. A continuación, en el ejemplo, el dispositivo informático calcula el espectro promedio de las 50 líneas de la referencia blanca y el espectro promedio de las 50 líneas de la muestra textil. Finalmente, siguiendo las ecuaciones ec. 1- ec. 4a, 4b, 4c referidas anteriormente, en el ejemplo, el dispositivo informático calcula una curva de reflectancia (Fig.3E) y, a partir de dicha curva de reflectancia, calcula las coordenadas de color del área de la muestra. En el caso ilustrado en la Fig. 3E, dichas coordenadas de color se calculan en el espacio de color CIE L*a*b, para iluminante D50 y observador 2°, siendo L* = 41,31, a* = -10,39, b* = -15,80.

[0163] Para evaluar más la utilidad de la presente invención para determinar coordenadas de color de áreas de muestras hechas de materiales arbitrarios, se ha seguido el procedimiento explicado anteriormente para calcular las coordenadas de color de las muestras estándar usadas por la Industria para el sistema de referencia de colores. Como ejemplo, la Fig. 4A muestra una paleta estándar para el sistema de referencia de colores, de cuadrados de colores hechos de un material sintético recubierto de pintura semibrillante, modelo ColorChecker Digital SG, Edición de julio de 2019, suministrado por la empresa X-Rite. El cuadrado de color de dicha paleta en la posición F4 (de color verde) ha sido seleccionado para la determinación de sus coordenadas de color usando la presente invención. Se ha usado el mismo procedimiento de medición explicado para la muestra textil de la Fig.3, considerando, en este caso, como referencia blanca, el cuadrado coloreado en la posición F1 de la paleta y los siguientes parámetros: área de la muestra: 13x13 mm<2>; distancia de la muestra de la lente colimadora: en el rango de 0,95 a 1 m para todas las posiciones del haz en el área de la muestra; rango de espectro visible: 430-780 nm; tiempo de integración de espectro, T<H>: 1,55 ms; tiempo de vuelo, T<L>: 0,07 ms; número de líneas: 6; tiempo de escaneo del área total: 9,72 ms. Las Figs.4B-4G ilustran espectros medidos y calculados de dicho procedimiento, donde la Fig.4B es un espectro de referencia blanca, la Fig.

[0164] 4C es un espectro de fondo, la Fig.4D es un espectro de la muestra, la Fig.4E es un espectro calculado resultante de restar el espectro de fondo del espectro de la muestra y la Fig.4F es un espectro calculado resultante de restar el espectro de fondo del espectro de referencia blanca. A partir del espectro de reflectancia obtenido (Fig.4G), para un ángulo de observación α = 0° (el significado del ángulo de observación α se explica más adelante en el texto), las coordenadas de color del cuadrado coloreado F4 en el espacio de color CIE L*a*b*, iluminante D50, observador 2°, se calculan como L* = 94,2, a* = - 6,11, b* = 5,55.

[0166] En algunas realizaciones, el espectro de referencia puede ser un espectro óptico global de referencia. Este último se calcula, preferentemente, de forma similar a calcular el espectro óptico global de la muestra. Por lo tanto, en una realización, el método aplicado, para calcular el espectro óptico global del área de la muestra, se aplica en una muestra de referencia, p. ej., en una muestra de referencia blanca, para calcular un espectro óptico global de referencia.

[0167] La utilidad de la invención referida en el presente documento para medir el color de áreas de muestras puede aplicarse a múltiples propósitos, tales como la inspección de calidad en los procesos de fabricación, desarrollo de materiales de pintura, clasificación industrial, inspección de material para reciclado u ordenación, de entre otros. Particularmente, en la Fig.5, se ilustra un ejemplo del uso de la presente invención para discriminar muestras en función de su diferencia de color. Esta última muestra los espectros medidos y las consiguientes coordenadas de color calculadas y otros parámetros de color en diferentes espacios de color de 2 muestras textiles de diferente tipo y de igual área (muestras de las referencias M1 y M2, respectivamente). En el ejemplo de la Fig.5, las coordenadas de color de ambas muestras se calculan en la CIE L*a*b*; CIE L*Ch y HUNTER Lab. Asimismo, se calcula el parámetro ASTM E313 de amarillez para ambas muestras. Particularmente, sus coordenadas de color, calculadas en el espacio CIE L*ab, se posicionan en una representación gráfica del espacio CIE L*ab (ejes L*, a, b). En el ejemplo, la diferencia de color entre ambas

[0168] muestras está representada por valores de ΔL, Δa, Δb y ΔE, donde . Debe aclararse que la notación de los parámetros L*, a*, b* y ΔE* a lo largo de todo el presente texto y las figuras se pueden referir, igualmente, como L, a, b y ΔE, respectivamente (sin el símbolo *). Los términos "Blanco" y "Oscuro" en la Fig. 5 hacen referencia a "referencia blanca" y "fondo", respectivamente.

[0170] La Figura 6 muestra imágenes de la luz dispersada por muestras textiles cuando son iluminadas por el haz colimado de la fuente de luz de supercontinuum de una realización de la presente invención, en donde, en dicha realización, la disposición óptica comprende un colimador y el diámetro de sección transversal de haz (1/e<2>) en las muestras está entre 2,1 y 5,3 mm para todas las longitudes de onda de 430 a 780 nm. En la misma realización, la distancia de las muestras de la lente colimadora está entre 0,95 y 1 m para todas las posiciones del haz en la muestra. De izquierda a derecha en la Fig.6: 1) incidencia estática del haz sobre una muestra textil de referencia blanca; 2) incidencia dinámica del haz sobre la misma muestra textil de referencia blanca, escaneando una línea de 10 cm de longitud durante un tiempo (tiempo de integración T<H>) de 11,93 ms; 3) incidencia estática del haz sobre una muestra textil sometida a ensayo (para obtener sus coordenadas de color); 4) incidencia dinámica del haz sobre la misma muestra textil sometida a ensayo, escaneando una línea de 10 cm de longitud durante un tiempo (tiempo de integración T<H>) de 11,93 ms.

[0171] Con respecto a la Fig.7, en ella se muestra cómo el sistema propuesto permite la medición multiángulos de color (es decir, el sistema ofrece la capacidad de medir el color en diferentes ángulos de observación).

[0173] Como se sabe, el color de una muestra percibido por un observador puede depender de la orientación relativa entre fuente de iluminación, muestra y observador. La misma muestra, iluminada por la misma fuente de luz y observada por el mismo observador, puede percibirse como que es de diferente color de una observación a otra, si el ángulo de incidencia y/o el ángulo de observación de la dirección normal hasta la muestra cambia(n) de una observación a otra. Este efecto puede ser, particularmente, relevante en el caso de muestras parcialmente reflectantes, donde el componente especular de la luz reflejada por la muestra puede ocultar el color "real" de la muestra. La Figura 7A ilustra este efecto, donde θ es el ángulo de incidencia de la luz (es decir, ángulo formado entre la dirección de propagación de la luz de iluminación y la dirección normal al plano de muestra). El ángulo de reflexión del componente especular es igual a θ, mientras que la luz dispersada de la muestra se propaga en todas las direcciones. La luz difundida lleva información del color "real" de la muestra. Por tanto, para percibir el color "real" de la muestra, el observador debería moverse, preferentemente, lejos de la dirección θ y moverse a un ángulo α (ángulo de observación relativo a la dirección del componente especular). Cuanto mayor sea α, menos intensidad de componente especular recibe el observador.

[0175] En los sistemas estándar conocidos para medir el color, la fuente de iluminación y el observador están situados a θ = 0° y α = 45°, respectivamente, (configuración 0/45), para minimizar el efecto del componente especular. Estos sistemas, sin embargo, pierden la valiosa información de los valores de color percibidos en otros ángulos de observación, que es altamente apreciada en diferentes sectores industriales, como el automóvil. Los sistemas que ofrecen la capacidad de medir el color en diferentes ángulos de observación se llaman "multiángulos". En los sistemas multiángulos conocidos para medir el color, el número de ángulos de observación es discreto y limitado, requieren varias fuentes de iluminación colocadas en diferentes posiciones y varios receptores colocados en diferentes posiciones. Por otra parte, el área de iluminación en los sistemas conocidos es de pocos cm<2>.

[0177] Por el contrario, como se ilustra en la Fig.7B, el sistema de la presente invención para medir el color de un área de una muestra puede ser un sistema multiángulos que puede proporcionar una plétora de ángulos de observación, preferentemente, variados continuamente, usando, preferentemente, una única fuente de iluminación colocada en una única posición y un único receptor colocado en una única posición. Por otra parte, el área de iluminación en el presente sistema, obtenida escaneando la muestra parte por parte con el haz colimado, preferentemente, puede seleccionarse de ser pocos mm<2>(el tamaño de la sección transversal del haz, p. ej., 22 mm<2>, para un diámetro de 5,3 mm) a ser más de 1 m<2>(p. ej., 100 líneas de > 1 m de longitud con etapas de distancia entre sí de > 1 cm).

[0179] En la realización descrita en la Fig. 7B, se usa una única fuente de luz fija y hay un único observador fijo (el espectrómetro 400/ojo). En la Fig.7B, el dispositivo óptico 203 (p. ej., dos espejos de galvanómetro x-y) puede orientar el haz de luz de iluminación con un ángulo de incidencia θ, equivalente al ángulo θ de la Fig.7A, que puede variarse libremente por la tensión aplicada en el dispositivo óptico 203. En la realización de la Fig.7B, la óptica de recogida del sistema propuesto puede recoger la luz retrodispersada de la muestra 300, es decir, la luz que es dispersada por la muestra 300 en la dirección que es opuesta a la dirección del haz de luz de iluminación y redirigirla hacia el observador, siempre en la misma dirección, independientemente del ángulo de incidencia θ. Por lo tanto, en la realización de la Fig. 7B, el ángulo de observación α es siempre igual a 2*θ y puede variarse libre y continuamente por la tensión aplicada en el dispositivo óptico 203, de 0° hasta un ángulo máximo α<máx>. Teóricamente, α<máx>es 180°, pero, prácticamente, α<máx>se determina por el ángulo máximo de escaneo que, técnicamente, puede proporcionar el dispositivo óptico 300 (±0,42 rad en un caso particular, donde se usa un sistema galvo<©>SCANLAB 7 mm kit de escaneo AIO, de este modo, teniendo un ángulo completo de 0,84 rad, θ<máx>= 48,1°, α<máx>= 96,2°). Particularmente, cuando θ es 22,5°, α es 45°, que es equivalente a la configuración 0/45 de los sistemas estándar, donde el observador se mueve lejos 45° del componente especular.

[0181] Como ejemplo de medición de color multiángulos, la Fig.7C ilustra las coordenadas de color de la muestra cuadrada coloreada en la posición F4 de la paleta de colores mostrada en la Figura 4A, para ángulos de observación α de 0 a 40,4°, medidos con una realización de la invención actual. Dichas coordenadas de color en la Fig.7C son coordenadas L*, a* y b* del espacio de color CIE L*a*b*, iluminante D50 y observador 2°. Para la medición de la Fig. 7C, se han considerado los siguientes parámetros: área escaneada de la muestra: 13x13 mm<2>; distancia de la muestra de la lente colimadora: superior a 0,95 m para todas las posiciones del haz en el área escaneada de la muestra; rango de espectro visible: 430-780 nm; tiempo de integración de espectro, T<H>: 1,55 ms; tiempo de vuelo, T<L>: 0,07 ms; número de líneas escaneadas: 6; tiempo de escaneo del área total: 9,72 ms. Con el propósito de más claridad, debe entenderse que el ángulo de observación α representado en los gráficos de la Fig.7C es el ángulo de observación α correspondiente a una incidencia del haz colimado en el punto central del área escaneada de la muestra cuadrada coloreada.

[0183] Para ilustrar otro ejemplo del uso de la presente invención para discriminar muestras en función de su diferencia de color, la Fig.8 muestra imágenes de muestras de chapas de aluminio recubiertas con diferentes pigmentos de pintura, iluminadas por el haz colimado de la fuente de luz de supercontinuum de una realización de la presente invención. La Tabla I recoge, a continuación, las coordenadas de color de las muestras de la Fig.8, medidas con el sistema y método de la presente invención, para un ángulo de observación α de 60°, para 2 muestras diferentes de cada tipo de recubrimiento. También se calcula la diferencia de color entre cada par de muestras y se representa en la Tabla I por valores de ΔL*, Δa*, Δb* y ΔE. Las coordenadas de color en este ejemplo son las coordenadas L*, a* y b* del espacio de color CIE L*a*b*, iluminante D50 y observador 2°. La medición en el ejemplo que atañe a la Fig.8 se hace en una configuración estática (el haz colimado se mantiene en la misma dirección durante la medición de un único espectro), que es equivalente a una configuración dinámica, donde el área de la muestra es escaneada por solo una única línea, donde dicha línea está formada por solo un único punto/mancha (de tamaño finito). De este modo, en lo que atañe a la Fig. 8, el área de la muestra corresponde al área de la sección transversal del haz en la muestra: 22,1 mm<2>; la distancia de la muestra de la lente colimadora está entre 0,99 y 1 m; el rango de espectro visible de la fuente es 430-780 nm; el tiempo de integración de espectro T<H>del espectro único registrado es 0,63 ms. Las coordenadas de color de la Tabla I se calculan a partir de dicho espectro único registrado.

[0184] Tabla I

[0186]

[0189] La Fig.9 muestra una realización de un robot de acuerdo con la invención. En la Fig.9, el robot comprende un brazo robótico 500 que es móvil y tiene un cabezal robótico 600 en un primer extremo del brazo robótico. Como se muestra en la Fig. 9, el sistema comprende una disposición óptica 200 que es similar a la de la realización de la Fig. 1 y comprende el colimador 205, el dispositivo óptico 203 y el espejo parabólico 202 que tiene un orificio que es un orificio coaxial. La Fig. 9 muestra que, en el cabezal robótico, hay un colimador 205 que está conectado a la fuente óptica 100 mediante una primera fibra óptica 701, el dispositivo óptico 203, que es, como en la realización de la Fig. 1, el espejo parabólico 202 con el orificio coaxial, un acoplador 209 configurado para acoplar la luz dispersada recogida a una segunda fibra óptica. En la realización de la Fig.9, el espejo parabólico 202 está configurado para permitir el paso de la luz espacialmente coherente del colimador 205 hacia el dispositivo óptico 203 mediante el orificio, así como para permitir la recogida y redirección de la luz dispersada de la muestra hacia el acoplador 209 y, por tanto, mediante el acoplador 209 y la segunda fibra óptica 702 hacia el espectrómetro óptico 400. La primera fibra óptica 701 del sistema de la Fig.9 está configurada para guiar la luz hasta el colimador. Esta primera fibra óptica 701 puede ser parte de la fuente de luz 100. La segunda fibra óptica 702, en la realización de la Fig. 9, está configurada para guiar dicha luz dispersada acoplada del acoplador 209 hacia el espectrómetro óptico 400. Como se muestra en la Fig.9, partes de la primera y segunda fibras ópticas 701, 702 pueden correr a lo largo del brazo robótico 500. La realización de la Fig.9 puede usarse para medir el color de un área de una muestra de una carrocería de un coche o de un componente de un coche. Por tanto, la realización de la Fig.9 puede ser parte de una línea de inspección o producción de coches o componentes de coches. Como se muestra en la Fig.9, el cabezal robótico 600 puede comprender una abertura 601 configurada para permitir el paso del haz colimado hacia la muestra y para permitir el paso de la luz dispersada hacia la disposición óptica. De forma similar, el cabezal robótico puede encerrar la disposición óptica del sistema. Por lo tanto, el cabezal robótico con la abertura puede permitir, ventajosamente, proteger la disposición óptica para que no se dañe.

[0191] El alcance de la presente invención se define en el siguiente conjunto de reivindicaciones.

[0193] Referencias de no patentes

[0195] [ref. 1] C. K. Hitzenberger, M. Danner, W. Drexler y A. F. Fercher, "Measurement of the spatial coherence of superluminescent diodes", Journal of Modern Optics, 46:12, 1763-1774 (1999).

[0196] [ref. 2] K. Saastamoinen, J. Tervo, J. Turunen, P. Vahimaa y A. T. Friberg, "Spatial coherence measurement of polychromatic light with modified Young's interferometer", Optics Express, 21:4, 4061-4071 (2013).

[0197] [ref.3] Estándar ISO 11146, "Lasers and laser-related equipment - Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios" (2005)

[0198] [ref. 4] COLORIMETRÍA - PARTE 3: VALORES TRIESTÍMULOS CIE, ISO/CIE 11664-3:2019(E) http://cie.co.at/publications/colorimetry-part-3-cie-tristimulus-values-2

[0199] [ref.5] Espacio de color CIE 1931, artículo en Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/CIE 1931 espacio de color [ref. 6] A. Ifarraquerri, N. Convers Wyeth, B. Gorin, "Optical design for an active standoff spectrometer with a broadband source", Optical Engineering, vol.59 (9), 092006 (2020)

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Un sistema para medir el color de un área de una muestra, que comprende:

una fuente de luz (100) configurada para emitir luz para iluminar una muestra (300);

una disposición óptica (200) configurada para recibir dicha luz, para emitir y dirigir un haz colimado de dicha luz hacia la muestra (300) ubicada a una distancia dada y para recoger la luz dispersada de dicha muestra (300) tras dicha iluminación, comprendiendo la disposición óptica (200) un dispositivo óptico (203) configurado para cambiar y orientar dinámicamente una dirección de la luz hacia la muestra (300), escaneando, así, un área de dicha muestra (300), parte por parte;

un espectrómetro óptico (400) configurado para recibir la luz difundida recogida y para registrar un espectro óptico de la luz difundida para cada parte; y

un dispositivo informático conectado operativamente al espectrómetro óptico (400);

en donde:

la fuente de luz (100) está configurada para emitir luz que comprende un amplio espectro de longitudes de onda que se emiten simultáneamente, dicha luz es dirigida por la disposición óptica (200) hacia la muestra (300) y dicho amplio espectro cubre, continuamente, al menos una banda de longitudes de onda dentro del rango visible, de una primera longitud de onda a una segunda longitud de onda;

la disposición óptica (200) está configurada para preservar un perfil espectral de la luz que recibe de la fuente de luz (100) y para operar sin modular espectralmente dicha luz y dicha disposición óptica (200) no comprende ningún componente interferométrico o modulador espectral mediante el cual pasaría la fuente de luz antes de alcanzar la muestra (300), por lo que el perfil espectral de la luz emitida se preserva a lo largo de todo el recorrido óptico hasta la muestra (300);

siendo la luz emitida por la fuente de luz (100) espacialmente coherente, al menos para todas las longitudes de onda de la banda de la primera longitud de onda a la segunda longitud de onda;

la disposición óptica (200), para emitir el haz colimado, está configurada para preservar colimada dicha luz espacialmente coherente, si esta última está colimada, o dicha disposición óptica (200) comprende, además, un colimador (205) para realizar una colimación de la luz espacialmente coherente;

en donde el sistema está configurado para, cuando el dispositivo óptico escanea el área, sincronizar el escaneo de dicha área con el registro por el espectrómetro óptico (400) de los espectros ópticos para las partes del área y para que el registro del espectro óptico de cada parte dure un tiempo de integración de espectro óptico que es igual a la duración del escaneo de dicha parte por el dispositivo óptico (203);

el dispositivo informático está configurado para determinar las coordenadas de color del área de la muestra (300) en un espacio de color dado, por medio de computar un espectro óptico global a partir de un cálculo estadístico sobre todos o algunos de los espectros ópticos correspondientes a todas o algunas de las partes escaneadas del área y analizando el espectro óptico global, comprendiendo dicho análisis calcular los valores triestímulos XYZ correspondientes a dicho espectro óptico global;

y en donde la primera longitud de onda está comprendida en un rango entre 370 nm y 460 nm y la segunda longitud de onda está comprendida en un rango entre 620 nm y 780 nm.

2. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el haz colimado tiene una divergencia angular de ángulo completo de 0,46 grados o menos, preferentemente, de entre 0,01 y 0,20 grados, para todas las longitudes de onda de la primera longitud de onda a la segunda longitud de onda.

3. Un sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la fuente de luz es una fuente de luz de supercontinuum.

4. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde un diámetro de una sección transversal del haz colimado, para todas las longitudes de onda de la primera longitud de onda a la segunda longitud de onda, es de 10 mm o menos a cualquier distancia de 1 m o menos de un punto en la disposición óptica (200) o de 100 mm o menos a cualquier distancia de 10 m o menos de dicho punto en la disposición óptica (200), considerándose el diámetro a la anchura 1/e<2>, estando dicho punto, preferentemente, en el colimador (205) cuando la disposición óptica (200) comprende dicho colimador (205).

5. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde un brillo del haz colimado, compuesto por todas las longitudes de onda de la primera longitud de onda a la segunda longitud de onda, es de 1 mW/cm<2>o superior a cualquier distancia de 1 m o menos de un punto en la disposición óptica (200) o de 0,01 mW/cm<2>o superior a cualquier distancia de 10 m o menos de dicho punto en la disposición óptica (200), estando dicho punto, preferentemente, en el colimador (205) cuando la disposición óptica (200) comprende dicho colimador (205).

6. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo óptico (203) comprende un espejo galvanométrico XY y en donde la disposición óptica (200) comprende, además, un espejo parabólico (202) con un orificio ubicado entre el colimador (205) y el dispositivo óptico (203), estando dicho espejo parabólico (202) configurado para permitir el paso de la luz espacialmente coherente hacia el dispositivo óptico (203)

mediante el orificio, así como para permitir la recogida y redirección de la luz dispersada de la muestra (300) hacia el espectrómetro óptico (400) y para impedir el paso hacia el espectrómetro óptico (400) de la luz procedente de la reflexión directa en la muestra, en donde el dispositivo óptico está configurado, además, para redirigir la luz dispersada de la muestra (300) hacia el espejo parabólico (202), estando este último configurado, además, para redirigir la luz dispersada hacia el espectrómetro óptico (400).

7. Un robot que comprende un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

8. Un robot de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el robot comprende un brazo robótico móvil (500) y la disposición óptica (200) del sistema está en el brazo robótico (500) o en un cabezal robótico (600) que comprende el robot y está en un extremo del brazo robótico (500).

9. Un método para medir el color de un área de una muestra, que comprende:

emitir luz espacialmente coherente con una fuente de luz (100) para iluminar una muestra (300) ubicada a una distancia dada por la fuente de luz;

recibir la luz espacialmente coherente en una disposición óptica (200) ubicada a una distancia de un extremo de la fuente de luz (100);

en la disposición óptica (200), preservar colimada la luz espacialmente coherente, si esta última está colimada, o colimar con un colimador (205) dicha luz espacialmente coherente;

emitir y dirigir, por la disposición óptica (200), un haz colimado de la luz espacialmente coherente hacia la muestra (300) que está ubicada a una distancia dada de la disposición óptica, en donde la luz espacialmente coherente emitida por la fuente de luz (100) comprende un amplio espectro de longitudes de onda que se emiten simultáneamente y dicha luz es dirigida por la disposición óptica (200) hacia la muestra (300), en donde el espectro cubre continuamente, al menos, una banda de longitudes de onda dentro del rango visible, de una primera longitud de onda a una segunda longitud de onda, siendo la luz espacialmente coherente, al menos en todas las longitudes de onda de la primera longitud de onda a la segunda longitud de onda, en donde la disposición óptica (200) está configurada para preservar un perfil espectral de la luz que recibe de la fuente de luz (100) y para operar sin modular espectralmente dicha luz y en donde dicha disposición óptica (200) no comprende ningún componente interferométrico o modulador espectral mediante el cual pasaría la fuente de luz antes de alcanzar la muestra (300), por lo que el perfil espectral de la luz emitida se preserva a lo largo de todo el recorrido óptico hasta la muestra (300);

escanear un área de la muestra (300), parte por parte, por un dispositivo óptico (203) de la disposición óptica (200) que cambia y orienta dinámicamente una dirección del haz colimado dirigido;

registrar, por un espectrómetro óptico (400), un espectro óptico de la luz dispersada recogida de la muestra (300) para cada parte;

sincronizar el escaneo de dicha área con el registro por el espectrómetro óptico (400) de los espectros ópticos para las partes del área, en donde el registro del espectro óptico de cada parte dura un tiempo de integración de espectro óptico que es igual a la duración del escaneo de dicha parte por el dispositivo óptico (203);

medir, por un dispositivo informático conectado operativamente al espectrómetro óptico (400), las coordenadas de color del área de la muestra (300) en un espacio de color dado por medio de computar un espectro óptico global a partir de un cálculo estadístico sobre todos o algunos de los espectros ópticos correspondientes a todas o algunas de las partes escaneadas del área y analizando el espectro óptico global, comprendiendo dicho análisis calcular los valores triestímulos XYZ correspondientes a dicho espectro óptico global;

en donde la primera longitud de onda está comprendida en un rango entre 370 nm y 460 nm y la segunda longitud de onda está comprendida en un rango entre 620 nm y 780 nm.

10. Un método de acuerdo con la reivindicación 9, en donde se usa una señal de tensión dependiente del tiempo para realizar dicha sincronización.

11. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9-10, en donde la muestra, mientras se ilumina con el haz colimado, recibe, además, otra luz del ambiente.

12. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9-11, en donde el tiempo de integración de espectro óptico se determina realizando las siguientes etapas:

- escanear continuamente, por el dispositivo óptico (203), una porción de un área de una referencia blanca; - simultáneamente a dicho escaneo de la porción, registrar, por el espectrómetro óptico (400), el espectro óptico con diferentes tiempos de integración de espectro óptico, que se incrementan progresiva y discretamente con una cierta diferencia de tiempo constante; y

- seleccionar como tiempo de integración de espectro óptico el tiempo máximo de integración de espectro óptico para el cual el espectro óptico registrado no está saturado en ninguna longitud de onda.

13. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9-12, en donde los valores triestímulos XYZ se calculan por:

- computar una curva de reflectancia usando el espectro óptico global del área de la muestra, un espectro óptico global de referencia de una referencia blanca y un espectro de fondo;

- multiplicar la curva de reflectancia computada por una curva espectral de iluminante estándar CIE, por una curva espectral de observador estándar CIE y por una constante de normalización.

14. Uso de un robot de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, para medir un color de una carrocería de un vehículo o de otro componente del vehículo.