close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY9417

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2007.06.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 9417
(13) C1
(19)
G 01B 11/30
G 01N 21/88
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ФРАКТАЛЬНОЙ
РАЗМЕРНОСТИ ПОВЕРХНОСТИ БУМАГИ ИЛИ КАРТОНА
(21) Номер заявки: a 20040917
(22) 2004.10.07
(43) 2006.04.30
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Белорусский государственный технологический университет" (BY)
(72) Авторы: Кулак Михаил Иосифович;
Медяк Диана Михайловна (BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет"
(BY)
(56) SU 1585673 A1, 1990.
JP 11272868 A, 1999.
(57)
Способ определения показателя фрактальной размерности поверхности бумаги или
картона, включающий освещение бумажного либо картонного образца калиброванным
излучением заданной длины волны λ, направленным под углом α к поверхности образца,
прием отраженного излучения, определение коэффициента отражения K шероховатой поверхности образца и расчет показателя D фрактальной размерности поверхности согласно
выражению:
BY 9417 C1 2007.06.30
K = Kz ⋅ e
 ω ⋅e
− 1

2 ( D− 2 )+ 2 , 4 ( D− 2 )2
λ



2
+ Kz ⋅ e
( 4− D ) 

 3, 2 ( D− 2 )2 , 3 −1 

  ω 2 ⋅cos (α )⋅ e



−

λ




 

,
где ω1 и ω2 - эмпирически подобранные коэффициенты;
Kz - коэффициент зеркального отражения.
Изобретение относится к целлюлозно-бумажной и полиграфической промышленности
и может быть использовано при определении поверхностных, печатных и других технологических свойств бумаги или картона.
Известен способ определения структурных поверхностных свойств бумаги с помощью
механических измерительных устройств [1, 2].
Недостатком этого способа является то, что при достаточной точности измерений он
очень трудоемок и требует значительных затрат времени на проведение эксперимента и
обработку результатов. Данный способ не может быть использован для контроля бумажного полотна в бумагоделательной или печатной машине, так как не обеспечивает оперативность подачи данных.
Известен способ измерения параметров структуры поверхности с использованием оптических методов, работающих по принципу учета излучения, прошедшего через бумажное полотно [3].
BY 9417 C1 2007.06.30
Основной недостаток этого способа состоит в том, что он позволяет исследовать только
бумагу с небольшой массой, в то время как для печати, например, упаковки или высококачественной подарочной продукции используются виды бумаги с массой выше 100 г/м2
или картон. Таким образом, использование этого способа ограничивается узким диапазоном газетной и офсетной бумаги.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является оптический способ определения структурных и поверхностных
свойств бумаги [4], согласно которому для измерения шероховатости бумаги или картона
освещают образец калиброванным светом практически перпендикулярно к поверхности
бумаги или картона, получая изображение участков на поверхности датчика видеокамеры.
Каждый элемент изображения занимает участок порядка 1 мкм поверхности бумаги или
картона. Шероховатость поверхности определяют на основе интенсивности элементов
изображения на датчике. При этом выявляются структурные неоднородности бумаги, размер которых равен или превосходит размер зафиксированного видеокамерой участка.
Недостатком этого способа является то, что интенсивность отражения излучения от
поверхности является недостаточной характеристикой для определения шероховатости
поверхности, так как не учитываются структурные особенности той или иной поверхности.
На основании интенсивности отражения можно рассчитать только процентное соотношение
интенсивных и неинтенсивных участков поверхности, которое не может использоваться
для дальнейшей обработки и интерпретации, однозначно определить микрогеометрию
бумаги и картона.
Задачей изобретения является повышение оперативности определения и контроля
структурных свойств бумаги и картона, получение результата в форме, которая пригодна
для последующих расчетов и может в дальнейшем использоваться в системах управления
печатным процессом и в бумажном производстве.
Для решения указанной задачи предлагается использовать способ определения показателя фрактальной размерности поверхности бумаги или картона, включающий освещение бумажного либо картонного образца калиброванным излучением заданной длины
волны λ, направленным под углом α к поверхности образца, прием отраженного излучения, определение коэффициента отражения К шероховатой поверхности образца и расчет
показателя D фрактальной размерности поверхности согласно выражению:
K = Kz ⋅e
 ω ⋅e 2 ( D −2 )+ 2 , 4 ( D−2 )2 

− 1
λ


2
+ Kz ⋅e
( 4−D ) 

 3 , 2 ( D− 2 )2 , 3 −1  

  ω2 ⋅cos (α )⋅ e


−

λ





 
,
где ω1, ω2 - эмпирически подобранные коэффициенты;
Kz - коэффициент зеркального отражения.
Математическая формула для расчета показателя фрактальной размерности по предлагаемому способу содержит эмпирические коэффициенты ω1 и ω2. Данные коэффициенты
учитывают особенности конструкции спектроденситометров, которые могут применяться
при выполнении измерений. Величина указанных коэффициентов является индивидуальной характеристикой денситометров и подбирается исходя из необходимости обеспечения
требуемой точности контроля поверхности. Для примера на фиг. 1 приведена зависимость
отклонения фрактальной размерности поверхности бумаги Union Silk δ1 от коэффициента
ω1. Отклонение δ1 представляет собой разность фрактальной размерности, полученной по
измерениям с помощью метода прямого контактного ощупывания на профилометре, и
размерности, полученной с помощью предлагаемого оптического метода. На фиг. 2 приведена аналогичная зависимость для коэффициента ω2. Рисунки подтверждают наличие
взаимосвязи между точностью измерений и указанными коэффициентами.
2
BY 9417 C1 2007.06.30
Фиг. 1
Фиг. 2
Сущность отличия предложенного способа заключается в том, что в результате исследования излучения, отраженного от образца бумаги или картона, рассчитывается конкретный
показатель, отражающий характер микроструктуры изучаемой поверхности, входящий в
расчетные формулы теории печатных процессов и позволяющий рассчитывать физикомеханические и печатные свойства поверхности бумаги и картона. Предлагаемый способ
позволяет, исходя из оптической характеристики поверхности образца, получить более
точную структурную характеристику поверхности бумаги или картона.
Изобретение поясняется примером.
Пример
Для сравнения и доказательства адекватности получаемых по предлагаемому способу
показателей шероховатости поверхности предполагается расчет и сопоставление фрактальных размерностей, полученных по предложенному способу и с помощью наиболее точного
метода: прямого контактного ощупывания поверхности бумаги, т.е. механического способа.
Использование для сравнения способа, указанного в прототипе, невозможно вследствие
неравнозначности получаемых результатов и принципиально иного подхода к оценке степени шероховатости исследуемой поверхности. Механический способ исследования поверхности позволяет с максимальной точностью определить показатель фрактальной размерности и может служить ориентиром точности предложенного способа.
Предлагаемым способом проведено определение структурных параметров шести образцов различных видов бумаги и пяти образцов картона. Испытывались образцы:
бумаги: Magnomatt Satin, Куm Ex Cote Matt, Kaskad, Юнион Силк, Юнион Арт, Люми
Силк;
картона: Graphiart Card НВ, Strompack, Stromcard, Pankabrite, Stromcard HB.
Определение микрогеометрии поверхности каждого образца проводили следующим
образом. Измерялась оптическая плотность образцов в красной области спектра с помощью промышленного спектроденситометра X-Rite-508, рассчитывался коэффициент отражения, с помощью математических методов определялся корень - фрактальная
размерность поверхности (D) - трансцендентного математического выражения:
K = Kz ⋅ e
 ω ⋅e 2 ( D− 2 )+ 2 , 4 ( D− 2 )2
− 1
λ




2
+ Kz ⋅ e
( 4−D ) 

 3 , 2 ( D −2 )2 , 3 −1  
  ω 2 ⋅cos (α )⋅ e



−


λ



 


.
На каждом образце было проведено пять параллельных измерений, вычисления алгоритмизированы и производились на ЭВМ. Результаты расчетов для образцов исследуемых
бумаг, полученные согласно изобретению, приведены ниже в таблице.
3
BY 9417 C1 2007.06.30
Наименование материала D оптический способ D контактный способ
Бумага:
Magnomatt Satin
2,282
2,324
Kym Ex Cote Matt
2,348
2,439
Kaskad
2,567
2,595
Юнион Силк
2,375
2,361
Юнион Арт
2,534
2,485
Люми Силк
2,520
2,540
Картон:
Graphiart Card HB
2,324
2,285
Strompack
2,375
2,329
Stromcard
2,272
2,235
Pankabrite
2,182
2,257
Stromcard HB
2,347
2,331
Расхождение, %
1,84
3,88
1,09
0,59
1,93
0,79
1,68
1,94
1,63
3,44
0,68
Расхождение результатов, полученных по предлагаемому оптическому и более точному механическому способу для всех видов бумаги, лежит в пределах 5 %, что свидетельствует о достоверности предлагаемого способа.
Задача повышения оперативности способа получения информации об образце, поставленная данным изобретением, решается за счет использования оптического метода исследования бумаги. Снятие показаний по указанному методу и расчет осуществляются в
десять раз быстрее, чем при использовании контактного метода, в тоже время, точность
конечного результата сохраняется в пределах допустимых 5 %. Задача получения результата в форме, пригодной для последующих расчетов, решается путем получения показателя
фрактальной размерности вместо процентного соотношения интенсивно и неинтенсивно
отражающих участков исследуемой поверхности.
В подтверждение практической значимости изобретения - возможности использования показателя фрактальной размерности для расчета структурных характеристик запечатываемой поверхности бумаги и картона - можно привести графический вид законов
распределения пористости П по глубине для различных видов бумаги и картона от фрактальной размерности их поверхности (фиг. 3). Параметр R представляет собой размах
микронеровностей поверхности.
Фиг. 3. Распределение пористости для различных видов бумаги и картона:
В - бумага АО "Волга", Ds = 2,862; С - Балахнинского ЦБК, Ds = 2,756; D цветная бумага Балахнинского ЦБК, Ds = 2,658; Е - офсетная бумага № 1,
Ds = 2,765; F - Lumi Silk, Ds = 2,563; G - Union Art, Ds = 2,504; H - Union Silk,
Ds = 2,361; I - Data Copy, Ds = 2,322; J - картон Malmero, Ds = 2,397; К - бумага
Кондопогского ЦБК, Ds = 2,606; L - Lumi Art, Ds = 2,064.
4
BY 9417 C1 2007.06.30
Зависимости на фиг. 3 получены расчетным путем. Они показывают, что определив с
помощью предлагаемого способа показатель фрактальной размерности поверхности бумажного или картонного листа, далее можно рассчитать один из важнейших показателей
ее печатных и фильтрационных свойств бумаги - ее пористость. Этот показатель влияет на
настройку печатного аппарата печатной машины, в частности выбор давления печати.
Способ обладает универсальностью в широких пределах. На фиг. 3 приведены значения
для большой группы мелованной, офсетной и газетной бумаги, рассчитанные в рамках
одной расчетной методики. По показателю фрактальной размерности можно прогнозировать процесс первичного закрепления краски на печатных оттисках в результате ее впитывания в бумагу. Можно рассчитать оптимальное количество подачи краски для различных
видов бумаги. Способ может быть использован в брошюровочно-переплетных процессах
для моделирования проникновения в поровое пространство картона и бумаги клеев, пропитывающих растворов.
Предлагаемый способ определения показателя фрактальной размерности поверхности
бумаги или картона, как оптический способ, имеет очень высокую оперативность. Фактически на его основе можно реализовать в современных печатных машинах прямое измерение каждого проходящего листа бумаги и генерирование сигнала индивидуальной
настройки красочного и печатного аппаратов, других устройств печатной машины. Он
может быть применен в автоматизированных переплетных линиях.
Использование изобретения возможно в целлюлозно-бумажной и полиграфической
промышленности для определения и контроля микрогеометрии поверхности бумаги или
картона. Предлагаемый способ определения показателя фрактальной размерности поверхности бумаги или картона позволяет определить структурную характеристику запечатываемой
поверхности бумаги или картона. Использование оптического способа при определении
параметра фрактальной размерности поверхности позволяет оперативно получать информацию о состоянии запечатываемой поверхности и применять данный способ в системах
управления бумагоделательными и печатными машинами.
Источники информации:
1. А.с. 1634982 СССР, МПК4 G 01В 2/28. Способ определения шероховатости поверхности / А.Н. Карпусь, М.Г. Сторчак, Т.Ю. Каратеева, О.В. Кирпа. - № 4611962/28; Заявл.
02.12.1988; Опубл. 15.03.1991 // Открытия. Изобретения. - 1991. - № 10. - С. 126.
2. Патент РБ № 3936, МПК7 G 01В 5/28. Способ контроля микрогеометрии поверхности
и устройство для его осуществления / В.А. Горохов; Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники. - № 950290; Заявл. 09.06.1995; Опубл.
30.06.2001.
3. А.с. 195868 СССР, МПК D21 f. Устройство для непрерывного контроля структурных
свойств движущегося полотна бумаги / Л.М. Вайсман, Г.Э. Финкельштейн, Г.А. Кундзич,
Ю.Б. Яковенко, М.Г. Зальцман; Укр. НИИ целлюлозной и бумажной промышленности. № 1069996/26-24; Заявл. 12.04.1966; Опубл. 04.05.1967 // Бюл. № 10. Изобретения. Промышленные образцы. Товарные знаки. - 1967. - № 10. - С. 137.
4. Пат. 1194735 Европейское патентное ведомство, МПК7 G 01В 11/30. Способ и устройство для измерения параметров поверхности бумаги / Komulainen Hannu, Hakkarainen
Jaana, Lehmikangas Keijo; Metso Paper Automation Oy. - № 925332; Заявл. 09.05.2000;
Опубл. 10.14.2002 // Изобретения стран мира. - 2003. - № 7. - С. 101 (прототип).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
134 Кб
Теги
by9417, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа