СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЗАЩИЩЕННОГО БУМАЖНОГО ПОЛОТНА В ПРОЦЕССЕ ЕГО ПРОИЗВОДСТВА Российский патент 2021 года по МПК G01N21/89 

Область техники

Изобретение относится к исследованиям или аннализу материалов путем определения их химических или физических свойств, способам контроля качества защищенного бумажного полотна в процессе его производства с помощью оптической контролирующей системы для определения характеристик качества бумажного полотна.

Уровень техники

Контроль качества защищенного бумажного полотна в производстве включает в себя оперативное обнаружение различного рода дефектов -нарушения сплошности бумажного полотна, засветления и затемнения, отклонения размеров и качества введения в бумагу защитных нитей, припрессовки защитной голографической фольги и внедрения других визуальных защитных признаков, в том числе защитных материалов с вторичным излучением. Предлагавшиеся до настоящего времени способы для решения этих задач не обладали в достаточной степени информативностью и гибкостью для решения комплексных задач при работе с различными видами защищенного бумажного полотна.

Наиболее близким аналогом предлагаемого способа является патент ФГУП "Гознак" RU2366932 «Способ контроля качества бумажного полотна в процессе его производства и устройство для контроля качества бумажного полотна в процессе его производства» (Опубликовано: 10.09.2009). Изобретение заключается в освещении полотна сверху (с одной стороны от контролируемого полотна) по линии наблюдения и регистрации отраженного света с последующей обработкой полученных сигналов. Дополнительно проводят одновременное освещение полотна снизу (с другой стороны от полотна), причем взаимную яркость освещений устанавливают так, что яркость регистрируемой зеркально отраженной составляющей от участков полотна с максимальным коэффициентом отражения сравнима с регистрируемой яркостью прошедшего через полотно излучения и больше фонового отраженного света.

Основным недостатком данного способа является использование непрерывных источников света на просвет и отражение, которые оказывают взаимовлияние на качество изображений, регистрируемых сканированием цифровой CCD- линейной камерой на просвет и отражение одновременно.

Лишенный данного недостатка способ-прототип, наиболее близкий по реализации, кратко описанный как частный случай реализации изобретения в патенте ЕР2390656 «Device and method for optical inspection» (Опубликовано 30.11.2011). Первая линия (или ряд) осветительных элементов (светодиодов) с одной (верхней) стороны контролируемой движущейся полосы и вторая линия осветительных элементов (подсветки) (светодиодов) с другой (нижней) стороны полосы. Обе линии осветительных элементов образуют осветительное устройство и могут управляться независимо друг от друга. Записывающее устройство, выполненное в виде камеры линейного сканирования, расположено с той же стороны полосы, на которой также расположена первая линия осветительных элементов (светодиодов). При работе устройства первая и вторая линии элементов освещения включаются управляющим вычислительным блоком в цикле отдельно друг от друга, при этом частоту захвата камеры линейного сканирования выбирают так, чтобы получаемые изображения от первой линии элементов подсветки и второй линии элементов подсветки соответствовали одному и тому же диапазону разрешения.

В результате необработанное (сырое) изображение создается линейной (CCD-) камерой с цифровой записью, которая поочередно (построчно) содержит строку записи объекта в отражении и строку записи в пропускании. В управляющем вычислительном блоке данные затем могут быть разделены посредством мультиплексирования, так что, например, строки с четным номером назначаются первому изображению, а строки необработанного изображения с нечетным номером - второму изображению. Таким образом, первое нечетным номером - второму изображению. Таким образом, первое изображение, полученное таким образом, содержит запись движущейся полосы объекта в отражении, а второе изображение - запись в пропускании. Затем эти два изображения могут быть оценены вычислительным устройством дополнительно для обнаружения и/или классификации дефектов (ошибок) полосы изделия по отдельности или в сочетании.

Недостатком данного решения является невозможность его использования при контроле защищенного бумажного полотна с наличием защитных признаков, обладающих вторичным излучением. При облучении УФ (ультрафиолетовой) или ИК (инфракрасной) подсветками бумажного полотна с наличием защитных материалов с вторичным излучением (в первую очередь неорганических люминофоров), которые имеют длительный процесс гашения от одной миллисекунды, намного превышающий диапазон разрешения системы сканирования, экспозиция CCD-линейных камер, как правило, не превышает сто микросекунд, послесвечение от вторичного излучения будет существенно влиять на качество изображений от подсветок на просвет и отражение.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого способа является его использование при контроле защищенного бумажного полотна с наличием защитных признаков, обладающих вторичным излучением, с устранением проблемы влияния послесвечения от вторичного излучения на качество изображений линий полотна от импульсных подсветок на просвет и отражение.

Решением данной задачи является использование и включение дополнительной подсветки на облучение в постоянном режиме свечения, а нижней подсветки на просвет и верхней подсветки на отражение в импульсном режиме. При этом необработанное изображение создается линейной камерой, которая поочередно содержит строку записи вторичного излучения и строку записи суммы вторичного излучения и излучения от подсветки на просвет, а также третью строку записи суммы вторичного излучения и отражения; при этом в управляющем вычислительном устройстве строки, полученные вторичным излучением, назначаются первому изображению, строки суммы просвета и вторичного излучения - второму изображению, а третьему изображению назначаются строки суммы отражения и вторичного излучения, с предварительным вычетом строки вторичного излучения с одного диапазона разрешения, и с последующей обработкой сигнала с целью формирования непрерывного изображения развертки полотна по каждой подсветке.

Также можно сказать, что в системе для реализации предлагаемого способа применена функция чересстрочного сканирования, которая позволяет решить проблему взаимовлияния подсветок на просвет и отражение на изображение сканированного бумажного полотна, сохранив при этом строгое взаимное расположение изображений фрагментов бумажного полотна от подсветок на просвет и отражение, а именно: включение экспозиций CCD-линейных камер синхронизировано с поочередным включением светодиодных подсветок на просвет и отражение, с обеспечением скоростной работы CCD-линейной камеры и применением быстродействующих светодиодных подсветок.

Изобретение заключается в освещении тремя источниками света: непрерывным для контроля защитных элементов с вторичным излучением и двумя импульсными с разных сторон контролируемого движущегося бумажного полотна с защитными элементами, синхронизированными с экспозицией приемника по единой линии наблюдения полотна, и черезстрочной регистрацией по каждой подсветке приемником с попиксельным вычитанием строки изображения, полученной от вторичного излучения возбуждаемого непрерывным источником света из строк изображения, полученных от импульсных источников света, и с последующей обработкой сигнала с целью формирования непрерывного изображения развертки полотна по каждой подсветке.

При использовании в непрерывной подсветке на облучение в качестве источника света УФ- или ИК-светодиодов ее можно отключать на время включения экспозиции CCD-линейной камеры, что исключает засветку приемника отраженными от бумажного полотна лучами подсветки на облучение и исключает необходимость в установке на приемник полосового фильтра.

Краткое описание фигур

Фиг. 1 - принципиальная схема расположения непрерывного источника света (подсветки на облучение) Поз.1, двух импульсных подсветок на просвет Поз. 2 и отражение Поз. 3, а также приемника (CCD-линейной камеры) Поз. 4 относительно движущегося контролируемого бумажного полотна с защитными элементами, в том числе элементами с вторичным излучением Поз. 5.

Фиг. 2 - временные осциллограммы сигналов, используемых для управления включением экспозиции CCD-линейной камеры график В), непрерывной подсветки на облучение график Г) с выключением на время экспозиции камеры, импульсных подсветок на отражение график Д) и просвет график Е) синхронизируемых импульсами синхронизации график Б), привязанных к периоду Т оптического датчика движения полотна (энкодера) график А).

Фиг. 3 - фрагменты изображения бумажного полотна полученного от CCD-линейной камеры: не обработанного Поз. 6, вторичного излучения от УФ-подсветки на облучение Поз. 7, от подсветки на просвет с предварительным попиксельным вычитанием от подсветки на облучение Поз. 8 и от подсветки на отражение с предварительным попиксельным вычитанием от подсветки на облучение Поз. 9.

Осуществление изобретения

Изобретение заключается в регистрации приемником (Поз. 4 на Фиг. 1) света от непрерывного источника вторичного излучения, возбуждаемого подсветкой на облучение, установленной с одной стороны (сверху) полотна (Поз. 1 на Фиг. 1), и импульсного, синхронизированного с экспозицией приемника отряженного от полотна сверху полученного от подсветки на отражение (Поз. 3 на Фиг. 1) и импульсного, синхронизированного с экспозицией приемника, прошедшего через полотно излучения, полученного от подсветки на просвет (Поз. 2 на Фиг. 1) по линии наблюдения полотна (Поз. 4 на Фиг. 1) и черезстрочной регистрацией по каждой подсветке приемником (осциллограммы сигналов на Фиг. 2) с формированием необработанного изображения полотна (Поз. 6 на Фиг. 3) и последующим разложением на изображение полотна: от непрерывного источника вторичного излучения (Поз.7 на Фиг. 3) с попиксельным вычитанием строки изображения, полученной от непрерывного источника света из строк изображения, полученных от импульсного источника света на просвет (Поз. 8 на Фиг. 3) и импульсного источника света полученного на отражение (Поз. 9 на Фиг. 3), с целью формирования непрерывного изображения развертки полотна по каждой подсветке.

Синхронизация работы оптической схемы, изображенной на Фиг. 1, отображена в виде осциллограмм на Фиг. 2 и заключается в следующем: сигнал от датчика движения полотна (энкодера) поступает на плату синхронизации в виде периодических импульсов с периодом (Т), равным шагу сканирования (график А) на Фиг. 2), плата синхронизации формирует импульсы синхронизации с периодом (Т) (график Б) на Фиг. 2), по фронту каждого импульса синхронизации включается экспозиция приемника - CCD-линейной камеры на заданное время (график В) Фиг. 2), как правило, на превышающее 100 мкс, с последующей записью строки изображения (Поз. 6 на Фиг. 3), по первому импульсу синхронизации (график Б) Фиг. 2) записывается изображение вторичного излучения от УФ-подсветки на облучение, включение УФ-подсветки на облучение осуществляется в каждом втором полупериоде датчика движения полотна (график Г) Фиг. 2) для исключения засветки изображения, по второму импульсу синхронизации (график Б) Фиг. 2) записывается изображение вторичного излучения в сумме с изображением от подсветки на отражение, которая включается на время экспозиции CCD-линейной камеры (график Д) Фиг. 2), по третьему импульсу синхронизации (график Б) Фиг. 2) записывается изображение вторичного излучения в сумме с изображением от подсветки на просвет, которая включается на время экспозиции CCD-линейной камеры (график Е) Фиг. 2). И так непрерывно CCD-линейной камерой создается необработанное изображение (Поз. 6 на Фиг. 3), которое поочередно содержит строку записи вторичного излучения и строки записи суммы вторичного излучения и отражения, вторичного излучения и просвета. В управляющем вычислительном устройстве строки, полученные вторичным излучением, назначаются первому изображению (Поз. 7 на Фиг. 3), а строки суммы вторичного излучения и отражения второму изображению с предварительным попиксельным вычетом строки вторичного излучения с одного диапазона разрешения (Поз. 8 на Фиг. 3), а строки суммы вторичного излучения и просвета третьему изображению с предварительным вычетом строки вторичного излучения с одного диапазона разрешения (Поз. 9 на Фиг. 3). Затем эти три изображения оцениваются вычислительным устройством контроля качества бумажного полотна для обнаружения и/или классификации дефектов (ошибок) защитных элементов полотна по отдельности или в сочетании.

Уровень светового потока от непрерывного источника подсветки на облучение, как правило, намного превышает уровень светового потока вторичного излучения защитных элементов им вызванный, и часть светового потока подсветки на облучение отраженного от бумажного полотна попадает в приемник CCD-линейной камеры, искажая световой поток вторичного излучения, учитывая длительное время гашения вторичного излучения (более 1 миллисекунды) и короткое время экспозиции CCD-линейной камеры (менее 100 микроскунд) для устранения данного недостатка осуществляется выключение подсветки на облучение на время экспозиции CCD-линейной камеры (график Г) Фиг. 2).

Способ может использоваться для определения характеристик качества бумажного полотна при его контроле в процессе производства. Способ включает подсветку на облучение в постоянном режиме свечения, а также нижнюю подсветку на просвет и верхнюю подсветку на отражение в импульсном режиме. Изображение создается линейной камерой, которая поочередно содержит строку записи вторичного излучения, строку записи суммы вторичного излучения и излучения от подсветки на просвет, а также третью строку записи суммы вторичного излучения и отражения. В управляющем вычислительном устройстве строки, полученные вторичным излучением, назначаются первому изображению, строки суммы просвета и вторичного излучения - второму изображению, а третьему изображению назначаются строки суммы отражения и вторичного излучения, с предварительным вычетом строки вторичного излучения с одного диапазона разрешения, и осуществляется последующая обработка сигнала с целью формирования непрерывного изображения развертки полотна по каждой подсветке. Технический результат - устранение влияния послесвечения от вторичного излучения на качество изображений линий полотна от импульсных подсветок на просвет и отражение. 3 ил.

Способ контроля качества защищенного бумажного полотна с защитными признаками, обладающими вторичным излучением, при осуществлении которого используют подсветку на облучение в постоянном режиме свечения, а также нижнюю подсветку на просвет и верхнюю подсветку на отражение в импульсном режиме, при этом изображение создается линейной камерой, которая поочередно содержит строку записи вторичного излучения, строку записи суммы вторичного излучения и излучения от подсветки на просвет, а также третью строку записи суммы вторичного излучения и отражения; при этом в управляющем вычислительном устройстве строки, полученные вторичным излучением, назначаются первому изображению, строки суммы просвета и вторичного излучения - второму изображению, а третьему изображению назначаются строки суммы отражения и вторичного излучения, с предварительным вычетом строки вторичного излучения с одного диапазона разрешения и с последующей обработкой сигнала с целью формирования непрерывного изображения развертки полотна по каждой подсветке.