Оптический способ контроля крутки нитей



Оптический способ контроля крутки нитей
Оптический способ контроля крутки нитей
Оптический способ контроля крутки нитей

 


Владельцы патента RU 2463579:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна" (RU)

Изобретение относится к области оптических измерений и может быть использовано для оперативного контроля величины крутки нитей в процессе производства. Способ заключается в том, что освещение исследуемой нити производят плоскополяризованным светом, плоскость поляризации которого вращают вокруг оси светового пучка с частотой ω, и вычисляют коэффициент изотропии светорассеяния по формуле где - амплитуда меняющейся с частотой 2ω переменной составляющей светового потока, рассеянного в обратном направлении в телесном угле, ориентированном в плоскости, совпадающей с направлением нити; - амплитуда меняющейся с той же частотой переменной составляющей светового потока, рассеянного в том же телесном угле и под тем же углом к направлению падения света, но расположенным в перпендикулярной плоскости, а о величине крутки нитей судят по известной зависимости коэффициента изотропии от величины крутки. Изобретение обеспечивает увеличение чувствительности за счет выделения из светового потока, идущего от освещенной части исследуемой нити, и последующего измерения только плоскополяризованной его части. 3 ил.

 

Изобретение относится к способам измерения крутки нитей и может быть использовано для оперативного контроля величины крутки нитей в процессе производства.

Известен традиционный механический метод определения крутки нитей с помощью круткомера, например КУ-500 (Лабораторный практикум по текстильному материаловедению / под ред. А.И.Коблякова. - М: Легкопромбытиздат, 1986. - С.60-65), который используется при выборочном контроле образцов до настоящего времени во всех заводских лабораториях. Метод заключается в подсчете числа оборотов при полном раскручивании нити, причем момент раскручивания фиксируется визуально. Этот способ требует значительного времени на одно измерение (~минуты) и в принципе не может быть использован для контроля в ходе технологического процесса производства.

Известен способ контроля величины крутки нити (Патент РФ №2138588, МКИ 6 D01Н 13/32, G01N 21/00. Способ контроля физических параметров движущейся нити / Шляхтенко П.Г., Мещерякова Г.П., Труевцев Н.Н., Лучинкина В.В., опубл. 27.09.99, бюл. №27), заключающийся в том, что освещают вертикальную нить параллельным пучком монохроматического света, а о величине крутки судят по измеренному расстоянию между соседними рядами максимумов в дифракционной фраунгоферовой картине. Устройства по этому способу достаточно громоздки, дороги и требуют прецизионной настройки. Кроме того, автоматическая обработка дифракционной картины требует создания соответствующих компьютерных программ распознавания образов на фоне присутствия в дифракционной картине не несущих информацию паразитных максимумов «спеклов». Эта проблема еще полностью не решена.

Описан метод контроля крутки пряжи (А.В.Парамонов, Т.А.Корнюхина. Экспресс-метод определения крутки пряжи // Текст промышленность, 1978. - №3. - С.72-74), который заключается в том, что исследуемый объект освещается параллельным пучком света нормально к его поверхности и регистрируется индикатриса прямого светорассеяния I(β) - зависимость величины рассеянного светового потока, прошедшего сквозь щель и регистрируемого фотоприемником, от угла поворота щели β вокруг оптической оси. О величине крутки судят на основании анализа зависимости I(β).

Измерения по этому методу достаточно длительны и трудоемки. Как и предыдущий метод, этот метод не является дистанционным, так как исследуется рассеяние света в направлении его падения. В устройствах по этим способам осветитель и регистрирующее устройство находятся по разные стороны от исследуемой нити.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ контроля крутки нитей (Патент РФ №2047169, МКИ 6 G01N 21/00, D01Н 13/00. Оптический способ контроля крутки нитей / А.М.Челышев, П.Г.Шляхтенко, Ю.Н.Ветрова и др.; опубл. 27.10.95, бюл. №30), включающий освещение исследуемой нити параллельным пучком нормально к ее образующей, измерение световых потоков ФII и Ф, рассеянных нитью в обратном направлении в двух одинаковых телесных углах, ориентированных во взаимно перпендикулярных плоскостях под равными углами к падающему пучку, первый из которых ФII ориентирован в плоскости протяжки нити при ее изготовлении. О величине крутки судят по рассчитанному коэффициенту изотропии светорассеяния и известной зависимости коэффициента изотропии от величины крутки, полученной для данного типа нитей.

В способе используется то обстоятельство, что с ростом величины крутки изменяется угловое распределение волокон относительно оси симметрии скручиваемой нити, что приводит к изменению угловой диаграммы обратного светорассеяния.

К недостатку способа можно отнести его недостаточную чувствительность, связанную с тем, что в этом методе регистрируются полные световые потоки, идущие в указанных направлениях от освещенного участка исследуемой нити. То есть регистрируются как световые потоки, отраженные от поверхности волокон исследуемой нити, несущие четкую информацию об угловой ориентации скрученных стренг, так и световые потоки, рассеянные освещенным объемом нити. Вторая часть потока связана с изотропным диффузным рассеянием света на случайных геометрических неоднородностях материала волокон и не несет информации об изменении анизотропии в угловом распределении волокон в процессе крутки нити.

Целью изобретения является увеличение чувствительности метода и точности измерений за счет выделения и измерения из общих световых потоков только первых информативных его частей.

Поставленная цель достигается тем, что исследуемую нить освещают параллельным пучком нормально к ее образующей, и измеряют световые потоки ФII и Ф, рассеянные нитью в обратном направлении в двух одинаковых телесных углах, ориентированных во взаимно перпендикулярных плоскостях под равными углами к падающему пучку, первый из которых ФII ориентирован в плоскости протяжки нити при ее изготовлении, отличающийся тем, что освещение производят плоскополяризованным светом, плоскость поляризации которого вращают вокруг оси светового пучка с частотой ω, и вычисляют коэффициент изотропии светорассеяния по формуле

,

где - амплитуда меняющейся с частотой 2ω переменной составляющей светового потока ФII, рассеянного в первом телесном угле;

- амплитуда меняющейся с той же частотой переменной составляющей светового потока Ф, рассеянного во втором телесном угле,

а величину крутки нитей определяют по известной зависимости измеренного таким образом коэффициента изотропии от величины крутки, полученной для данного типа нитей.

Существенными отличиями заявляемого решения являются:

1. Освещение производят плоскополяризованным светом, плоскость поляризации которого вращают вокруг оси светового пучка с частотой ω.

В прототипе освещение производилось неполяризованным светом.

2. Вычисляют коэффициент изотропии светорассеяния по формуле

,

где - амплитуда меняющейся с частотой 2ω переменной составляющей светового потока ФII, рассеянного в первом телесном угле,

- амплитуда меняющейся с той же частотой переменной составляющей светового потока Ф, рассеянного во втором телесном угле.

В прототипе коэффициент изотропии светорассеяния рассчитывался по другой формуле

,

где ФII и Ф - световые потоки, рассеянные нитью в обратном направлении в указанных выше телесных углах.

3. Величину крутки нитей определяют по известной зависимости измеренного таким образом коэффициента изотропии () от величины крутки, полученной для данного типа нитей.

В прототипе величину крутки нитей определяют по известной зависимости коэффициента изотропии (χ) от величины крутки, полученной для данного типа нитей.

На фиг.1 представлена схема, поясняющая предлагаемый способ.

Неполяризованный свет параллельным пучком проходит через поляризатор 1, вращающийся с постоянной угловой скоростью ω от двигателя 2, и плоскополяризованным светом, в котором плоскость поляризации вращается с угловой скоростью ω, освещает исследуемый образец нити 3, перпендикулярно ее поверхности. Световые потоки Ф1 и Ф2, рассеянные нитью в одинаковых телесных углах ΔΩ1 и ΔΩ21=ΔΩ2=ΔΩ), ориентированных под одним углом к направлению падения света α во взаимно-перпендикулярных плоскостях, поступают на линейные фотоприемники 4 и 5, которые измеряют амплитуду переменных с частотой 2ω составляющих световых потоков Ф1 и Ф2 (соответственно потоков и ).

Отличие предлагаемого способа от прототипа обусловлено необходимостью отделения и регистрации части светового потока, идущего при однократном отражении света от поверхности волокон, находящихся непосредственно у освещенной поверхности исследуемой нити, от светового потока, идущего от освещаемого объема материала нити.

Первая компонента светового потока представляет собой свет всегда частично плоско-поляризованный таким образом, что в нем содержится преимущественно компонента светового вектора Е, колеблющаяся в плоскости, перпендикулярной плоскости падения света, проходящей через образующую цилиндрического волокна, и поэтому несет информацию об ориентации этого волокна в крученой нити.

Вторая компонента светового потока обусловлена светом, диффузно рассеянным на геометрических неоднородностях в материале освещаемой нити, и многочисленными переотражениями от случайно ориентированных друг относительно друга отражающих поверхностей волокон. Эта диффузная компонента не поляризована.

Интенсивность первой компоненты пропорциональна числу одинаково ориентированных волокон в освещаемой приповерхностной области.

Интенсивность неполяризованной диффузной части светового потока зависит от толщины освещаемого объема материала и его оптических свойств и, складываясь с первой информативной компонентой, как это происходит в прототипе, снижает чувствительность метода.

В случае измерения амплитуды только переменной составляющей светового потока в заявляемом способе, из общего светового потока, поступающего на фотоприемник, выделяется только переменная с частотой 2ω плоскополяризованная его компонента , интенсивность которой определяется известным законом Малюса (I~Cos2ωt=(1+Cos2ω)/2).

В процессе крутки нити преимущественная угловая ориентация поверхностных волокон относительно образующей нити изменяется от близкой к параллельной образующей (для некрученой нити) до близкой к перпендикулярной (при максимальной крутке). Это должно существенно сказываться на угловой диаграмме светорассеяния нити, контролируемой заявляемым способом.

Работоспособность предлагаемого способа была проверена на установке, блок-схема которой изображена на фиг.2.

Свет от источника 6 («белый» светодиод, испускающий неполяризованный свет в видимой области спектра) через телескопический объектив 7 и поляризатор 1 (поляроидная пленка), приводимый во вращение двигателем 2, параллельным пучком падает на поверхность исследуемой нити 3. В качестве фотоприемника используется фотоэлектрический умножитель (ФЭУ) 4, который питается от стабилизированного выпрямителя 8 и регистрирует свет, рассеянный материалом под углом α к оптической оси в постоянном телесном угле. Переменная составляющая напряжения с ФЭУ () измеряется универсальным цифровым вольтметром 9 (В 7-16 А). Нить 3 закрепляется в специальном держателе 10 в натянутом с помощью пружины 11 состоянии.

С помощью ручки 12 исследуемую нить 3 можно закручивать на известное число оборотов, не снимая ее с держателя 10. Держатель с нитью может поворачиваться вокруг оси падающего пучка света и устанавливаться на любое значение угла φ в диапазоне 0-2π с точностью ±1°.

Сравнительные измерения по способу прототипа производились на той же установке (фиг.2) и без поляризатора 1-2. Вместо него устанавливался модулятор 13-14, который периодически прерывал пучок света. В этом случае вольтметр 9 измерял амплитуду переменного напряжения, пропорциональную световому потоку, поступающему на ФЭУ по способу-прототипу.

На фиг.3 приведены экспериментальные зависимости коэффициента изотропии от величины крутки K, рассчитанные по заявляемой формуле (кр. 1, 3, 5) и зависимости коэффициента изотропии χ от величины крутки K, полученные по методу прототипа (кр. 2, 4, 6). Кр. 1, 2 получены для белой неокрашенной нити, скрученной из трех стренг, каждая из которых состоит из множества тонких капроновых волокон. Кр. 3, 4 - для нити, скрученной из двух прозрачных нейлоновых мононитей диаметром 0,16 мм. Кр. 5, 6 - для капроновой нити, состоящей из трех стренг, каждая из которых состоит из множества тонких капроновых волокон, окрашенных в черный цвет. Белая и черная капроновые нити имели заводскую крутку 3 (см)-1.

Из анализа этих кривых можно сделать следующие выводы:

1. При малых крутках кр. 1, 3, 5 точнее описывают истинную изотропию расположения волокон в одинаковых нитях, чем кр. 2, 4, 6, т.к. они при малых крутках дают меньшее значение коэффициента изотропии , вычисляемого по заявляемому методу, чем χ, вычисляемый аналоговым методом. При малых крутках все волокна в нити близки по направлению к оси нити, т.е. анизотропия углового расположения волокон максимальна. Так как цилиндрические волокна отражают свет в направлении, перпендикулярном его оси, коэффициент изотропии, рассчитываемый по заявляемой формуле, должен быть минимальным, и, как видно из фиг.3, он более соответствует действительности, чем рассчитываемый по методу прототипа.

2. В отличие от существенно нелинейных зависимостей χ(K) - кр. 2, 4, 6, кривые

идут в рабочем диапазоне крутки практически линейно (кр. 1, 3, 5). Это позволяет задавать зависимости аналитически , только по двум измерениям и

для значений крутки соответственно K1 и K2, взятых на границах этого интервала. При этом значения а и b находятся из формул: и , что значительно облегчает нахождение «известных зависимостей» в формуле изобретения и очевидно увеличивает точность измерений по сравнению с прототипом.

Оптический способ контроля величины крутки нити, заключающийся в том, что исследуемую нить освещают параллельным пучком нормально к ее образующей и измеряют световые потоки ФII и Ф , рассеянные нитью в обратном направлении в двух одинаковых телесных углах, ориентированных во взаимно перпендикулярных плоскостях под равными углами к падающему пучку, первый из которых ФII ориентирован в плоскости протяжки нити при ее изготовлении, отличающийся тем, что освещение производят плоскополяризованным светом, плоскость поляризации которого вращают вокруг оси светового пучка с частотой ω, и вычисляют коэффициент изотропии светорассеяния по формуле
,
где - амплитуда меняющейся с частотой 2ω переменной составляющей светового потока ФII, рассеянного в первом телесном угле;
- амплитуда меняющейся с той же частотой переменной составляющей светового потока Ф , рассеянного во втором телесном угле,
а величину крутки нитей определяют по известной зависимости измеренного таким образом коэффициента изотропии от величины крутки, полученной для данного типа нитей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области оптико-физических измерений, основанных на эллипсометрии, и предназначено для определения толщины тонких прозрачных пленок. .

Изобретение относится к области поляризационных измерений и предназначено для определения параметров кристаллических пластинок, изготовленных из одноосных кристаллов.

Изобретение относится к способам контроля углового распределения волокон в плоских волокнистых материалах и связанных с этим распределением технологических параметров и может быть использовано при решении вопросов повышения качества таких материалов.

Изобретение относится к области физики вещества и физической оптики и может быть использовано при исследовании вращательного увлечения средой - повороту плоскости поляризации когерентного излучения одночастотного лазера непрерывного действия в среде, находящейся в поперечном направлению распространения лазерного излучения вращающемся электрическом поле.

Изобретение относится к области оптико-физических исследований состава естественных и искусственных минералов, а также органических структур, в частности керамики, для установления идентичности фрагментов материалов при археологических исследованиях.

Изобретение относится к технике оптико-физических измерений, а именно к эллипсометрии, и может быть использовано при неразрушающем контроле оптических параметров поверхности и тонких слоев пленок.

Изобретение относится к способам оценки качества оптически прозрачного исландского шпата, как природного, так и синтетического, предназначенного для изготовления деталей оптических устройств.

Изобретение относится к технике, предназначенной для оптико-физических измерений, а именно к эллипсометрии, и может быть использовано для исследования динамики оптических свойств при быстропротекающих высокотемпературных процессах, а также при неразрушающем контроле оптических параметров поверхности и слоев тонких пленок при их высокотемпературных обработках.

Изобретение относится к технике, предназначенной для оптико-физических измерений, а именно к эллипсометрии, и может быть использовано при неразрушающем контроле оптических параметров поверхности и слоев тонких пленок.

Изобретение относится к области оптико-физических исследований состава естественных и искусственных минералов, а также органических структур с различными коэффициентами пропускания

Изобретение относится к приборам неразрушающего контроля положения оптической оси корундовых подпятников типа ПКС (подпятник корундовый сферический) в составе маятников ГЦ (газовая центрифуга) без демонтажа маятников

Изобретение относится к технике, предназначенной для оптико-физических измерений, а именно к эллипсометрии и поляриметрии, и может быть использовано для измерения состояния поляризации светового луча в широком спектральном диапазоне

Изобретение относится к способам определения физических свойств в твердых прозрачных средах природного происхождения и может быть использовано при решении задач анализа качества таких материалов. Сущность изобретения заключается в том, что исследуемый материал освещают когерентным источником через дифракционный оптический элемент, из исследуемого материала вырезают плоскопараллельную пластину и вращают ее, снимают полученные изображения и сравнивают с эталонными, после чего производят измерение параметров наблюдаемых искажений симметрии, по которым определяют оптические параметры. Кроме того, вращение осуществляют от -45° до 45°, а измерение производят через каждые 5°. Изобретение позволяет повысить точность контроля. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Группа изобретений относится к медицине. При осуществлении способа облучают лазерным лучом зоны максимального скопления кровеносных сосудов. Принимают и аппаратурно преобразовывают посредством выделения ориентации вектора поляризации и интенсивности обратнорассеянное излучение. Рассчитывают по ним концентрацию глюкозы в крови. При этом интенсивность и поляризацию обратнорассеянного светового поля регистрируют двумя каналами, расположенными симметрично относительно лазерного луча. Предварительно настраивают анализаторы приемных каналов под углами ±45° относительно плоскости пропускания поляризатора. Одновременно с этим регистрируют динамику микроциркуляции крови в исследуемом участке кожи. Измерения проводят непосредственно с поверхности кожи. Устройство содержит источник оптического когерентного излучения, поляризатор, два анализатора, два фотодетектора, регистрирующие интенсивность светового потока, прошедшего через анализаторы, и микрообъектив. При этом устройство содержит фотодетектор для регистрации микроциркуляции крови, диафрагму с микроотверстием, усилители и блок обработки выходного сигнала. Группа изобретений позволяет повысить точность измерения и создать конструкцию, позволяющую использовать ее в качестве основы мобильного датчика индивидуального пользования. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области оптико-физических исследований состава естественных материалов, таких как шерсть и растительные волокна (лен, хлопок, шелк и др.), и может быть использован в текстильной промышленности, в зоотехнике, при археологических исследованиях, при определении качества сырья и изготовленной из него продукции. Размещают исследуемый объект в оптической системе, включающей оптически связанные между собой анализатор, поляризатор и объектив. Исследуемый объект в проходящем свете становится источником вторичного излучения. Излучение от исследуемого объекта и излучение, прошедшее сквозь исследуемый объект, направляют на матрицу ПЗС-камеры, с помощью которой получают полиполяризационную картину исследуемого объекта и сравнивают ее с имеющимися эталонными изображениями, что позволяет однозначно идентифицировать исследуемый объект. Вывод о составе и качестве исследуемого объекта делают после исследования полученной полиполяризационной картины объекта по ряду дополнительных показателей. Изобретение обеспечивает возможность визуально и с высокой степенью достоверности определить структурный состав исследуемого объекта для целей его идентификации и объективного определения его качества. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к области оптической локации объектов и касается измерений изменений параметров поляризации оптического излучения при прохождении оптически активного вещества. Сущность изобретения заключается в делении монохроматического линейно-поляризованного излучения на два равных потока, один из которых пропускают в прямом и обратном направлениях через измерительную кювету при наличии и отсутствии оптически активного вещества, гомодинном детектировании двух потоков и определении отклонения угла наклона плоскости поляризации оптически активным веществом по отношению амплитуд переменных составляющих фототоков в отсутствие и при наличии оптически активного вещества в измерительной кювете. Изобретение обеспечивает возможность определения влияния оптически активного вещества на поляризационные характеристики отраженного от объекта сигнала. 1 ил.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается способа определения ориентации кристаллографических осей в анизотропном электрооптическом кристалле класса 3m. Способ осуществляется с помощью оптической системы, содержащей источник излучения, поляризатор, исследуемый кристалл, скрещенный с поляризатором анализатор, экран и источник постоянного электрического поля. Через оптическую систему пропускают расходящееся монохроматическое излучение и на экране получают первую картину в виде темного «мальтийского креста». После чего к исследуемому кристаллу прикладывают постоянное электрическое поле и получают вторую картину в виде двух ветвей гиперболы. Затем синхронно поворачивают скрещенные анализатор и поляризатор до получения на экране третьей картины в виде темного креста, а затем в виде двух темных ветвей гиперболы. Расположение осей определяют в зависимости от угла между проекцией линии, соединяющей вершины ветвей гиперболы, и вертикалью входной грани кристалла. Технический результат заключается в обеспечении возможности определения взаимного расположения всех кристаллографических осей без использования дорогостоящего оборудования. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области in situ контроля производства в условиях сверхвысокого вакуума наноразмерных магнитных структур и может быть использовано в магнитной наноэлектронике для характеризации гетерогенных магнитных элементов в устройствах памяти, в сенсорных устройствах и т.п. Спектральный эллипсометр дополнительно содержит магнитодинамический модуль, состоящий из аксиальных катушек разных диаметров, который производит измерения, основанные на нелинейности характеристики намагничивания пленки. Таким образом, из независимых измерений может определяться толщина пленки. Изобретение обеспечивает повышение функциональности и точности измерений за счет использования дополнительного оптически некоррелированного метода - магнитодинамического метода. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой спектральный магнитоэллипсометр и предназначено для контроля in situ производства в условиях сверхвысокого вакуума наноразмерных магнитных структур. Магнитоэллипсометр содержит источник излучения с монохроматором, плечо поляризатора, оснащенного переключением положения от 0° до 45°, магнитную систему для воздействия на образец, плечо анализатора эллипсометра, оснащенного переключением положения от 0° до 45°, контроллер с детектором для синхронного измерения световых потоков, а также блок измерения магнитосопротивления, собранный по схеме четырехполюсного измерительного моста и состоящий из трех резисторов и одного сменного модуля в виде подложки, на которую происходит напыление образца-свидетеля, имеющего состав, идентичный составу исследуемого образца, а магнитная система выполнена в виде пары оптимизированных катушек Гельмгольца и перпендикулярно расположенного соленоида. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей эллипсометрического метода контроля, повышение точности измерений, получение дополнительной информации об электрических или магнитных свойствах в рамках единого метода. 4 ил.
Наверх