Способ определения угла крутки нити

Изобретение относится к неразрушающим способам измерения угла, крутки нити. В способе производят анализ угловой диаграммы распределения светового потока в дифракционной картине, наблюдаемой от исследуемого материала при освещении поверхности нити параллельным пучком монохроматического когерентного света с круговым сечением, причем о величине искомого угла крутки судят по углу, измеренному между направлением на максимум в угловой диаграмме светового потока в дифракционной картине, и перпендикуляром к нити, проведенном в плоскости картины из ее центра. Причем исследуют компьютерное микроизображение исследуемой нити, дифракционную картину от которого для такого освещения рассчитывают с помощью быстрого двумерного Фурье-преобразования, а об угловой диаграмме распределения светового потока в дифракционной картине судят по диаграмме углового распределения средней суммарной интенсивности засветки пикселей которую рассчитывают в кольце, задаваемом радиусами R1 и R2 относительно центра дифракционной картины в полярной системе координат для каждого значения угла φ в диапазоне значений 0-2π; по формуле

где ΔS - площадь сектора кольца, ограниченного углом Δφ; в числителе стоит сумма интенсивностей пикселей изображения ip, попавших в выделенный сектор ΔS; N - число пикселей в ΔS. Технический результат - повышение точности измерения за счет уменьшения погрешности измерения, при одновременном упрощении процесса измерения. 4 ил.

 

Изобретение относится к неразрушающим способам измерения угла, крутки нити, то есть угла наклона стренг, из которых скручена исследуемая нить, к оси нити и может быть использовано при решении вопросов автоматического контроля этого параметра.

Известен способ непосредственного измерения угла крутки нити с помощью микроскопа при освещении нити «на отражение» [Давыдов А.Ф. Текстильное материаловедение. Учебное пособие. Российский заочный институт текстильной и легкой промышленности. М., 1997, с.54].

Способ заключается в том, что необходимые измерения производятся под микроскопом, например, с помощью угловой сетки, вмонтированной в окуляр микроскопа. Способ субъективный и не может быть использован при автоматическом контроле.

Существует расчетный способ нахождения угла крутки αK по формуле

где d - расчетный диаметр нити; h - высота витка; K=1/h - величина крутки нити [Кукин Г.H. Текстильное материаловедение (волокна и нити): Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп./ Г.H. Кукин, Л.H. Соловьев, Л.И. Кобляков. - М.: Легпромбытиздат, 1989, с.38-39]. К недостатку этого способа относится трудность определения расчетного диаметра нити, скрученной из стренг, так как сечение нити не является окружностью, а сама нить не является цилиндрической. Кроме этого данный способ требует измерения величины крутки нити, что до сих пор реализуется в заводских лабораториях с помощью круткомера - прибора, который подсчитывает число необходимых кручений образца нити заданной длины при ее полном раскручивании. При этом контроль операции осуществляется визуально, то есть этот метод также не может быть использован для автоматического контроля угла крутки нити.

Наиболее близким к заявляемому методу является оптический способ контроля угла крутки нити [Patent USA 5210594 May 11, 1993 Process And Device For Measuring The Twist Of A Textile Yarn], заключающийся в том, что производят анализ угловой диаграммы распределения светового потока в дифракционной картине, наблюдаемой от исследуемого материала при освещении поверхности нити параллельным пучком монохроматического когерентного света с круговым сечением, причем о величине искомого угла крутки судят по углу, измеренному между направлением на максимум в угловой диаграмме светового потока в дифракционной картине, и перпендикуляром к нити, проведенному в плоскости картины из ее центра. В этом методе диаметр светового пучка принципиально выбирают меньше, чем диаметр исследуемой нити. Анализ дифракционной картины, полученной в отраженном свете, производят с помощью экрана, в центре которого находится светопропускающая щель. Экран со щелью может поворачиваться вокруг вертикальной оси, соосной перпендикуляру, проведенному из центра дифракционной картины. Регистрируется направление щели, при котором прошедший сквозь щель световой поток имеет максимальное значение, соответствующее направлению на максимум в угловой диаграмме распределения светового потока в дифракционной картине.

К недостаткам этого способа можно отнести:

1. Метод пригоден для определения угла крутки комплексной нити, скрученной из множества моноволокон, но совершенно непригоден для контроля угла крутки нитей, скрученных из комплексных нитей (стренг). Дело в том, что в этом методе диаметр светового пучка принципиально выбирают меньше, чем диаметр исследуемой нити, а фактически, как это следует из описания соответствующего устройства, реализующего метод, это пятно с помощью линз фокусируют на исследуемой поверхности нити. В этом случае в угловой диаграмме светового потока, идущего от дифракционной картины, будет отражено направление волокон в скрученной стренге, которое очевидно зависит как от величины и направления крутки волокон в каждой стренге, так и от направления и величины крутки нити. То есть в этом случае будет измеряться не угол крутки нити, а некий суммарный угол ориентации отдельных волокон в стренге.

2. Очевидно, что при движении комплексной нити относительно малого светового пятна будет существенно меняться распределение светового потока и его величина в дифракционной картине из-за неров-ноты в ориентации элементарных волокон исследуемой нити, ворсистости нити и различий в ориентации соседних волокон тем большая, чем меньше световое пятно. Это должно сильно снижать точность измерений, которая очевидно должна зависеть также от оптических свойств и геометрии элементарных волокон.

3. Используемое для реализации устройство сложно в изготовлении, дорого, требует прецизионной настройки и квалифицированного обслуживания.

Целью настоящего изобретения является устранение этих недостатков, а именно, повышение точности измерения за счет уменьшения погрешности измерения при одновременном упрощении процесса измерения.

Поставленная цель достигается тем, что производят анализ угловой диаграммы распределения светового потока в дифракционной картине, наблюдаемой от исследуемого материала при освещении поверхности нити параллельным пучком монохроматического когерентного света с круговым сечением, причем о величине искомого угла крутки судят по углу, измеренному между направлением на максимум в угловой диаграмме светового потока в дифракционной картине, и перпендикуляром к нити, проведенному в плоскости картины из ее центра, отличающийся тем, что исследуют компьютерное микроизображение исследуемой нити, дифракционную картину от которого для такого освещения рассчитывают с помощью быстрого двумерного Фурье-преобразования, а об угловой диаграмме распределения светового потока в дифракционной картине судят по диаграмме углового распределения средней суммарной интенсивности засветки пикселей которую рассчитывают в кольце, задаваемом радиусами R1 и R2 относительно центра дифракционной картины в полярной системе координат для каждого значения угла φ в диапазоне значений 0-2π; по формуле

где ΔS - площадь сектора кольца, ограниченного углом Δφ; в числителе стоит сумма интенсивностей пикселей изображения ip, попавших в выделенный сектор ΔS; N - число пикселей в ΔS.

Существенными отличиями заявляемого решения являются:

1. «исследуют компьютерное микроизображение исследуемой нити». В прототипе исследовался освещенный участок исследуемой нити, который освещался монохроматическим когерентным светом.

2. «дифракционную картину Фраунгофера от которого для такого освещения рассчитывают с помощью быстрого двумерного Фурье-преобразования», то есть в случае, когда фронт волны совпадает с плоскостью микроизображения исследуемой нити. В прототипе дифракционная картина, создается при рассеянии света, идущего не только при отражении от поверхности наружных волокон, но и вследствие переотражения света от волокон, находящихся в глубине освещаемого объема. Эта картина в прототипе выводится на непрозрачный экран со щелью. Дифракция в этом случае не является фраунгоферовой и теоретически в общем случае не поддается расчету.

3. «об угловой диаграмме распределения светового потока в дифракционной картине судят по диаграмме углового распределения средней суммарной интенсивности засветки пикселей которую рассчитывают в кольце, задаваемом радиусами R1 и R2 относительно центра дифракционной картины в полярной системе координат для каждого значения угла φ в диапазоне значений 0-2π; по формуле

где ΔS - площадь сектора кольца, ограниченного углом Δφ; в числителе стоит сумма интенсивностей пикселей изображения ip, попавших в выделенный сектор ΔS; N - число пикселей в ΔS.

В прототипе анализ угловой диаграммы распределения светового потока в дифракционной картине производят с помощью поворота экрана со щелью вокруг вертикальной оси, соосной перпендикуляру, проведенному из центра дифракционной картины. Регистрируется направление щели, при котором прошедший сквозь щель световой поток имеет максимальное значение, соответствующее направлению на максимум в угловой диаграмме распределения светового потока в дифракционной картине.

Фиг.1 поясняет смысл сделанных обозначений в формуле изобретения (а) и работу предлагаемого решения (б). На Фиг. 1-а показана дифракционная картина от микроизображения нити, расположенной при съемке вдоль оси ординат, рассчитанная с помощью программы двумерного быстрого Фурье-преобразования [Шляхтенко П.Г., Кофнов О.В., Нефедов В.П. «Программа Фурье обработки микро-изображений поверхности текстильных материалов для определения значений периодических параметров исследуемой структуры». RU ОБПБТ №4(81). Программы для ЭВМ. Рег. номер 2012618350 (14.09.2012)]. Программа позволяла производить последующий расчет преобразования Фурье при освещении исследуемого микроизображения круглым световым пятном с экспотенциальным убыванием интенсивности света от его центра к периферии, хорошо моделирующем лазерное освещение. В центре рассчитанной дифракционной картины всегда находится точка с максимальной интенсивностью света, вокруг которой описывается кольцо с радиусами R1 и R2, в площади которого рассчитывается диаграмма углового распределения средней суммарной интенсивности засветки пикселей в рассчитанной дифракционной картине.

Для расчета этого распределения на персональном компьютере по формуле была создана программа, результаты работы которой

показаны на Фиг.1-6.

Из этого рисунка видно, что угловая диаграмма имеет ориентированный характер, так, что максимальное расстояние от центра диаграммы соответствует направлению, в котором интенсивность максимумов в дифракционной картине имеет максимальное значение (Фиг.1-а). Программа определяет значение угла между осью абсцисс и этим направлением и высвечивает его в цифровой форме вместе со значением направления крутки исследуемой нити S или Z (Фиг.1-б).

На Фиг.2-а,б приведены компьютерные микроизображения моделей нитей (а) с S-направлением (I) и Z-направлением (II) крутки и соответствующие результаты их компьютерной обработки (б).

На Фиг.3-а,б приведены аналогично расположенные микроизображения реальных нитей (а), скрученных из 2 (I, II) и 3 (III, IV) одинаковых металлических проволок (стренг) с S-направлением (I, III) и Z - направлением (II, IV), снятых на компьютерном микроскопе Leica.

На Фиг.4-а,б приведены аналогично расположенные микроизображения текстильных нитей:

I - бежевая нить из полиэстера с линейной плотностью 26,8 текс с направлением крутки Z;

II - синяя нить марки "bestex" из полиэстера с линейной плотностью 40 текс с направлением крутки Z;

III - красная нить из смеси хлопка и вискозы с линейной плотностью 39,2 текс с направлением крутки S;

IV - белая нить хлопчатобумажная с линейной плотностью 96,08 текс с направлением крутки S.

Из сравнения данных Фиг.2-4 видно, что направление на максимум угловых диаграмм (б) во всех случаях совпадает с направлением перпендикуляра, проведенного к направлению наклона стренг исследуемого волокна в его центре (а). Поэтому контролируемый угол между перпендикуляром к направлению нити (осью абсцисс) и направлением на максимум угловой диаграммы равняется измеряемому углу крутки между наклоном стренги в центре нити и осью нити, совпадающей с осью ординат (как углы с взаимно перпендикулярными сторонами).

Результаты вычислений величины этого угла для всех исследованных образцов нитей проверялись непосредственно под микроскопом при измерении угла крутки нити. Во всех приведенных случаях наблюдаемое различие с доверительной вероятностью P=0,9 не превышало погрешности микроскопического метода (±0,5°).

Следует отметить, что результат вычислений по заявляемому решению не зависит от цвета и природы материала исследуемой нити.

Приведенные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что заявляемый безаппаратный метод работоспособен.

Способ определения угла крутки нити, заключающийся в том, что производят анализ угловой диаграммы распределения светового потока в дифракционной картине, наблюдаемой от исследуемого материала при освещении поверхности нити параллельным пучком монохроматического когерентного света с круговым сечением, причем о величине искомого угла крутки судят по углу, измеренному между направлением на максимум в угловой диаграмме светового потока в дифракционной картине и перпендикуляром к нити, проведенном в плоскости картины из ее центра, отличающийся тем, что исследуют компьютерное микроизображение исследуемой нити, дифракционную картину от которого для такого освещения рассчитывают с помощью быстрого двумерного Фурье-преобразования, а об угловой диаграмме распределения светового потока в дифракционной картине судят по диаграмме углового распределения средней суммарной интенсивности засветки пикселей I Δ S ( ϕ ) , которую рассчитывают в кольце, задаваемом радиусами R1 и R2 относительно центра дифракционной картины в полярной системе координат для каждого значения угла φ в диапазоне значений
0-2π по формуле
I Δ S ( ϕ ) = n = 1 N i p n N ,
где ΔS - площадь сектора кольца, ограниченного углом Δφ; в числителе стоит сумма интенсивностей пикселей изображения ip, попавших в выделенный сектор ΔS; N - число пикселей в ΔS.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано для измерения основных технологических структурных параметров, связанных с периодичностью структуры текстильных материалов, при текущем автоматическом контроле.

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности. .

Изобретение относится к устройствам для выверки и, в частности, к устройствам, которые могут быть использованы для выверки буровых установок с обеспечением правильного азимута бурения.

Способ включает использование двух автоколлимационных теодолитов и многогранной зеркальной призмы, которую устанавливают в горизонтальной плоскости, совмещая ее центр с вертикальной осью вращения.

Изобретение относится к области геодезии, в частности к высокоточным измерениям для определения критических деформаций. Предложен способ высокоточных измерений инженерных объектов сканирующими лазерными системами (ЛИС) с применением программного обеспечения управления и обработки результатов по двум координатам в реальном масштабе времени и устройство для его осуществления.

Способ реализуется с помощью устройства, содержащего поворотный столик, автоколлиматор, визирная ось которого перпендикулярна оси поворота столика, контролируемую правильную многогранную призму, ось которой соосна оси поворота столика.

Способ включает фиксацию на передней поверхности зуба фрезы 2 в ее торцовом сечении на расстоянии L от торца фрезы 2 прямолинейной упругой полоски, обеспечивающей продление поверхности переднего угла для его визуального восприятия.

Способ включает фиксацию на передней поверхности зуба инструмента 1 в его торцовом сечении на расстоянии L от вершины зуба инструмента 1 прямолинейной упругой полоски 3, обеспечивающей продление поверхности переднего угла для его визуального восприятия.

Изобретение относится к области измерительной техники, к измерительным устройствам, характеризующимся дистанционными оптическими средствами измерений, и может быть использовано при решении задач, требующих одновременного определения двух линейных и двух угловых координат объекта при постоянной дистанции до объекта. Предложено одноканальное двухкоординатное устройство измерения угловых и линейных координат объекта, работающее в большом диапазоне дистанций с высокой точностью и изменяемым диапазоном измерений. Такой технический результат достигнут нами, когда в устройстве измерения линейных и угловых координат объекта, содержащем осветитель, объектив с матричным фотоприемником, связанным с устройством обработки информации и установленным в плоскости, сопряженной с объектом, и измерительную марку, установленную на объекте, новым является то, что измерительная марка снабжена осветителем, включающим расположенные по ходу луча источник света, конденсор и рассеиватель, и двумя визирными элементами, образующими кольцевую и точечную структуры и разнесенными по оптической оси, за второй структурой по ходу луча установлен компенсатор оптического хода, при этом объектив выполнен с переменным фокусным расстоянием. 5 ил. .
Способ юстировки осуществляют путем разворота отражающих плоскостей полого трехгранного уголкового отражателя с боковым переносом для достижения угла между каждой парой из трех граней девяноста градусов.

Устройство содержит призменную систему, включающую первую пару пентапризм, содержащую первую и вторую пентапризмы, главные сечения которых расположены в одной плоскости Р, оптический клин, склеенный с первой отражающей гранью первой пентапризмы и выполненный так, что его выходная грань параллельна входной грани первой пентапризмы, причем поверхность склейки имеет светоделительное покрытие, вторую пару пентапризм, содержащую третью и четвертую пентапризмы, главные сечения которых расположены в одной плоскости Р'.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для контроля и юстировки различных оптических деталей, сборок и приборов. .

Устройство предназначено для контроля формы и взаимного расположения поверхностей крупногабаритных изделий и передачи направления на расстояниях до 100 метров и более. Устройство содержит лазер, оптическую систему, создающую стабильное базовое направление путем образования кольцевой структуры лазерного луча, и измерительный блок с позиционно-чувствительным фотоприемником, подключенным к вычислительному блоку. Лазер и оптическая система, создающая стабильное базовое направление, расположены на каретке, которая имеет возможность перемещения по направляющим в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Для исключения влияния ошибок направляющих на точность перемещения каретки в интересах передачи и сохранности стабильного базового направления на каретке дополнительно установлены уровень и прямоугольный отражатель, ребро прямого угла которого параллельно базовому направлению и который оптически связан с автоколлимационной лазерной трубкой. Вследствие этого нет необходимости изготовления точных направляющих. На подвижной каретке также устанавливают светоделитель для контроля расположения объектов с плоскими поверхностями. Заявленные в предлагаемом устройстве отличительные признаки позволяют осуществлять контроль и установку поверхностей сложной конфигурации, объектов больших размеров, расположенных на больших расстояниях, определять взаимный разворот разнесенных в пространстве объектов, осуществлять параллельный перенос и передачу на расстояние базового направления. При этом решаются технологические и метрологические задачи, которые ранее либо совсем не решались, либо выполнялись с недостаточной точностью. Например, появляется возможность осуществлять контроль и установку таких объектов, как зеркала Имитатора Солнечного Излучения, многоэлементные зеркала телескопов большого диаметра, составленные из отдельных зеркальных сегментов, осуществлять контроль соосности отверстий атомного реактора в труднодоступных местах в шахте глубиной более 13 метров. Технический эффект - простыми средствами и с высокой точностью (1 мкм/м) появляется возможность осуществлять передачу в пространстве по трем координатам стабильного базового направления, созданного кольцевой структурой лазерного луча. 3 ил.

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использовано в оптико-электронных приборах (ОЭП) ориентации по звездам, содержащих матричный фотоприемник с накоплением заряда. Решение заключается в проецировании на фоточувствительную площадку фотоприемника через объектив изображения участка звездного неба в трех или более спектральных диапазонах и калибрационных меток с изменяемым временем экспозиции, выделении изображений звездных объектов во всех спектральных диапазонах и формировании мультиспектрального изображения звездных объектов путем выбора по каждому звездному объекту изображения того спектрального диапазона, средняя величина амплитуды в котором оказывается наибольшей, измерении линейных координат центров изображений звезд и калибрационных отметок и пересчете линейных координат центров изображений звезд в угловые координаты звезд в базовой приборной системе координат с учетом результатов измерений линейных координат центров изображений калибрационных отметок. Технический результат - увеличение точности измерения угловых координат звезд за счет повышения отношения сигнал/шум путем обработки изображений звезд в раздельных спектральных диапазонах. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Автоколлиматор может использоваться для измерения углов поворота относительно двух осей, ортогональных оптической оси объектива автоколлиматора, с использованием одной ПЗС-линейки. Автоколлиматор включает оптическую систему формирования автоколлимационного изображения марки из источника излучения, размещенных последовательно конденсора, марки, светоделителя и объектива, фотоприемное устройство в виде ПЗС-линейки с системой управления, включающей синхрогенератор, и системой обработки видеосигналов из фильтра нижних частот, формирователя видеоимпульсов и формирователя фронтов видеоимпульсов, и блок обработки информации. Марка и фотоприемное устройство установлены в фокальных плоскостях объектива. Введены последовательно соединенные селектор, пиковый детектор, сустрактор и усилитель мощности. Вход селектора подсоединен к выходу фильтра нижних частот, а выход усилителя мощности подключен к источнику излучения. Марка выполнена в виде набора непрерывных штрихов, образующих три горизонтальные зоны, средняя из которых выполнена из по крайней мере одного вертикального штриха и по крайней мере одного наклонного бокового штриха. Высота штрихов равна высоте зоны, горизонтальные сечения марки в разных зонах различаются количеством сечений штрихов или их взаимным расположением. Технический результат - повышение точности, компактности и надежности. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способам и устройствам для измерения углов в машиностроении, а также к приборам навигации космических аппаратов. Способ повышения разрешающей способности измерения угловых координат светящегося ориентира по величинам сигналов и порядковым номерам фоточувствительных элементов, расположенных симметрично с заданным угловым шагом относительно некоторой оси, заключается в увеличении скорости изменения сигнала по углу указанных фоточувствительных элементов. Многоэлементный приемник оптического излучения состоит не менее чем из трех фоточувствительных элементов, расположенных симметрично с заданным угловым шагом относительно некоторой оси, причем фоточувствительные элементы имеют устройства, повышающие скорость изменения их сигнала по углу. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения разрешающей способности измерения угловой координаты светящегося ориентира. 3 н.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в геодезии, строительстве, горном деле. Устройство содержит закрепленные на оси фланец и лимб, два отсчетных канала, устройство цифровой обработки и усреднения данных отсчетных каналов, цифровой индикатор. Отсчетные каналы содержат соответственно светодиоды, конденсоры, нониусы, фотоприемники и интерполяторы. На лимбе выполнены круговая прозрачная зона, круговая измерительная шкала и шкала нулевой метки. На нониусах выполнены прозрачные зоны и шкалы. При вращении лимба фотоприемники формируют сигналы SIN(α×N) и COS(α×N), где α - текущий угол поворота лимба; N - общее количество штрихов измерительной шкалы лимба. Интерполяторы формируют две последовательности прямоугольных импульсов, сдвинутые относительно друг друга на четверть их периода в ту или другую сторону. Устройство цифровой обработки и усреднения усредняет данные отсчетных каналов, результат отображается на цифровом индикаторе. Технический результат - повышение точности и повторяемости результатов измерений, повышение удобства работы, уменьшение времени на проведение измерений, возможность автоматического измерения разности углов наклона двух плоскостей. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к неразрушающим способам измерения угла, крутки нити. В способе производят анализ угловой диаграммы распределения светового потока в дифракционной картине, наблюдаемой от исследуемого материала при освещении поверхности нити параллельным пучком монохроматического когерентного света с круговым сечением, причем о величине искомого угла крутки судят по углу, измеренному между направлением на максимум в угловой диаграмме светового потока в дифракционной картине, и перпендикуляром к нити, проведенном в плоскости картины из ее центра. Причем исследуют компьютерное микроизображение исследуемой нити, дифракционную картину от которого для такого освещения рассчитывают с помощью быстрого двумерного Фурье-преобразования, а об угловой диаграмме распределения светового потока в дифракционной картине судят по диаграмме углового распределения средней суммарной интенсивности засветки пикселей которую рассчитывают в кольце, задаваемом радиусами R1 и R2 относительно центра дифракционной картины в полярной системе координат для каждого значения угла φ в диапазоне значений 0-2π; по формулегде ΔS - площадь сектора кольца, ограниченного углом Δφ; в числителе стоит сумма интенсивностей пикселей изображения ip, попавших в выделенный сектор ΔS; N - число пикселей в ΔS. Технический результат - повышение точности измерения за счет уменьшения погрешности измерения, при одновременном упрощении процесса измерения. 4 ил.

Наверх