Способ измерения индикатрис яркости светорассеивающих покрытий

 

Изобретение касается фотометрии сред. Целью является упрощение способа измерений с Способ осуществляют проведением измерений яркости нанесенных на подложку покрытий при различных углах освещения и визирования. Новым в споссбе является нанесение покрытия на подложку, которую выполняют в виде сферы, получение изображения сферы в плоскости чувствительного элемента фотометра, поэлементное фотометрирование поля яркости полученного изображения и определение зенитного угла освещения, зенитного и азимутального углов наблюдения каждого фотометрируемого элемента по его линейным координатам на изображении сферы и устанавливаемому углу рассеяния (углу между оптическими осями осветителя и фотометра). Упрощение способа состоит в сокращении количества угловых перемещений элементов измерительной установки, реализующей способ, с необходимых трех перемещений при всех известных методах до одного. 4 ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИН.Я0„,16511

Р1) С 01 N 21/47

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4689397/25 (22) 11.05.89 (46) 23.05,91. Бюп, № 19 (72) N.Â.Танташев и Г.К.Холопов (53) 535.242(088.8) (56) Непогодин И,А. и др. Гониофотометр для исследования двунаправленных характеристик материалов. Оптико-механическая промьппленность, 1984, ¹ 3, с. 19-21.

Аксютов Л.Н. и др. Инженерный метод определения и описания направленных отражательных характеристик непрозрачных конструкционных материалов. Инженерно-физический журнал.

1980, т. 38, № 6, с. 1091-1098. (54) СПОСОБ ИЗБ .РЕНИЯ ИНДИКАТРИС ЯРКОСТИ СВЕТОРАССЕИВА1ЩИХ ПОКРЫТИЙ (57) Изобретение касается фотометрии сред. Целью является упрощение способа измерений. Способ осуществляют проведением измерений яркости нанеI

Изобретение относится к фотометрии сред и может быть использовано при изучении отражательных характеристик светорассеивающих конструкционных материалов.

Цель изобретения — упрощение способа измерения.

На фиг. 1 дана принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемыФ способ; на фиг. 2 — взаим- ное угловое положение на сфере; на фиг. 3 — сфера в плоскости чувствительного элемента фотометра; на фиг. 4 — часть результатов фотометсенных на подложку покрытий при различных углах освещения и визирования.

Новым в споссбе является нанесение покрытия на подложку, которую выполняют в виде сферы, получение изображения сферы в плоскости чувствительного элемента фотометра, поэлементное фотометрирование поля яркости полученного изображения и определение зенитного угла освещения, зенитного и азимутального углов наблюдения каждого фотометрируемого элемента по

его линейным координатам на изображении сферы и устанавливаемому углу рассеяния (углу между оптическими осями осветителя и фотометра). Упрощение способа состоит в сокращении количества угловых перемещений эле :ментов измерительной установки, реализующей способ, с необходимых трех перемещений при всех известных методах до одного. 4 ил.

1 рирования иэображения сферы с покрытием типа "алюминиевая пудра при значении угла рассеяния оС =45 .

Единичные векторы (фиг. 2) характеризуют направление на осветитель

О, на фотометр Н и нормаль к поверхности фотометрируемого элемента dS(N)

Кривая линия Е определяет границу освещений части сферы. Кривая линия

F — - след сечения сферы плоскостью, содержашей векторы О и Н, Точка Со определяет центр сферы. На определяемом тремя векторами О, Й, N сферичес-. ком треуголышке обоз начены g — з ео

1651168 нитный угол освещения (в плоскости падения, содержащей векторы 0 и И}, 6;„, — зенитный угол наблюдения .(в плоскости векторов Н и М), Ц ц - азимутальный угол наблюдения (угол между указанными плоскостями) О - угол рассеяния между векторами 0 и Н (фиг. 1), А — азимутальный угол между плоскостями, содержащими векторы

0 и Н и векторы 0 и Н соответственно.

Точки С и D на поверхности сферы лижайшие соответственно к фотометру и осветителю.

Точка С вЂ” центр круга изображения

Сферы, R — радиус изображения сферы, след плоскости F (фиг. 2} есть ось симметрии изображения освещенной части сферы, ось координат Сч. совпадает с этой осью симметрии, средняя очКа изображения фотометрируемого

Элемента размером ЙБ=Ьх Ьу имеет лифейные координаты х, у. Величины Дх

1 и Ку определяются линейным цространСтвенным разрешением фотометра в плоскости его изображения (фиг. 3).

Ъ

Устройство содержит (фиг. 17 неподвижно установленный фотометр 1, оптическая ось которого проходит через центр сферического образца (сфе=

ы) 2. На жесткой направляющей 3, едставляющей собой плоскую дугу, становлен осветитель 4, который пеемещается по дуге 3, изменяя угол ассеяния К в пределах ОС ф(с 180 . аким образом, что его оптическая ось все время находится в одной и той же т поскости, которая содержит также онтическую ось фотометра 1, и проходит через центр сферы 2. Как вспомогательные элементы, полезные при определении параметров изображения

Сферического образца, устройство содержит дополнительный осветитель 5, подсвечивающий сферу 2 так, что вся

Ее обращенная к фотометру сторона полностью освещена совместно с основным осветителем 4, а также тонкий жесткий стержень-держатель 6, ось которого проходит через центр сферы и располагается точно в той же плоскости, что и огтические оси фотометра и осветителя, и съемный тонкий стержень

7, который является продолжением стержня-держателя 6 с диаметрапьно противоположной стороны сферы и установлен строго i соосно с ним, 50

55 (масштабы изображения по осям X, Y

ВКУ должны быть уравнены) . Разворачивая при необходимости фотометр во-, круг оси, совпадающей с его оптической осью, добиваются того, чтобы изображения стержней 6 и 7, определяющих ось симметрии иэображения освещенной части сферы, располагались строго вдоль одной из координатных осей, например, оси Y. В установленном положении на изображение сферы накладывают новую систему координат

Способ измерения индикатрис яркости светорассеивающих покрытий осуществляют следующим образом.

На поверхность сферы 2 равномерным слоем наносят исследуемое покрытие, устанавливают сферу вместе со стержнями б и 7 в измерительное уст ройство. Под заданным углом рассеяния О6 к оси фотометра устанавливают на направляющей 3 осветитель 4. В качестве фотометра используют, например, сканирующую фотометрическую систему с регистрирующим, и видеоконтрольным (ВКУ) устройствами. Освещают сферу 2 осветителями 4 и 5. Наводят оптическую ось фотометра, соответсч вующую центру его поля обзора, . на центр сферы и получают изображение полностью освещенной стороны сферы в плоскости чувствительного эле йента фотометра (это изображение в результате его оптико-электрических преобразований переносится на ВКУ фотометра и при необходимости регистрируется). С помощью специальных сервисных устройств ВКУ, например, координатных реперов (или другими способами, например, последователь30 ным перемещением платформы на кото9 рой установлен фотометр, в горизонтальном и вертикальном направлениях) определяют координаты границ изображения сферы (во вспомогательной системе координат экрана ВКУ или плат35 формы): верхней границы Y нижней

Тн» левой Xh и правой Хл. По этим значениям в тех же координатах находят положение центра круга изображения

Х (Х„+Х„) /2; е (и+1 б) /2 и определяют радиус круга изображения

К (Хя-Х ) /2= (У -Yg) /2 (4) Освещенная часть сферы (освещенная полусфера) содержит участки, все множество углов освещения которых

gp

6О находится в диапазоне от 0 до 90

Фотометром часть этих участков визируется под различными зенитными и азимутальными углами, значения которых определяются как величиной угла рассеяния g так и местоположением этих участков на сфере (местоположением их изображений на изображении сферы), Таким образом, фотометрирование изображения сферы при каждом из устанавливаемых углов рассеяния

0(, дает множество результатов, соответствующих определенным областям углов 6 eя и (ц . Фотометрирование о 9

0 в пределах О < М (180 расширяе это множество и включает в него все возможные углы освещения (0 О й90 ) и наблюдения (О - 9д (90 о, -180 «c g „«C

< 180 ). Получаемь;е массивы данных

L (B,8„; ®,) заносятся, например, в память ЭВМ и обрабатываются на предмет получения функциональных зависимостей (индикатрис) яркости от

Углов освещения и наблюдения, 5

165 хСу с центром ее в точке Х„, У и осью у, направленной вдоль оси Y.

После этого выключают дополнительный осветитель 5, убирают стержень 7 и производят поэлементное измерение яркости покрытия на иэображении освещенной осветителем 4 части сферы. При этом яркость каждого выделяемого элементарным полем зрения фотометра элемента dS, характеризуемого координатами (х,у) в наложенной указанным образом на изображение системе координат хСу, преобразуется в пропорциональный ей электрический сигнал. Измеренные таким образом яркости каждого из элементов dS(x,у) привязываются к угловым координатам

; 6, Ц „, которые. согласно обоо значениям, приведенным на фиг. 2 и 3, выражаются через линейные координаты х, у, радиус изображения К и угол рассеяния С следующим образом: в1п9 хг+У2 /Е (3)

cos 9О =cos gcosg +sin О(sin0 cos А; (2)

cos A=yi,): +у (3)

cos(g< = (cos g и созОо

/(. 9„sing) .

1168

Поскольку при фотометрировании при нескогьких углах рассеяния 0 множества угловых координат исследуемых участков покрытия (Оо, О, (P ) частично перекрываются, конечное множество результатов L (8o; 6 g, ф,) может оказаться избыточным, благодаря чему может быть оценена случайная составляющая погрешности измерений и, тем са, мым, повышена достоверность их результатов»

I

Пример. Фотометрирование при каждом из устанавливаемых углов проводят по результатам двух измерений: регистрируют изображение шара с подсветкой осветителем и без подсветки. Оба массива данных с учетом градуировочных параметров аппаратуры обрабатывают на ЭВМ и проводят их поэлементное вычитание. Тем самым исключается влияние на отражательные характеристики собственного (теплового) излучения шара и отраженного от него излучения окружающего пространства.

На фиг. 4 показан пример фотометрирования одного из полученных изображений сферы К=45О). Показаны распределения яркости (в относительных единицах) по сечениям изображения сферы, соответствующим постоянным значениям координаты х (фиг. 3). Цифрами у кривых обозначены вегичины х/R, которым они соответствуют (для наглядности и во избежание излишней громоздкости приведена лишь далеко не полная выборка данных при х 0).

Аналогичные результаты получены при других углах рассеяния: от рЕ=1 5 до, o

g 150 с шагом 15 . Обработка по вы- . ражениям (1) -(4) полученных массивов данных, аналогичных показанному на фиг. 4, и переорганизация этих массивов, выполненные на ЭВМ, позволяют определить индикатрисы L (0 ; g>,(P>, для исследованного покрытия (надежные результаты получены для диапазонов,углов Q, Оя (= 83 ). Приведенный прииер показывает вшсскую эффективность способа измерений, особенно при использовании сканирующих фотометров в комплекте с управляюще-вычислительными системами на базе ЭВМ.

Таким образом, преимущества предлагаемого способа измерений следующие: отсутствие необходимости изменять угловые положения образца; измерительное устройство, реализующее

1651168 способ, вместо движения его элементов по трем углам содержит только одно движение: изменяется угол между оптическими осями осветителя и фотометра (необходимому развороту плоского

5 образца по двум степеням свободы в пространстве соответствует различная, равномерная в пространстве ориентация множества элементов поверхности сферы, выделяемых элементарнымИ полями зрения фотометра, полное поле обзора которого должно заключать всю сферу).

Трехкратное по отношению к извест- 1 ным способам сокращение необходимых операций изменения угловых положений узлов измерительного устройства способствует упрощению способа измерений.

Формула изобретения 2б

1 Способ измерения индикатрис яркости светорассеивающих покрытий, 1 аключающийся в нанесении исследуеМого покрытия на подложку, освещении 25

Его равномерным пучком излучения, Измерении яркости покрытия с различИых направлений при дискретно измеНяемых углаХ между оптическими осями осветителя и фотометра, определе- Зр

| нии угловых координат осветителя и фотометра в системе координат, связанный с нормалью к поверхности образца и плоскостью падения излучения, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа, исследуемое покрытие наносят на поверхность подложки, выполненную в виде сферы, получают изображение сферы в плоскости чувствительного элемента фотометра . определяют центр круга изображения сферы и радиус круга, находят ось симметрии изображения освещенной части сферы, накладывают на изображение прямоугольную систему координат, начало. которой совпадает с центром круга изображения сферы, а одна из осей совпадает с осью симметрии изображения освещенной части сферы, измеряют яркости элементов покрытия на изображении освещенной части сферы, а огределение угловых координат осветителя и фотометра для каждого измеряемого элемента покрытия подложки осуществляют по двум линейным координатам его изображения в наложенной на иэображение сферы системе координат и значению угла между оптическими осями осветителя и фотометра.

1651168

05 Ц

Составитель Н,Стукова

Редактор О.Головач Техред С.Мигунова Корректор Н.Ревская

Заказ 1602 Тираж 414 Подписное

ВНИИПИ Государствснпого комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно †издательск комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101