СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СТРУКТУРЫ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD OF MEASUREMENT OF TEXTILE MATERIAL STRUCTURE GEOMETRICAL PARAMETERS

Изобретение относится к неразрушающим способам измерения основных технологических структурных параметров, связанных с периодичностью структуры текстильных материалов, и может быть использовано при решении вопросов текущего автоматического контроля их значений.
Известен способ измерения геометрических параметров структуры текстильных материалов с помощью микроскопа (Садыкова Ф.Х. Текстильное материаловедение и основы текстильного производства. - М.: Легкая индустрия, 1967). Способ заключается в том, что необходимые измерения производят непосредственно по наблюдаемому изображению поверхности исследуемого материала, наблюдаемого в проходящем или отраженном свете. К недостатку способа можно отнести его субъективность, низкую точность и связанные с этим ошибки, существенные при контроле сложных периодических структур типа трикотажных полотен.
Известен дифракционный способ измерения периодических параметров структуры тканых материалов (Патент №2164679 (РФ), G01N 21/89 «Способ контроля структурных геометрических параметров тканых материалов» / Шляхтенко П.Г., Труевцев Н.Н., опубл. 20.04.2001, бюл. №11), в котором в качестве исследуемого образца, освещаемого параллельным пучком монохроматического света с длиной волны λ перпендикулярно его поверхности, используют негативное или позитивное фронтальное изображение исследуемого материала, полученное при прямом или обратном его освещении на любой прозрачной основе, а о величине структурных параметров исследуемого материала судят по симметрии и взаимному расположению основных максимумов в дифракционной фраунгоферовой картине с использованием известных аналитических форм. Способ позволяет проводить измерения средних значений периодических параметров структуры текстильных материалов на не пропускающих свет материалах. К недостаткам способа можно отнести использование дорогой и прецизионной установки и необходимость ее квалифицированного обслуживания.
х
у
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ измерения геометрических параметров структуры текстильных материалов, описанный в монографии: Шляхтенко П.Г. Неразрушающие методы оптического контроля структурных параметров волокносодержащих материалов. - СПб.: СПГУТД, 2010. - С.213-226, заключающийся в том, что по компьютерному оптическому изображению поверхности исследуемого материала с помощью любой известной программы двумерного Фурье-преобразования рассчитывают дифракционную картину Фраунгофера от этого изображения. При этом величину контролируемых периодических параметров Т и Т в геометрической структуре исследуемого материала рассчитывают по формулам:
х
2
х1
1
Т=К/(Δ К),
у
2
у1
1
Т=К/(Δ К),
х1
у1
х
у
1
2
где: Δ и Δ - средние минимальные расстояния между соседними рядами основных максимумов в рассчитанной дифракционной картине, связанные с периодами соответственно Т и Т; К - коэффициент увеличения компьютерного изображения исследуемой поверхности; К - «аппаратный коэффициент», зависящий от параметров моделируемой при расчете дифракционной установки.
Метод безаппаратный и позволяет по анализу изображения поверхности исследуемого материала рассчитывать периоды повторения в геометрической структуре этого материала.
2
К недостатку метода можно отнести значительные временные потери, связанные с необходимостью проведения контрольных измерений на изображении периодической структуры с известными геометрическими параметрами для определения величины «аппаратного коэффициента» K.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является сокращение времени на измерение за счет упрощения процедуры расчета геометрических параметров исследуемого материала.
х
у
х2
у2
1
Поставленная задача достигается тем, что по компьютерному оптическому изображению поверхности исследуемого материала с помощью известной программы двумерного Фурье-преобразования рассчитывают дифракционную картину Фраунгофера от этого изображения, согласно изобретению с помощью той же программы двумерного Фурье-преобразования производят второе преобразование дифракционной картины, полученной после первого преобразования, а о значениях периодов повторения в геометрической структуре исследуемого материала Т и Т судят по измеренным величинам минимальных расстояний между соседними рядами основных максимумов во второй рассчитанной таким образом дифракционной картине Δ и Δ и коэффициенту увеличения компьютерного изображения исследуемой поверхности К и рассчитывают по формулам:
х
х2
1
Т=Δ/К,
у
у2
1
Т=Δ/К.
Существенными отличиями заявляемого решения являются:
1. С помощью той же программы двумерного Фурье-преобразования производят второе преобразование дифракционной картины, полученной после первого преобразования. В прототипе расчет осуществляют по дифракционной картине, полученной после первого двумерного Фурье-преобразования, по формулам:
<mrow><msub><mi>Т</mi><mi>х</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>К</mi><mn>2</mn></msub><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>Δ</mi><mrow><mi>х</mi><mn>1</mn></mrow></msub><msub><mrow><mtext> К</mtext></mrow><mtext>1</mtext></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>Т</mi><mi>у</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>К</mi><mn>2</mn></msub><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>Δ</mi><mrow><mi>у</mi><mn>1</mn></mrow></msub><msub><mrow><mtext> К</mtext></mrow><mtext>1</mtext></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>,</mo><mtext>                                                 </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
и
х1
у1
х
у
где: Δ и Δ - средние минимальные расстояния между соседними рядами основных максимумов в рассчитанной дифракционной картине, связанные с периодами соответственно Т и Т;
1
2
К - коэффициент увеличения компьютерного изображения исследуемой поверхности; К - «аппаратный коэффициент», зависящий от параметров моделируемой при расчете дифракционной установки.
х
у
х2
у2
1
2. О значениях периодов повторения в геометрической структуре исследуемого материала Т и Т судят по измеренным величинам минимальных расстояний между соседними рядами основных максимумов во второй рассчитанной таким образом дифракционной картине Δ и Δ и коэффициенту увеличения компьютерного изображения исследуемой поверхности К и рассчитывают по формулам:
<mrow><msub><mi>Т</mi><mi>х</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>Δ</mi><mrow><mi>х</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>/</mo><msub><mi>К</mi><mn>1</mn></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>Т</mi><mi>у</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>Δ</mi><mrow><mi>у</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>/</mo><msub><mi>К</mi><mn>1</mn></msub><mo>.</mo><mtext>                                                              </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
,
х2
у2
х1
у1
В заявляемом решении второе Фурье-преобразование первой дифракционной картины, выполненное с помощью той же программы, дает в соответствии с формулой (1) следующие соотношения между параметрами второй дифракционной картины Δ и Δ и соответствующими параметрами первой Δ и Δ:
<mrow><msub><mi>Δ</mi><mrow><mi>х</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>К</mi><mn>2</mn></msub><mo>/</mo><msub><mi>Δ</mi><mrow><mi>х</mi><mn>2</mn></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>Δ</mi><mrow><mi>у</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>К</mi><mn>2</mn></msub><mo>/</mo><msub><mi>Δ</mi><mrow><mi>у</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>.</mo><mtext>                                                          </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>3</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
и
х1
у1
2
Подставляя значения Δ и Δ из формулы (3) в соответствующие формулы (1), получим заявляемые формулы (2), не содержащие коэффициента К.
На фиг.1-6 для различных текстильных материалов проиллюстрирована последовательность действий и результат заявляемого решения.
1
Нa фиг.1 для чулочного трикотажа (1 слой) представлено компьютерное микроизображение (фиг.1-а) исследуемой поверхности, снятой с увеличением К, и полученной «на просвет» с помощью света He-Ne лазера; дифракционная картина Фраунгофера, наблюдаемая с освещенного участка исследуемой поверхности (фиг.1-б); дифракционная картина (фиг.1-в), рассчитанная по изображению фиг.1-а методом прототипа с использованием программы двумерного Фурье-преобразования (Программа для ЭВМ №2007610482 «Программа обработки компьютерных изображений дифракционных картин от текстильных полотен» / П.Г.Шляхтенко, В.П.Нефедов. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 26 января 2007. Опубл. «Программы для ЭВМ», Бюл.№2, 2007); дифракционная картина (фиг.1-г), полученная расчетом с помощью той же программы по данным фиг.1-в.
х
у
На фиг.1-а, б, в, г представлены аналогичные данные, полученные при исследовании того же чулочного трикотажа с теми же периодами петель в петельных рядах (Т) и петельных столбиках (Т), но сложенного в два слоя в направлении петельных рядов.
Из сравнения данных, представленных на фиг.1 и фиг.2, можно сделать следующие выводы.
1. Реальные дифракционные картины, представленные на фиг.1-б и фиг.2-б, и расчетные по методу прототипа, представленные соответственно на фиг.1-в и фиг.2-в, практически тождественны, что иллюстрирует правильность работы использованной компьютерной программы.
х
1
у
1
х2
у2
2. Усредненные значения периодов повторения петель в петельных рядах, равные произведению (Т К), и усредненные периоды повторения петельных столбиков (Т К) на фиг.1-а и соответствующие значения Δ и Δ на фиг.1-г практически тождественны, что доказывает правомочность заявляемого решения как для случая, представленного на фиг.1, так и для случая, представленного на фиг.2.
х
у
х2
у2
1
3. Если по микроизображениям фиг.1-а и фиг.2-а практически невозможно найти искомые средние значения параметров исследуемого материала Т и Т, то из рассчитанных по предлагаемому методу дифракционных картин, представленных на фиг.1-г и фиг.2-г, они определяются по измеренным величинам минимальных расстояний между соседними рядами основных максимумов Δ и Δ, коэффициенту увеличения компьютерного изображения исследуемой поверхности К и рассчитываются по формулам:
х
х2
1
у
у2
1
Т=Δ/К, Т=Δ/К.
1
На фиг.3 представлены результаты исследований предлагаемым методом нити, скрученной из двух стренг (мононитей одного диаметра). На фиг.3-а приведено компьютерное микроизображение, полученное с помощью компьютерного микроскопа с увеличением К при освещении «на просвет», перестроенное с помощью соответствующей программы на «лазерное освещение», как это описано в прототипе. На фиг.3-б представлена дифракционная картина от этого изображения (фиг.3-а), полученная по методу прототипа с помощью той же программы Фурье-преобразования. На фиг.3-в приведена дифракционная картина от изображения (фиг.3-б), построенная с помощью той же программы по заявляемому методу.
у
1
у2
у
1
Из сравнения данных фиг.3-в и фиг.3-а видно, что произведение (Т К)=Δ, где (Т К) - период рельефа границ профиля нити на микроизображении фиг.3-а.
у
1
у2
Нa фиг.4 представлены результаты аналогичных исследований для нити, скрученной из трех стренг, из которых видно, что и в этом случае соотношение (Т К)=Δ выполняется, а следовательно, предлагаемый метод может быть с успехом использован для определения величины крутки нити.
х
у
На фиг.5 для микроизображения поверхности полотна (фиг.5-а), а на фиг.6 для изображения поверхности плащевой ткани (фиг.6-а) показаны рассчитанные по методу прототипа соответствующие дифракционные картины (фиг.5-б и фиг.6-б), а также дифракционные картины (фиг.5-в и фиг.6-в), рассчитанные по заявляемому методу. Из этих данных видно, что предлагаемый метод может быть с успехом применен и для расчета искомых значений периодов Т и Т также и для этих материалов без какой-либо модификации.
2
Приведенные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что заявляемый метод не требует проведения контрольных измерений на изображении периодической структуры с известными геометрическими параметрами для определения величины «аппаратного коэффициента» К, как метод прототипа, что значительно уменьшает время на измерение по заявляемому методу по сравнению с методом прототипа и упрощает его использование для самого широкого ассортимента текстильных материалов.