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(shí)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(jìn)行了實(shí)際試驗(yàn)和應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)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(jī)械；光的彈性效應(yīng)；在線檢測

1 概述

2015年開始新疆機(jī)采棉大量上市，新疆機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(diǎn)。

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(diǎn)，特征明顯，能夠很方便地與棉花纖維區(qū)分開，從而達(dá)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(yùn)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(shí)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(jī)器攪碎，因此需要高分辨率的檢測系統(tǒng)才能檢出細(xì)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(diǎn)，為了提高檢出精度，采用4K的線陣CCD作為檢測相機(jī)。

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(jī)有單線、雙線、三線和棱鏡分光相機(jī)等。使用不同原理相機(jī)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(jī)和鏡頭搭配作為接收探測系統(tǒng)，但是并不是相機(jī)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(jī)在使用偏振片檢偏后被消弱對比度，消弱對比度后的相機(jī)降低檢出效果[3]。

為了消除偏振片對相機(jī)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(shí)驗(yàn)最終選擇棱鏡分光相機(jī)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(jī)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(dú)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(jī)特點(diǎn)，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(yàn)效果

組合系統(tǒng)利用彩色相機(jī)的三色原理，紫外熒光檢出單獨(dú)使用藍(lán)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(jìn)行測試紫外熒光和塑料膜檢出測試能夠達(dá)到80%以上，滿足實(shí)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(jī)結(jié)合設(shè)計，科學(xué)合理地利用異性纖維分檢機(jī)的檢出特點(diǎn)，實(shí)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(jī)的檢出能力和競爭力。

參考文獻(xiàn)

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

[2]史友進(jìn).光彈性效應(yīng)的物理機(jī)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(jī)器視覺應(yīng)用以及物質(zhì)識別的特征光譜。