Пристрій для вимірювання непрозорості листових матеріалів

1. Пристрій для вимірювання непрозорості листових матеріалів, що містить оптично зв'язані джерело випромінювання, модулятор у вигляді диска, пластину, коефіцієнт відбиття поверхні якої близький до абсолютно чорного тіла, поверхня якої обернена до матеріалу, пристрій для виділення випромінювання в заданому діапазоні довжин хвиль, фотоперетворювач, вихід якого підключений до послідовно з'єднаних попереднього підсилювача, блока вимірювання і вимірювального приладу, блок синхронізації, вхід якого має зв'язок з диском, а вихід - з'єднаний з другим входом блока U 2 (19) 1 3 13228 4 Відомі пристрої "ОПТИПАК", фірма "Аккурей" вимірювання матеріалу на діючому обладнані і [7] в якому для вимірювання параметра непрозозастосовувати його для регулювання технологічрості для одного листа матеріалу, в тому числі що ного процесу при виготовлені матеріалу. переміщується, використовується такий параметр, Поставлена задача вирішується тим, що в як просвіт, сутність якого полягає у тому, що виміпристрої для вимірювання непрозорості матеріалу, рюють значення світлового потоку, який пройшов що містить оптично зв'язані джерело випромінюматеріал, в видаленому діапазоні довжин хвиль. вання, модулятор у вигляді диску, пластину коефіНедоліком такого пристрою є то, що вимірюється цієнт відбиття поверхні якої близький до абсолютпросвіт матеріалу, а арбітражним параметром опно чорного тіла, поверхня якого обернена до тичних характеристик матеріалу є непрозорість матеріалу, пристрій для виділення випромінюванзгідно з ГОСТ 8874-80 [5] значення яких не співпаня в заданому діапазоні довжин хвиль, фотопередають. творювач, вихід якого підключений до послідовно Найближчим аналогом пристрою для вимірюз'єднаних попереднього підсилювача, блока вимівання непрозорості є фотометр "Колір" для вимірювання і вимірювального приладу, блок синхрорювання білості і кольорових характеристик, в тонізації вхід якого має зв'язок з диском, а вихід му числі і непрозорості, розроблений ООО з'єднаний з другим входом блока вимірювання "Трігла", ТУ У 19021476.002-2001, (м. Київ). Цей згідно корисної моделі, пристрій споряджено дзерпристрій має оптично зв'язане джерело випромікальною світлорозподільною системою, яка рознювання, модулятор у вигляді диску, пристрій для ташована на модуляторі, другою пластиною, повиділення випромінювання у заданому діапазоні верхня якої має коефіцієнт відбиття близький до довжин хвиль (набір світлофільтрів), чорну пласабсолютного розсіювача і вона обернена до матетину, яка має коефіцієнт відбиття поверхні близьріалу. Перша пластина має додаткову поверхню, ким до абсолютно чорного тіла (не більше 0,5%) і коефіцієнт відбиття якої близький до абсолютного поверхня якої обернена до матеріалу, фотоперетрозсіювача. Пластини розташовані з проміжком ворювач, вихід якого підключено до послідовно між собою для можливості переміщення матеріаз'єднаних попереднього підсилювача, блока вимілу, В другій пластині виконані отвори, причому рювання і вимірювального приладу, блок синхроперший отвір розміщений над поверхнею першої нізації вхід якого має зв'язок з диском, а вихід пластини коефіцієнт відбиття якої близький до з'єднано з другим входом блока вимірювання. абсолютно чорного тіла, другий - розміщений над Пристрій діє наступним чином. поверхнею, коефіцієнт відбиття якої близький до Встановлюють один лист матеріалу на чорну абсолютного розсіювача, третій - розміщений над пластину. Випромінювання від джерела попаде в обома поверхнями, а фотоперетворювач розміщеінтегруючу сферу і опромінює контрольований ний над ним. матеріал розсіяним світлом. Відбите від контроКрім того, між джерелом і фотоперетворювальованого матеріалу випромінювання проектуєтьчем додатково розташована дзеркальнося на фотоперетворювач. На своєму шляху випроекційна система, частина якої розміщена на промінювання пройде через світлофільтри і буде диску модулятора, а частина між диском і фотопевиділено випромінювання в необхідному діапазоні ретворювачем. довжин хвиль. Світловий потік, який попаде на На кресленні (Фіг.) наведений пристрій для фотоперетворювач, перетворюється в електричвимірювання непрозорості листових (стрічкових) ний сигнал, який підсилюється і поступає в блок матеріалів. вимірювання, де виконується його вимірювання. Пристрій має джерело випромінювання 1; дзеЗначення цього сигналу характеризує інтенсивркала 2, 13, 16, 17; диск модулюючий 3; двигун 4; ність відбиття світлового потоку, в даному разі, отвори 5, 9, 10; пластину 6 з поверхнею, коефіцікоефіцієнт світлового відбиття від одного листа єнт відбиття якої близький до абсолютного розсіюматеріалу R0. Встановлюють на чорну пластину вача; контрольований матеріал 7; пластину 8 часнепрозору стопу матеріалу т. є. стопу матеріалу тина поверхні якої має коефіцієнтом відбиття складеної з такої кількості листів, при яких світлоблизький до ідеального розсіювача, а частина повий потік , направлений на стопу, не буде проховерхні коефіцієнт відбиття близький до абсолютно дити через її, а буде відбиватись та розсіюватись. чорного тіла; пристрій для виділення випромінюЗаміряний аналогічним чином відбитий світловий вання в заданому діапазоні довжин хвиль (світлопотік є коефіцієнтом світлового відбиття непрозофільтр) 11; фотоперетворювач 12; діафрагма 14; рої стопи. Непрозорість матеріалу обчислюється отвір 15 в диску модулюючому; підсилювач 18; по залежності (1). блок вимірювання, який має атенюатор 19, перетНедоліком такого пристрою є неможливість ворювач низької частоти (ПНЧ) 20, блок управлінвимірювання одного листа матеріалу без його ня 21, реверсивні лічильники 22, 23, 24, блок зрівруйнування і тим паче неможливість вимірювання няння 25; шини виходу 26, 28, блок часових непрозорості листа (стрічки) матеріалу який переінтервалів 27; блок синхронізації 29; устрій реєстміщується на діючому обладнані, а також триварації 30. лий час визначення непрозорості і неможливість Робота пристрою виконується наступним чизастосування його для регулювання технологічноном. го процесу виготовлення матеріалу. Потік випромінювання від джерела 1 направВ основу корисної моделі поставлена задача ляється на дзеркало 2, яке розміщене на диску 3, удосконалити відомий пристрій шляхом споряякий приводиться у обертання двигуном 4. Відбидження світлорозподільною системою і введенням тий від дзеркала 2 пучок випромінювання, через додаткової пластини, що забезпечує можливість отвір 10, зроблений у пластині 6, попадає на конт 5 13228 6 рольований матеріал 7. Частина випромінювання багаторазове поглинання та розсіяння випромінюпройде через лист матеріалу 7, попаде на поверхвання матеріалом 7. Таке розміщення матеріалу ню пластини 8 з коефіцієнтом відбиття близьким між двома поверхнями з високим коефіцієнтом до абсолютно чорного тіла, яка поглине його. Таке відбиття можна уявити собі, як матеріал який знарозміщення матеріалу можна уявити як лист матеходиться на ідеально білій підкладки. Значення ріалу розміщений на чорній підкладки. Значення випромінювання яке відбито листом матеріалу на випромінювання відбитого листом матеріалу, якій білій підкладки можна порахувати по залежності знаходиться на чорній підкладки можна порахува(3.28) наведеної Джадом [6] через коефіцієнт відти по залежності (3.27) наведеної Джадом [6] чебиття R1 рез коефіцієнт відбиття R. (R R0 ) R0Rg(1 R) R1 (4) R0 (1 Rg ) R1Rg(1 Rg ) Rg(1 R0 ) R (2) 1 R0Rg Оскільки підкладка на якій розміщено матеріде R0 - коефіцієнт світлового відбиття від одал, близька до ідеально білої основи, то можна ного листа матеріалу, який розміщено на чорній прийняти що Rg=1, тоді із виразу (4) маємо R1=R. підкладки; Випромінювання яке пройшло матеріал 7 і віRg - коефіцієнт світлового відбиття підкладки дбивається поверхнями 6, 8 після багаторазового на якій лежить матеріал; відбиття через устрій виділення випромінювання R1 - коефіцієнт світлового відбиття від одного 11 попаде на фотоперетворювач 12. При цьому листа матеріалу, який лежить на ідеально білій загальна товщина матеріалу, яка взаємодіє з цією основі. частиною випромінювання буде дорівнювати х2. Якщо прийняти Rg=0 (матеріал підкладки абЗагальна товщина матеріалу, яка взаємодіє з чассолютно чорний), a R1=1 ,то з виразу (2) маємо тиною випромінювання яке відбивається поверхR=R0. Інша частина випромінювання, якою опромінею пластини 6 і контрольованим матеріалом донюють матеріал, частково буде поглинута матерірівнює х1. Значення світлового потоку алом, частково розсіяна і відбита в сторону повервипромінювання (друге), яке попало на фотопехні пластини 6 з коефіцієнтом відбиття близьким ретворювач 12 знаходиться по залежності до ідеального розсіювача. Випромінювання, яке (стр.476) [6]: попало на поверхню пластини 6, буде відбито зно(5) Ф2 Re K( X1 X 2 ) ву на матеріал 7 и після багаторазового відбиття Знайдемо непрозорість матеріалу по залежноміж листом матеріалу 7 і поверхнею пластини 6 сті: випромінювання через пристрій виділення випромінювання 11 попаде на фотоперетворювач 12. Значення світлового потоку (першого) випромінювання, яке попало на фотоперетворювач 12 знаходиться по залежності (стр.476) [6]: Ф1R0e KX1 (3) де Ф1 - значення світлового потоку першого випромінювання, яке попало на фотоперетворювач; е - основа натуральних логарифмів; К - коефіцієнт поглинання матеріалу; X1 - сумарна товщина матеріалу, через яку пройшло перше випромінювання; - коефіцієнт пропуску яке має устрій виділення випромінювання в заданому діапазоні довжин хвиль. При повороті диску 3 на 180° одночасно з ним повернеться і закріплене на ньому дзеркало 2, при цьому випромінювання від джерела 1, після відбиття від дзеркала 2 через отвір 5 у пластині 6 буде направлено на матеріал 7. Частина випромінювання частково буде поглинута матеріалом, частково розсіяна і відбита в сторону поверхні пластини 6 з коефіцієнтом відбиття близьким до ідеального розсіювана і буде нею відбита в сторону матеріалу 7. Інша частина пройде через матеріал 7 і попаде на поверхню пластини 8 з коефіцієнтом відбиття близьким до ідеального розсіювача і буде відбита нею в сторону матеріалу 7. Частина випромінювання буде поглинута матеріалом, частково розсіяна, а частина випромінювання яка пройшла попаде на поверхню пластини 6 з коефіцієнтом відбиття близьким до ідеального розсіювача і буде нею відбита в сторону контрольованого матеріалу 7. Таким чином, буде проходити O Ф1 Ф2 R0e KX1 Re K( X1 X 2 ) R0 Re KX 2 (6) де Ф2 - значення світлового потоку другого випромінювання, яке попало на фотоперетворювач. Беручи до уваги, що вираз Re KX 2 при визначеному значенні x2 може дорівнювати значенню відбиття для непрозорої стопи, тоді вираз Re KX 2 R і вираз (6) прийме вид виразу (1). Таким чином при витримані вищезгаданих вимог, непрозорість листа матеріалу, в тому чині, і який переміщується на діючому обладнані, може бути заміряна на наведеному пристрої. При повороті диску 3 на 90° випромінювання через діафрагму 14, яка закріплена на диску 3, отвір 15 буде відбито дзеркалами 13, 16, 17, пройде світлофільтр 11 і буде направлено на фотоперетворювач 12. Таким чином, за один оберт диску 3 від джерела 1 на фотоперетворювач 12 попадає три імпульси випромінювання. Фотоперетворювач 12 перетворює їх в імпульси напруги Ux (t). Імпульси випромінювання Ux (t) підсилюються підсилювачем 18 и через управляє мий кодом атенюатор 19 попадають на вхід ПНЧ 20. З виходу ПНЧ 20 імпульси, частота яких F^ пропорційна миттєвому значенню сигналу Ux (t), поступають на перший вхід блоку управління 21. На другий вхід блоку управління 21 поступають імпульси високої частоти F0 с першого виходу блока формування часових інтервалів 27. На третій, четвертий, п'ятий, шостий, сьомий та восьмий входи блока управління 21 поступають сигнали управління U1, U2, U3, U4, U5, U6 з другого, третього, четвертого, п'ятого, шостого та сьомого виходив блока 26 з тривалістю, узго 7 13228 8 дженої з тривалістю переміщення дзеркала та одночасно на входи віднімання реверсивних лічидіафрагми 14, розміщених на диску модулятора. льників 22 та 24, зменшуючи одержиме згаданих Сигнал U1 відповідає проходженню діафрагми 14 лічильників. В момент часу, коли код на виході проти дзеркала 13 и отвору 15. Сигнал U2 відповілічильника 23 дорівнює коду еталонного значення дає перекриттю пучка випромінювання непрозорої N0, сигнал U- закінчується і зупиняє зміну коду, частини диску, одразу після сигналу U1. Сигнал U3 управляючого атенюатора 19. Таким чином, за відповідає проходженню дзеркала 2 проти отвору тривалість часу наявності сигналу U+ (чи U-), вико5. Сигнал U4 відповідає перекриттю отвору непронується корекція коефіцієнта передачі атенюатора зорої частини диска одразу після сигналу U3. Сиг19, підтримуючи стабільним рівень вихідного опонал U5 відповідає проходженню дзеркала 2 проти рного сигналу. При наявності сигналу управління отвору 10. Сигнал U6 відповідає перекриттю отвоU3, імпульси з частотою Fx поступають з першого ру непрозорої частини диска одразу після проховиходу блока 21 на вхід додавання лічильника 22, дження сигналу U5. а при наявності сигналу управління U4, імпульси з Передній фронт імпульсу U1 (який відповідає частотою Fx поступають на вхід віднімання лічильсигналу при відбиванні від дзеркал 13, 16, 17 ника 22. К часу закінчення сигналу U4 y лічильнику сигнал опору) сінхронізован імпульсом Uc з виходу 22 буде накоплене значення N , пропорційне інтеблоку синхронізації 29. При наявності управляючогралу енергії, яке прийнято фотоперетворювачем го сигналу U1, імпульси з частотою Fx поступають з 12 і еквівалентне відбиттю R від непрозорої стопи третього виходу блоку 21 на вхід додавання лічиматеріалу. Значення N знаходиться аналогічно льника 23, при наявності управляючого імпульсу залежності (8). U2 імпульси з частотою Fx поступають з четвертого Після закінчення сигналу U4 з шини 26 може виходу блоку 21 на вхід віднімання лічильника 23. бути зчитано сигнал, якій дорівнює відношенню К моменту закінчення сигналу U2 на лічильнику 23 текучого значення R до опорного сигналу. буде накоплене число Nоп, пропорційне інтегралу При наявності сигналу управління U5, імпульси енергії, яка прийнята фотоперетворювачем 12 на з частотою Fx поступають з п'ятого виходу блока i-му циклу роботи модулюючого диска 3. 21 на вхід додавання лічильника 24, а при наявноТаким чином для каналу опору к моменту засті сигналу управління U6, імпульси з частотою Fx кінчення сигналу U2 в черговому циклі роботи мопоступають на вхід віднімання лічильника 24. К дулюючого диска 3 значення Nоп знаходиться по часу закінчення сигналу U6 у лічильнику 24 буде залежності: накоплене значення N'0 пропорційне інтегралу t1 t2 t1 енергії, яке прийнято фотоперетворювачем 21 і Nоп K(Ux Uф )dt KUфdt K Ux dt (8) еквівалентне відбиттю R0 від одного листа матеріt0 t1 t0 алу який розміщено на чорній підкладки. Значення де К - крутизна перетворення блоку ПНЧ (наN'0 знаходиться аналогічно залежності (2). Після приклад Гц/В); закінчення сигналу U6 шини 28 може бути зчитано t0, t1 - інтервал часу який дорівнює по тривалосигнал, який дорівнює відношенню текучих знасті періоду існування сигналу U1; чень R0/R і характеризує непрозорість О матеt1, t2 - інтервал часу який дорівнює по тривалоріалу. сті періоду існування сигналу U2; Джерела інформації: Uф - напруга фонового зміщення. 1. Color Physics for Indastri (second Тривалість сигналу U1 дорівнює тривалості сиEdition)/Society of Dyers and colourists, 1977, (перегналу U2. вод с английского), Москва, «Лотос», 2002, 580с, Код Nоп в момент часу t2 поступає на вхід бло(с.76, 77). ку зрівняння 25, де зрівнюється з кодом еталонно2. Фотометр білості та кольорових характерисго значення N0. В залежності від результатів зрівтик "Колір", ТУУ 19021476.002-2001, ВАТ "Трігла". няння з першого ("більше") чи другого ("менше") 3. Галактионова Б.В., Иванова Е.И., Сырников виходів блоку 25 сигнал управління U+ чи U- посЮ.П. и др. Объективная оценка просвета бумаги. тупають на дванадцятий чи тринадцятий вході Известия С-П ЛТА, С-Пб., 1995, с.117-131. блоку управління 21. Якщо в результаті зрівняння 4. ISO 2471 «Бумага и картон. Определение формується сигнал U+, то за час тривалості цього непрозрачности бумаги. Метод диффузного отрасигналу послідовність високочастотних імпульсів з жения», третье издание, 1998. частотою F0 поступає одночасно на входи дода5. ГОСТ 8874-80 «Бумага. Метод определения вання реверсивних лічильників 22, 24, збільшуючи прозрачности и непрозрачности». Издательство одержиме вказаних лічильників. В момент часу, стандартов, 1980. коли код на виході лічильника 23 дорівнює коду 6. Д. Джадд, Г. Вышецки, Цвет в науке и техеталонного значення N0, сигнал U+ закінчується і нике. Из-во «МИР», М., 1978, Перевод с английсзупиняє зміну коду, управляючого атенюатора 19. кого под ред. Д.Т.Н.Артюшина Л.Ф., 592с. Якщо в результаті зрівняння формується сигнал U7. «Papier Technology and Indastry» т. 27, №1, , то за час тривалості цього сигналу послідовність фев. 1986. високочастотних імпульсів з частотою F0 поступає 9 Комп’ютерна верстка Н. Лисенко 13228 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601