УСТРОЙСТВО НЕРАЗРУШАЮЩЕЙ ОЦЕНКИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОРСОВЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО НАТУРАЛЬНОГО МЕХА, И ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСИЛИЯ ПРОКОЛА ИГЛОЙ Российский патент 2002 года по МПК G01N33/44 

Изобретение относится к текстильной, меховой промышленности, может использоваться при оценке свойств ворсовых материалов, прежде всего натурального меха, при исследованиях на этапах сортировки и оценки качества. Изобретение позволяет измерить геометрические характеристики ворсовых материалов с прямым и наклонным ворсом (волосяным покровом) без их разрушения и ускорить процесс оценки геометрических характеристик, получить объективные данные толщины ворса (волосяного покрова) и грунта (кожевой ткани) материалов.

За прототип устройства взято устройство для измерения толщины ворса ковров по статье: J. Lappage, J. Bedford, D. Crook. "The WRONZ carpet pile thickness gauge" - J. Text. Inst., 1984, N 3, p.229-234 (копия прилагается). Известное устройство для определения толщины ворса ковра содержит подвижную платформу в виде алюминиевого диска с отверстиями, просверленными для снижения массы. Платформа прикрепляется к верхнему зажиму Instron Tensile Tester. На платформе симметрично по окружности расположены средства измерения в виде шести игл-щупов, имеющих острие в виде конуса с углом заточки 75^o и скругленным кончиком. Длина от основания до кончика 0,31 мм, диаметр иглы-щупа у основания конуса 0,50 мм. Исследуемый образец помещается на предметный столик, состоящий из блока полистирола, обернутого алюминиевой фольгой, и расположенный под подвижной платформой на силоизмерителе Instron Tensile Tester. Для фиксации ковра на предметном столике используется центральная опора в виде латунного диска (d=20 мм), прикрепленного к валу, движущемуся в низкофрикционных подшипниках, расположенная на подвижной платформе и создающая давление на ворс ковра 20 гс/см². Узлом для фиксации начала измерения является циферблатный счетчик, расположенный на центральной опоре и замеряющий ее высоту относительно кончиков игл-щупов. Измерительный узел выполнен в виде диаграммного устройства, фиксирующего на диаграмме перемещение платформы и усилие воздействия игл-щупов на силоизмеритель. Высота ворса и грунта ковра определяется по величине перемещения диаграммной бумаги, на которой фиксируются момент начала измерения, момент прокалывания ворса и грунта ковра, определяемые по изменению усилия, записанного на диаграмме.

Прототип имеет ряд недостатков. Известное устройство дает погрешность при измерении толщины ворса и грунта, связанную с неточным определением моментов начала и конца измерения толщины ворса, грунта ковра. Начальный момент измерения толщины ковра определяется по циферблатному счетчику при давлении опоры 20 гс/см². Однако давление опоры изменяет толщину ворса в разной степени в зависимости от его жесткости и упругости, что приводит к изменению истинной толщины ворса и дает неточную фиксацию начала измерения толщины ворса. Окончание измерения толщины ворса определяется на диаграмме по увеличению усилия, с которым иглы входят в грунт ковра. Однако усилие зависит от вида и свойств ворса, характера переплетения нитей в грунте, его плотности, что влияет на точность фиксации изменения усилия, т.е. окончания измерения толщины грунта ковра. На запись величины усилия влияет масса испытуемого материала, предметного столика, изолирующей прокладки, находящихся на силоизмерителе, что приводит к инерции силоизмерительной системы и соответственно неточной фиксации начала и конца измерения. На приборе нельзя определить геометрические характеристики шкурок натурального меха, снятых "трубкой" или "чулком", ввиду конструкции предметного столика, требующей разрезания шкурок и приведения их в распластанный вид, что ограничивает дальнейшее их использование. Известное устройство из-за давления опоры не дает оценки толщины ворса в естественном состоянии, что особенно важно для материалов с фактурным и наклонным ворсом. Использование шести игл-щупов усредняет измерение толщины ворса и не дает возможности оценить перепады толщины ворса для материалов с фактурным или неравномерным по толщине ворсом, например натурального меха. Известное устройство дает возможность определить часть геометрических характеристик для материалов с наклонным ворсом: толщину ворса и грунта, а не измеряет показатели угла наклона и длины ворса. Оценка толщины ворса и грунта по диаграмме записи усилия и перемещения платформы длительна.

Техническим результатом заявляемого изобретения является неразрушающая оценка геометрических характеристик ворсовых материалов, преимущественно натурального меха, на этапах сортировки и оценки качества с повышенным уровнем достоверности и объективности определения толщины волосяного покрова путем измерения при его естественном состоянии без давления, за счет исключения усреднения данных толщины волосяного покрова при одновременном определении дополнительных характеристик длины волоса, угла наклона для материалов с наклонным волосяным покровом, с повышенной точностью измерения толщины кожевой ткани и волосяного покрова за счет точной фиксации начала и конца измерения толщины волосяного покрова и кожевой ткани, а также с ускоренным процессом измерения за счет снятия данных толщины непосредственно с панели индикации.

Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство содержит смонтированные в одном корпусе соосно подвижную платформу со средствами измерения толщины волосяного покрова и кожевой ткани, с опорой для фиксации материала, предметный столик с возможностью электрического контакта со средствами измерения; узел фиксации начала измерения, измерительный узел.

Существенными отличиями заявляемого устройства является то, что средства для измерения толщины выполнены в виде подпружиненного щупа с закругленным концом и съемной иглы, взаимодействующих соответственно с датчиком малых перемещений и датчиком измерения усилия и расположенных на одной линии вдоль предметного столика, выполненного с возможностью поворота на 90^o на выносной опоре, а измерительный узел выполнен в виде датчика импульсов, расположенного на валу приводного двигателя, блока измерения и панели индикации. Опора для фиксации материала выполнена в виде подпружиненных стоек, располагающихся на линиях, параллельных линии расположения иглы и щупа. Подвижная платформа выполнена с возможностью возврата в исходное положение за счет соединения с цилиндрической пружиной и кинематически связана с двигателем. В качестве узла для фиксации начала измерения используют щелевой источник света, расположенный на одной линии со средствами измерения.

В настоящее время оценка свойств волосяного покрова меха ведется органолептически и основной показатель качества шкурки - сорт - присваивается по описательной характеристике волосяного покрова. Например, для меха голубого песца по ГОСТ 7179-70. "Шкурки песца выделанные. Технические условия" (копия прилагается) устанавливаются 2 сорта по описательной характеристике волосяного покрова. Такая субъективная оценка приводит к пересортице, затрудняет оценку качества и наборку шкурок на изделие и, в конечном итоге, приводит к браку в готовом изделии. Для получения однородных по свойствам стаек (пачек) необходима многократная сортировка. Ранее делались попытки количественной оценки характеристик волосяного покрова, прежде всего геометрических. Предложено устройство для оценки толщины волосяного покрова меха в статье Ганцов Ш. К. К оценке толщины волосяного покрова меха. - КОП. -1976. - 5. - С.30-31 (копия прилагается). Показано, что толщина волосяного покрова является количественной характеристикой состояния волосяного покрова и может использоваться при определении сорта шкурок. Испытания на толщиномере Ганцова Ш.К. дают хорошие результаты, позволяют выделить более четкую границу деления шкурок на сорта по измерению толщины волосяного покрова. Однако предложенный толщиномер определяет только одну характеристику - толщину волосяного покрова, а измерения проводятся при давлении на волосяной покров, что несколько искажает реальную толщину волосяного покрова, отсутствует оценка толщины кожевой ткани.

Предлагаемое устройство обеспечивает возможность одновременного определения комплекса показателей геометрических и механических свойств волосяного покрова и кожевой ткани меха: толщина волосяного покрова, длина волоса, угол наклона, толщина кожевой ткани и усилие прокола иглой. Полученная информация о свойствах меха может быть использована при оценке качества (установлении сорта), сортировке шкурок по однородности волосяного покрова, при исследованиях и сертификационной оценке.

Размеры предметного столика выбраны исходя из размеров шкурок различного способа съема и длины волосяного покрова, которая варьируется в пределах 5-110 мм. Столик выполнен из токопроводящего материала, например, металла для обеспечения электрического контакта с иглой при проколе кожевой ткани. Столик длиной 150 мм и шириной 60 мм обеспечивает легкость размещения шкурок различного способа съема без свисания волос в рабочей зоне. Толщина столика 10 мм обеспечивает "раскол" волоса при измерении длины волоса и в то же время позволяет добиться устойчивого положения щупа и иглы во время таких измерений. Возможность поворота столика за счет винта обеспечивает измерение длины волосяного покрова. Длина выносной опоры не менее 0,5 м, так как она обеспечивает надевание шкурки от огузка до шеи при испытаниях натурального меха "трубкой" или "чулком". Прижимные стойки, обеспечивающие фиксацию образца меха на предметном столике, выполнены в виде полых трубок диаметром 7 мм и расположены по краям платформы таким образом, чтобы расстояние между двумя стойками было не меньше максимальной длины волоса (120 мм) во избежание попадания волос под обе стойки одновременно. Расположение стоек по ширине платформы симметрично. В качестве средств измерения толщины используется щуп и игла. Игла выполнена съемной для возможности замены ее в случае поломки или в зависимости от толщины испытуемой кожевой ткани. Щуп представляет собой металлический стержень диаметром 2 мм с закругленным кончиком во избежание прокола кожевой ткани во время работы. Диаметр щупа не более 2 мм для уменьшения попадания волос под щуп. Расстояние между щупом и иглой определяется габаритами датчиков и составляет 10 мм. Игла, щуп, источник света и экран находятся на одной линии вдоль предметного столика для фиксации начала измерения толщины волосяного покрова.

На фиг. 1, фиг.2 представлены схемы устройства, вид спереди и вид слева соответственно. На фиг.3 показана подвижная платформа со средствами измерения: иглой и щупом, связанных с силоизмерителем и датчиком перемещений соответственно, прижимные стойки и предметный столик с размещенным на нем мехом. На фиг.4 представлен вариант работы устройства для измерения длины волоса и угла наклона волоса при повороте столика на 90^o.

Устройство для измерения геометрических характеристик ворсовых материалов и натурального меха 1 (фиг.1, 2) содержит металлический предметный столик 2, соединенный с выносной опорой 3 с помощью винта 4, подвижную платформу 5, перемещающуюся по двум направляющим 6 с помощью зубчатого ремня 7, перекинутого через шкивы 8 и 9. Шкив 9 вращается от приводного двигателя 10. Цилиндрическая пружина 11 прикреплена одним концом к корпусу прибора 12, другим к подвижной платформе. По краям подвижной платформы расположены четыре подпружиненные стойки 13, подпружиненный щуп 14, воздействующий на датчик перемещений 15, игла 16, связанная с силоизмерителем 17. С подвижной платформой связан источник света 18 и диафрагма 19, луч от источника света, проходя через диафрагму, попадает на экран 20. На корпусе прибора расположен блок измерения 21 и панель индикации 22, на валу приводного двигателя датчик импульсов 23 (фиг.1, 2.).

Устройство работает следующим образом: на предметном столике 2 размещают образец меха 1, снятый "трубкой" или распластанный, например шкурку песца, образец меха расправляют до исчезновения складок и морщин на кожевой ткани и закрепляют подпружиненными стойками 13 подвижной платформы 5. В подготовительном режиме с помощью приводного двигателя 10 подвижная платформа с источником света 17 со щелевой диафрагмой 18, с щупом 14 и иглой 16 перемещается до совмещения на белом экране 19 тени кончиков щупа и иглы с началом тени волосяного покрова меха. После совмещения кончиков иглы и щупа с волосяным покровом устройство запускается в режиме измерения - платформа опускается по направляющим 6. Блок измерения 21 постоянно фиксирует перемещение платформы, стержня и иглы с помощью установленного на валу приводного двигателя датчика импульсов 23. В момент касания щупа кожевой ткани (фиг.3) происходит его смещение, что фиксируется датчиком малых перемещений 15. Блок измерения 21 подсчитывает количество импульсов, поступивших с датчика импульсов 23, установленного на валу приводного двигателя 10, с момента пуска приводного двигателя в режиме измерения до момента срабатывания датчика малых перемещений 15 при касании щупа 14 кожевой ткани и преобразует это количество импульсов в значение толщины волосяного покрова по формуле
h_вп=K₁•n_вп,
где h_вп - толщина волосяного покрова;
K₁ - коэффициент пересчета импульсов в толщину;
n_вп - число импульсов при измерении толщины волосяного покрова.

Значение толщины волосяного покрова высвечивается на панели индикации. Дальнейшее перемещение платформы приводит к прокалыванию кожевой ткани иглой 16, при этом игла воздействует на датчик измерения усилия 17, закрепленный на подвижной платформе. Усилие прокола фиксируется вторым каналом блока измерения 21 и высвечивается на панели индикации 22. В момент прокола кожевой ткани игла 16 касается металлического предметного столика 2, что приводит к замыканию электрической цепи, останову приводного двигателя 10, фиксации значений перемещения подвижной платформы датчиком импульсов 23. Блок измерения 22 подсчитывает количество импульсов с датчика 23 с момента срабатывания датчика малых перемещений при касании щупа кожевой ткани до момента прокалывания кожевой ткани иглой и возникновения электрического сигнала при замыкании электрической цепи между иглой предметным столиком и преобразует эту информацию в значение толщины кожевой ткани по формуле:
h_кт=K₂•n_кт,
где h_кг - толщина кожевой ткани;
К₂ - коэффициент пересчета импульсов в толщину;
n_кт - число импульсов при измерении толщины кожевой ткани.

Значение толщины кожевой ткани высвечивается на панели индикации. После этого происходит автоматический возврат подвижной платформы в верхнее крайнее исходное положение с помощью пружины 11 (фиг.1, 2).

Для измерения длины волоса и угла наклона волоса предметный столик 2 поворачивают на 90^o с помощью винта 4 и шкурку надевают на предметный столик, добиваясь вертикального расположения волоса (фиг.4). Далее измерения проводят аналогичным образом. Блок измерения считает импульсы и преобразует их в значения длины волосяного покрова по формуле:
L=К₃•n_L,
где L - длина волоса;
К₃ - коэффициент пересчета импульсов в длину;
n_L - число импульсов при измерении длины волоса.

Рассчитывают угол наклона волос по формуле:

где sin α - синус угла наклона волоса к плоскости кожевой ткани;
h - толщина волосяного покрова;
L - длина волосяного покрова.

На предлагаемом устройстве проведены испытания геометрических характеристик волосяного покрова, кожевой ткани и усилия прокола иглой шкурок голубого песца и ондатры (табл.1, 2).

Как видно из таблиц, сорт и показатели геометрических характеристик волосяного покрова связаны: чем больше угол наклона, длина и толщина волосяного покрова, тем выше качество шкурки, т.е. сорт. Испытания позволяют выявить разницу в свойствах топографических участков шкурки и различия в характеристиках между шкурками. Оценка геометрических характеристик на предлагаемом устройстве позволяет установить сорт, который иногда не совпадает с данными первой сортировки. Последующие сортировки, как правило, выявляют различия в шкурках в большей степени и, как видно из таблицы, больше совпадают с количественной оценкой, проведенной на устройстве.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить точность оценки геометрических характеристик, получить комплекс показателей и ускорить процесс измерения.

Изобретение относится к текстильной промышленности и может быть использовано для оценки свойств ворсовых материалов. Устройство включает смонтированные в одном корпусе соосно подвижную платформу со средствами измерения толщины волосяного покрова и кожевой ткани, с опорой для фиксации материала, предметный столик с возможностью электрического контакта со средствами измерения, узел для начала фиксации начала измерения, измерительный узел. Средства измерения толщины выполнены в виде подпружиненного щупа с закругленным концом и съемной иглы, взаимодействующих соответственно с датчиком малых перемещений и датчиком измерения усилия и расположенных на одной линии вдоль предметного столика. Столик выполнен с возможностью поворота на 90^o на выносной опоре. Измерительный узел выполнен в виде датчика импульсов, расположенного на валу приводного двигателя, блока измерения и панели индикации. Данное устройство отличается повышенной точностью и ускоренным процессом измерения. 3 з.п.ф-лы, 4 ил, 2 табл.

1. Устройство для неразрушающей оценки геометрических характеристик ворсовых материалов, преимущественно натурального меха, и определения усилия прокола иглой, включающее смонтированные в одном корпусе соосно подвижную платформу со средствами измерения толщины волосяного покрова и кожевой ткани, с опорой для фиксации материала, предметный столик с возможностью электрического контакта со средствами измерения, узел фиксации начала измерения, измерительный узел, отличающееся тем, что средства измерения толщины выполнены в виде подпружиненного щупа с закругленным концом и съемной иглы, взаимодействующих соответственно с датчиком малых перемещений и датчиком измерения усилия и расположенных на одной линии вдоль предметного столика, выполненного с возможностью поворота на 90^o на выносной опоре, а измерительный узел выполнен в виде датчика импульсов, расположенного на валу приводного двигателя, блока измерения и панели индикации. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что опора для фиксации материала выполнена в виде подпружиненных стоек, располагающихся на линиях, параллельных линии расположения иглы и щупа. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подвижная платформа выполнена с возможностью возврата в исходное положение за счет соединения с цилиндрической пружиной и кинематически связана с двигателем. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве узла для фиксации начала измерения используют щелевой источник света, расположенный на одной линии со средствами измерения.