Устройство для определения пространственных изменений объектов решетчатой структуры

(71) Центральный научно-исследовательский институт промышленности лубяных волокон(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ОБЪЕКТОВ РЕШЕТЧАТОЙ СТРУКТУРЫ (57) Изобретение относится к оптическим методам контроля, в частности изменений объектов решетчатой структуры, например намотанной на решетку пряжи. Одновременно с освещением измеряемого объекта цветным излучением, а эталонного объекта излучением, цвет которого является дополнительным до белого к первому излучению, и выявлением изменений измеряемого объекта по цветности фрагментов совмещенного изображения, формируют фурье-спектр измеряемого объекта в плоскости, не соосной с плоскостью совмещенного изображения, С помощью установленной в плоскости фурье- спектра диафрагмы, состоящей из трех непрозрачных заслонок, перекрывают зоны, соответствующие фурье-спектру эталонного объекта, и регистрируют остаточную энергию фурье-спектра измеряемого объекта с помощью фотоприемника, расположенного непосредственно за диафрагмой. 2 ил.1408372 Изобретение относится к средствам оптической обработки информации и может быть использовано для контроля изменений ,объектов с решетчатой структурой, в част,)ности в текстильной промышленности для контроля поверхности пряжи.Цель изобретения - повышение производительности и объективности процесса обнаружения изменений объектов.На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - диафрагма, устанав ливаемая в плоскости частотного фильтра. Устройство содержит источник 1 света, два диаметрально противоположных канала - измерительный и эталонный, и после 15 довательно установленные в каждом канале конденсор 2, зеркало 3, поворачивающее оптическую ось на 90, цветные светофильтры 4 и 5, кадровое окно б объекта и объектив 7, полупрозрачное зеркало 8 в измерительном канале, расположенное 20 за объективом 7 и поворачивающее оптическую ось на 90, полупрозрачное зеркало 9 для совмещения изображений контролируемого и эталонного обьектов, экран 10, диафрагму 11, расположенную в измерительном канале за полупрозрачным зеркалом 8, в плоскости изображения источника света на одной оси с объективом 7, и фотоприемник 12, расположенный непосредственно за диафрагмой. При этом диафрагма выполнена в виде набора жестко связанных непрозрачных заслонок, централь ная из которых расположена соосно с объек-тивом 7, а центры других заслонок попарно симметричны относительно централь-ной заслонки.Устройство работает следующим образом.Контролируемый объект и эталонный объект с одинаково ориентированной решетчатой и структурой устанавливают в кадль,у ) л) = л(х,л;л)8 )л г( )1л(х,у;л) 31 с юл)-, (х - ц), ла)1),(. р 50где 13 - коэффициент увеличения изображения источника света;(Х ) - спектральное распределение интенсивности излучения источникасвета;55 д - диаметр светящегося тела источника света; где 1(х, у л) - распределение интенсивности излучения с длиной волны л в изображении источника света при отсутствииобъекта;- символ преобразованияФурье;о - дельта-функция Дирака;- символ свертки;С - коэффициенты ряда Фурье,Ъхарактеризующие величинуэнергии в с 1-м порядке дифракции (с(-й составляющейфурье-спектра);арасстояние от задней главной плоскости об ьектива доплоскости фурье-спектра. ровые окна б измерительного и эталонного каналов соответственно и с помощью источника 1 света, конденсоров 2, зеркал 3 и цветных светофильтров 4 и 5 освещают излучениями, окрашенными в дополнительные (до белого) цвета. Объективы 7 формируют окрашенные в дополнительные цвета изображения эталонного и измеряемого объектов, которые с помощью полупрозрачных зеркал 8 и 9 совмещают на экране 1 О, в результате чего формируют совмещенное изображение.Одновременно с формированием совмещенного изображения формируют пространственно-частотный спектр (фурье-спектр) контролируемого объекта в плоскости, расположенной на одной оси с объективом 7 с помощью полупрозрачного зеркала 8. Установленная в плоскости фурье-спектра диафрагма 11 перекрывает зоны, соответствующие фурье-спектру эталонного объекта. Наличие изменений в измеряемом объекте по сравнению с эталонным изменяет пространственное распределение энергии фурье- спектра контролируемого объекта, и энергию, не перекрытую диафрагмой, регистрируют фотоприемником 12.При этом, при решетчатой структуре объекта его амплитудный коэффициент пропускания имеет вид1 = А+ В Р(2 ч)й) где А - постоянная величина;В - коэффициент модуляции решетки; Г - функция распределения амплитудного коэффициента пропуска ния решетки;- координата плоскости объекта, перпендикулярная линиям решетки;)о - пространственная частота решетки.Распределение интенсивности в плоскости (х, у) фурье-спектра имеет вид При круглой форме равнояркого светящегося тела источника света распределение интенсивности излучения с длиной волны л в изображении источника имеет видТаким образом, фурье-спектр объекта с решетчатой структурой имеет вид дискретного набора изображений источника света, образованных излучением с длиной волны Х, симметричных относительно центрального изображения на расстоянии1 х= Ч 7 "о а.При немонохроматическом источнике света в каждом порядке Ч (кроме Ч = О) имеется набор изображений источника, образованных излучениями в диапазоне ЬЬ, выделяемом цветным светофильтром измерительного канала.Положение центров дифракционных изображений источника света относительно оптической оси при немонохроматическом излучении определяется выражением1= ср( +) о а/2,где Ь и Ь - верхняя и нижняя границыспектрального диапазона излучения источника.Размеры дифракционных изображений источников определяются следующим образом: продольный размерЬ, = Ч(Ь - Ь)о а+ д,.ф,поперечный размерд=д,При наличии в структуре измеряемогообъекта дополнительных включений, например, в виде элементов круглой формы илив виде произвольно ориентированных линий,в частотной плоскости дополнительно формируется фурье-спектр этих элементов.Для элементов круглой формы с коэффициентом пропускания1(р) = сгс(р/д р),гаер = Л+ е,дкр - диаметр круглого фрагмента;Д,- координаты плоскости объекта,имеем распределение интенсивности в плоскости фурье-спектра, симметричное относительно оптической оси;1(г; л) = 1(Х)с 1 гс ()3 21 (дкр г) /(с 1 кр.г)где 1 - функция Бесселя первого рода первого порядка.Для элемента в виде произвольно ориентированной линии1(р) = гес 1 ( в),где д - поперечный размер линии,распределение интенсивности фурье-спектраориентировано в направлении, перпендикулярном ориентации линии и имеет вид1(г; л) = 1(Х)с 1 гс ( - )з)пс(д г).агПоложение 1 о первого нуля относительно оптической оси в распределении интен сивности фурье-спектра круглого элемента при источнике света размером допределяется выражением 5кР дЯ 1,22 Хао =2 а для элемента в виде линий Г = - " + с 1 р Ха(, 10 При этом на расстояниях или 1,22 Ха/дкр7 асосредоточено до 84 о йолной энергии спектра элемента.Исходя из этого в плоскости фурьеспектра контролируемого объекта перекрывают зоны, соответствующие составляющим фурье-спектра эталонного объекта.Для этого используют диафрагму, размеры и форма заслонок которой совпадает с 20 распределением энергии фурье-спектра эталонного объекта, причем центр средней заслонки совпадает с оптической осью объектива, а центры попарно симметричных заслонок удалены от оптической оси на расстоянии1= Ч( +) 1)оа/2,длина Ь, и ширина д заслонок равны соответственно 30 Ь, = Ч - Ь )о а+ дР ц д=д.р,При этом размеры фотоприемника 12,расположенного непосредственно за диафрагмсй 11, должны обеспечивать регистрацию35 эьергии фурье-спектра одиночных элементов по крайней мере до первого нулевого значения энергии, т.е. диаметр фотоприемника равен Рф )2 Го = д. р + 2 1,22 Ьа//Ъ,40где дэ - поперечный размер наименьшего элемента структуры контролируемого объекта. Отсюда находится количество М пар симметричных заслонок диафрагмы:М = Рф/2 Ъ.аЧо.При полной идентичности измеряемогои эталонного объектов фурье-спектр измеряемого объекта полностью перекрывается диафрагмой, и сигнал, снимаемый с фотоэлемента, отсутствует. Наличие изменений в измеряемом объекте, например появление каких-либо включений в структуре решетки в виде произвольно ориентированных одиночных элементов, приводит к изменению пространственного распределения энергии в спектре измеряемого объекта по сравнению с эталонным. На дискретное распределение 55 фурье-спектра решетки накладывается непрерывное распределение фурье-спектра элементов. В результате часть энергии фурье- спектра измеряемого объекта, а именно часть1408372 оргии, характеризующую изменения измен мого объекта по сравнению с эталонч и не перекрытую диафрагмой, региструот фотоприемником, сигнал с которо- пропорционален этим изменениям.Таким образом, обнаруживают изменения ъектов с помощью фотоэлектрической гистрации изменений пространственного спределения энергии фурье-спектра контлируемого объекта.При этом форму и пространственное 10 ложение изменений определяют по форме положению цветных фрагментов совмеенного изображения. ротным зеркалом в плоскости частотного спектра, совпадающей с плоскостью изображения источника света, а фотоприемник установлен непосредственно за диафрагмой, при этом диафрагма выполнена в виде набора жестко связанных непрозрачных заслонок, центральная из которых расположена соосно с оптической осью, а центры других заслонок, попарно симметричных относительно центральной, расположены на расстоянии от оптической оси, равном р н р г Г,= Ч(Ь+ Ь) оа/2,длина и ширина заслонок равны соответственноЬ, = с) Ь + 7 ) о а + д.р; Формула изобретения 15 д= д 43,гдел и Ь -ч= 1,2,3 -64,71+Ф. Варнавск Составитель пп Текред И. Ве Тираж 847 ударственного когиитета СССР 13035, Москва, Ж - 35, Рау евно.полиграфическое предприяе Корректор В Подписное по делам изобретений и нская наб., д. 4/5 тие, г. Ужгород, ул. ПроРедактор Е. П Заказ 3307/49 ВНИИПР ос стяг открытии ектная, 4 Производств Устройство для определения пространс венных изменений объектов решетчатой с. руктуры, содержащее источник света и р сположенные диаметрально противопол жно относительно него измерительный и 20 э алонный каналы, в каждом из которых и следовательно по ходу луча расположены к нденсор, цветной светофильтр, кадровое окн объекта и объектив, а также поворотн с зеркало в измерительном канале, пол прозрачное зеркало в эталонном канале и общий для обоих каналов экран, отлич юиееея тем, что, с целью повышения прои водительности и объективности определ ния изменений, в устройство дополнительи введены диафрагма и фотоприемник, и воротное зеркало выполнено полупрозрач. н м, причем диафрагма установлена на оптич, ской оси измерительного канала за пововерхняя и нижняя границы спектрального диапазона, выделяемого светофильтром измерительного канала;пространственная частота эталонного объекта;расстояние от задней главной плоскости объектива измерительного канала до частотной плоскости;диаметр светящегося тела источника света;коэффициент увеличения изображения источника света;номер пары симметричных заслонок относительно центральной заслонки.