Устройство для измерения блеска волосяного покрова пушно-меховых материалов
APPARATUS FOR MEASURING THE SHINE OF THE HAIR COVER OF DOWN AND FUR MATERIALS

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в меховой промышленности и в смежных с ней областях, а также в звероводстве при проведении племенного подбора пар пушных зверей для разведения с целью улучшения качества будущей шкурковой продукции.
Из предшествующего уровня техники известны устройства для измерения блеска покрытий - фотоэлектрические блескомеры (Блескомеры [Электронный ресурс]. URL: http://www.spectrophotometrv.ru/bleskomerv (Дата обращения: 23.10.2019); Блеск [Электронный ресурс]. URL: https://znaytovar.ru/new2481.html (Дата обращения: 23.10.2019); Галанин С.И., Успенский С. В., Сорокина М.В., Ломагин В.Н., Субботин Д.Н. Способ определения блеска поверхности. [Текст] // Вестник Костромского государственного технологического университета. - 2006, №13. - С. 71-74), при этом оптимальным условием получения максимально точных результатов оценки степени блеска являются однородность и равномерность текстуры измеряемой поверхности, а также определенная геометрия измерений (Рассадина Светлана Павловна. Разработка методов оценки и исследование геометрических и оптических свойств волосяного покрова пушно-меховых полуфабрикатов: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.19.01: Кострома, 2002).
Известны устройство и способ (патент RU 2532331 «Способ определения выраженности блеска шерсти у лошадей и устройство для его осуществления»), предназначенные для определения блеска шерсти у лошадей. Устройство содержит монохроматический или интегральный осветитель и приемник излучения - фотодиод, с помощью которого регистрируют отраженные шерстью лошади световые сигналы на заданных длинах волн 0,45 мкм, 0,55 мкм и 0,65 мкм. Шерсть освещают осветителем, иизмеряют отраженные от нее сигналы на вышеперечисленных длинах волн. Далее результаты обрабатывают для определения уровня в отраженном сигнале составляющей серебристого и/или золотистого цвета, который является одним из признаков ахалтекинской, донской и буденовской пород лошадей.
К недостаткам данного устройства и способа можно отнести следующее. В рассмотренном патенте под термином «блеск шерсти» подразумевается содержание в ней золотистых или серебристых ворсинок, и чем их больше, тем более блестящей считается шерсть лошади. Такое определение блеска расходится с устоявшимся в промышленности и в сельском хозяйстве пониманием, какая поверхность блестящая, а какая - нет. Блеск - это характеристика поверхности, несущая информацию о том, как эта поверхность отражает освещающий ее свет от источника конечных размеров. Блеск в технике никак не привязан к цвету/оттенку поверхности. Блеск поверхности - это ее зеркальность, вне зависимости от ее цвета. Рассмотренное выше устройство фактически измеряет не блеск (зеркальность), а цветовую координату поверхности. Поэтому оно не может быть применимо при измерении коэффициента блеска, который соответствует терминологии, установившейся в блескометрии, и определяется степенью зеркального отражения света, падающего на поверхность. Блеск по ГОСТ Р 52663-2006 измеряется в единицах блеска, чем больше единиц блеска у данной поверхности, тем ближе она к зеркальной. И наоборот, чем меньше, тем ближе она к матовой.
Что касается золотого или серебряного оттенка волосяного покрова шкуры лошадей, то здесь, по-видимому, имела место некоторая терминологическая путаница, которая за многие годы устоялась и стала привычной для специалистов данной области. И этот «блеск», а по сути - цвет, близкий к цвету драгоценного металла, постепенно стал характеристикой породы. Пытаться изменить эти устоявшиеся понятия бессмысленно, но использовать их в других областях науки и техники нецелесообразно. Цвет - это спектральное распределение отражаемого объектом света, а блеск - степень зеркальности этого отражения. Разные по цвету поверхности вполне могут обладать одним и тем же блеском. Полированная лаковая поверхность мебельной плиты, или глянцевая поверхность керамической плитки безусловно считаются блестящими, несмотря на возможное полное отсутствие в них золотистых и серебристых цветов.
Известно устройство Блескомер БФ5М (www.bleskomer.ru), которое может быть рассмотрено в качестве прототипа, предназначенное для измерения коэффициента блеска (зеркальности) неметаллических поверхностей, таких как стекло, керамика, лакокрасочные покрытия, метлахская плитка и т.п. Устройство содержит источник света, приемник излучения, лежащие в одной плоскости под фиксированным углом друг к другу, устройство усиления-преобразования и индикатор. Источник освещает измеряемую поверхность, отраженный от нее свет попадает на приемник, выход которого соединен со входом усилителя-преобразователя, а выход усилителя-преобразователя - со входом индикатора. Измеряемая поверхность освещается источником под заданным углом, спектральная характеристика источника тоже задана. Отраженный от поверхности свет регистрируется приемником под тем же углом. Объекты с высокой степенью зеркальности характеризуются при этом большим значением сигнала, поступающего на приемник, и как следствие, большим значением коэффициента блеска.
К недостаткам подобного устройства можно отнести тот факт, что если измеряемая поверхность в той или иной степени оптически прозрачна, то результат измерения будет зависеть от цвета подложки под этим прозрачным покрытием. Подложка светлого цвета даст более сильный сигнал на приемнике, чем темная, даже при идентичных характеристиках расположенных над подложками прозрачных покрытий. При измерении пушно-меховых материалов это проявляется в том, что при равном блеске у более светлых образцов пушно-меховых материалов (заяц, белка и т.д.) отраженный измеряемой поверхностью сигнал значительно выше, чем у темных (бобр, норка и т.д.), и даже может превышать зеркальную составляющую последних. Поэтому при измерении блеска меха необходимо дополнительно учитывать светлоту поверхности измеряемого образца.
Другой недостаток данного устройства заключается в том, что оно предназначено для работы только с плоскими поверхностями, у которых блеск одинаков в любом направлении вдоль поверхности. В то же время, при измерении подобным устройством пушно-меховых материалов роль зеркальной поверхности исполняет кутикула волокна шерсти или волоса, представляющая собой верхний слой анализируемого образца. Поскольку волокна ориентированы не хаотично, а в определенном направлении, свет, отраженный кутикулой волокна шерсти или волоса, сильно зависит от угла между направлением роста волос и плоскостью, в которой лежат источник света и приемник излучения.
Нижние слои волосяного покрова не вносят вклад в зеркальную составляющую отраженного света вследствие многочисленных внутренних переотражений, поэтому они формируют только диффузную составляющую отраженного света.
Цель изобретения - создание устройства, позволяющего количественно оценивать блеск пушно-меховых материалов, кардинально отличающихся по своей текстуре от гладких блестящих поверхностей и исключение зависимости отраженного поверхностью меха светового потока от ориентации плоскости источника и приемника относительно направления роста волос и от степени светлоты поверхности меха.
Для достижения указанной цели в устройство для измерения блеска пушного-мехового сырья или полуфабриката, содержащее расположенные в одной плоскости под заданным углом источник света, приемник излучения, усилитель-преобразователь, измеритель сигнала и индикатор, световой поток от источника отражается от измеряемого образца и попадает на приемник, плоскости источника и приемника перпендикулярны плоскости образца, выход приемника соединен со входом усилителя-преобразователя, выход которого соединен со входом измерителя, а вход индикатора соединен с выходом измерителя, а блеск определяется величиной сигнала на входе измерителя, дополнительно введены вычислитель и устройство, обеспечивающее вращение плоскости источника и приемника по кругу вокруг перпендикуляра к плоскости образца, проходящего через центр падающего на него светового потока от источника, при этом измерения сигнала с выхода усилителя-преобразователя осуществляются во всех возможных положениях плоскости осветителя и приемника с заданным шагом, а вычислитель, помещенный между выходом измерителя и входом индикатора, находит максимальный и минимальный результаты измерений, делит максимальный на минимальный и отображает на индикаторе частное, которое и принимается за блеск образца.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключаются в реализации изделия, отвечающего современным требованиям по точности определения, однозначности результата, воспроизводимости, эффективности, безопасности, долговечности, удобству транспортировки, монтажа и эксплуатации.
Схема предлагаемого устройства для измерения блеска пушно-меховых материалов приведена на рисунке 1.
Работает устройство следующим образом. Измеряемый пушно-меховой материал 1 освещают источником света 2. Отраженный от поверхности изделия 1 световой поток попадает на приемник излучения 3, расположенный под фиксированным углом к поверхности изделия 1. Усилитель-преобразователь 4 выходной сигнал с приемника 3 усиливает и преобразует к виду, требуемому для функционирования вычислителя 5. Сигнал с выхода усилителя-преобразователя 4 подают на вычислитель 5.
При помощи устройства вращения 6 плоскость, в которой расположены осветитель 2 и приемник излучения 3, вращается вокруг перпендикуляра к поверхности изделия 1, проходящего через центр светового пятна, проецируемого на него осветителем 2. Вращение осуществляется в пределах полного угла вращения 360°, при этом измерение отраженного от изделия сигнала осуществляется с заданным шагом, например, через 5°. Результаты всех измерений сохраняются до момента обработки.
После завершения всех измерений в пределах угла 360°, вычислитель осуществляет обработку сохраненных результатов измерений - находит максимальное из них и минимальное, затем делит первое на второе, и отображает полученный результат на индикаторе 7. Этот результат принимается за блеск поверхности пушно-мехового материала 1, что и составляет суть описываемого способа измерения блеска.
Питание всего устройства осуществляют от блока питания 8.
В качестве источника 1 применен коллимированный источник белого света, в качестве приемника 3 - кремниевый фотодиод с установленным перед ним короткофокусной собирающей линзой, в качестве усилителя-преобразователя - стандартный преобразователь тока в напряжение с аналого-цифровым преобразователем на выходе, блок 5 (вычислитель) может быть выполнен на микроконтроллере или микропроцессоре. Устройство вращения 6 можно выполнить на шаговом двигателе со своей схемой управления. Индикатор 7 выбирают таким, чтобы он был в состоянии отобразить требуемую информацию. Блок питания 8 - типовой для подобных изделий.
Предлагаемые устройство и способ измерения блеска пушно-меховых материалов найдут широкое применение в меховой промышленности и в соответствующих отраслях животноводства.