СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СТРУКТУРЫ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2014 года по МПК G01N21/898 G01N33/36 

Изобретение относится к неразрушающим способам измерения основных технологических структурных параметров, связанных с периодичностью структуры текстильных материалов, и может быть использовано при решении вопросов текущего автоматического контроля их значений.

Известен способ измерения геометрических параметров структуры текстильных материалов с помощью микроскопа (Садыкова Ф.Х. Текстильное материаловедение и основы текстильного производства. - М.: Легкая индустрия, 1967). Способ заключается в том, что необходимые измерения производят непосредственно по наблюдаемому изображению поверхности исследуемого материала, наблюдаемого в проходящем или отраженном свете. К недостатку способа можно отнести его субъективность, низкую точность и связанные с этим ошибки, существенные при контроле сложных периодических структур типа трикотажных полотен.

Известен дифракционный способ измерения периодических параметров структуры тканых материалов (Патент №2164679 (РФ), G01N 21/89 «Способ контроля структурных геометрических параметров тканых материалов» / Шляхтенко П.Г., Труевцев Н.Н., опубл. 20.04.2001, бюл. №11), в котором в качестве исследуемого образца, освещаемого параллельным пучком монохроматического света с длиной волны λ перпендикулярно его поверхности, используют негативное или позитивное фронтальное изображение исследуемого материала, полученное при прямом или обратном его освещении на любой прозрачной основе, а о величине структурных параметров исследуемого материала судят по симметрии и взаимному расположению основных максимумов в дифракционной фраунгоферовой картине с использованием известных аналитических форм. Способ позволяет проводить измерения средних значений периодических параметров структуры текстильных материалов на не пропускающих свет материалах. К недостаткам способа можно отнести использование дорогой и прецизионной установки и необходимость ее квалифицированного обслуживания.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ измерения геометрических параметров структуры текстильных материалов, описанный в монографии: Шляхтенко П.Г. Неразрушающие методы оптического контроля структурных параметров волокносодержащих материалов. - СПб.: СПГУТД, 2010. - С.213-226, заключающийся в том, что по компьютерному оптическому изображению поверхности исследуемого материала с помощью любой известной программы двумерного Фурье-преобразования рассчитывают дифракционную картину Фраунгофера от этого изображения. При этом величину контролируемых периодических параметров Т_х и Т_у в геометрической структуре исследуемого материала рассчитывают по формулам:

Т_х=К₂/(Δ_х1 К₁),

Т_у=К₂/(Δ_у1 К₁),

где: Δ_х1 и Δ_у1 - средние минимальные расстояния между соседними рядами основных максимумов в рассчитанной дифракционной картине, связанные с периодами соответственно Т_х и Т_у; К₁ - коэффициент увеличения компьютерного изображения исследуемой поверхности; К₂ - «аппаратный коэффициент», зависящий от параметров моделируемой при расчете дифракционной установки.

Метод безаппаратный и позволяет по анализу изображения поверхности исследуемого материала рассчитывать периоды повторения в геометрической структуре этого материала.

К недостатку метода можно отнести значительные временные потери, связанные с необходимостью проведения контрольных измерений на изображении периодической структуры с известными геометрическими параметрами для определения величины «аппаратного коэффициента» K₂.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является сокращение времени на измерение за счет упрощения процедуры расчета геометрических параметров исследуемого материала.

Поставленная задача достигается тем, что по компьютерному оптическому изображению поверхности исследуемого материала с помощью известной программы двумерного Фурье-преобразования рассчитывают дифракционную картину Фраунгофера от этого изображения, согласно изобретению с помощью той же программы двумерного Фурье-преобразования производят второе преобразование дифракционной картины, полученной после первого преобразования, а о значениях периодов повторения в геометрической структуре исследуемого материала Т_х и Т_у судят по измеренным величинам минимальных расстояний между соседними рядами основных максимумов во второй рассчитанной таким образом дифракционной картине Δ_х2 и Δ_у2 и коэффициенту увеличения компьютерного изображения исследуемой поверхности К₁ и рассчитывают по формулам:

Т_х=Δ_х2/К₁,

Т_у=Δ_у2/К₁.

Существенными отличиями заявляемого решения являются:

1. С помощью той же программы двумерного Фурье-преобразования производят второе преобразование дифракционной картины, полученной после первого преобразования. В прототипе расчет осуществляют по дифракционной картине, полученной после первого двумерного Фурье-преобразования, по формулам:

$${Т}_{х}={К}_2/({\Delta }_{х1}{\text{ К}}_{\text{1}})$$ и $${Т}_{у}={К}_2/({\Delta }_{у1}{\text{ К}}_{\text{1}}),(1)$$

где: Δ_х1 и Δ_у1 - средние минимальные расстояния между соседними рядами основных максимумов в рассчитанной дифракционной картине, связанные с периодами соответственно Т_х и Т_у;

К₁ - коэффициент увеличения компьютерного изображения исследуемой поверхности; К₂ - «аппаратный коэффициент», зависящий от параметров моделируемой при расчете дифракционной установки.

2. О значениях периодов повторения в геометрической структуре исследуемого материала Т_х и Т_у судят по измеренным величинам минимальных расстояний между соседними рядами основных максимумов во второй рассчитанной таким образом дифракционной картине Δ_х2 и Δ_у2 и коэффициенту увеличения компьютерного изображения исследуемой поверхности К₁ и рассчитывают по формулам:

$${Т}_{х}={\Delta }_{х2}/{К}_1$$ , $${Т}_{у}={\Delta }_{у2}/{К}_1.(2)$$

В заявляемом решении второе Фурье-преобразование первой дифракционной картины, выполненное с помощью той же программы, дает в соответствии с формулой (1) следующие соотношения между параметрами второй дифракционной картины Δ_х2 и Δ_у2 и соответствующими параметрами первой Δ_х1 и Δ_у1:

$${\Delta }_{х1}={К}_2/{\Delta }_{х2}$$ и $${\Delta }_{у1}={К}_2/{\Delta }_{у2}.(3)$$

Подставляя значения Δ_х1 и Δ_у1 из формулы (3) в соответствующие формулы (1), получим заявляемые формулы (2), не содержащие коэффициента К₂.

На фиг.1-6 для различных текстильных материалов проиллюстрирована последовательность действий и результат заявляемого решения.

Нa фиг.1 для чулочного трикотажа (1 слой) представлено компьютерное микроизображение (фиг.1-а) исследуемой поверхности, снятой с увеличением К₁, и полученной «на просвет» с помощью света He-Ne лазера; дифракционная картина Фраунгофера, наблюдаемая с освещенного участка исследуемой поверхности (фиг.1-б); дифракционная картина (фиг.1-в), рассчитанная по изображению фиг.1-а методом прототипа с использованием программы двумерного Фурье-преобразования (Программа для ЭВМ №2007610482 «Программа обработки компьютерных изображений дифракционных картин от текстильных полотен» / П.Г.Шляхтенко, В.П.Нефедов. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 26 января 2007. Опубл. «Программы для ЭВМ», Бюл.№2, 2007); дифракционная картина (фиг.1-г), полученная расчетом с помощью той же программы по данным фиг.1-в.

На фиг.1-а, б, в, г представлены аналогичные данные, полученные при исследовании того же чулочного трикотажа с теми же периодами петель в петельных рядах (Т_х) и петельных столбиках (Т_у), но сложенного в два слоя в направлении петельных рядов.

Из сравнения данных, представленных на фиг.1 и фиг.2, можно сделать следующие выводы.

1. Реальные дифракционные картины, представленные на фиг.1-б и фиг.2-б, и расчетные по методу прототипа, представленные соответственно на фиг.1-в и фиг.2-в, практически тождественны, что иллюстрирует правильность работы использованной компьютерной программы.

2. Усредненные значения периодов повторения петель в петельных рядах, равные произведению (Т_х К₁), и усредненные периоды повторения петельных столбиков (Т_у К₁) на фиг.1-а и соответствующие значения Δ_х2 и Δ_у2 на фиг.1-г практически тождественны, что доказывает правомочность заявляемого решения как для случая, представленного на фиг.1, так и для случая, представленного на фиг.2.

3. Если по микроизображениям фиг.1-а и фиг.2-а практически невозможно найти искомые средние значения параметров исследуемого материала Т_х и Т_у, то из рассчитанных по предлагаемому методу дифракционных картин, представленных на фиг.1-г и фиг.2-г, они определяются по измеренным величинам минимальных расстояний между соседними рядами основных максимумов Δ_х2 и Δ_у2, коэффициенту увеличения компьютерного изображения исследуемой поверхности К₁ и рассчитываются по формулам:

Т_х=Δ_х2/К₁, Т_у=Δ_у2/К₁.

На фиг.3 представлены результаты исследований предлагаемым методом нити, скрученной из двух стренг (мононитей одного диаметра). На фиг.3-а приведено компьютерное микроизображение, полученное с помощью компьютерного микроскопа с увеличением К₁ при освещении «на просвет», перестроенное с помощью соответствующей программы на «лазерное освещение», как это описано в прототипе. На фиг.3-б представлена дифракционная картина от этого изображения (фиг.3-а), полученная по методу прототипа с помощью той же программы Фурье-преобразования. На фиг.3-в приведена дифракционная картина от изображения (фиг.3-б), построенная с помощью той же программы по заявляемому методу.

Из сравнения данных фиг.3-в и фиг.3-а видно, что произведение (Т_у К₁)=Δ_у2, где (Т_у К₁) - период рельефа границ профиля нити на микроизображении фиг.3-а.

Нa фиг.4 представлены результаты аналогичных исследований для нити, скрученной из трех стренг, из которых видно, что и в этом случае соотношение (Т_у К₁)=Δ_у2 выполняется, а следовательно, предлагаемый метод может быть с успехом использован для определения величины крутки нити.

На фиг.5 для микроизображения поверхности полотна (фиг.5-а), а на фиг.6 для изображения поверхности плащевой ткани (фиг.6-а) показаны рассчитанные по методу прототипа соответствующие дифракционные картины (фиг.5-б и фиг.6-б), а также дифракционные картины (фиг.5-в и фиг.6-в), рассчитанные по заявляемому методу. Из этих данных видно, что предлагаемый метод может быть с успехом применен и для расчета искомых значений периодов Т_х и Т_у также и для этих материалов без какой-либо модификации.

Приведенные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что заявляемый метод не требует проведения контрольных измерений на изображении периодической структуры с известными геометрическими параметрами для определения величины «аппаратного коэффициента» К₂, как метод прототипа, что значительно уменьшает время на измерение по заявляемому методу по сравнению с методом прототипа и упрощает его использование для самого широкого ассортимента текстильных материалов.

Изобретение может быть использовано для измерения основных технологических структурных параметров, связанных с периодичностью структуры текстильных материалов, при текущем автоматическом контроле. Способ заключается в том, что по компьютерному оптическому изображению поверхности исследуемого материала с помощью известной программы двумерного Фурье-преобразования рассчитывают дифракционную картину Фраунгофера от этого изображения. С помощью той же программы двумерного Фурье-преобразования производят второе преобразование дифракционной картины, полученной после первого преобразования. О значениях периодов повторения в геометрической структуре исследуемого материала Т_х и Т_у судят по измеренным величинам минимальных расстояний между соседними рядами основных максимумов во второй рассчитанной таким образом дифракционной картине Δ_х2 и Δ_у2 и коэффициенту увеличения компьютерного изображения исследуемой поверхности K₁ и рассчитывают по формулам: Т_х=Δ_х2/К₁, Т_у=Δ_у2/К₁. Технический результат - упрощение и сокращение времени измерения за счет того, что не требуется проведения контрольных измерений на изображении периодической структуры с известными геометрическими параметрами. 6 ил.

Способ измерения геометрических параметров структуры текстильных материалов, заключающийся в том, что по компьютерному оптическому изображению поверхности исследуемого материала с помощью известной программы двумерного Фурье-преобразования рассчитывают дифракционную картину Фраунгофера от этого изображения, отличающийся тем, что с помощью той же программы двумерного Фурье-преобразования производят второе преобразование дифракционной картины, полученной после первого преобразования, а о значениях периодов повторения в геометрической структуре исследуемого материала Т_х и Т_у судят по измеренным величинам минимальных расстояний между соседними рядами основных максимумов во второй рассчитанной таким образом дифракционной картине Δ_х2 и Δ_у2 и коэффициенту увеличения компьютерного изображения исследуемой поверхности K₁ и рассчитывают по формулам:
Т_х=Δ_х2/К₁,
Т_у=Δ_у2/К₁.