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        光的彈性效應(yīng)在異性纖維檢測中的運用

        2016-12-31 00:00:00張華林
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年27期

        摘 要:塑料膜拉緊后放入兩塊偏振片之間,白光入射時可以看到彩色。文章從這一現(xiàn)象出發(fā),分析該現(xiàn)象的原理,設(shè)計了合理的應(yīng)用結(jié)構(gòu)。針對偏振光下應(yīng)用設(shè)計了高對比度檢測系統(tǒng),根據(jù)異性纖維檢測實際,結(jié)合紫外熒光檢測系統(tǒng),綜合設(shè)計出一套由兩種原理相結(jié)合的檢測系統(tǒng),并進行了實際試驗和應(yīng)用,實驗結(jié)果較佳。新設(shè)計的結(jié)構(gòu)滿足異性纖維檢測要求,為紡織檢測提供了一種新的檢測手段。

        關(guān)鍵詞:異性纖維;紡織機械;光的彈性效應(yīng);在線檢測

        1 概述

        2015年開始新疆機采棉大量上市,新疆機采棉在生產(chǎn)中為了保持水分和溫度使用透明塑料膜覆蓋地表,后期機器采摘時透明塑料膜大量的被混入原棉內(nèi),當(dāng)原棉被紡成紗織成布時,該種透明塑料膜混雜在布面上,造成不能染色,影響紗線質(zhì)量[1]。透明塑料膜由于無色或者成泥土黃色,混雜在原棉內(nèi)時,色彩上和原棉一致,常規(guī)的色彩檢測和紫外檢測不能識別。而光彈性效應(yīng)下的塑料膜呈彩色,因此利用光彈性效應(yīng)原理能夠很好的解決該難題。

        2 光彈性效應(yīng)原理

        2.1 光彈性效應(yīng)產(chǎn)生原理

        某些晶體在自然狀態(tài)下即有雙折射性質(zhì),另有一些介質(zhì)在自然狀態(tài)下各向同行的,當(dāng)受到機械力的作用時,將成為光學(xué)各向異性,出現(xiàn)雙折射現(xiàn)象,該種現(xiàn)場稱為光彈性效應(yīng)。

        如果各處應(yīng)力P不同,相位差就不同,顏色也不同,因此在偏振光下,透明塑料膜呈現(xiàn)彩色[2]。

        2.2 光彈性效應(yīng)光路系統(tǒng)

        塑料薄膜需要處于偏振片之間,因此原材料和樣本在通道內(nèi),兩側(cè)通道玻璃分別是起偏和檢偏的偏振片,起偏偏振片安裝在光源前側(cè),檢偏偏振片安裝在相機鏡頭前。再使用白光入射,光路示意圖如圖1所示。

        2.3 塑料膜的光學(xué)特征

        針對紡織檢測,常規(guī)的檢測手段下地膜圖片呈白色或無色,日光下成像,地膜特征和棉花纖維相近,幾乎難以區(qū)分開,很難利用常規(guī)算法檢出。

        而利用光的彈性效應(yīng)檢測,塑料薄膜呈彩色,即使應(yīng)力發(fā)生部分很小地方,也能在高分辨率系統(tǒng)下呈現(xiàn)亮點。

        利用光彈性效應(yīng)將無色或者與原棉相近顏色的塑料薄膜編程彩色或者發(fā)亮的斑點,特征明顯,能夠很方便地與棉花纖維區(qū)分開,從而達到剔除目的。

        3 塑料膜的檢測

        3.1 塑料膜檢測系統(tǒng)分析

        光彈性效應(yīng)的產(chǎn)生需要兩個條件,條件一需要樣品內(nèi)部存在應(yīng)力,常規(guī)待檢測物質(zhì)在運輸和使用過程中已經(jīng)產(chǎn)生過一定變形,內(nèi)部已經(jīng)發(fā)生應(yīng)力變化。另外一個條件是處于兩塊偏振片之間,需要白光入射照射。

        光源選用T8日光燈管或者LED燈管,燈管發(fā)出的光為自然光,只有通過偏振片以后,照射在樣品上的光才是偏振光。實際待檢測的塑料膜由于混雜在泥土之中,因此光潔度較差或者在生產(chǎn)采集過程中被機器攪碎,因此需要高分辨率的檢測系統(tǒng)才能檢出細小的塊狀地膜。

        測試發(fā)現(xiàn)亮度越高光彈性效應(yīng)特征越明顯,因此采用高亮的LED燈管作為檢測光源。

        選擇光源后,跟據(jù)紡織檢測特點,為了提高檢出精度,采用4K的線陣CCD作為檢測相機。

        3.2 高對比度檢測方案的設(shè)計

        使用高亮LED燈管能夠使光彈性效應(yīng)產(chǎn)生明顯,還需要使用匹配的接收探測器才能極大的提高系統(tǒng)的檢測分辨率。目前市場上常規(guī)的線陣CCD相機有單線、雙線、三線和棱鏡分光相機等。使用不同原理相機在同樣條件下光學(xué)傳遞函數(shù)對比,選擇最高的光學(xué)傳遞函數(shù)相機和鏡頭搭配作為接收探測系統(tǒng),但是并不是相機最高的光學(xué)傳函參數(shù)下的系統(tǒng)更適用于光彈性效應(yīng)檢測系統(tǒng),大部分相機在使用偏振片檢偏后被消弱對比度,消弱對比度后的相機降低檢出效果[3]。

        為了消除偏振片對相機對比度消弱的干擾需要選擇合適的應(yīng)用方式來提高系統(tǒng)的檢測對比度。經(jīng)過大量的分析和實驗最終選擇棱鏡分光相機作為檢測接收系統(tǒng)的探測器。

        3.3 紫外熒光探測與光彈性效應(yīng)檢測結(jié)合設(shè)計

        紡織檢測中常規(guī)的異性纖維分檢機采用的是日光加紫外檢測系統(tǒng)組合檢測,結(jié)構(gòu)基本定型。若單獨增加光彈性效應(yīng)檢測系統(tǒng)需要重新增加模塊,改動較大。文章結(jié)合現(xiàn)有異性纖維分檢機特點,設(shè)計光彈性效應(yīng)與紫外熒光檢測相結(jié)合系統(tǒng),節(jié)省了空間優(yōu)化了設(shè)計。設(shè)計光路檢測系統(tǒng)如圖2:

        3.4 組合光路試驗效果

        組合系統(tǒng)利用彩色相機的三色原理,紫外熒光檢出單獨使用藍線檢出,光彈性效應(yīng)利用亮度和色彩檢出。兩種檢測原理互不干擾,同時利用,高效穩(wěn)定的能夠檢出塑料薄膜和熒光異性纖維[4]。

        搭建系統(tǒng)現(xiàn)場進行測試紫外熒光和塑料膜檢出測試能夠達到80%以上,滿足實際生產(chǎn)需求。

        4 結(jié)束語

        利用光彈性效應(yīng)原理能夠很好地突出塑料薄膜的特征,在設(shè)計合理的高分辨率、高對比度的檢測系統(tǒng)下,能夠高效地檢出混雜在原棉內(nèi)的塑料薄膜。將紫外熒光檢出系統(tǒng)和光彈性效應(yīng)檢出系統(tǒng)的有機結(jié)合設(shè)計,科學(xué)合理地利用異性纖維分檢機的檢出特點,實現(xiàn)了不同檢測原理的完美結(jié)合。提高了異性纖維分檢機的檢出能力和競爭力。

        參考文獻

        [1]中國棉花信息網(wǎng)[EB/OL].http://www.texindex.com.cn/.

        [2]史友進.光彈性效應(yīng)的物理機制探討[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報,1996(02).

        [3]張玲.圓偏振片在ACTFELD中的應(yīng)用[J].光電子技術(shù),1995(3).

        [4]宗曉萍,徐艷,董江濤.多信息融合的模糊邊緣檢測技術(shù)[J].物理學(xué)報,2006.

        作者簡介:張華林,男,漢族,湖北人,本科學(xué)歷,工程師,主要研究方向:機器視覺應(yīng)用以及物質(zhì)識別的特征光譜。

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