Способ определения качества древесины

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)4 G 01 N 21/89

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (21) 3390754/24-25 (22) 09.02.82 (31) 810371 (32) 10.02.81 (33) Финляндия (46) 30.07.85. Бюл. Р 28 (72) Куллерво Хирвонен и Аймо

Каронен (Финляндия) (71) Алтим Контрол Кю (Финляндия) (53) 535.24(088.8) (55) Патент Финляндии Ф 53365, кл. G 01 N 21/89, 1972.

2. Патент США Ф 3992571, кл. G 01 N 21/89, 1979 (прототип). (54) (57) 1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

КАЧЕСТВА ДРЕВЕСИНЫ, включающий осве щение. нов ерхности древ есины монохроматическим линейно поляризованным оптическим излучением, измерение параметров рассеянного излучения и определение качества по результатам измерения, отличающийся тем, что, с целью повы„„SU„„» 70978 А шения точности, освещение проводят излучением с плоскостью поляризации параллельной или перпендикулярной направлению роста воаокон древесины, измеряют интенсивности компонент цдкс и 3 gg рассеянного излучеййя с плоскостями поляризации, соответственно параллельной и ортогональной плоскости поляризации освещающего излучения, и определяют качество древесины путем сравнения величин Змдк макс - мин м д и р- " к """ с соответ макс мин ствующими величинами для бездефектной древесины.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что освещение и измерение рассеянного излучения проводят 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.

1170978

30 сущности к предлагаемому является. способ определения качества древесины, включающий освещение поверхности древесины линейно поляризо.— ванным оптическим излучением, измерение параметров рассеянного излучения и определение качества по результатам измерения f2/ .

Недостатком данного способа является низкая точность при определении качества древесины.

Целью изобретения является повыщение точности.

Для достижения укаэанной цели согласно способу определения качест. ва древесины, включающему освещение поверхности древесины монохроматическим линейно поляризованным оптическим излучением, измерение па ,раметров рассеянного излучения.и

55. Изобретение относится к способу определения. поверхностных свойств деловой древесины, в частности пиломатериалов и фанеры, при определении дефектов и качества. 5

Пиломатериалы и фанера, исполь-. зуемые для различных целей, классифицируются в соответствии с поверхностными свойствами изделия.

1О

Факторами, определяющими качество (и прочность), являются сучки, прель, синева, обзол, перекосы воло1 кон, изьеденность древоточием и механические дефекты. Цена доски и фанерного материала определяется клас. сификацией качества.

Известные методы определения поверх ностных свойств или дефектов древесины 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 И .

Недостатками этого способа явля- 35 ются сложность реализации и низкая точность.

Наиболее близким по технической определение качества по результатам измерения, освещение проводят излучением с плоскостью поляризации, параллельной илн перпендикулярной направлению роста волокон древесины, измеряют интенсивности компонент Д мо„с и 3 „„ рассеянного излучения с плоскостями поляризации, соответственно параллельной и ортогональной плоскости поляризации освещающего излучения, и определяют качество древесины путем сравнения J макс мин р МОКС МНН

Рe МОКС МИН с соответствующими величинами для беэдефектной древесины.

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

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 P 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.

1170978

Компрненты д. м,ц, И 3 мн измеряют по излучению, рассеиваемому по-. верхностью 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

1макс "мин

) акс мин где нш ем) максимальная (мини мальная) интенсивность, даваемая детектором и полученная вращением фильтра анализатора перед детектором. Диапазон от 0 (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 оптимальная длина волны для древесины (пиломатериала и фанеры)

632,8 нм (длина волны гелий-неонового лазера) и что наилучшее направление плоскости поляризации падаю. щего 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, предлагаемый способ применим для исследования как сухой, так и влажной древесины.

5 !

Колебания свойств. поверхности качественной древесины настолько велики, что традиционное построение плоскости интенсивности непригодно для исследования. Однако при использовании линейно поляризованногэ излучения компонента интенсивности 3 жнн, связанная с деполяриэацией, может быть использована. На нее практически не влияет например, структура годовых колец (зеркальные отражения, присутствующие в компоненте 3 ма„с), неровность поверхности или перекос тексту ры. Изменения проявляются в уменьшении плоскости интенсивности, там где есть дефекты (сучки, прель, синева древесины, трещины, иэъеденность червями и т.д.) °

Используют также компоненту интенсивности мнн при сравнении уровней интенсивности, когда уровнем отсчета является величина этой компоненты на качественной, или беэдефектной, поверхности.

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

При измерении только интенсивности (например 3 или компоненты

3 мнн ) получают одинаковые величиЗ5 ны измерения для таких дефектов как прель, сучки и синева, вследствие чего требуются дополнительные данные для подтверждения выводов. Эти данные получают, например, посредством

40 распознавания образов, для чего требуется большая вычислительная мощность ЭВМ.

По степени деполяризации качественную древесину, прель и сучки мож45 но отличить друг от друга, а сильный перекос текстуры и сучки попадают в один класс и, например, качественная древесина, голубизна, обесцвечивание и кора попадают в

5О один класс.

Предлагаемый способ основан на одновременном .использовании компонент интенсивности м„„, Зма„ и степени деполяризации P . При

55 этом по сравнению с известными снособами, в которых используется распознавание образа, в предлагаеМоМ способе потребность в обработ1170978 ке данных и в емкости запоминающих 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 лйзералибо естественного поляризован, либо легко поляризуется . Кроме того, для исследования всей поверхности промышленностью выпускаются системы, которые можно использовать для одно- или двухмерного отклонения.

Учитывая. естественное направление перемещение листов фанеры, для иссле дования их поверхности достаточно одномерного отклонения. Наиболее ° естественно исследовать поверхности пиломатериалов перемещением древе ины в продольном направлении, На фиг. 1 приведена схема устройства для осуществления предлагаемого способа;. на фиг. 2 — вариант.осуществления устройства, на фиг. 3 — схема, иллюстрирующая исследование поверхности пиломатериала, на фиг. 4 и 5 — примеры кривой интенсивности, полученной измерениями поверхности древесины, и соответствукяцей кривой степени. деполяризации.

В измерительном. устройстве (фиг. 1) науч света от лазера на-. правлен на поверхность 2 исследуемого предмета. Направление падающего луча и направление, перпендикулярное поверхности, образуют угол (. . Часть 3 рассеянного отраженного излучения проходит через коляриэационный фильтр 4 иа детектор 5 а часть б - через поляризационный фильтр 7 на детектор 8. Направления отраженного излучения и направление, перпендикулярное поверхности, образу ют углы /11 и /3, Углы «, /3,, 3g предпочтительно равны примерно 15 максимум при измерении их в направлении роста древесины и примерно

50 максимум в направлении, перпен16 днкулярном ему.

Направления пропускания поляри" зованных фильтров расположены под углом 90 друг к другу таким образом, что направление пропускания детек15 тора 8 параллельно плоскости поляризации плавающего излучения. Сигналы интенсивнбсти мокс H мин поступают в процессор 9, в котором они преобразуются в вид, удобный для

26 определения качества древесины.

В ругом варианте (фиг. 2) часть .

10 отраженного излучения проходит через призму 1 1 Волластона, разде-. ляясь на поляриэационные компоненты

25 12 и 13, на детекторы 14 и 15, которые измеряют интенсивнЬсти Змgg

- ма с

Принципиальная конструкция приспо-

3Q соблений, предназначенных для иссле-. дования доски, изображена иа фиг. 3. Световой луч 1 при помощи качающегося отклоняющего зеркала 17 проводится по поверхности 18 древесины в поперечном направлении доски по траектории 19. Доску перемещают в продольном направлении. Излучение, отражаемое от поверхности доски, детектируется при помощи средств, 4О изображенных на фиг. 1 или фиг. 2.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет упростить измерения и повысить точность определения .качества древесины.

1170978

Составитель С. Бочинскнй

Редактор И.Рыбченко Техред Т.Фанта Корректор В. Синицкая

Заказ 4720/57

Тиран 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета.СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4