RU1795370C - Устройство дл измерени ворсистости ткани - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : ткань, измерительный барабан, источник когерентного излучени , оптическа  система, оптико- электрический преобразователь, Фурье- преобразующий объектив, светофильтр, анализатор пространственно-частотного спектра, высоковольтный электрод. 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к контролю свойств текстильных материалов с помощью оптических средств и может быть использовано дл  бесконтактного измерени  степени ворсистости текстильных материалов , в частности электроизол ционных стеклотканей, непосредственно в технологическом процессе производства.

Известен способ измерени  геометрической поверхностной структуры поверхности ткани, заключающийс  в том, что непрерывно движущуюс  ткань нат гивают по ходу движени  на вращающейс  поверхности и зондируют лучом света, как минимум , в одном месте направл   его по касательной к поверхности ткани, перпендикул рно образующей измерительного вала . Поверхность ткани подвергают действию электрического пол , поднимающего ворс ткани. Измерение провод т теневым методом и в процессе измерени  извлекают информацию, необходимую дл 

управлени  одним из этапов технологического процесса производства.

Известный способ не позвол ет одновременно измер ть ворсистость всей поверхности материала и имеет недостаточно высокую точность измерени , на которую оказывает вли ние различна  ориентаци  отдельных ворсинок относительно поверхности полотна материала, изменение этой ориентации в процессе движени  под действием электростатического пол , а также наличие дефектов материала.

Наиболее близким по технической сущности к за вленному способу  вл етс  выбранный в качестве прототипа способ определени  ворсистости ткани, заключающийс  в том, что непрерывно движущуюс  ткань нат гивают по ходу движени  на вращающуюс  поверхность, подвергают воздействию электростатического пол  и зондируют по его ширине скольз щим световым лучом, направленным параллельно оси поворота вращающейс  поверхности.

4

О СЛ СО VI О

преобразуют световой пучок в электрический сигнал с последующей его регистрацией и по этому сигналу суд т о ворсе. При этом в известном способе световой пучок после зондировани  поверхности направл ют через систему линз на р д диодов, которые остаютс  освещенными или затемн ютс  в большей или меньшей степени в зависимости от высоты ворса.

Известное устройство дл  измерени  ворсистости ткани содержит измерительный барабан дл  перемещени  ткани, средство дл  создани  электростатического пол , источник света, оптический преобразователь светового пучка, с объективом, оптическа  ось которого параллельна от вращени  измерительного барабана и регистратор .

Недостатком известного способа и устройства  вл ютс , по сути дела, недостатки теневого метода измерени , отражающие его специфику. Это, прежде всего, ограничение применимости теневого метода дл  измерени  ворса, состо щего изтонких ворсинок , диаметр которых составл ет дес тки микрометров. Ограничени , в данном случае , вызваны невозможностью получени  изображени  этих ворсинок на фотодиодах, даже при его увеличении оптической системой .

Изображение ворсинок малого размера , к тому же, размываетс  из-за дифракционных эффектов.

Другой существенный недостаток способа и устройства заключаетс  в низкой точности измерени , так как с помощью этого метода не представл етс  возможным отделить измерительную информацию о ворсистости поверхности ткани от информации,. обусловленной микрогеометрией (диаметр, разброс значений диаметров, эллипсовид- ность и т.д.) и ориентацией ворсинок, освещенных зондирующим пучком, характера их размещени  на полотне вдоль оси пучка. Последние перечисленные факторы играют роль шума в измерительной информации. На точность измерени  ворсистости поверхности ткани известным методом также оказывает вли ние нестабильность геометро- оптических характеристик зондирующего пучка.

Целью изобретени   вл етс  расширение техногических возможностей способа за счет реализации возможности измерени  тонкого ворса при повышении его точности. Данна  цель достигаетс  тем, что в способе , заключающемс  в том, что непрерыв- но движущуюс  ткань нат гивают по ходу движени  на вращающуюс  поверхность, подвергают воздействию электростатического пол  и зондируют по его ширине скольз щим световым лучом, направленным параллельно оси поворота вращающейс  поверхности, преобразуют световой

пучок после зондировани  им поверхности материала и регистрируют электрический сигнал, по которому суд т о ворсистости материала, согласно предполагаемому изобретению , в процессе преобразовани  формируют Фурье-изображение светового потока в частотной плоскости и выдел ют из него составл ющую, обусловленную дифракцией светового потока в процессе зондировани  материала, начина  с экстремумов

первого пор дка и выше, с последующей

трансформацией ее раст нутого в частотной плоскости пространственно-частотного спектра, а о ворсе суд т по сигналу, обусловленному этой составл ющей.

0 Поставленна  цель достигаетс  также тем, что в устройстве дл  измерени  ворсистости ткани, содержащем измерительный барабан, источник света, средство дл  создани  электростатического пол  и преоб5 разователь светового пучка с объективом, имеющим оптическую ось, параллельную оси вращени  барабана, согласно предполагаемому изобретению, преобразователь светового пучка включает последовательно

0 расположенные после объектива светофильтр Фурье-изображени , выполненный в виде плоского транспаранта с двум  одинаковыми и зеркально расположенными от- носительно оси зондирующего пучка

5 пропускающими участками, и анализатор пространственно-частотного спектра, при этом пропускающие участки светофильтра выполнены в виде секторов, имеющих общий центр и общую ось симметрии, перпен0 дикул рную.к направлению оси зондирующего пучка и к полотну ткани, и ограниченных с одной стороны окружностью, а с другой стороны - наружной стороной транспаранта . Именно за вленна  конструкци 

5 фильтра Фурье-изображени  и наличие анализатора ПСЧ обеспечивают, согласно способу , выделение составл ющей светового потока, обусловленной его дифракцией на ворсе, что обеспечит возможность контрол 

0 и измерени  ворсистости более широкого диапазона материалов, в том числе и с тонким ворсом.

Это позвол ет сделать вывод, что за вл емые изобретени  св заны между собой

5 единым изобретательским замыслом. .

Сравнение за вл емых технических решений с прототипом позвол ет „установить соответствие их критерию новизна. Указанные признаки отсутствуют в других изве- стных технических решени х в данной

области техники и потому они обеспечивают за вл емому техническому решению, соответствие критерию существенного отличи .

На фиг. 1 изображена схема, по сн юща  способ; на фиг. 2 - устройство, общий вид; на фиг. 3 - то же, вариант выполнени .

Устройство дл  осуществлени  способа содержит предназначенный дл  перемещени  ткани 1 измерительный барабан 2, источник 3 когерентного излучени , позвол ющего получить высококонтрастную дифракционную картину с достаточным числом дифракционных пор дков, оптическую систему 4, формирующую зондирующий пучок и необходимую дл  получени  заданного сечени  пучка, и оптико-электрический преобразователь 5 светового пучка. Последний включает Фурье-преобразую- щий объектив 6, светофильтр 7 Фурье-изображени  ворса ткани, расположенный в частотной плоскости объектива 6, и анализатор . 8 пространственно-частотного спектра (ПЧС) ворса.

Над барабаном установлен электрод 9 дл  создани  электростатического пол  в процессе зондировани .

Светофильтр 7 представл ет собой плоский транспарант, имеющий участок а с коэффициентом пропускани  т(Я) 0 и два одинаковых пропускающих участка в, зеркально расположенных относительно оси 00 зондирующего пучка и имеющих коэффициент пропускани  г ( А ) 1. Участки в выпол- нены в виде секторов, обща  ось OiOi симметрии которых перпендикул рна направлению оси 00 зондирующего пучка и к полотну С ткани. При этом, оба сектора а ограничены с одной стороны дугой окружности , описанной из одного центра, а с другой стороны - боковой стороной транспаранта.

Фурье-преобразующий объектив 6 предназначен дл  двухмерного преобразовани  Фурье и обладает инвариантностью дифракционного распределени  к пространственным линейным трансл ци м объектива измерени .

Анализатор ПЧС 8 представл ет собой волоконно-оптический элемент, входна , обращенна  к светофильтру 7 поверхность которого имеет форму, аналогичную форме пропускающих участков светофильтра 7, а форма выходной поверхности согласована с приемником 10 преобразовател .

Источник 3 излучени  и преобразователь могут быть расположены соосно друг с другом по разные стороны барабана 2 (фиг. 2).

На фиг. 3 показано другое расположение упом нутых элементов. Источник света

3 с оптической системой 4 расположены по одну сторону барабана с преобразователем и разделены наклонным зеркалом 11, а по другую сторону барабана установлен экран 5 12 поглощени . При этом экран 12 и зеркало 11 соосны с объективом 6.

Способ осуществл ют следующим образом .

Непрерывно перемещаемую ткань 1 на- 0 т гивают, изгиба , вращающимс  барабаном 2, Зондируют поверхность ткани в поперечном направлении пр молинейным световым пучком заданной ширины, направленным от источника 3 по касательной 5 к поверхности ткани, параллельно оси поворота барабана 2. При наличии ворса, выступающего над поверхностью материала, происходит дифракци  светового пучка на ворсе, в результате которой дифрагирован- 0 ное излучение распростран етс  во всех направлени х от ворсинок в плоскости, перпендикул рной оси облученного участка волокна.

Из зоны зондировани  световой пучок 5 направл ют на поверхность Фурье-преоб- разующего объектива 6, на которую попадает также и излучение, обусловленное дифракцией света на ворсинках ткани. Объективом 6 формируют Фурье-изображение 0 зондируемой области пространства, несущего информацию о дифрагированном излучении и о зондирующем пучке, в частотной плоскости Vx, О, Vyl

При этом, значение угла а между ос ми 5 двух облученных участков ворсинок 12 сохран етс  дл  двух соответствующих им линейно локализованных составл ющих дифракционного распределени  интенсивности 1 (Vx Vy) в частотной плоскости 0 О, Vy Фурье-преобразующего объектива 6, а зондирующий пучок формируетс  объективом 6 в центральной, фиксированной области светофильтра 7, независимо от линейного смещени  этого пучка относи- 5 тельно поверхности полотна ткани. Последнее позвол ет при измерении высоты ворсинок смещать только зондирующий пучок и не требует одновременного смещени  элементов преобразовател . 0 Далее сформированное объективом Фурье-изобретение направл ют на свето- фильтр 7 и осуществл ют фильтрацию сфор- мированного Фурье-изображени  с помощью светофильтра 7. 5 В процессе фильтрации на участке а светофильтра, в его центральной части гас т: а) составл ющую Фурье-изображени , соответствующую изображению пр молинейного зондирующего пучка и не содержащую информации о ворсе; б) экстремум нулевого пор дка составл ющей Фурье-изображени , обусловленной дифракцией зондирующего светового пучка, возникающей в процессе зондированного материала; в) ту часть Фурье-изображени , котора  обусловлена дефектами тканого материала, ПСЧ которых локализован вдоль оси Vyi отдельными волокнами с плавающими в зоне контрол  посторонними засветками, ПЧС этих составл ющих играет роль шума в измерительной информации и при наличии светофильтра 7 не вли ет на точность измерени .

При этом, участками в светофильтра 7 фильтруют экстремум первого и выше пор дков составл ющей Фурье-изображени , обусловленной дифракцией зондирующего светового пучка и направл ют в анализатор 8.

В анализаторе ПЧС 8 осуществл ют спектральную фильтрацию излучени , обусловленного дифракцией повыша  тем самым отношение сигнал/шум, и трансформацию раст нутого в частотной плоскости его пространственно-частотного спектра, который затем формируют на чувствительной площадке приемника 10, регистрируют сигнал и суд т о ворсе ткани по этому сигналу. При этом, в случае контрол  ткани с редким ворсом регистрируют наличие импульса сигнала и определ ют количество ворсинок на заданной фиксированной ширине светового пучка по количеству импульсов . В случае густого ворса регистрируют амплитуду сигнала, а о ворсистости суд т по величине этого сигнала.

Таким образом, анализ дифракционно- го распределени  интенсивности света 1 (Vx , Vy) позвол ет однозначно судить о ворсистости ткани и использовать эту информацию после соответствующей электронной обработки дл  последующего управлени  одним из этапов технологического процесса.

В устройстве, показанном на фиг. 3, поверхность материала зондируют пучком, на- правленным по касательной к поверхности материала посредством зеркала 11.

При этом зондирующий пучок гас т экраном 12, а при измерении аналогично упом нутому выше анализируют излучение, обусловленное дифракцией в задней полусфере светового зондирующего пучка.

Преимуществом этого варианта устройства  вл етс  отсутствие паразитного отра- жени  зондирующего пучка от поверхностей Фурье-объектива (6). Причем оба устройства регистрируют волокна диаметром 5 мкм и более по всей ширине полотна .

Примеры конкретной реализации. За вл емый способ был реализован дл  контрол  степени ворсистости электроизол ционных тканей из стекл нных крученых

комплексных нитей Э1-25 (ГОСТ 19907-83) в устройствах дл  измерени  ворсистости тканых материалов (фиг. 2, фиг. 3) с целью своевременной корректировки параметров технологического процесса. В качестве источника излучени  3 применен гелий-неоновый лазер Л Г 38 (длина волны излучени  0,6328 мкм, мощность излучени  50 мВт, диаметр пучка 2,2 мм, угол расходимости 1,8 мин). После оптической системы 4 диаметр

зондирующего пучка составл л 2,8 мм, причем с чисто гауссовым распределением интенсивности по сечению пучка. Ширина контролируемого полотна (1) составл ла 1080 мм, при скорости движени  полотна до

40 м/мин.

Предлагаемый способ измерени  ворсистости тканых материалов и устройство дл  его осуществлени , по сравнению с прототипом , имеет более широкие технологические возможности и более высокую точность контрол . Расширение технологических возможностей обусловлено тем, что в отличии от прототипа, реализуетс  возможность контрол  тонкого ворса, что  вл етс  важным дл  процесса производства тканых материалов. Более высока  точность контрол  реализуетс  благодар  тому, что повышаетс  отношение сигнал/шум вследствие того, что на точность контрол  не ока- зывают вли ние такие факторы как нестабильность пространственных и временных характеристик источника излучени  и ПИ, дефекты тканого материала, отдельные ворсинки (плавающие в зоне контрол ).

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и   Устройство дл  измерени  ворсистости ткани, содержащее измерительный барабан с огибающей его тканью, средство дл  создани  электростатического пол , источник излучени  и преобразователь светового луча с объективом, оптическа  ось которых параллельна оси вращени  измерительного

барабана, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности, преобразователь светового луча снабжен светофильтром Фурье-изображени  и анализатором пространственно-частотного спектра, расположенными последовательно на оптической оси после объектива, причем светофильтр Фурье-изображени  выполнен в виде транспаранта с двум  одинаковыми и зеркально расположенными относительно оси светового луча пропускающими участками, выполненными в виде секторов, имеющих общий центр и общую ось симметрии, перпендикул рную к направлению оси светового луча и к полотну ткани, и ограниченных с одной стороны окружностью, описанной из общего центра, а с другой стороны - наружной стороной транспаранта.

Фиг. г