Способ определения качества древесины Советский патент 1985 года по МПК G01N21/898 G01N21/21 

, Изобретение относится к способу определения поверхностных свойств деловой древесины, в частности пилрматеригшов и фанеры, при определении дефектов и качества.

Пиломатериалы и фанера, используемые для различных целей, классифицируются в соответствии с поверхностными свойствами изделия. Факторами, определяющими качество (и прочность), являются сучки, прель, синева, обзол, перекосы волокон, изъеденность древоточием и механические дефекты. Цена доски и фанерного 1.1атериала определяется классификацией качества.

Известные методы определения поверностньк свойств или дефектов древесин основаны на построении поверхности интенсивности излучения, рассеиваемого от поверхности или проходящего через поверхность, на которую направлено электромагнитное излучение при помощи специальных геометрических приспособлений. В зависимости от источника излучения для детектирования используют различные световые и радиационные детекторы, а также видеокамеры и камеры на диодных матрицах.

Известен способ определенйя качества древесины, основанный на измерении рассеяния поляризованного излучения радиочастот jQ .

Недостатками этого способа являются сложность реализации и низкая точность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения качества древесины, включающий освещение поверхности древесины линейно поляризованным оптическим излучением, измерение параметров рассеянного излучения и определение качества по результатам измерения Y .

Недостатком данного способа является низкая точность при определении качества древесины.

Целью изобретения является повышение точности. .

Для достижения указанной цели согласно способу определения качества древесины, включакяцему освещение поверхности древесины монохроматическим линейно поляризованным оптическим излучением, измерение па раметров рассеянного излучения и

определение качества по результатам измерения, освещение проводят излучением с плоскостью поляризации, параллельной или перпендикулярной направлению роста волокон древесины, измеряют интенсивности компонент - «ин рассеянного излучения с плоскостями поляризация соответственно параллельной и ортогональной плоскости поляризации освещающего излучения, и определяют качество древесины путем сравнения

величин 3

3

макс I

мин

-X

.МОКС .

цин

с соответствующими величинами для бездефектной древесины.

Кроме того, наиболее рационально освещение и измерение рассеянного излучения проводить под углом к нормали к поверхности древесины не более 15 при измерении в направлении роста волокон и не более 50 .при измерении в ортогональном направлении.

Излучение, отраженное от древесины, рассеивается. Дефекты, встречающиеся в древесине (например, сучки, прель, перекос текстуры), создают деполяризацию, которая отличается от деполяризации, создаваемой качественной древесиной, и которая может быть использована при автоматическом распознавании этих дефектов. Особенно важно, чтобы ориентация волокон также отражалась на деполяризации (перекос текстуры, поперечная текстура, а также сучки), что позволяет использовать предлагаемый способ и для измерения прочности древесины.

Степень деполяризации Р связана определенным образом с направлением волокон на поверхности древесины, а также с появлением определенных дефектов, например прели. Физическая основа такого свойства деполяризации, видимо, связано с диэлектрической постоянной древесины, величина, которой различна в направлении роста древесины и в радиальном и касательном направлениях поперечного сечения. Другими причинами, возможно, являются двойная преломляемость и оптическая активность. Однако теоретических - обоснований описанного нет.

3

Компрненты И Л/ИИ1, измеряют по излучению, рассеиваемому поверхностью древесины, известным способом, используя в качестве анализатора поляризационные фильтры или призму, которая расщепляет излучение на две компоненты (например призму Волластона). При использовании камер деполяризацию можно измерить, поместив камеры таким; образом чтобы предмет находился в том же положении в их плоскости изображения, и используя поляризационные фильтры совместно с их объективами, а также синхронно сравнивая интенсивности плоскости изображения. Деполяризацию можно описать формулой

мaкc мин

IчГт5 JyQKC -«ИИ

гдеД j, (.3,„) - максимальная (минимальная) интенсивность, даваемаяде тектором и полученная вращением фильтра анализатора перед детектоpotf. Диапазон от О (полностью деполяризованное излучение) до 1 (линейно поляризованное излучение).

Деполяризация зависит в заметной степени от длины волны, поэтому используемые длины волн должны выбираться на основании измерений для каждой области применения. На результаты влияет также направление плоскости поляризации линейно поляризованного электромагнитного излучения, направленного на поверхность, поэтому оптимальное направление плоскости поляризации следует выбирать на основании измерений.

При измерениях установлено, что оптимсшьная длина волны для древесины (пиломатериала и фанеры) 632,8 нм (длина волны гелий-н;еонового лазера) и что наилучшее направление плоскости поляризации падающего излучения - параллельное направлению роста древесины. Свет, рассеиваемый качественной поверхностью древесины, деполяризуется частично, а свет, рассеиваемый от сучка, деполяризуется почти полностью. Прель вызывает меньшую деполяризацию, чем качественная древесина. Как следует из проведенных испытаний, предпагаемый способ применим для исследования как сухой, так и влажной древесины.

709784

Колебания свойств, поверхности качественной древесины настолько велики, что традиционное построение плоскости интенсивности 3 непригодно для исследования. Однако при использовании линейно поляризованног излучения компонента интенсивности 3 jujii, , связанная с деполяризацией, может быть исполь0 зована. На нее практически не влияет например, структура годовых колец (зеркальные отражения, присутствующие в компоненте 3 40КС) , неровность поверхности или перекос тексту 5 ры. Изменения проявляются в уменьшении плоскости интенсивности, там где есть дефекты (сучки, прель, синева древесины, трещины, изъеденность червями и т.д.). 20 Используют также компоненту интенсивности 3 при сравнении уровней интенсивности, когда уровнем отсчета является величина зтой компоненты на качественной, или бездефектной, поверхности.

Комбинируя полученные таким образом данные интенсивности и данные степени деполяризации рассеянного излучения, определяют качество, при 0 этом требуется сравнительно небольшая вычислительная мощность ЭВМ.

При измерении только интенсивности (например Л или компоненты мин ) получают одинаковые величины измерения для таких дефектов как прель, сучки И синева, вследствие чего требуются дополнительные данные для подтверждения выводов. Эти данные получают, например, посредством 0 распознавания образов, для чего требуется большая вычислительная мощность ЭВМ.

По степени деполяризации качественную древесину, прель и сучки можно отличить друг от друга, а сильный перекос текстуры и сучки попадают в один класс и, например, качественная древесина, голубизна, обесцвечивание и кора попадают в 0 один класс.

Предлагаемый способ основан на одновременном .использовании компонент интенсивности f«инl «макс и степени деполяризации Р . При 5 этом по сравнению с известными способами, в которых используется распознавание образа, в предлагаемом способе потребность в обработке данных и в емкости звпо 01наюа1их устройств намного меньше.

Исследуемый предмет должен быть освещен линейно поляризованным, обычно относительно монохроматическим, светом или излучением. Поэтому перед источником света следует ставить поляризатор. Свет лазера - в зависимости от типа лйзера либо естественного поляризован, либо легко поляризуется. Кроме того для исследования всей поверхности промышленностью вьтускаются системы которые можно использовать для одно- или двухмерного отклонения. Учитывая- естественное направление перемещение листов фанеры, для иссл дования их поверхности достаточно одномерного отклонения. Наиболее естественно исследовать поверхности пиломатериалов перемещением древесины в продольном направлении.

На фиг. 1 приведена схема уст ройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - вариант осуществления устройства, на фиг. 3 - схема, иллюстрирующая исследование поверхности пиломатериала V на фиг. 4 и 5 - примеры кривой интенсивности, полученной измерениями поверхности древесины, соответствуквцей кривой степеш деполяри зации.

В измерительном.устройстве (фиг. 1) пуч света от лазера на правлен на поверхность 2 исследуемого предмета. Направление падающего луча и направление, перпендикулярное поверхности, образзгют угол dC . Часть 3 рассеянного отраженного излучения проходит через поляризационный фипьтр 4 на детектор 5 а часть 6 - через поляризационный

ильтр 7 на детектор 8. Направления отраженного излучения и направление, перпендикулярное поверхности, образу т углы j Углы 9( , ftj t flz предпочтительно равны примерно 15 аксимум при измерении их в направении роста древесины и примерно 50 максимум в направлении, перпеникулярном ему.

Направления пропускания поляризованных фильтров расположены под углом 90 друг к другу таким образом, что направление пропускания детектора 8 параллельно плоскости поляризации плавающего излучения. Сигналы интенсивности и поступают в процессор 9, в котором они преобразуются в вид, удобный для

определения качества древесины.

В цругом варианте (фиг. 2) часть 10 отраженного излучения проходит через призму 11 Волластона, разделяясь на поляризационные компоненты

12 и 13, на детекторы 14 и 15, которые измеряют интенсивнЬсти J/mtif ; мохе

Принципиальная конструкция приспособлений, предназначенных рдя иссле-. дования доски, изображена на 4wr. 3. Световой луч 1 при помощи качающегося отклоняющего зеркала 17 проводится по поверхности 18 древесины в поперечном направлении доски по траектории 19. Доску перемегдают в продольном направлении. Излу 1ение, отражаемое от поверхности доски, детектируется при помощи средств, изображенных на фиг. 1 или фиг. 2.

Таким образом, предлагае1«ый способ позволяет упростить измерения и повысить точность определения качества древесины.

/4

J /2 Wv Imi

.2

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНР1Я КАЧЕСТВА ДРЕВЕСИНЫ, включающий освещение поверхности древесины монохроматическим линейно поляризованным оптие1еским излучением, измерение параметров рассеянного излучения и определение качества по результатам измерения, отличающийся тем, что, с целью повыь. тг 5В$ЛМОТЩД шения точности, освещение: проводят излучением.с плоскостью поляризации параллельной или перпендикулярной направлению роста волокон древесины, измеряют интенсивности компонент рассеи мин «C1ICC янного излучения с плоскостями поляризации, соответственно параллельной и ортогональной плоскости поляризации освещающего излучения, и определяют качество древесины путем сравнения величин 3 макс мин JMOIKC I р с соответи мим макс + мин ствующимн величинами для бездефектной древесины. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что освещение и измерение рассеянного излучения проводят под углом к нормали к поверхности древесины не более при измерении в направлении роста волокон и не более 50° при измерении в ортогональном направлении СО 00