FI74545B - Anordning foer maetning av optiska egenskaper hos papper. - Google Patents

Description

1 74545

LAITE PAPERIN OPTISTEN OMINAISUUKSIEN MITTAAMISEKSI - APPARAT FÖR MÄTNING AV OPTISKA EGENSKAPER HOS PAPPER

Keksinnön kohteena on laite paperin optisten 5 ominaisuuksien mittaamiseksi, kuten on määritelty patent tivaatimuksen 1 johdanto-osassa.

Nykyisin paperin optisista ominaisuuksista mitataan tavallisimmin ulkonäköä kuvaavia suureita, väriä, valkoisuutta ja kiiltoa sekä painettavalle pape-10 rille tärkeitä suureita, opasiteettia ja läpikuultavuut-ta.

Patenttihakemuksesta FI 820597 on tunnettua mitata paperin väri mittaamalla näytteestä sironneen valon koko optinen spektri askeleittain. Edelleen patent-15 ti julkaisussa US 4 319 847 sironneen valon käsittely-laitteistossa on käytetty hilaa ja detektorina diodi-matriisia paperinäytteiden optisten ominaisuuksien mittaamiseksi.

Nykyisten laitteiden kalibrointi on kuitenkin 20 hankalaa ja epävarmaa ja tästä johtuen virheet ovat yleisiä. Lisäksi värikoordinaatteja määritettäessä käytetään yleisesti kolmea suodatinta ja luetaan näin erotettuja aallonpituuksia vastaavat arvot. Käytet-··· taessa suotimia pyritään siihen, että suotimien ja 25 detektorien päästökäyrien yhteinen muoto vastaa mahdollisimman tarkoin C.I.E-määritelmän Χ,Υ,Ζ käyrien muotoa siten, että lopulliset X,Y ja Z-komponentit saadaan yksillä vakiokertoimilla mittaustuloksista. Värin määritelmä edellyttää kuitenkin koko näkyvän aallonpituus-30 alueen tarkastelua, jolloin tällaisilla laitteilla - saadut tulokset eivät tarkasti vastaa todellisuutta.

Keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin laite, joka poistaa nykyisten paperin optisia ominaisuuksia mittaavien laitteiden epäkohtia. Edelleen keksinnön 35 tarkoituksena on tuoda esiin laite, joka on helposti kalibroitavissa ja helppokäyttöinen. Edelleen keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin laite, joka on helposti 2 74545 kalibroitavissa ja helppokäyttöinen. Edelleen keksinnön tarkoituksena on tudoa esiin laite, jonka avulla mitataan näytteestä tulevan valon koko spektrin.

Keksinnön tarkoitus saavutetaan laitteella, 5 jolle on pääasiassa tunnusomaista se, mitä on esitetty vaatimusosassa.

Keksinnön mukaan taustalevy, johon valonlähteestä tuleva valo on kohdistettu, on järjestetty liikutettavaksi rungon suhteen ja varustettu elimin optisten 10 ominaisuuksien mittausta ja laitteen kalibrointia varten ja sironneen valon käsittelylaitteistoon kuuluu hila ja ainakin yksi rajoitin, joka on sijoitettu detektorin ja hilan välille detektorin välittömään läheisyyteen ja järjestetty liikutettavaksi detektorin kanssa 15 spektrin alueella, jolloin detektori on järjestetty mittaamaan askelittain valon spektrin halutun levyisten osien intensiteettiä halutulla tiheydellä. Tällainen laite voidaan helposti kalibroida ja paperin eri optiset ominaisuudet voidaan mitata yksinkertaisesti. Samalla 20 laitteella mitataan sironneen valon eri aallonpituuksien intensiteettien arvot valon spektrin alueelta, jolloin tulokset ovat mahdollisimman tarkoin C.I.E.-standardin mukaisia.

Keksinnön mukaan hilan ja detektorin väliin 25 on sijoitettu edullisesti linssi spektrin tarkentamiseksi, jolloin polttotasoon muodostuu eri aallonpituuksia vastaavat polttopisteet. Tällöin detektoria liikutetaan polttotasolla ja sen välittömässä läheisyydessä, jolloin detektori mittaa tähän polttotasoon muodostuvien 30 eri kulmissa tulevien aallonpituusryhmien polttopiste-rivin (spektrin) arvoja. Detektorin rajoitin on varustettu halutun levyisellä, edullisesti mahdollisimman kapealla, raolla. Rako toimii kaistanpäästösuotimena, toisin sanoen päästökaista kapenee, kun rakoa pienen-35 netään.

Eräässä keksinnön edullisessa sovellutusmuodos-sa laitteeseen kuuluu kaksi hilan ja detektorin väliin

II

74545 detektorin läheisyyteen järjestettyä raolla varustettua, rajoittamina toimivaa levyä. Asettamalla kaksi saman-levyistä rakoa sarjaan, parannetaan suotimen reunajyrk-kyyttä. Reunajyrkkyys riippuu tällöin myös rakojen 5 välisestä etäisyydestä. Tällaisessa laitteessa liikutetaan detektoria levyineen kaarevaa rataa pitkin poltto-tason mukaisesti.

Keksinnön mukaan laitteeseen kuuluu edullisesti linssit sironneen valon kokoamiseksi ja keskittämiseksi 10 sekä reikälevy, joka on sijoitettu siten, että reikä-levyn reikä on jälkimmäisen linssin polttopisteen kohdalla. Paperinäytteestä siroamalla säteilevän valon spektrin tarkkaa muodostamista varten mitattava valo kootaan mahdollisimman tarkasti koko kohteen valaistulta 15 alueelta ja keskitetään uudelleen mahdollisimman pieneksi pisteeksi linssin avulla. Mitä pienempi piste saadaan aikaan, sitä tarkempi spektri saadaan mitattua. Linsseillä aikaansaadun valopisteen kohdalle sijoitettu reikä-levyn reikä muodostaa kohdetta edustavan, uudelleen 20 muodostetun säteilylähteen, josta kaikki valonsäteet lähtevät samasta keskitetystä pisteestä ja tasosta. Tämä on tärkeää valon myöhempää käsittelyä varten. Tällainen mitattavaa valoa kokoava ja uudelleen keskittävä optiikka on intensiteettihyötysuhteen kannalta mahdollisimman 25 edullinen. Lisäksi mitattava valo kootaan kohtisuoraan kohteen (paperin) tasoa vastaan. Tässä kulmassa suoraan heijastuneen valon osuus on mahdollisimman pieni.

Laitteeseen kuuluu keksinnön mukaisesti edullisesti koilimaattori, joka on sijoitettu siten, että 30 sen polttopiste on reikälevyn reijän kohdalla ja joka on järjestetty ohjaamaan reijän kautta säteilevän valon yhdensuuntaisina säteinä hilalle. Optiselle hilalle tulevan valon on oltava tarkoin yhdensuuntaista koko hilan hyötypinta-alalla. Koilimaaattori kokoaa reijän 35 kautta säteilevän valoenergian ja ohjaa sen hilalle yhdensuuntaisina säteinä.

Seuraavaksi keksintöä selvitetään tarkemmin 4 74545 viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää erästä sovellutusta keksinnön mukaisesta laitteesta sivulta katsottuna osittain poik-kileikattuna, 5 kuva 2 esittää erästä keksinnön mukaisen lait teen taustalevyä päältä katsottuna, ja kuva 3 esittää kuvan 1 mukaista laitetta suunnasta III - III katsottuna.

Kuvassa 1 esitettyyn laitteeseen kuuluu runko 10 1 ja rungon sisälle sijoitetut mittaus-, kalibrointe ja seurantalaitteet. Runkoon on järjestetty aukot paperin tuomiseksi laitteeseen ja poistamiseksi laitteesta. Paperinäytettä voidaan kuljettaa laitteessa laitteen omien kul jetinlaitteiden avulla tai laite voi toimia 15 testauslaitteiston osana, jolloin paperia kuljetetaan tämän laitteiston kuljettimel la. Laitteen toimintoja seurataan automaattisesti sinänsä tunnetuilla tavoilla tietokoneen avustamana ja tulokset tulostetaan joko laitteen omalla tulostimella tai testauslaitteiston 20 tulostimella.

Laitteeseen kuuluu taustalevy 2, joka on järjestetty rungon suhteen liikutettavaksi, valonlähde 3 sekä taustalevyn ja valonlähteen väliin sijoitetut linssit 4, 5. Lampun valokaaren säteilykeskiö on sijoi-25 tettu siten, että se on kokoojalinssin 4 polttopisteessä. Kootut valonsäteet ovat linssin 4 takana yhdensuuntaisia ja ne vastaanotetaan lissillä 5, joka kohdistaa ne edelleen taustalevy1le tai paperinäytteelle.

Taustalevylle tai paperinäytteelle osuva valo 30 heijastuu, siroaa ja menee näytteen läpi. Heijastuneen valon mittaamista varten laitteeseen kuuluu kaksi sivu-detektoria 6, 7, joista toinen detektori 6 on sijoitettu valolähteen luonnolliseen heijastuskulmaan 45° ja toinen detektori 7 90° kulmaan sivulle hei jastuskulmaan 45° 35 paperin tasoon nähden. Molemmat valodiodit on varustettu reikäputke 1 la , jolla valitaan detektorille tulokulma ja vaimennus.

Il 5 74545

Taustalevy 2 on pyöreälevy, jota liikutetaan akselin 24 varassa moottorin 25 avulla. Taustalevy1 le on sijoitettu yhtäsuuren välimatkan päähän levyn keskipisteestä kalibrointi- ja mittauselimenä toimivat peili 5 17, musta taustaosa 18, levyn läpi järjestetty aukko 19, valkoinen taustaosa 20 sekä levyn läpi järjestetty mustaseinäinen aukko 21. Aukon 19 pohjalle on sijoitettu detektori 8, joka mittaa paperin läpimenneen valon intensiteettiä. Laitteen ollessa mittaus- tai kalibroin-10 tiasennossa on taustalevy järjestetty siten, että kyseinen kalibrointi- tai mittauselin on tällöin linssin 5 polttopisteen kohdalla. Taustalevyn toimintaa selvitetään tarkemmin myöhemmin.

Sironneen valon kokoamiseksi ja keskittämiseksi 15 laitteeseen kuuluu linssit 9, 10, jotka on sijoitettu linssin 5 polttopisteen yläpuolelle. Linssin 9 avulla mitattava valo kootaan ja linssin takana valonsäteet ovat yhdensuuntaisia. Linssi 10 vastaanottaa valon ja keskittää sen polttopisteeseen. Laitteeseen kuuluu 20 reikälevy 11, joka on sijoitettu siten, että reikälevyn 11 reikä 23 on linssin 10 polttopisteen kohdalla. Reijan halkaisija on noin 1 mm tai pienempi.

Reijän 23 kautta säteilevän valon kokoamiseksi laitteeseen kuuluu ko11imaattori 12, joka muodostuu 25 koi limointilinssiryhmästä, jossa on kaksi kaksiosaista objektiivilinssiä peräkkäin. Koi 1imaattori ohjaa valoin yhdensuuntaisina säteinä hilalle 13. Hila 13 on sijoitettu välittömästi koilimaattorioptiikan läheisyyteen. Valoaaltorintama kohtaa hilan kohtisuoraan. Hilan jä 1 — 30 keen tulevan valon eri aallonpituudet taittuvat eri kulmiin, toisin sanoen valo hajoaa spektrialkioiksi.

Laitteeseen kuuluu edelleen hilan 13 ja detektorin 16 väliin sijoitettu objektiivilinssi 14 hajotetun valon spektrin fokusoimiseksi kuvaksi detektorin pinnan 35 tasossa. Tällöin tämän optiikan polttotasoon muodostuu eri kulmissa tulevien aallonpituusryhmien polttopiste-rivi (spektri).

74545

Laitteeseen kuuluu pitimieen 26 kiinnitetty detektori 16 ja detektorin välittömään läheisyyteen sijoitettu raolla varustettu rajoitin 15. Pidin 26 on kiinnitetty alustaan 27, joka on liikutettavissa 5 moottorin 28 avulla. Spektridetektori (16) muodostuu pitimeen kiinnitetystä taustaosasta ja valoherkästä taso-osasta. Taso-osan päälle on tässä sovellutuksessa asetettu rajoittimena toimiva levy, jonka keskellä on noin 0,6 mm levyinen rako. Detektorin taso-osa on 10 järjestetty korkeammaksi kuin tarkennetun spektrin korkeus. Pidintä 26 siihen kiinnitettyine spektridetekto-reineen 16 liikutetaan edellä mainitulla polttotasolla ja sen välittömässä läheisyydessä askelittan koko spektrin näkyvän osan alueella, jolloin se mittaa spektrin 15 intensiteettiä halutulla tiheydellä. Näkyvän spektriosan lisäksi detektoria voidaan liikuttaa esim. spektrin infrapuna-alueella detektorin paikan kalibroimiseksi.

Tässä sovellutusesimerkissä kuvatulla laitteella voidaan mitata paperin optisia ominaisuuksia kuten 20 paperin väriä, vaaleutta, opasiteettia, kiiltoa sekä läpikuultavuutta. Paperin väri määritetään valaisemalla ensin taustalevyn valkoista taustaosaa 20, joka voi olla esim. BaSC^-levy, ja mitataan suhteelliset intensiteetit Iref jokaisella tutkitulla aallonpituudella. Sit-25 ten mitataan näytteestä vastaavat suhteelliset intensiteetit Ipap. Suhde Ipap/Iref vastaa paperista säteilevää suhteellista valoenergiaa kullakin aallonpituudel la. Paperin värin kolmiärsykekomponentit X, Y ja Z lasketaan C . I.E.-kolmiärksykekomponenttikäyrän avulla 30 käyttäen hyväksi käyristä saatuja painoarvokertoimia ao. aallonpituuksilla. Tällöin voidaan määrittää näytteestä tulevan valon C. I.E-värikoordinaatit X, Y ja Z, joten paperin väri voidaan tulostaa laskutoimituksen jälkeen halutussa muodossa.

35 Paperin vaaleutta mitataan jatkuvasti paperia siirrettäessä laitteessa, jolloin spektridetektorilla 16 verrataan 457 nm aallonpituuden intensiteettiä refe-

II

7 74545 renssipinnan (valkoinen) antamaan intensiteettiin samalla aallonpituudella.

Opasiteetti lasketaan paikallaanolevan paperin mittaustuloksista. Mittausdetektorina on sivudetektori 5 7. Kapasiteetti on Ipap. (musta tausta)/Ipap. (valkoinen tausta).

Paperin kiilto voidaan laskea kahdella tavalla liikkessä olevasta paperista: 1. kiilto on Ipap (detektori 6)/I peili (detektori 6). 2. kiilto on I-Ipap 10 (detektori 7)/Ipap (detektori 6).

Läpikuu1tavuus lasketaan läpäisydetektorin 8 ja sivudetektorien 7 tuloksista seuraavasti: 1. läpi-kuultavuus on Ipap (detektori 8)/Ipap (detektori 7). 2. läpikuultavuus on Ipap (detektori 8)/ I peili (detektori 15 7) .

Keksintöä ei rajata esitettyyn sovellutukseen vaan se voi vaihdella patenttivaatimusten puitteissa.

20 25 30 35

Claims (6)

74545 8

1. Laite paperin optisten ominaisuuksien mittaamiseksi, johon laitteeseen kuuluu runko (1), rungon sisään sijoitetut taustalevy (2), valonlähde (3), lins- 5 sit, (4, 5) valon kohdistamiseksi taustalevyyn tai tausta levy 1 le tuotuun paperinäytteeseen, detektorit (6, 7, 8) heijastuneen ja läpimenneen valon intensiteettien mittaamiseksi, sironneen valon käsittelylaitteisto (9-15) sekä detektori (16) sironneen valon intensiteetin 10 mittaamiseksi, jolloin taustalevy on järjestetty liikutettavaksi rungon suhteen ja varustettu elimin (17-21) optisten ominaisuuksien mittausta ja laitteen kalibrointia varten, tunnettu siitä, että sironneen valon käsittelylaitteistoon kuuluu hila (13) ja ainakin 15 yksi rajoitin (15), joka on sijoitettu detektorin (16) ja hilan välille detektorin välittömään läheisyyteen ja järjestetty liikutettavaksi detektorin kanssa spektrin alueella, jolloin detektori on järjestetty mittaamaan askelittain valon spektrin halutun levyisten osien 20 intensiteettiä halutulla tiheydellä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että laitteeseen kuuluu hilan (13) ja detektorin väliin sijoitettu linssi (14) spektrin tarkentamiseksi, jolloin polttotasoon muodostuu 25 eri aallonpituuksia vastaavat polttopisteet ja, että detektori (16) on järjestetty liikutettavaksi poltto-tasolla ja sen välittömässä läheisyydessä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että laitteeseen kuuluu kaksi 30 hilan, (13) ja detektorin (16) väliin detektorin läheisyyteen järjestettyä raoilla varustettua, rajoittimina toimivaa levyä, jolloin detektori ja levyt on järjestetty liikutettavaksi polttotason mukaisesti kaarevaa rataa pitkin.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen laite, johon kuuluu linssit (9, 10) sironneen valon kokoamiseksi ja keskittämiseksi, tunnettu II 9 74545 siitä, että laitteeseen kuuluu reikälevy (11), joka on sijoitettu siten, että reikälevyn (11) reikä (23) on linssin (10) polttopisteen kohdalla.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, 5 tunnettu siitä, että laitteeseen kuuluu kol-limaattori (12), joka on sijoitettu siten, että sen polttopiste on reikälevyn (11) reiän (23) kohdalla ja joka on järjestetty ohjaamaan reiän kautta säteilevän valon yhdensuuntaisina säteinä hilalle (13).

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen laite, tunnettu siitä, että taustalevyl le (2) on järjestetty yhtä suuren välimatkan päähän levyn keskipisteestä kalibrointi- ja mittauseliminä toimivat peili (17) , musta taustaosa (18) , levyn läpi järjestetty 15 aukko (19), valkoinen taustaosa (20) sekä levyn läpi järjestetty mustaseinäinen aukko (21). ; 20 25 30 ·.; 35 10 74545