Способ стереоскопического исследования микроструктуры бумаги Советский патент 1992 года по МПК G01N33/34 

Изобретение относится к способам определения микроструктуры бумаги и картона с помощью оптических средств.

Известен способ определения шероховатости бумаги с помощью профилографа- профилометра,иглакоторого

передвигается по поверхности исследуемого материала.

К недостатку указанного способа относится то, что при контакте с поверхностью бумаги механическое воздействие на нее приводит к искажению результатов определения шероховатости, так как профиль бумаги получается сглаженным.

Известен бесконтактный способ контроля прямолинейности поверхности с помощью устройства с оптической проекционной системой с двумя ветвями

для проектирования измерительных марок на контролируемую поверхность и для передачи их изображения на ось афокальной оборачивающей системы и получения показаний с отсчетного микроскопа.

Недостатками способа является следующее.

Стереоскопическое наблюдение предмета не обеспечивается ввиду того, что в устройстве оптическая система является монокулярной, а проектирование марок на поверхность предмета производится с некоторого базиса под большим углом Кроме того, монокулярное наведение на элементы предмета по сравнению со стереоскопическим в несколько раз ниже по точности и требуется длительное время на изучение и измерение элементов структуры

XI

О

ю ю со

J

объекта. Большой угол проектирования марок затрудняет измерение элементов, а в мертвых зонах делает его невозможным.

Ближайшим аналогом является способ стереоскопического исследования микроструктуры бумаги, включающий установку образца на предметном столике стереомик- роскопа, стеронаведение на точки поверхности образца и измерение по трем координатам его микроструктуры с использованием оптических измерительных элементов и запись результатов измерения.

В указанном способе используют в качестве оптических измерительных элементов сменные шкалу и сетку, которые представляют собой стеклянные плоскопараллельные пластины круглой формы, цена деления шкалы 0,1 мм, а цена деления стороны квадрата сетки 1 мм. При этом шкалу или сетку при измерении элементов поверхности бумаги вставляют только в одну из окулярных трубок оптической головки сте- реом икроскопа.

Предметный столик не имеет средств перемещения образца, величину перемещения оптической головки определяют с малой точностью штатного приспособления, и поэтому перемещение по третьей координате Z определяется только за счет точности наведения на резкость изображения. При использовании устройства для определения микроструктры бумаги получают низкие результаты по точности, особенно по координате Z.

Целью изобретения является повышение точности.

Указанная цель достигается тем, что в способе стереоскопического исследования микроструктуры бумаги, включающем установку образца бумаги на предметном столике стереомикроскопа, стереонаведение на точки поверхности образца и измерение по трем координатам его микроструктуры с использованием оптических измерительных элементов и запись результатов измерения, согласно изобретению, в качестве оптических измерительных элементов используют измерительные марки и оптические клинья, установленные в обеих ветвях оптической системы стереомикроскопа в плоскости получения изображения микроструктуры образца, образуют изображение мнимой марки и используют его при стереонаведе- нии и измерении элементов микроструктуры поверхности образца бумаги.

Способ реализуется с помощью микроскопа, представленного на чертеже.

Стереомикроскоп содержит основание 1, оптическую головку 2 с двумя окулярными трубками 3, установленную на стойке 4, осветитель 5. В окуляры 6 окулярных трубок 3 устанавливают измерительные марки 7 и оптические клинья. Для перемещения оптической головки 2 служит микрометрический

винт 8 с индикатором 9. Предметный столик 10 снабжен двумя микрометрическими винтами 11 и 12. В окулярных трубках 3 оптические клинья указаны позицией 13.

Способ определения микроструктуры

бумаги осуществляют следующим образом. Устанавливают образец бумаги на предметном столике 10 стереомикроскопа и включают осветитель 5. С помощью измерительных марок 7 и оптических клиньев 13,

установленных в обеих ветвях оптической системы, образуют изображение мнимой марки и производят ее стереонаведение на отдельные точки элементов микроструктуры. Мнимая марка представляет собой единое изображение от двух измерительных марок. При каждом наведении производят перемещение оптической головки 2 с помощью микрометрического винта 8 и по ин- дикатору 9 определяют величину

перемещения мнимой марки от одной до другой точки элемента микроструктуры. При исследовании заданной поверхности образца производят перемещение предметного столика 10 с образцом с помощью микрометрических винтов 11 и 12.

Стереоскопический способ измерения микроструктуры бумаги основан на наблюдении образца с помощью бинокулярного стереомикроскопа и стереоизмерениях с

помощью создаваемого изображения мнимой измерительной марки, что позволяет существенно повысить точность и оперативность определения микроструктуры бумаги, например, ее неровности, наличие дефектов. Точность стереоизмерений для человеческого глаза определяется углом в 10, а при монокулярном наведении - углом 40- 45, т.е. точность в 4 раза ниже. Для сравнения приведены результаты определения

профиля микроструктуры образцов бумага размером 30x60 мм и длине линии измерения 20 мм.

П р и м е р 1. Устанавливают образеи бумаги, производят стереонаведение образованной мнимой марки на отдельные элементы структуры и определяют величину перемещений по шкале и двойное измерение по координате Z. Измерения произведены в 10 точках по линии измерения

Результаты указаны в табл. 1, где X - в мм Z, 71 - в мин, д 2 - разность двух измерений в одной позиции. В шестой графе - д Z2 величины, необходимые для определения среднеквадратичной ошибки по формуле.

П р и м е р 2 (по прототипу). Устанавливают образец бумаги, производят монокулярное наведение штриха сетки (оптического измерительного элемента) на точку элемента поверхности бумаги и наведением по оси Z добиваются резкого изображения этой точки, производят отсчет по шкале X.

Результаты измерений в 10 точках по линии измерения приведены в табл. 2 аналогично табл.1.

Подобным же образом производят измерения при перемещении линии измерения по оси Y. Суммарные измерения дают определенные структуры по всей исследуемой площади образца бумаги или картона.

Оценка точности определения по данному способу и способу-прототипу производится по среднеквадратичной ошибке по формуле

m

4

dz2

2(n-1) где n - число точек измерения по измерения

Для представленного способа

m

4

dz

2

2(n-1 Y

(2,25 +...+2 25 )2 QQMm 2 ( 10 - 1 ) ° 9 MKM Для способа-прототипа

|Ч. Ч(

+ ... +4)

2(п-1) 6,6 мкм

2(10 -1 )

Из сравнения полученных данных следует, что точность определения микроструктуры бумаги в 7 раз выше точности по способу-прототипу.

Использование измерительных марок v

оптических клиньев, образование с их помощью изображения мнимой марки и изме рение наведением марки на отдельны точки элементов микроструктуры по Tpes

координатам обеспечивают повышение i несколько раз точности исследования шеро ховатости бумаги и картона, дефектов пс верхности и других элементов ее микроструктуры.

Формула изобретения

Способ стереоскопического исследования микроструктуры бумаги, включающий установку образца бумаги на предметном столике стереомикроскопа, стереонаведение на точки поверхности образца, измере- ние по трем координатам его микроструктуры с использованием оптических измерительных элементов и запись результатов измерения, отличающийся

тем, что, с целью повышения точности исследования, в качестве оптических измерительных элементов используют измерительные марки и оптические клинья, устанавливаемые в обеих ветвях оптической

системы стереомикроскопа в плоскости получения изображения микроструктуры образца, образуют изображение мнимой марки и используют его при стереонаведе- нии и измерении элементов микроструктуры поверхности образца бумаги

Использование: в измерительной технике с применением оптических средств. Сущность изобретения: образцы бумаги устанавливают на предметном столике и производят стереонаведение на точки поверхности образца и измерение по трем ко- ординатам его микроструктуры с использованием оптических измерительных элементов. В качестве оптических измерительных элементов используют измерительные марки и оптические клинья. Их устанавливают в обеих ветвях оптической системы стереомикроскопа в плоскостиполученияизображения микроструктуры образца. Образуют изображение мнимой марки и используют его при стереонаведении и измерении элементов микроструктуры поверхности образца бумаги. 2 табл. 1 ил.

Таблица 1

е

Таблица 2