SU1080009A1

SU1080009A1 - Device for paper sheet quality control

Info

Publication number: SU1080009A1
Application number: SU833541619A
Authority: SU
Inventors: Илья Леонидович Герасимов; Евгений Федорович Очин; Валерий Геннадьевич Пивоваров; Иван Иванович Скопин
Priority date: 1983-01-17
Filing date: 1983-01-17
Publication date: 1984-03-15

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА БУМАЖНОГО ПОЛОТНА, содержащее источник света, собираю1цую линзу фотоприемный блок и электронную систему .обработки информации, отличающеес тем, что, с целью повышени точности и производительности контрол , оно снабжено последовательно расположенными по ходу светового потока за собираюией линзой пространственно-в| еменным модул тором света и светоделитёльным кубикст с установленной на его катетной грани пр моугольной призмой, первым объективом, расположенным за светоделительным кубике, вторым объектив ом и лазером, оптически св занным с.призмой через второй объектив/ а фотоприемный блок выполнен в виде двух последовательно расположен- g ных за первым объективом фотоприемников и световода, оптически их св зывающего .A DEVICE TO CONTROL THE QUALITY OF A PAPER CLOTH, containing a light source, collecting a lens, a photoreceiver unit and an electronic information processing system, characterized in that, in order to increase the accuracy and performance of the control, it is equipped with successively located along the light flux behind the collecting lens a spatial and | a light modulator and a beam-splitting cubic unit with a rectangular prism installed on its catheter face, a first lens located behind the beam-splitting cube, a second lens and a laser optically connected with the prism through the second lens / and the photodetector unit is two consecutively located - g of some photodetectors and a light guide optically connecting them behind the first lens.

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть исполь зовано в устройствах, предназначен ных дл автоматического контрол к чества, в частности однородности структуры бумажного полотна при из готовлении его на бумагоделательной машине, и может быть использовано в целлншозно-бумажной промышленности . Известно устройство дл контрол качества бумажного полотна, содерж щее источник света и фотоприемник с регистрирующим узлом. Принцип ра боты основан на прохозкдении через бумажное полотно узкого пучка света диаметром пор дка 2 мм от источ ника и регистрации прошедшего светового потока фотоприемником, который подключен к регистрирующему узлу типа гальванометра. Перемеада образец бумаги относительно светового потока и производ точеч ные измерени интенсивности светового потока через одинаковые интер вгшы/ стро т по п тидес ти точкам I профилограмму С13. Недостаткс1ми известного устройства вл ютс низкие точность и про изводительность контрол . Наиболее близким к изобретению по технической сущности вл етс устройство дл контрол качества бумажного полотна, содержащее источник света, собиранадую линзу, фотоприемный блок в виде фотоумножител и электронную систему обработки информации. Данное устройство может правильн функционировать только при движущем с полотне бумаги. Луч света диамет ром 200 мкм от источника света, про ход через бумажное полотно, попада ет в собирающую линзу и поступает на фотоумножитель. При движении полотна относительно собирагацей линзы образуютс электрические сигналы, которые измер ютс и анализируютс измерительной схемой по алгоритму, обеспечивающему получение статистических характеристик: математическое ожидание, коэффициент вариации спектр 2.3. Недостатками данного устройства вл ютс низкие точность и производительность контрол .Одиночный профиль, проложенный в любом месте двумерной поверхности какой и вл етс бумажное полотно, слабо отражает его двумерные свойства , а проводикие на его основе измерени не позвол ют получить достоверную оценку структуры бумажного листа и, следовательно, высокую точность контрол . Отсутствие статического режима вл етс главным недостатком существующих устройств, так как не дает возможности провести измерение на неподвижном бумажном полотне , что снижает производительность контрол . Цель изобретени - повышение точности и производительности контрол . Поставленна цель достигаетс тем, что устройство дл контрол качества бумажного полотна, содержащее источник света, собирающую линзу, фотоприемный блок и электронную систему обработки информации , снабжено последовательно расположенными по ходу светового потока за собирающей линзой пространственно-временным модул тором света и светоделитель ным кубиком с установленной на его катетной грани пр моугольной призмой, первым объективом, расположенным за светоделительным кубиком , вторым объективом и лазером, оптически св занным с призмой через второй объектив, а фотоприемный блок выполнен в виде двух последовательно расположенных за первым объективом фотоприемников и световода, оптически их св зывающего. На чертеже изображена принципиальна схема устройства дл контрол качества бумажного полотна. Устройство содержит последовательно расположенные источник света ( на чертеже не показан/, диафрагму 1, собирающую линзу 2, пространственновременной модул тор 3 света, включаквдий первый прозрачный электрод 4, пластину 5 и второй прозрачный электрод б, и светоделительный кубик 7 с установленной на его катетной грани пр моугольной призмой 8, первый объектив 9, расположенный за светоделительным кубиком 7, второй объектив 10 и гелий-неоновый лазер 11, оп тически св занный с призмой 8 через второй объектив 10, фотоприемный блок выполнен в виде двух последовательно расположенных за первым объективом 9 фотоприемников 12 и 13 и световода 14, оптически их св зывающего, электронную систему обработки информации , включающую усилители 15 и 16, измерительные приборы 17, 18 и 19 и блок 20 вычислени коэффициента вариации. Описываемое устройство дл контрол качества бумажного полотна может работать в статическом и динамическом режимах, т.е. при подвижном и неподвижном полотне бумаги. Устройство работает следующим образом . В статическом режиме световой поток направл ют сквозь бумажное полотно 21, через диафрагму 1 и собиракнцую линзу 2. Затем световой поток проецируют в виде изображени внутренней структуры бумаги (о6лачностТ17 на первый прозрачный электрод 4 пространственно-временного модул тора 3 света. Под действием спроецированного изображени мен ютс оптические свойства пластины 5 модул тора 3 света, выраженные в изменении ее потенциального рельефа.The invention relates to a measuring technique and can be used in devices designed for automatic control of quality, in particular, the homogeneity of the paper web structure when preparing it on a paper machine, and can be used in the pulp and paper industry. A device for controlling the quality of a paper web is known, which comprises a light source and a photodetector with a recording unit. The principle of operation is based on the pro- duction of a narrow beam of light through a paper web with a diameter of about 2 mm from the source and the recording of the transmitted light flux by a photoreceiver, which is connected to a recording unit like a galvanometer. The sample of the paper relative to the light flux and the output measurements of the intensity of the light flux through the same intervs / are constructed at fifty-five points I profilogram C13. The disadvantage of the prior art device is low accuracy and performance control. Closest to the invention to the technical essence is a device for controlling the quality of a paper web, comprising a light source, a collecting lens, a photo-receiving unit in the form of a photomultiplier and an electronic information processing system. This device can function properly only when moving paper from a sheet. A ray of light with a diameter of 200 μm from a light source, passing through a paper sheet, enters the collecting lens and enters the photomultiplier. When the web moves relative to the lens collector, electrical signals are generated, which are measured and analyzed by the measuring circuit according to an algorithm that provides statistical characteristics: expectation, variation coefficient, spectrum 2.3. The disadvantages of this device are low accuracy and control performance. A single profile, laid out anywhere on a two-dimensional surface, is a paper web, weakly reflecting its two-dimensional properties, and measurements based on it do not allow a reliable estimate of the paper sheet structure and therefore, high control accuracy. The absence of a static mode is the main drawback of existing devices, since it makes it impossible to measure on a fixed paper web, which reduces the performance of the control. The purpose of the invention is to improve the accuracy and performance of the control. The goal is achieved by the fact that a device for controlling the quality of a paper web, containing a light source, a collecting lens, a photoreceiver unit and an electronic information processing system, is sequentially arranged along the light flux behind the collecting lens with a space-time light modulator and a beam-splitting cube with an installed on its facet edge with a rectangular prism, the first lens located behind the beam-splitting cube, the second lens and a laser optically coupled to ism through the second lens, and the light receiving unit is arranged in the form of two sequentially disposed behind the first lens photodetectors and optical fiber optically coupling them. The drawing shows a schematic diagram of a device for controlling the quality of a paper web. The device contains a successive light source (not shown in the drawing /, aperture 1, a collecting lens 2, a space-time modulator 3 of the light, including the first transparent electrode 4, the plate 5 and the second transparent electrode b, and a beam-splitting cube 7 installed on its lamella side rectangular prism 8, the first lens 9, located behind the beam-splitting cube 7, the second lens 10 and the helium-neon laser 11, optically connected with the prism 8 through the second lens 10, the photodetector unit is designed as two Photo detectors 12 and 13 and optical fiber 14, optically coupling them, an electronic information processing system, including amplifiers 15 and 16, measuring instruments 17, 18 and 19, and a coefficient for calculating the coefficient of variation 20, are successively located behind the first lens. The paper web can operate in static and dynamic modes, i.e. with a moving and stationary paper web. The device operates as follows. In the static mode, the light flux is directed through the paper web 21, through the diaphragm 1 and the collecting lens 2. Then the light flux is projected as an image of the internal structure of the paper (about 6 times the T17 on the first transparent electrode 4 of the space-time modulator 3 light. The optical properties of the plate 5 of the modulator 3 of the light, expressed in the change of its potential relief.

Световой поток от гелий-неонового лазера 11 направл ют на объектив 10 и после прохождени этого объектива 10, призмы 8, светоделительного кубика 7 и отражени от пластины 5 модул тора 3 со стороны второго прозрачного электрода 6 будет промодулирован в соответствии с потенциальным рельефом пластины 5.The light flux from the helium-neon laser 11 is directed to the lens 10 and after passing through this lens 10, the prism 8, the beam-splitting cube 7 and the reflections from the plate 5 of the modulator 3 from the side of the second transparent electrode 6 will be modulated according to the potential topography of the plate 5.

С помощьк) светоделительного кубика 7 и объектива 9 изображение структуры бумажного полотра 21 проецируетс на фотоприемник 12, наход щийс на рассто нии, равном фокусному рассто нию объектива 10..With the aid of the beam-splitting cube 7 and the lens 9, the image of the structure of the paper web 21 is projected onto the photodetector 12, which is located at a distance equal to the focal length of the lens 10 ..

Из центральной части фотоприемника 12 с помощью световода 14 вывод т центральную часть изображени и направл ют на фотоприемник 13, где он регистрируетс . Периферийна часть изображени регистрируетс фотоприемником 12.From the central part of the photodetector 12, using the light guide 14, the central part of the image is output and directed to the photodetector 13, where it is recorded. The peripheral portion of the image is recorded by the photodetector 12.

Таким образом, фотоприемники 12 и 13 регистрируют две составл ки е изображени - центральную и периферийную , которые, описываютс соответственно выражени ми M VcFqo Pf .-F ri M 0,0 где M - математическое ожидание по изображени структуры бума ного полотна; D - дисперси пол изображени структуры; С - коэффициент пропорциональности; F - спектр Фурье изображени в °° точке ноль, регистрируемый фотоприемником 13; - спектр Фурье изображени в окрестности точки ноль, гистрируемь1й фотоприемни.. ком 12. Выражение оценки математическог ожидани изображени структуры нах дитс по формуле W.H где С (2М+1) (2N+1)-, х., - ркость воспроизведенного дул тором 3 света изображе структуры в точке с коорди тами m, п .Thus, the photodetectors 12 and 13 register two composing images - central and peripheral, which are described respectively by the expressions M VcFqo Pf. -F ri M 0.0 where M is the mathematical expectation from the image of the structure of the paper web; D - dispersion of the image field of the structure; C - proportionality coefficient; F is the Fourier spectrum of the image at the point ° zero, recorded by the photodetector 13; - the Fourier spectrum of the image in the vicinity of the point zero, the photodetector is arranged. com 12. The expression for estimating the mathematical expectation of the image of the structure of the structure according to the formula WH where С (2М + 1) (2N + 1) - х., is the brightness reproduced by the puller 3 light image of the structure at a point with coordinates m, p.

Выражение дл дисперсии изображени структуры находитс по формулеThe expression for the dispersion of the image of the structure is given by the formula

(.„,„-«(с|.х„,„-2«гх„,„.(. "," - "(with | .х", "- 2" gh ",".

,. Фурье-плоскости объектива 9, т.е. на рассто нии, равном фокусному рассто нию объектива 9, на месте расположени фотоприемника 12 имеем описание изображени структуры в виде, The Fourier plane of the lens 9, i.e. at a distance equal to the focal length of the lens 9, at the location of the photodetector 12, we have the description of the structure image in the form

,).,)

где Т4,е- координаты изображени структуры (Фурье-образа/ в плоскости фотоприемника 12; т.п - координаты изображени структуры в плоскости модул тора 3 света.where T4, e are the coordinates of the image of the structure (Fourier transform / in the plane of the photodetector 12; and so on - the coordinates of the image of the structure in the plane of the modulator 3 of the light.

В точке с координатами О, О изображени , т.е. в центре спроецированно- . го изображени в плоскости фотоприемника 12 {в Фурье-плоскости /, сущест-i вует сигнал F -Yr 0,0- -или М Ус F который, как было указано выше, регистрируетс фотоприемником 13. Периферийна область изображени в Фурье-плоскости, т.е. на рассто нии фокусного рассто ни от объектива 9, имеет вид 2 р2 ), у 1 1. ,е 0,0/ и регистрируетс фотоприемником 12. Оценка математического ожидани изображени однородности стуктуры бумажного полотна характеризует средний уровень облачности по площади, который зависит от толщины материала , вида красителей и наполнителей. Оценка дисперсии изображени однородности структуры бумажного полотна 21 характеризует отклонение ркостей, образованных структурой бумаги (об- лачностью /, от некоторого среднего уровн . Оценка математического ожидани зарегистрированна фотоприемникомAt the point with coordinates O, O the image, i.e. in the center is projected. The image in the plane of the photodetector 12 {in the Fourier plane /, there is a signal F-Yr 0.0- - or M C F which, as indicated above, is recorded by the photo-receiver 13. The peripheral image area in the Fourier plane, t . at a distance of focal length from the lens 9, has the form 2 p2), 1 1., e 0.0 / and is recorded by the photoreceiver 12. The estimate of the mathematical expectation of the image of the uniformity of the paper web structure characterizes the average cloudiness over the area, which depends on the thickness material, type of dyes and fillers. The estimation of the image dispersion of the homogeneity of the paper web structure 21 characterizes the deviation of the viscosity, formed by the paper structure (cloudiness /, from a certain average level. The estimate of the mathematical expectation is recorded by the photodetector

13, поступает на усилитель 16 за тем на измерительный прибор 18 и : блок 20 вычислений коэффициента вариации . ,13, is fed to the amplifier 16, then to the measuring device 18 and: a block 20 for calculating the coefficient of variation. ,

.Оценка дисперсии, зарегистрированиа фотоприемником 12, поступает на усилитель 15, затем на измерительный прибор 17 и блок 20 вычислени коэффициента вариации. На основании полученных в фотоприемниках , 712 и 13 значений математического ожиДани и дисперсии в блоке 20 вычисл етс коэффициент вариации, который характеризует выраженность неоднородности структуры бумажного полотна 21 и находитс по форкогле . The dispersion estimate, registered by the photodetector 12, goes to the amplifier 15, then to the measuring device 17 and the variation coefficient calculation unit 20. Based on the values of the mathematical averaging and dispersion obtained in the photodetectors, 712 and 13, in block 20, the coefficient of variation is calculated, which characterizes the severity of the heterogeneity of the structure of the paper web 21 and is on the front side.

a.i.a.i.

В блоке 20 коэффициент вариации регистрируемс измерительным прибо-, ром 19.In block 20, the coefficient of variation is recorded by the measuring device, rum 19.

Таким образом, в данном устройстве оказываютс зарегистрированы и измерены сигналы: математического ожидани , дисперсии;: коэффициента вариации изображени неоднородности структуры бумажного полотна .Thus, signals are recorded and measured in this device: expectation, variance;: the coefficient of variation of the image of the heterogeneity of the paper web structure.

Предложенное устройство позвол ет достичь.высокой скорости измерени статистических характеристик структура бумаги ( сотни измерений в секунду/, в св зи с чем возможна работа устройства контрол в реальном масштабе времени при движущемс полотне бумаги. Устройство может быть использовано дл оперативного контрол качества бумаги в ходе технологического процесса, а также при его отладке или изменении вида бумаги .The proposed device allows to achieve a high speed of measurement of the statistical characteristics of the paper structure (hundreds of measurements per second /, and therefore the real-time control device can work with a moving paper web. The device can be used for operative paper quality control during technological process, as well as debugging it or changing the type of paper.

Claims

DEVICE FOR CONTROL OF QUALITY OF PAPER CANVAS, containing a light source, a collecting lens, a photodetector unit and an electronic information processing system, characterized in that, in order to increase the accuracy and performance of the control, it is equipped with sequentially located along the light flux behind the collecting lens a temporary light modulator and a beam-splitting cube with a rectangular prism mounted on its cathete face, the first lens located behind the beam-splitting cube, the second volume ktivom and laser optically connected through the second lens s.prizmoy / a light receiving unit is arranged in the form of two sequentially disposed behind the first lens photodetectors and optical fiber optically coupling them.

SU. ,, 1080009>