СПОСОБ КОНТРОЛЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ДЕРЕВЯННОЙ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 2010 года по МПК G01B11/30 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу оптического контроля шероховатости поверхности. В указанном способе пучок излучения направляют к поверхности, выбранной для контроля, поверхность и пучок перемещают относительно друг друга, излучение, отраженное от поверхности, воспринимается оптоэлектронным приемником, и на основе полученного таким образом электрического сигнала вычисляют числовые показатели, соответствующие шероховатости поверхности.

Уровень техники

Количественно измерить шероховатость поверхности обычно трудно, и измерение шероховатости гладких поверхностей, в особенности деревянных, имеет трудновыполнимый и, в то же время, неточный характер. Среди прочих факторов проблема, возникающая при измерении шероховатости деревянных поверхностей, связана с тем, что в отличие от любого другого материала шероховатость лесоматериала частично обусловлена ворсистостью, состоящей в наличии на поверхности частично отделенных древесных волокон. В патентном документе US 6122065 описано устройство, посредством которого топологию объекта, например поверхности деревянной детали, контролируют с применением съемочного аппарата и монохроматического лазерного излучения, причем профиль поверхности определяют, основываясь на результатах триангуляции. Указанное устройство предназначено для локализации полостей, углублений и других участков, характеризующихся отсутствием материала. Кроме того, положения указанного документа, скомбинированные с упомянутой выше процедурой, позволяют провести цветовой анализ деревянной поверхности с применением излучения двух светодиодов, имеющих различные цвета и излучающих на двух длинах волн, или работая в широкой полосе длин волн с проведением спектрального анализа. С помощью этой части устройства исследуют не отклонения от формы, а другие проблемы. Как можно заключить из описания указанного документа, предлагаемая процедура не позволяет измерить шероховатость поверхности, имеющую вид ворсистости, можно оценить только наиболее существенные отклонения от формы.

В документах US 4290698, US 4878114 и US 5229835, а также СА 1078489 описаны сходные способы измерения шероховатости поверхности посредством направления узкого светового пучка (пучка излучения) на поверхность, подлежащую контролю, приема излучения, отраженного от указанной поверхности, оптоэлектронным приемником, который перемещают параллельно поверхности, и вычисления, на основе полученного электрического сигнала, числовых показателей, соответствующих шероховатости поверхности. Во всех указанных документах волнистость поверхности трактуется как шероховатость. Волнистость приводит к отклонению угла отраженного пучка от усредненной нормали, проведенной к поверхности, на величину, меняющуюся в зависимости от угла наклона поверхности в данной точке. В результате изменяется и может быть измерено также и количество излучения, отраженного под данным углом. Таким образом, указанные способы имеют статистический характер, т.е., другими словами, с их помощью вычисляют стандартное отклонение, среднеквадратичные числовые значения или аналогичные параметры, а из этих данных получают количественную оценку микроволнистости поверхности. В документе FR 2710405 предлагается способ количественного определения шероховатости деревянной поверхности, использующий измерение энергии трения вращающегося контактного датчика. Следовательно, имеется в виду механический датчик, который непригоден для исчерпывающего контроля больших объемов лесоматериалов и, в особенности, для контроля распределений шероховатостей поверхности во всем лесоматериале, проходящем через производственную линию.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение решает задачу разработки способа, позволяющего контролировать (причем полностью, если это необходимо) с высокой скоростью одну или несколько поверхностей детали из лесоматериала. Указанный контроль должен определить, содержат ли поверхности зоны, в которых поверхностная шероховатость (в случае деревянных поверхностей это ворсистость) имеет неприемлемое отклонение от нормы. Второй задачей, решенной посредством изобретения, является разработка способа, обеспечивающего получение необходимой информации о шероховатости (включая ворсистость) деревянной поверхности, причем независимо от изменений цвета, густоты тона (т.е. светлой или темной окраски), волокнистости или окраски волокон, а также ориентации волокон деревянных образцов. Так, например, если реальная ворсистость остается более или менее постоянной по всей поверхности, древесное волокно, точнее изменение густоты тона и цвета деревянной поверхности, не следует учитывать в изменениях "шероховатости поверхности". Кроме того, "числовые показатели шероховатости поверхности" не должны изменяться в зависимости от направления, в котором средство контроля перемещается относительно ориентации древесных волокон (считается, что ворсистость древесной поверхности всегда до некоторой степени ориентирована) в тех случаях, когда реальные характеристики ворсистости более или менее идентичны. В дополнение к сказанному способ по изобретению должен быть пригодным для контроля каждого участка даже в случае больших поверхностей; другими словами, он должен обеспечить возможность контроля любых участков с предположительно различающейся шероховатостью или с различной степенью ворсистости.

Перечисленные проблемы и задачи решаются посредством способа по изобретению, характеризуемого признаками, которые включены в отличительную часть п.1 формулы.

Главное преимущество изобретения заключается в предоставлении возможности контроля адекватности обработки поверхности, например, пиломатериала, что, в свою очередь, позволяет контролировать качество поверхности детали, причем без контакта с пиломатериалом, при высокой скорости и автоматически. Указанное преимущество достигается за счет применения оптического способа. Другим существенным достоинством изобретения является возможность исключения влияния волокнистой структуры, т.е. вариаций густоты тона деревянной поверхности, хотя изобретение соотносится с оптическим способом, основанным на отражении. Результат контроля вполне корректен, поскольку данные о шероховатости поверхности находятся в соответствии с реальной шероховатостью, причем даже несмотря на то, что коэффициент отражения излучения изменяется согласно как общему, так и локальному цвету или густоте тона древесины.

Далее изобретение будет описано более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

Фиг.1А иллюстрирует устройство для реализации способа по изобретению на виде по направлению перемещения движущегося изделия (по направлению I, показанному на фиг.1В).

Фиг.1В иллюстрирует устройство, представленное на фиг.1А на виде по направлению, перпендикулярному направлению перемещения изделия (в направлении II, показанном на фиг.1А).

Фиг.2 иллюстрирует второе устройство для реализации способа по изобретению, показанное в той же проекции, что и устройство, представленное на фиг.1А.

Фиг.3А-3Е представляют собой упрощенные (принципиальные) представления нескольких линейных изображений; последовательные изображения получены при небольших перемещениях изделия и состоят из пикселей, числовые значения которых сохраняются в электронной форме и отображают поверхность изделия.

Фиг.4A-4D представляют собой упрощенные (принципиальные) представления нескольких линейных изображений, полученных как разности числовых значений соответствующих пикселей двух смежных изображений, приведенных на фиг.3А-3Е.

Фиг.5 иллюстрирует типичную поверхность детали из лесоматериала, сформированную посредством соединения большого набора электронных линейных изображений, последовательно примыкающих друг к другу; конечный результат соответствует также обычной фотографии.

Фиг.6 и 7 иллюстрируют поверхность детали из лесоматериала, показанную на фиг.5, но представленную в виде изображений по изобретению, т.е. эти изображения получены из разностей последовательных линейных изображений посредством размещения их смежным образом друг за другом; указанные два изображения различаются только инверсией числовых показателей густоты тона.

Фиг.8 представляет собой схематичное изображение типичной фактуры поверхности детали из лесоматериала, обладающей ворсистостью; деталь представлена в аксонометрической проекции.

На фиг.9 показано, как в зависимости от природы различных зон плоской деревянной поверхности (имеются в виду зоны без ворсистости, с умеренной, т.е. небольшой, ворсистостью, и очень шероховатые зоны, т.е. зоны с большой ворсистостью) изменяется характер отражения излучения (в особенности несфокусированного), наклонно падающего на поверхность.

Осуществление изобретения

На фиг.1А, 1В и 2 показан прибор, посредством которого можно реализовать способ по изобретению, предназначенный для оптического контроля шероховатости поверхности. Изделие, поверхность 2 которого подвергают контролю посредством способа по изобретению, представляет собой деревянную деталь 1, такую как доска, планка, пластина или какой-либо другой объект, имеющий, по меньшей мере, одну поверхность с точно выдержанной формой и, что принципиально, состоящий из дерева. В данном контексте термин "деревянная деталь 1" равным образом относится не только к "массивному" лесоматериалу, но и к фанере, к многослойному лесоматериалу или даже к ламинату при условии, что контролируемая поверхность сформирована древесиной или, что возможно, имеет такую же поверхностную фактуру, как у деревянной поверхности. Фактура поверхности деревянной детали 1 может изменяться от очень гладкой, такой как у высококачественной строганой или полированной поверхности, имеющей очень мелковолокнистую отполированную фактуру, до очень грубой поверхности с ворсистостью, такой как поверхность распила или раскола, поверхность после пескоструйной обработки или поверхность после обработки водной пульверизацией.

Повышенный или пониженный уровень ворсистости поверхности деревянной детали, являющийся следствием волокнистой фактуры, представляет собой (в особенности в случае древесины) характеристику шероховатости деревянной поверхности. Такая поверхность 2 показана на фиг.8. В рамках изобретения исследуется соответствующее положение конкретной деревянной поверхности на шкале шершавости (ворсистость ↔ гладкая поверхность), т.е. ее шероховатость (уровень ворсистости). Кроме того, поверхность деревянной детали может быть подвергнута обработке. В этом случае способ по изобретению в числе прочих факторов позволяет также осуществить контроль адекватности такой обработки. Обработка поверхности лесоматериала, например окраска или покрытие лаком, выделяет волокна в деревянной поверхности, четко акцентируя шероховатости и ворсистость, а способ по изобретению хорошо адаптирован к выявлению такой фактуры. Концепция "шероховатость", примененная в данном описании в связи с предлагаемым изобретением, однозначно подразумевает описанную выше "ворсистую" поверхность.

Указанный прибор содержит источник 4 излучения. В конкретном варианте это или единственный источник, или комплект, состоящий из нескольких таких источников. Источник 4 излучает несфокусированный пучок В некогерентного излучения в сторону поверхности 2 исследуемой детали. В предпочтительном варианте в рамках изобретения применяют единственный источник 4 излучения, который, конечно же, может содержать множество последовательно расположенных источников излучения, таких как лампы накаливания, лампы дугового разряда или светодиоды. В случае использования нескольких источников излучения их, тем не менее, следует локализовать, по меньшей мере, внутри одного и того же полупространства, причем данные источники должны излучать в направлении, указанном далее. Однако наиболее предпочтительно иметь точечный источник 4 излучения или источник излучения, по своим параметрам схожий, насколько это возможно, с точечным. Другими словами, его свойства и свойства точечного источника почти совпадают. Такая схема обеспечивает наилучшее качество изображения поверхности 2 исследуемой деревянной детали 1. Может оказаться приемлемым и горизонтально расположенный линейный источник излучения.

Источник 4 может излучать в видимом диапазоне и/или в ближней инфракрасной области, и/или в ближней ультрафиолетовой области. Обычно это широкополосный излучатель, т.е. источник, излучающий на множестве длин волн. Однако можно использовать и узкополосное или даже монохроматическое излучение. В любом случае пучок В излучения от источника подают на поверхность 2, подлежащую контролю, по направлению D, которое ориентировано под углом к нормали N, проведенной к указанной поверхности. Согласно изобретению направление D пучка излучения (точнее - усредненное направление D) расположено относительно нормали N под углом K, лежащим в интервале 30-60°. Пучок излучения, имеющий усредненное направление, формируют в виде единого пучка, причем даже в том случае, когда источник излучения сам по себе состоит из множества излучающих элементов. Кроме того, угол К падения пучка следует выбирать таким образом, чтобы пучки, зеркально отражающиеся от поверхности объекта (такая ситуация представляет собой только теоретический вариант), не достигали съемочного аппарата и проходили мимо оптических узлов 17, 18, формирующих изображение.

Далее, пучок В должен иметь такую ширину, чтобы полностью осветить участок A_K, изображения которого должны быть получены. Например, на деревянной детали может освещаться участок с шириной W_K изображения, соответствующей полной ширине W детали в направлении, перпендикулярном направлению перемещения М, и длиной L_K в направлении перемещения М, соответствующей такому размеру объекта в этом направлении, на который рассчитан съемочный аппарат. Площадь A_K изображения, формируемого съемочным аппаратом 8 (в данном случае это линейный съемочный аппарат), выделена на фиг.5 применительно к ситуации, когда ширина изображения, по меньшей мере, эквивалентна ширине деревянной детали (W_K≥W), а освещенная площадь A_V немного больше площади A_K. Следует попытаться удержать на минимальном уровне количество реального рассеянного излучения, т.е. излучения, падающего на поверхность 2 со всех направлений, т.к. в противном случае уменьшается контрастность и соответственно разрешение. Предпочтительно, чтобы пучок В излучения состоял только из направленного излучения, причем желательно несфокусированного и некогерентного.

На фиг.9 показано, что происходит, в соответствии с принятыми в настоящее время представлениями, на контролируемой поверхности 2, когда пучок В излучения, в действительности представляющий собой набор пучков, под углом K падения, отличным от нормального, падает на участки Q_A, Q_B, Q_C, поверхность которых имеет шероховатый характер, т.е. ворсистость различного типа. Тип отражения излучения (в особенности несфокусированного), падающего на деревянную поверхность, изменяется, с одной стороны, вследствие варьирования рассеяния, а с другой, - из-за варьирования формирования тени, вызванного ворсистостью. В примере, показанном на фиг.9, все участки Q_A, Q_B, Q_C различного типа лежат в одной плоскости. На первом участке Q_A этой плоской деревянной поверхности 2, полностью свободном от ворсистости, т.е. имеющем гладкий характер по всей своей площади, падающий пучок В отражается зеркально, т.е. угол K отражения отраженного пучка С равен углу падения. На третьем участке Q_C, полностью шероховатом, т.е. полностью покрытом частично отделенными волокнами, образующими ворсистость, падающий пучок отражается от ламбертовской поверхности, т.е. диффузно отражается от поверхности 2 во всех направлениях в виде пучков С, никак не соотносясь с направлением падения. Другими словами, в этом случае отражение происходит согласно закону Ламберта (закону косинусов). У второго участка Q_B указанной плоской деревянной поверхности поверхность слегка шероховатая, т.е. имеет небольшой размер ворсистости. В этом случае падающий пучок В излучения частично отражается под углом K отражения, равным углу падения, или под углами, близкими к углу K, а меньшая часть пучка отражается в направлениях, существенно отклоняющихся от угла отражения.

Однако на практике реальные деревянные поверхности 2 имеют характеристики, промежуточные между крайними вариантами, т.е. реализуют тип, сходный с типом отражения от второй поверхности Q_B, но с характером отражения, приближающимся, в той или иной степени, к характеру отражения поверхности Q_A первого типа или поверхности Q_C третьего типа. Каждый тип отражения генерирует иное количество излучения, отраженного от поверхности 2 в перпендикулярном направлении N, соответствующем направлению оптической оси Т съемочного аппарата, а это и есть та часть излучения, которая анализируется посредством устройства по изобретению.

Прибор содержит также съемочный аппарат 8, работающий по принципу оптоэлектронного (фотоэлектрического) приемника 3. Указанный аппарат имеет плоскость 9 изображения, сформированную множеством светочувствительных оптоэлектронных пикселей. Он может состоять из камеры, оборудованной обычными оптическими узлами, формирующими изображение и обозначенными на фиг.1А и 1В как 18. Таким образом формируется изображение поверхности деревянной детали в центральной проекции. В более предпочтительном варианте съемочный аппарат 8 состоит из камеры, в которой изображение формируется телецентрическими оптическими узлами 17, т.е. представляет собой телецентрический съемочный аппарат. Пример такого решения приведен на фиг.2. Кроме того, аппарат 8 может относиться к такому типу, в котором плоскость изображения имеет протяженность в двух направлениях, т.е. содержит пиксели в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Еще более предпочтителен линейный съемочный аппарат, у которого плоскость изображения состоит из единственного ряда светочувствительных пикселей.

Плоскость 9 изображения имеет такое количество пикселей, а формат кадра аппарата спроектирован таким образом, чтобы на плоскости 9 изображалась полная ширина W перемещающейся деревянной детали. Поскольку это можно осуществить традиционным образом, используя соответствующий выбор размера плоскости 9 и фокусного расстояния объектива, а также установку расстояния до изображения, указанная проблема в данном случае более подробно не рассматривается. При желании можно формировать изображение только части ширины доски. Тогда ширина изображения будет меньше ширины деревянной детали, т.е. W_K<W. Но в любом случае изображение соотносится с большим набором пикселей и никогда - только с единственным пикселем. Предпочтительно, чтобы оптическая ось Т съемочного аппарата 8 и его оптических узлов 17 или 18, формирующих изображение, была перпендикулярна контролируемой поверхности 2 детали 1, хотя, естественно, допустимы небольшие отклонения.

Источник 4 излучения и съемочный аппарат 8 образуют стационарный прибор. Для способа по изобретению исследуемую поверхность 2 деревянной детали смещают за счет перемещения самой детали 1 в направлении М относительно стационарного пучка В излучения и аппарата 8. Механизм, перемещающий деталь 1, не относится к настоящему изобретению. Для этого годится устройство любого типа, пригодное для указанной цели, поэтому в данном случае оно более подробно не обсуждается. Поверхность 2 деревянной детали отражает часть падающего излучения. Отраженное излучение воспринимается съемочным аппаратом 8, в результате чего светочувствительные оптоэлектронные пиксели, формирующие в аппарате плоскость 9 изображения, генерируют электронный сигнал или, в настоящем случае, данные, соотносящиеся с пикселями и соответствующие электронному изображению. Такие данные позволяют вычислить числовые показатели, соответствующие шероховатости поверхности или изменениям указанной шероховатости. Подробности такого вычисления будут приведены далее.

Съемочный аппарат применяют для получения, с выбранным шагом ΔL, изображений указанной поверхности 2 деревянной детали, перемещающейся относительно аппарата. При этом, как было разъяснено выше, поверхность освещают направленным и несфокусированным излучением. Получают последовательные изображения поверхности 2, имеющие площадь A_K, причем одновременно с этим деталь перемещают перед аппаратом 8 и входящим в комплект источником 4 излучения, расположенным с одной из сторон аппарата. Таким образом аппарат формирует серию изображений i-n, … i-2, i-1, i, i+1, i+2, i+3, … i+n, каждое из которых представляет собой электронное изображение. Последовательные изображения i-n, … i-2, i-1, i, i+1, i+2, i+3, … i+n на поверхности деревянной детали разделены во времени и пространственно (указанным выше линейным интервалом ΔL). Выбранные интервалы ΔL между изображениями в направлении перемещения деревянной детали составляют менее 1,5 мм или предпочтительно не превышают 0,5 мм. Фиг.3А-3Е иллюстрируют предельно упрощенные примеры пяти следующих друг за другом изображений, например изображения i-2, изображения i-1, изображения i, изображения i+1 и изображения i+2, каждое из которых состоит из восьми пикселей а, b, с, d, e, f, g, h. Каждый пиксель хранит числовое значение электронного сигнала, пропорциональное интенсивности излучения, воспринятого съемочным аппаратом 8. Указанное значение характеризуется на чертежах высотой Y1 пикселя. Используя множество таких изображений, расположенных параллельно на шкале, скорректированной с учетом дистанции ΔL, получают обычную фотографию в центральной проекции, или телецентрическую фотографию. Пример такой фотографии показан на фиг.5, иллюстрирующей поверхность деревянной детали, содержащую волокна и сучки. Согласно изобретению определяют разность между данными, характеризующими изображение и относящимися к двум следующим друг за другом электронным изображениям. В результате получают набор разностных данных, соотносящихся с пикселями и отображающих исследуемую поверхность. Указанные разности данных, представленных на фиг.3А-3Е, проиллюстрированы на фиг.4A-4D, которые последовательно соответствуют данным, представленным на фиг.3А, минус данные, представленные на фиг.3 В; данным, представленным на фиг.3В, минус данные, представленные на фиг.3С, и т.д. Другими словами, на фиг.4A-4D показаны следующие друг за другом данные о разностях (i-2) - (i-1) (см. фиг.4А), (i-1) - (i) (см. фиг.4В), (i) - (i+1) (см. фиг.4С) и (i+1) - (i+2) (см. фиг.4D), определенные на основе исходных изображений. В общем случае разностные данные представляют собой набор данных в интервале (i-n)-(i-(n-1)) … (i+(n-1))-(i+n). Согласно изобретению их используют для обнаружения изменений шероховатости проконтролированной поверхности.

На фиг.6 и 7 показаны разностные данные по изображениям, полученным на представленной на фиг.5 поверхности. Можно однозначно установить, что, как и предполагалось, поверхностные волокна и сучки деревянной детали исчезли, а остается только такое изображение, для которого изменения густоты тона иллюстрируют шероховатость поверхности. На фиг.6 черные зоны представляют очень гладкую поверхность, а белые точки или участки соответствуют очень шероховатой поверхности. На фиг.7, наоборот, белые зоны представляют очень гладкую поверхность, а черные точки или участки соответствуют очень шероховатой поверхности (поверхности с ворсистостью). Серые точки или участки соотносятся с поверхностной шероховатостью, параметры которой лежат в интервале, ограниченном предельными значениями. Такие изображения, представляющие поверхность деревянной детали, можно интерпретировать как изображения на основе разностных данных.

Следует понимать, что эти изображения, основанные на так называемой серой шкале (густоте тона поверхности), т.е. на вычисленной плотности гипотетически видимых изображений, представляют собой только один из нескольких возможных вариантов представления разностных данных. Так, вообще нет необходимости воспроизводить такие данные в виде видимых изображений на любой стадии. Вместо этого результаты расчета с таким же успехом можно описать или представить каким-либо другим образом. В частности, применяя компьютер, можно рассчитать распределение или распределения разностных данных, соотносящихся с пикселями и описывающих шероховатость предельно гладкой и очень грубой поверхности, а также числовые показатели шероховатости, промежуточные между этими предельными величинами. При этом для последующих операций используют, например, подходящий статистический метод, как это поясняется далее.

Для наглядности термины "изображения" и "данные, характеризующие изображение" используются в данном тексте даже в тех ситуациях, когда вообще не применяют конкретные видимые изображения. Такой подход объясняется тем, что полученные данные являются аналогами данных, характеризующих визуальное изображение, и при желании их можно было бы последовательно воспроизвести на экране в виде видимых изображений. Кроме того, согласно способу по изобретению предварительно определяют пороговый числовой показатель или пороговые числовые показатели густоты тона поверхности, т.е. числовой показатель по серой шкале. Это можно осуществить, например, экспериментально. Такая густота тона поверхности, или числовой показатель серых тонов может быть эквивалентом традиционно известной оптической плотности, ОП=Log₁₀(I_O/I), но можно использовать также показатели, соответствующие какой-либо другой шкале. Числовые показатели густоты тона поверхности, которые соответствуют разностным данным, описанным выше и представленным соответственно на фиг.4A-4D, 6 и 7, можно определить, используя следующие варианты: 1) формирование изображения данной поверхности 2 и получение изображения ее разностных данных, 2) исследование указанной поверхности 2 другими способами и 3) определение одного или нескольких пороговых значений изображения разностных данных для числового показателя густоты тона пикселя, причем указанные значения соответствуют одному или нескольким уровням специфических дефектов в деревянной детали 1, входящей в состав соответствующего изделия.

Таким образом, например, по отношению к варианту осуществления изобретения, представленному на фиг.6, можно утверждать, что когда значение электронного сигнала, соотносящегося с пикселем и описывающего густоту тона, превышает первый уровень (в милливольтах, мВ), изделие или выбраковывается, или считается нуждающимся в исправлении, т.е. в повторной обработке. Наличие нескольких пороговых значений означает, что для дефектов поверхности, классифицируемых как шероховатость, определены стабильные категории. Например, относительно большой дефект, эквивалентный второму уровню (в мВ), приводит к выбраковыванию, а более мелкий, эквивалентный третьему уровню (второй уровень больше третьего), означает переклассификацию в пониженный класс качества или в какую-либо другую группу. Во время последующего изготовления деревянных деталей 1 значения разностных данных сопоставляют с таким выбранным пороговым значением (значениями) густоты тона поверхности и, чтобы определить изменения шероховатости исследуемой поверхности, анализируют повышенные/пониженные величины. Как следует из приведенного выше обсуждения, при обработке данных, относящихся к изделию и характеризующих изображение, или разностных данных такого же назначения не обязательно создавать видимое изображение. Вместо этого шероховатость исследуемой деревянной поверхности 2 можно оценить, исходя только из сопоставления значений электронных сигналов. Как можно видеть на фиг.6 и 7, полученные результаты, по существу, одинаковы и отличаются только инверсионным характером. Идентичные результаты можно получить, инвертировав известным образом электронные сигналы, соответствующие данным, которые характеризуют изображение, или разностным данным такого же назначения.

Должно быть понятно, что при сопоставлении выбранной пороговой величины густоты тона со значениями разностных данных последовательности пикселей сам по себе числовой показатель густоты тона индивидуального пикселя обычно не оказывает большого воздействия на результат. С точки зрения контраста, реальное значение обычно имеют только участки увеличенного размера, на которых числовые показатели густоты тона поверхности отличаются от желаемой или запланированной густоты тона. В этом случае с учетом всех пикселей, которые определяют описывающий эту конкретную деревянную поверхность набор разностных данных, вычисляют количество или соотношение пикселей, сигналы которых больше/меньше порогового значения густоты тона поверхности. Далее для выявленных таким образом пикселей рассчитывают значения локальной густоты тона, т.е. расчетным образом определяют распределение густоты тона по всей площади поверхности лесоматериала. Так, например, на фиг.7 видны три различимые и большие сконцентрированные зоны Q1, Q2, Q3, а также три различимые, но маленькие концентрированные зоны Q4, Q5, Q6, в которых шероховатость поверхности (т.е. ворсистость) превышает конкретную (заданную) величину.

В соответствии с требованиями, предъявляемыми к изделию, в каждом конкретном случае можно установить заданные предельные числовые показатели, используемые в соотношении ⇒ плотность или количество пикселей с превышением порогового значения густоты тона поверхности превышает заданную плотность или количество пикселей на участке определенного размера или, в обратной ситуации, ⇒ плотность или количество пикселей с превышением порогового значения густоты тона поверхности ниже заданной плотности или количества пикселей на участке определенного размера. В первом случае деталь из лесоматериала подвергают заранее оговоренным действиям, таким как исправление или выбраковка, исходящим из изменений шероховатости (ворсистости) поверхности. Во втором случае, т.е. в обратной ситуации, при высокой плотности или количестве пикселей, сигналы которых не достигают порогового значения, используют другие естественные потенциальные мероприятия, такие как переаттестация или переклассификация в более высокий разряд качества. При этом задаваемые плотность (плотности) или количество (количества) можно установить на основе предварительных испытаний.

Изобретение относится к способу оптического контроля ворсистости поверхности. Указанный способ заключается в направлении пучка (В) излучения к исследуемой поверхности (2) деревянной детали (1) по оси (D), которая образует угол с нормалью к поверхности. Изображения поверхности получают посредством съемочного аппарата (8), плоскость (9) изображения в котором сформирована несколькими оптоэлектронными светочувствительными пикселями. Изображения поверхности деревянной детали, перемещающейся относительно съемочного аппарата, получают с выбранными интервалами, причем каждое изображение имеет форму соответствующих электронных данных. Проводят взаимное вычитание данных двух последовательных электронных изображений с получением набора разностных данных, соотносящихся с пикселями и описывающих исследуемую деревянную поверхность. Разностные данные применяют для определения изменений шероховатости исследуемой поверхности. Технический результат - разработка способа, позволяющего контролировать с высокой скоростью одну или несколько поверхностей детали из лесоматериала, а также обеспечивающего получение необходимой информации о шероховатости деревянной поверхности, причем независимо от изменений цвета, густоты тона, волокнистости или окраски волокон, ориентации волокон деревянных образцов. 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ оптического контроля шероховатости поверхности, включающий следующие операции:
по меньшей мере, один пучок излучения подают на поверхность (2) деревянной детали (1), подлежащей контролю, в направлении (D), которое ориентировано под углом к нормали к указанной поверхности,
осуществляют взаимное перемещение поверхности и пучка (В) излучения,
осуществляют оптоэлектронным приемником (3) прием излучения (R), отраженного от поверхности, причем указанный оптоэлектронный приемник (3) представляет собой съемочный аппарат (8), плоскость (9) изображения которого образована несколькими светочувствительными оптоэлектронными пикселями, и
вычисляют числовые показатели шероховатости поверхности на основе электронного сигнала, сформированного оптоэлектронным приемником,
отличающийся тем, что указанная шероховатость поверхности является ворсистостью деревянной поверхности, при этом способ дополнительно включает следующие операции для обеспечения контроля ворсистости:
подают один несфокусированный пучок (В) излучения на указанную поверхность(2),
получают, с заданным шагом, изображения i-n, … i+n поверхности (2) деревянной детали, перемещающейся относительно съемочного аппарата (8),
при этом каждое изображение имеет форму электронных данных, характеризующих изображение,
производят взаимное вычитание электронных данных, характеризующих изображение и относящихся к двум последовательным электронным изображениям, с получением набора разностных данных (i-n)-(i-(n-1)), … (i+(n-1))-(i+n), соотносящихся с пикселями, который описывает исследуемую деревянную поверхность, и
используют разностные данные для определения изменений ворсистости исследуемой поверхности.

2. Способ контроля по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает операции:
сопоставления величин разностных данных с одним или несколькими заданными пороговыми числовыми показателями густоты тона поверхности и
использования величин, лежащих выше/ниже пороговых числовых показателей густоты тона поверхности, для определения изменений ворсистости исследуемой поверхности.

3. Способ контроля по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает следующие операции:
проводят попиксельное сопоставление разностных данных с заданным пороговым числовым показателем густоты тона поверхности,
вычисляют доли или количества пикселей с числовыми показателями выше/ниже порогового числового показателя густоты тона поверхности с учетом всех пикселей, включенных в набор разностных данных, описывающих исследуемую деревянную поверхность,
вычисляют плотности или распределения плотности пикселей, имеющих числовые показатели выше/ниже порогового числового показателя, по деревянной поверхности, и,
если плотность пикселей с числовыми показателями выше/ниже порогового значения густоты тона поверхности больше/меньше заданной плотности, совершают с соответствующей деревянной деталью заданные действия, выбранные исходя из изменений ворсистости поверхности.

4. Способ контроля по п.1, отличающийся тем, что выбранный шаг (ΔL) между изображениями в направлении перемещения деревянной детали составляет менее 1,5 мм или не более 0,5 мм.

5. Способ контроля по п.2, отличающийся тем, что указанные один или несколько пороговых числовых показателей густоты тона поверхности устанавливают на основе предварительно проведенных испытаний.

6. Способ контроля по п.3, отличающийся тем, что указанную заданную плотность устанавливают на основе предварительно проведенных испытаний.

7. Способ контроля по п.1, отличающийся тем, что плоскость (9) изображения съемочного аппарата формируют из такого количества пикселей, а увеличение съемочного аппарата выбирают таким образом, что в плоскости изображения изображается полная ширина (W) перемещающейся деревянной детали.

8. Способ контроля по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что в качестве съемочного аппарата (8) применяют телецентрический линейный съемочный аппарат.

9. Способ контроля по п.1, отличающийся тем, что несфокусированный пучок (В) излучения состоит из некогерентного излучения, при этом множество длин волн, содержащихся в излучении, находится в интервале от ближней инфракрасной области до ближней ультрафиолетовой области.

10. Способ контроля по п.1, отличающийся тем, что направление (D) пучка (В) излучения образует с нормалью к исследуемой поверхности угол (К) в интервале 30-60°.

11. Способ контроля по п.1, отличающийся тем, что излучение (R), отраженное от деревянной поверхности (2), принимают в направлении (Т), перпендикулярном исследуемой поверхности.