СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЗРАЧНОСТИ ПЛОСКИХ СВЕТОПРОПУСКАЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1995 года по МПК G01N21/85 

Изобретение относится к способам контроля физических параметров плоских светопропускающих материалов, например бумаги, и может быть использовано для непрерывного контроля качества бумажного полотна непосредственно в ходе технологического процесса его производства.

Наиболее близким к заявляемому способу является принятый в отечественной бумажной промышленности стандартный метод измерения прозрачности, ГОСТ 8874-72, в соответствии с которым исследуемый образец бумаги освещают параллельным световым пучком нормально к его поверхности, последовательно измеряют световые потоки, рассеянные образцом в обратном направлении в случаях, когда с противоположной стороны от образца помещают либо плоскую непрозрачную белую, либо черную подложку, и по величине этих потоков по известной формуле рассчитывают прозрачность образца.

К недостаткам метода следует отнести выборочность, необходимость вырезания образцов, т.е. разрушения готовой продукции, длительность порядка 5 мин на одно измерение и, как следствие, невозможность применения метода для непрерывного контроля качества бумажного полотна непосредственно в ходе его производства для оперативного вмешательства в технологический процесс, тем более для целей его автоматизации.

Изобретение позволяет повысить скорость измерений и создать способ, пригодный для непрерывного неразрушающего контроля качества бумажного полотна непосредственно в ходе технологического процесса производства светопропускающих материалов.

Это достигается тем, что исследуемый материал освещают двумя одинаковыми параллельными световыми пучками нормально к его поверхности последовательно по ходу протяжки материала в процессе его производства, причем под одним из освещаемых участков с противоположной стороны от материала помещают плоскую белую непрозрачную подложку, а под другим черную, регистрируют световые потоки Φ_ω и Φ_o, рассеянные соответственно тем и другим участками материала в обратном направлении в одинаковых малых телесных углах Ω ориентированных под одинаковыми углами ϕ к каждому из падающих пучков, а о прозрачности исследуемого материала судят по величине разности
δχ где Φ_ω,э и Φ _о,э аналогично измеренные световые потоки для эталонного образца того же материала известной прозрач- ности.

На фиг. 1 представлена схема для контролля прозрачности плоских светопропускающих материалов; на фиг.2 представлен разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 изображена лабораторная установка для осуществления предложенного способа; на фиг.5 показан график для определения прозрачности образца; на фиг.6 изображено устройство для контроля прозрачности образца, установленного непосредственно на выходе бумагоделательной машины.

Исследуемый материал 1, например движущееся бумажное полотно (бумага), освещают двумя одинаковыми параллельными световыми пучками 2 и 3 нормально к его поверхности последовательно по ходу протяжки материала в процессе его производства. Направление вектора скорости протяжки изображено на фиг.1 стрелкой, а на фиг.2 и 3 символом (от наблюдателя). Под световым пучком 2 с противоположной стороны от материала помещают плоскую белую (рассеивающую) непоглощающую подложку 4 ("белый" участок материала), а под световым пучком 3 такую же черную подложку 5 поглощающую ("черный" участок). Свет, рассеянный "белым" и "черным" участками материала в обратном направлении, регистрируют в пределах одинаковых малых телесных углов 6 и 7 (Ω < < 2 π), при этом каждый из телесных углов ориентирован в плоскости, перпендикулярной к направлению протяжки материала, под одним и тем же углом ϕ к каждому из падающих пучков.

Для проверки работоспособности способа была собрана лабораторная установка (фиг.4), включающая источник 8 излучения, линзу 9, фотоприемник 10, белую подложку 4, черную подложку 5, усилитель 11, аналого-цифровой преобразователь 12, индикаторное табло 13, кожух 14, модулятор 15.

Работает установка следующим образом.

Свет от источника 8 (ИК-светодиод АЛ-107), пройдя через линзу 9, параллельным пучком падает нормально на поверхность исследуемого материла 1, диаметр пятна засветки на бумаге (материале) составлял около 1 см. С противоположной стороны бумаги под пятном помещается либо плоская белая подложка 4 (ватман 5х5 см²), либо черная подложка 5 (черный бархат). Рассеянный бумагой в обратном направлении свет улавливается фотоприемником 10 (фотодиод ФД-256) с диаметром фотоприемной поверхности около 3 мм. Фотоприемник располагается в плоскости, перпендикулярной машинному направлению бумаги, на расстоянии около 5 см от пятна засветки, при этом угол между падающим пучком и направлением на центр фотоприемника составляет ϕ 40^о. Фотосигнал I от фотоприемника усиливается усилителем 11, преобразуется в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя 12 и выводится на индикаторное табло 13. Для устранения влияния возможных паразитных засветок фотометрическая часть установки заключена в светопроницаемый зачерненный кожух 14. Кроме того, с этой же целью источник света модулируется модулятором 15, который одновременно управляет усилителем, обеспечивая синхронное детектирование только полезного сигнала.

С помощью описанной установки были проведены измерения на образцах кальки производства ленинградской бумажно-картонной фабрики "Коммунар" различной прозрачности, которая была предварительно измерена в заводской лаборатории качества на лейкометре по методу прототипа, в соответствии с которым она вычислялась по формуле
χ_пр= 1- где Φ _о,пр световой поток, рассеянный калькой в обратном направлении в телесном угле 2 π при черной подложке;
Φ_∞,пр аналогичный световой потолок при белой подложке, в качестве которой использовалась непрозрачная (бесконечно толстая) стопа той же кальки.

На установке измерялись фотосигналы I_ω и I_о, пропорциональные световым потокам Φ_ω и Φ _o, рассеянным калькой в направлении на фотоприемник соответственно при белой и черной подложке. Прозрачность кальки определялась по формуле
χ 1- 1- для разных участков исследованных образцов.

Сравнительные результаты проведенных измерений приведены на фиг.5, где по горизонтали отложены средние значения и доверительные погрешности (р 0,95) прозрачности χ_пр, образцов, измеренной по методу прототипа, а по вертикали соответствующие значения прозрачности χ тех же образцов, измеренной на лабораторной установке по предлагаемому способу. Из фиг.5 видно, что между обеими прозрачностями существует линейная зависимость, что позволяет судить о прозрачности любой исследуемой бумаги по величине разности δχ χ χ_э ее прозрачности χ и прозрачности χ_э образца той же бумаги, принятого за эталон, измеренных по заявляемому способу. Видно, что величина указанной разности приводится к следующему виду:
δχ χ-χ_э=
Заявляемый способ контроля прозрачности может быть реализован, например, в устройстве для контроля прозрачности кальки, предназначенном для установки непосредственно на выходе бумагодалительной машины (фиг.6). Устройство включает в себя модулятор 15, источник 8 излучения, линзу 9, полупрозрачное зеркало 16, зеркало 17, два идентичных фотоприемника 10, два одинаковых кожуха 14, белую 4 и черную 5 подложки, усилитель 11, аналого-цифровой преобразователь 12, блок 18 обработки, запоминающее устройство 19 и индикаторное табло 13.

Устройство работает следующим образом.

Источник 8 излучения (ИК-светодиод, например, типа АЛ-107) питается от модулятора 15 импульсным током частоты f_о, стабилизированным по амплитуде. Модулированный свет от источника 8, пройдя линзу 9, образует параллельный пучок, который падает на полупрозрачное зеркало 16, при этом половина излучения проходит через зеркало 16 и падает на обычное зеркало 17. Отраженные от обоих зеркал параллельные световые пучки 2 и 3 нормально падают на поверхность движущегося исследуемого материала (бумажного полотна), вектор скорости протяжки полотна изображен на фиг.6 стрелкой. С противоположной стороны кальки под пучком 2 находится плоская непрозрачная белая подложка 4, а под пучком 3 черная подложка 5. Рассеянный бумагой в обратном направлении свет улавливается двумя идентичными фотоприемниками 10 (например, фотодиодами ФД-256), которые расположены в плоскости, перпендикулярной к направлению протяжки бумаги, при этом угол ϕ между осью падающего пучка и направлением из центра пятна засветки на центр фотоприемной поверхности того и другого фотоприемника один и тот же. Для устранения возможных паразитных засветок фотометрические части обоих измерительных каналов заключены в непрозрачные зачерненные кожухи 14. Фотосигналы с обоих фотоприемников поступают на два идентичных усилителя 11, каждый из которых включает в себя преобразователь фототока, узкополосный фильтр с частотой f_o и синхронный детектор, управляемый от модулятора 15. Усиленные сигналы поступают на аналого-цифровой преобразователь 12, где происходит преобразование аналоговых фотосигналов в цифровые коды, и затем в блок 18 обработки. Последний работает следующим образом.

В режиме "эталон" (т.е. при перемещении в измерительном зазоре образца аналогичной кальки, принятой за эталон) осуществляется отсчет n значений сигналов I_ω,э и I_о,э с обоих усилителей, затем происходит их усреднение и вычисляется значение прозрачности эталона χ_э= 1- которое заносится в запоминающее устройство 19. При желании это значение может быть выдано на индикаторное табло 13. В режиме "измерение" (т.е. при протягивании в измерительном зазоре полотна измеряемой кальки) происходит отсчет n значений сигналов I_ω и I_о, усреднение этих значений и вычисление прозрачности исследуемой кальки
χ 1-
По желанию оператора на индикаторное цифровое табло может выводиться либо χ либо δχ χ χ_э Через определенное время t происходит новое накопление отсчетов I_ω и I_o и процесс обработки повторяется.

Время измерения величины прозрачности исследуемой бумаги определяется временем достаточного усреднения фотосигналов I_ω и I_о и при существующих скоростях протяжки бумажного полотна не превышает секунд, что значительно меньше времени измерения по методу-прототипу.

Использование: в способах измерения прозрачности плоских светопропускащих материалов, например бумаги, пригодных для непрерывного неразрушающего контроля прозрачности этих материалов непосредственно в ходе их производства. Сущность изобретения: исследуемый материал освещают двумя одинаковыми паралельными световыми пучками нормально к его поверхности последовательно по ходу протяжки материала в процессе его производства, причем под одним из освещаемых участков с противоположной стороны из материала помещают плоскую белую непрозрачную подложку, а под другим - черную, регистрируют световые потоки φ_w и φ_o, рассеянные соответственно тем и другим участками материала в обратном направлении в одинаковых малых телесных углах Ω , ориентированных под одинаковыми углами v к каждому из падающих пучков, о прозрачности исследуемого материала судят по величине dc = φ_o,э/φ_w,э-φ_o/φ_w, где φ_w,э и φ_o,э - аналогично измеренные световые потоки для эталонного образца того же материала известной прозрачности. 6 ил.

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЗРАЧНОСТИ ПЛОСКИХ СВЕТОПРОПУСКАЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ, при осуществлении которого под исследуемым материалом помещают плоские белую и черную подложки, освещают исследуемый материал световым потоком нормально к его поверхности, регистрируют световой поток, рассеянный исследуемым материалом и одной из подложек в направлении, обратном падению света на исследуемый материал, отличающийся тем, что исследуемый материал в области расположения второй подложки освещают дополнительным световым потоком, направленным нормально к его поверхности, регистрируют световой поток, рассеянный исследуемым материалом и этой подложкой в направлении, обратном падению света на исследуемый материал, и по величине этих потоков судят о прозрачности исследуемого материала, при этом световые потоки регистрируют в одинаковых телесных углах, ориентированных под одинаковыми углами к каждому из падающих на исследуемый материал световых потоков.