FI78355C - Metod foer maetning av glans och apparatur foer tillaempning av metoden. - Google Patents

Description

1 78355

MENETELMÄ KIILLON MITTAAMISEKSI JA LAITTEISTO MENETELMÄN SOVELTAMISEKSI - METOD FÖR MATING AV GLANS OCH APPARATUR FÖR TILLÄMPNING AV METODEN

Keksinnön kohteena on menetelmä rainana valmistettavan materiaalin, kuten paperin, kartongin tai vastaavan, kiillon mittamiseksi, jossa menetelmässä materiaa1irai-nan toiselle puolelle sijoitetusta valolähteestä 5 lähetetyt valosäteet, jotka katkotaan osiin, johdetaan materiaalirainalle . Lisäksi keksinnön kohteena on laitteisto menetelmän soveltamiseksi.

Paperin ja kartongin kiiltoa mittaavista laitteista 10 goniofotometrillä määritetään valonsäteen heijastusarvo mittauskulman funktiona. Laitteessa voidaan myös tulo-kulmaa säätää. Valon tulokulmaa vastaavan mittauskulman läheisyydessä on havaittavissa pei1iheijastuksen aiheuttama huippu. Kiillon mittaus goniometrillä on 15 liian hankalaa rutiinimenetelmäksi. Käytännössä kiiltoa mitataan laitteilla , joissa tulokulma ja heijastuskulma ovat yhtä suuret sekä ovat vakioita tai säädettävissä tiettyihin vakioarvoihin. Mitattuna tutkittavan pinnan normaalista tällaisia kulmia ovat esim. 20° ja 75°. 20 Näytteen kiilto määritetään mitatun peiliheijastuneen • valon ja ideaalisesta peilistä vastaavissa olosuhteissa : mitatun peiliheijastuneen valon suhteen.

Edellä esitettyihin menetelmiin ja laitteisiin liittyy 25 ongelmia. Määritettäessä yhdessä valon tulokulmassa ja mittauskulmassa kerrallaan ei oteta huomioon sitä fysikaalista tosiasiaa, että mitattaessa näytettä, joka ei ole lähellä ideaalista peiliä, muodostuu siitä heijastunut valo sekä peiliheijastuksesta että hajava-30 losta. Hajavalo on sitä suurempi, mitä lähempää ideaa-lihajoitinta tutkittava pinta on ja mitä pienempi on 2 78355 kiillon mittauksessa käytetty kulma. Tästä syystä matalakiiltoisista näytteistä kiillon mittaus tapahtuu käytännössä hyvin suurella mittauskulma11 a.

5 Mitattaessa kiiltoa yhdestä mittauskulmastakerrallaan sekä varsinkin mittauskulman ollessa suuri, täytyy tutkittavan näytteen olla täsmälleen oikessa paikassa ja asennossa, jotta mittaustulos ei olisi virheellinen. Pienikin muutos näytteen paikassa tai asetuskulmassa 10 mittalaitteeseen nähden riittää siirtämään heijastuneen valonsäteen paikan mittausoptiikassa ja antamaan virheellisen mittaustuloksen. Menetelmä soveltuu käytettäväksi siten lähes ainoastaan laboratorio- : olosuhteissa. Tehdasolosuhteissa on-line mittaus on : 15 täsmällisen mi t tausgeometriavaatimuksensa takia hyvin vaikeaa tai mahdotonta. On-line olosuhteissa mitatta-; van rainan "lepatus", rynkky, aaltoilu, pöly ja lika- tekijät, vaikea kalibroitavuus ja laitteen epästabiilisuus aiheuttavat huonoja mittaustuloksia sekä huonon 20 tarkkuuden ja toistettavuuden.

Keksinnön tarkoituksena on tuoda esille kiillon mittaamiseksi menetelmä, joka poistaa nykyisiin menetelmiin liittyviä epäkohtia. Keksinnön kohteena olevalla 25 menetelmällä voidaan mitata kiiltoa sekä laboratorio-: olosuhteissa että tehdasolosuhteissa on-line mittauksena.

Lisäksi keksinnön tarkoituksena on tuoda esille menetelmä ja laitteisto kiillon mittaamiseksi, joita : hyväksikäyttäen kiiltoa voidaan mitata sekä kiillotto- 30 mistä että hyvin kiiltävistä tuotteista samalla menetelmällä, laitteistolla ja kalibroinnilla. Laitteisto suorittaa standartointinsa automaattisesti ja mitattaessa kiiltotulos saadaan nopeasti ja automaattisesti.

35 Keksinnön tarkoitus saavutetaan menetelmällä ja laitteistolla, joille on pääasiassa tunnusomaista se, mitä on esitetty vaatimusosassa.

Il 3 78355

Keksinnön mukaan näkyvä valo tuodaan mi LaLLa vai ie pinnalle valon osittamislaitteen jälkeen optisia kuituja myöten. Valo heijastetaan tutkittavalle pinnalle säteittäisesti samaan pisteeseen tasossa, 5 joka on kohtisuorassa mitattavaan pintaan nähden, useasta kulmasta samanaikaisesti. Kiiltoa mitataan valoilmaisinlaitteella, joka on geometrisesti samalla tasolla kuin tutkittavalle pinnalle tulevat valonsäteet. Valoilmaisinlaite muodostuu valonilmaisimista, 10 jotka on asetettu kiillonmittauspisteestä säteittäi sesti ympyräkaaren neljännekselle. Valoilmaisimien eteen on asetettu kaarenmuotoinen valon hajoitin, . joka tasoittaa yksittäisten valoilmaisimien näkemää ; valoa. Tasoon, joka on kohtisuorassa sekä tutkitta- 15 vaan pintaan että valoa heijastavaan ja kiiltoa mi t- : taavaan tasoon nähden, on sijoitettu hajavaloa mittaa- : vat valoilmaisinlaitteet. Hajavaloa mitataan kiilto- mittaustason molemmin puolin kahdella ilmaisinlaitteel-: la, jotka ovat samanlaiset kuin kiiltoa mittaava 20 ilmaisinlaite.

Keksinnön mukaisella laitteella kiiltoa mittaavan ilmaisinlaitteen sekä hajavaloa mittaavan ilmaisin-laitteen signaalit suhteutetaan laskennallisesti 25 yhtä suuriksi kertoimella, joka saadaan näiden ilmai-sinlaitteiden kiiltämättömyydestä ideaali hajoittimesta : mitattujen vasteiden suhteena. Tällaisena kiiltämättö- mänä ideaalihajoittimena voidaan käyttää Mg02~jauheesta valmistettua näytettä, jolla on tasainen pinta. 30 Koska kosinilain perusteella ideaalisesti hajoittavan pinnan valoisuus ei riipu tarkastelukulmasta, on tällaisen pinnan kiilto nolla, joten kiiltoa mittaavan ilmaisinlaitteen näkemä tutkittavan pinnan valoisuus on sama ja siten saatujen vasteiden on oltava saman-35 suuruiset.

4 78355

Kiiltoa mitattaessa saadaan tutkittavasta pinnasta kiiltoa mittaavaan ilmaisinlaitteeseen valovirta, joka muodostuu sekä pinnan peiliheijastuskomponentista että hajavalokomponenteista ja hajavaloa mittaavaan ilmai-5 sinlaitteeseen saadaan valovirta, joka muodostuu ainoastaan hajavalokomponentista. Kiilto saadaan laskemalla kiiltoa mittaavan ilmaisinlaitteen signaalista peiliheijastuskomponentin prosentuaalinen osuus käyttämällä hyväksi mitattua hajavalokomponentin arvoa.

10

Keksinnön mukaista menetelmää ja laitteistoa käytettäessä voidaan sallia mittaustilanteessa tutkittavan ; pinnan liikkuminen tietyin rajoituksin opt imipaikas- - taan tämän aiheuttamatta silti mittaustulokseen liian ! 15 suurta virhettä. Jos mitattava pinta kallistuu kiil- tomittaustason suunnassa johonkin suuntaan, aiheuttaa tämä peiliheijastuksen takia heijastuneen valon paikan siirtymisen kiiltoa mittaavalla ilmaisinlaitteella, mutta ympyränkaarelle säteettäisesti asetetun ilmaisin-20 laitteen ja sen edessä olevan valon hajoittimen ansiosta saadun signaalin suuruus ei muutu. Hajavalon mitattu komponentti pysyy myös saman suuruisena, koska : sen suuruus ei riipu tarkastelukulmasta. Jos taas . mitattava pinta kallistuu hajavaloa mittaavan ilmaisin- 25 laitteen suunnassa johonkin suuntaan, on tilanne pei-: 1iheijastuksen kannalta ennallaan ja myös hajaheijas- tuksen mittauksessa vaikka toisen ilmaisinlaitteen näkemä pinnan valoisuus pienenisi, kompensoi vastaavasti : toisen ilmaisin Laitteen näkemä pinnan valoisuuden 30 kasvu sen niin, että kokonaismittaustulos pysyy samana. Lisäksi hajavalokomponentti on sama kaikkiin suuntiin. Mitattavan pinnan siirtyminen optimipaikastaan toiseen tietyin rajoin aiheuttaa myös hyvin vähäisen virheen, koska se aiheuttaa peiliheijastuskomponenttien siirty-35 misen kiiltoa mittaavalla ilmaisinsysteemi1lä, mutta ilmaisinsysteemin rakenteellisen ratkaisun ansiosta signaalia ei menetetä. Hajaheijastuksen mittaustulos

II

pysyy myös muuttumattomana. Kiiltotulos pysyy siis muuttumattomana.

5 78355

Seuraavaksi keksintöä selvitetään tarkemmin viittaamalla 5 oheiseen piirustukseen, jossa kuvio 1 esittää erästä laitteistoa keksinnön mukaisen menetelmän soveltamiseksi kaaviomaisesti esitettynä, kuvio 2 esittää kuvan 1 mukaisen laitteiston anturiosaa kolmiulotteisesti, 10 kuvio 3 esittää erästä keksinnön mukaisen laitteiston anturiosan valoilmaisin laitteen sovellutusta poikkilei-kattuna sivulta katsottuna, " kuvio A esittää erästä keksinnön mukaisen laitteiston •f anturin valoa tuovan osan sovellutusta poikki leikattuna -j 15 ja sivulta katsottuna, ja kuvio 5 esittää erästä sovellutusta keksinnön mukaisen laitteiston anturiosasta poikkileikattuna sivulta katsottuna.

20 Kuvio 1 esittää kaaviomaisesti erästä keksinnön mukaista kiiltomittauslaitteistoa, jossa 1 on pinta, josta kiilto mitataan. Valolähteeseen kuuluvat lamppu 2, peili 3 ja ; linssi A säteilyn keskittämiseksi valon osittamisia!t- teeseen eli chopperiin 5. Laitteistoon kuuluu edelleen : 25 suodin 6, joka muokkaa valon mittarin spektraaliseen vasteeseen sopivaksi. Suotimelta valo ohjataan eteen päin tässä sovellutuksessa valokuitukimpun 7 avulla. Chopper! on järjestetty katkomaan valoa osiin tunnetulla tavalla esi. pyörivän reikälevyn, tietyn taajuisen väräh-30 telyn, värähtelevien rakojen tms. avulla.

Anturiosaan kuuluu valoa tuova osa 8, johon valoa voidaan tuoda esim. optisten kuitujen, peilien, valolamppu-jen tms. tunnettujen ratkaisujen avulla. Valonsäteet 35 on järjestetty fokusoitaviksi säteettäisesti mittauspisteeseen apertuurireikien 10 kautta. Anturiosaan kuuluu myös kaksi valoilmaisulaitetta 9, 13, jotka on asennettu 6 78355 ristikkäin siten, että ne ovat ikäänkuin puolipallon pinnalla. Tässä sovellutuksessa valoilmaisulaitteet on sijoitettu pääasiassa 90° kulmaan toisiinsa nähden, mutta toisissa sovellutuksissa voidaan käyttää muita rat-5 kaisuja. Puolipallon leikkaavana tasona on näytteen pinta ja valonsäteet on kohdistettu materiaalirainan pinnalle puolipallon keskipisteeseen. Joissakin sovellutuksissa anturiosaan kuuluu useampi kuin kaksi valaisu- ja valoilmaisinlaitetta. Valoilmaisimet 12 on sijoi-10 tettu valoilmaisinlaitteisiin 9, 13.

Kuviossa 2 on esitetty kolmiulotteisesti eräs keksinnön anturiosan edullinen toteutusmuoto: Valonsäteet heijas tuvat tutkittavasta pinnasta 1 peiliheijastuksena sekä 15 hajaheijastuksena kiiltoa mittaavaan va loilmaisinlait-teeseen 9 sekä pelkästään hajaheijastuksena hajavaloa mittaaviin valoilmaisinlaitteisiin 13a, 13b.

Kuviossa 3 esitetään erästä keksinnön mukaisen anturi-20 osan valonmittauslaitteen edullista sovellutusmuotoa, joka on edullisesti samanlainen kuin kuvion 2 kiiltoa mittaava valoilmaisinlaite 9 sekä hajavaloa mittaavat valoilmaisinlaitteet 13a, 13b. Valoilmaisimet 12 on • sijoitettu säteettäisesti ympyräkaaren neljännekselle.

. 25 Valoilmaisimien edessä on valon hajoitin 11, jonka vaikutuksesta tuleva valo siroaa tasaisesti valoilmaisimille .

: Kuvio 4 esittää erästä keksinnön mukaista edullista 30 tapaa valaista tutkittava pinta 1. Valo tuodaan opti silla kuitukaapeleilla 7, jotka muodostuvat yhdestä tai useammasta optisesta kuidusta, osaan 8, jossa valo fokusoidaan säteettäisesti tutkittavan pinnan 1 mittauspisteeseen apertuurireikien 10 kautta.

Kuvio 5 esittää erästä keksinnön mukaista tapaa järjestää tutkittavan pinnan valaisu ja kiiltoa mittaava 35 7 78355 valoilmaisinlaitteisto. Kuviossa ovat valoilmaisimet 12 sijoitettu lomittain valoa tuovien kuitujen 7 kanssa kuitenkin siten, että valoilmaisimet eivät pysty näkemään kuin tutkittavasta pinnasta heijastunutta valoa.

5 Valoilmaisimien välissä olevien valoa tuovien kuitujen valon näkeminen on estetty edullisesti suojaputkilla 14, joiden toinen pää muodostaa valoa rajaavan apertuuri-reiän 10. Suojaputket 14 ovat valoa läpäisemättömiä. Kuvion 5 mukaisella laitteella voidaan kiiltoa mitata 10 samanaikaisesti kahdesta vastakkaisesta suunnasta ja hajavalon mittaukseen voidaan käyttää tässäkin tapauksessa kuvion 5 mukaista valoilmaisinlaitetta, joka on sijoitettu niin, että se ei voi nähdä valoa peiliheijas-tuksessa.

15

Keksinnön eräässä muussa sovellutuksessa kiiltoa mittaa-va anturiosa on rakennettu kahdesta tai useammasta kuvion 5 mukaisesta laitteesta asentamalla ne kulmikkain siten, että ne tulevat puolipallon pinnalle, jolloin 20 puolipallon leikkaavana tasona on tutkittavan näytteen taso ja mittauslaitteiston valon säteet on kohdistettu puolipallon keskipisteeseen, joka on tutkittavalla näytepinnalla. Kiillon mittaus tapahtuu edullisesti siten, että optisesti rajataan valon tuonti yhteen 25 kuvion 5 mukaiseen laitteistoon kerrallaan, jolloin tällä saadaan mitattua siinä suunnassa näytteen peili-heijastuskomponentin ja hajakomponentin summa. Pelkkä hajavalokomponentti saadaan mitatuksi samanaikaisesti jollakin muulla kuvion 5 mukaisella laitteistolla, joka 30 on sellaisessa suunnassa, että geometrisesti peilihei-jastuksen näkeminen on mahdotonta. Koska tässä anturi-ratkaisussa jokainen sen muodostava kuvion 5 mukainen laitteisto pystyy mittaamaan sekä peiliheijastuksen että pelkän hajaheijastuksen, voidaan vuorottelemalla mittauk-35 seen käytettyjä kuvion 5 mukaisia laitteita mitata näytteen kiilto useasta suunnasta. Vuorotteluun voidaan käyttää optista sulkijaa tms. laitetta, jolla valon 8 78355 pääsy sallitaan ainoastaan yhteen kuvion 5 mukaiseen laitteeseen kerrallaan.

Eräs keksinnön mukainen sovellutus on kiiltomittari, jo-5 ka on rakennettu kuvioiden 3 ja A Lai/ja kuvion 5 mukaisista laitteista, joissa valo tuodaan tutkittavalle pinnalle vuorottelemalla yhdestä tulokulmasta kerrallaan ja peiliheijastuksen mittaus tapahtuu joko tulokulmaa vastaavassa heijastuskulmassa olevalla yhdellä valoil-10 maisimella tai useammalla ilmaisimella suorittamalla mittaus yhdellä ilmaisimella kerrallaan. Mittaustulokset voidaan joko summata sekä kaikista tulokulmista että mittauskulmista tai käsitellä yksitellen tulokulman funktiona ja/tai mittauskulman funktiona, jolloin 15 saadaan goniofotometrimäinen kuva mitattavasta pinnasta.

Keksintöä ei rajata edellä esitettyihin edullisiin toteut-tamisesimerkkeihin vaan monet muunnokset ovat mahdollisia seuraavien patenttivaatimusten määrittelemien 20 keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (6)

9 78355

1. Menetelmä rainana valmistettavan materiaalin, erityisesti paperin, kartongin tai vastaavan, kiillon mittaamiseksi, jossa menetelmässä materiaalirainan (1) toiselle puolelle sijoitettavassa laitteessa valolähteestä (2, 3, 4) 5 lähetetään spektraalisilta ominaisuuksiltaan sopivaa valoa, joka katkotaan osiin valon osittamislaitteella (5) ja johdetaan raateriaalirainalle ja kiillon määrittämiseksi mitataan materiaalirainan pinnalta heijastunut valon peilihei-jastuskomponentti valoilmaisimella (12), joka on peili-10 heijastuskulmassa, ja hajavalokomponentti mitataan toisella valoilmaisimella (13) sellaisesta kulmasta, jossa peilihei-jastuksen näkeminen on geometrisesti mahdotonta, tunnettu siitä, että valo johdetaan materiaalirainan (1) pinnalle useasta tulokulmasta säteittäisesti samanaikai-15 sesti tasossa, joka on kulmassa tutkittavaan tasoon nähden ja, että kiillon määrittämiseksi mitataan materiaalirainal-ta valon peiliheijastuskomponentin ja hajaheijastuskompo-nentin summa usean valoilmaisimen (12) muodostamalla valo-ilmaisinlaitteella (9), joka on materiaalirainalle tulevien 20 valonsäteiden kanssa samassa tasossa ja materiaalirainalta mitataan hajaheijastuskomponentti toisella usean valoilmaisimen muodostamalla valoilmaisinlaitteella (13) sellaisesta kulmasta, jossa peiliheijastuksen näkeminen on geometrisesti mahdotonta. 25

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valo johdetaan materiaalirainan pinnalle useasta tulokulmasta säteittäisesti ja samanaikaisesti niin, että valaisusysteemi muodostaa ympyräkaaren 30 puolikkaan, jonka kehältä säteittäisesti valaistaan kehän keskipistettä ja, että valoilmaisimet ovat lomittain valai-supisteiden välissä ja asennettu optisesti siten, että ne havaitsevat ainoastaan heijastuneen valon materiaalirainan pinnalta. 10 7 8 3 5 5

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valo johdetaan tutkittavalle pinnalle erittäin ohuena sädekimppuna ja valaisu on ositettuna lyhyiksi pulsseiksi, jolloin kiillon määrittämiseksi mita- 5 taan näytteestä heijastunut valo jokaisen pulssin ajalta erikseen.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että materiaalirainaa valaistaan 10 ainakin kahdella eri valaisulaitteistolla ja kiillon mit-taussuunta valitaan valaisemalla materiaalirainaa yhdellä valaisulaitteistolla kerrallaan ja mittaamalla peiliheijas-tus- ja hajavalokomponentin summa valaisulaitteiston kanssa samassa tasossa olevalla valonilmaisulaitteella, kun muissa 15 tasoissa olevat valaisulaitteistot on suljettu ja näissä tasoissa olevat valonilmaisinlaitteistot mittaavat mate-riaalirainasta heijastunutta hajavaloa.

5. Laitteisto patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän 20 soveltamiseksi, johon laitteistoon kuuluu materiaalirainan (1) toiselle puolelle sijoitettu valonlähde (2, 3, 4), valon osituslaite (5), suodin (6) valon suodattamiseksi spektraalisilta ominaisuuksiltaan sopivaksi, laitteet (7, 8) osiin katkotun valon johtamiseksi materiaalirainalle, 25 kiiltokulmaan sijoitettu valoilmaisinlaite (9) valon peili-heijastuskomponentin mittaamiseksi ja sellaiseen kulmaan, josta peiliheijastuksen näkeminen on mahdotonta, sijoitettu valoilmaisinlaite (13) hajavalokomponentin mittaamiseksi, tunnettu siitä, että valo on järjestetty johdetta-30 vaksi valoa tuovan osan (8) kautta materiaalirainan pinnalle useasta tulokulmasta säteittäisesti tasossa, joka on kulmassa materiaalirainaan nähden ja, että valoilmaisinlaite (9) on sijoitettu samaan tasoon materiaalirainalle tulevien valonsäteiden kanssa ja valoilmaisinlaitteeseen 35 kuuluu useita valoilmaisimia (12) peiliheijastuskomponentin ja hajavalokomponentin summan mittaamiseksi ja, että haja- n 78355 valokomponenttia mittaava valoilmaisinlaite (13) on sijoitettu eri tasoon.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, t u n -5 n e t t u siitä, että valoilmaisinlaitteet (9, 13) on järjestetty kulmikkain toistensa kanssa siten, että ne ovat puolipallon pinnalla, jonka leikkaavana pintana on materi-aalirainan pinta ja, että valaisuosasta (8) tulevat valonsäteet on kohdistettu materiaalirainan pinnalle pääasiassa 10 puolipallon keskipisteeseen. i2 7835 5