Оптический способ контроля крутки нитей

 

Использование: в способах измерения крутки нитей. Сущность изобретения: исследуемую нить освещают параллельным пучком нормально к ее поверхности и регистрируют световой поток, рассеянный нитью, причем измеряют световые потоки, рассеянные исследуемой нитью, в обратном направлении в двух одинаковых телесных углах, ориентированных во взаимно перпендикулярных плоскостях под равными углами к падающему пучку, а о величине крутки нитей судят по коэффициенту изотропии светорассеяния, определяемому по формуле χ = Φ_x/Φ_y, где Φ_x рассеянный световой поток, измеренный в плоскости, проходящей через направленные протяжки нити при ее изготовлении; Φ_y - световой поток, рассеянный в плоскости, перпендикулярной к этому направлению, и известной зависимости коэффициента изотропии χ от величины крутки K, полученной для данного типа нитей. 3 ил.

Изобретение относится к способам измерения крутки нитей и может быть использовано для оперативного контроля величины крутки нитей в процессе производства.

Известен традиционный механический способ определения крутки нитей с помощью круткомера, например КУ-500 [1] заключающийся в подсчете числа оборотов при полном раскручивании нити.

Однако для этого способа характерны длительность и невозможность использовать для контроля в ходе технологического процесса производства.

Наиболее близким к предлагаемому является экспресс-метод определения крутки пряжи, заключающийся в том, что исследуемый образец освещают параллельным пучком нормально к его поверхности и регистрируют индикатрисы рассеяния I (β) зависимости величины рассеянного светового потока от угла поворота щели, а о величине крутки судят по расчетным значениям углов кручения β_1кр β_o β₁ β_2кр β₂ β_o где β_o положение центрального максимума; β₁ β₂ положение боковых максимумов [2] К недостаткам этого способа можно отнести: трудоемкость регистрации индикатрис рассеяния света; длительность проводимых измерений: время, необходимое для определения среднего угла кручения составляет 20-40 мин; для контроля этим методом пригодны только светопропускающие образцы, так как принцип, реализованный в установке, основан на измерении рассеяния света в прямом направлении; невозможность использования для контроля в ходе технологического процесса производства.

Целью изобретения является сокращение времени контроля для реализации возможности использования метода в процессе производства.

Для этого контроль крутки нитей осуществляют при измерении световых потоков рассеянных образцов в обратном направлении в двух одинаковых телесных углах, ориентированных во взаимно перпендикулярных плоскостях под равными углами к падающему пучку, а о величине крутки нитей судят по коэффициенту изотропии светорассеяния, рассчитываемому по формуле κ где Φ_x рассеянный световой поток, измеренный в плоскости, проходящей через направление протяжки нити при ее изготовлении; Φ_y световой поток, рассеянный в плоскости перпендикулярно к этому направлению и известной зависимости κ от величины крутки К, полученной для данного типа нитей.

Существенными отличиями предлагаемого решения от прототипа являются:
контроль крутки нитей осуществляется при исследовании светорассеяния не в прямом, как в прототипе, а в обратном направлении;
в прототипе используется один фотоприемник, принимающий рассеянный образцом световой сигнал, а перед фотоприемником установлен вращающийся диск с вырезанной по диаметру узкой щелью, центр которой перекрыт непрозрачной ловушкой, в устройстве по предлагаемому способу используются два неподвижных фотоприемника, ориентированных во взаимно перпендикулярных плоскостях под равными углами к падающему пучку;
по предлагаемому способу может измеряться крутка как прозрачных, так и непрозрачных образцов, так как контроль светорассеяния осуществляется в обратном направлении, а в прототипе только прозрачных, так как методика основана на исследовании рассеяния света, прошедшего сквозь контролируемый образец.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства, поясняющая способ. Параллельный пучок света нормально падает на образец нити. Два неподвижных фотоприемника, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях под одним и тем же углом к направлению падения светового пучка, принимают рассеянные образцом световые потоки в обратном направлении в двух одинаковых телесных углах Ω. Аналогичная блок-схема использовалась ранее для контроля анизотропии прочности листовых волокнистых материалов.

Для проверки работоспособности предлагаемого способа было собрано устройство. На фиг. 2 изображена схема лабораторной установки, которая содержит источник света 1, образец нити 2, два идентичных фотоприемника 3 и 4, усилители 5 и 6, линзу 7, круткомер 8 и светозащитный корпус 9.

Свет от источника 1 (ИН-светодиод АЛ-107) с помощью линзы 7 параллельным пучком падает на образец нити 2 длиной L (L250 мм), закрепленный в зажимах круткомера 8. Свет, рассеянный образцом 2, принимается в обратном направлении двумя одинаковыми фотоприемниками 3 и 4, в качестве которых используются фотодиоды, фотоприемники 3 и 4 ориентированы во взаимно перпендикулярных плоскостях под равными углами α к падающему световому пучку и принимают рассеянные образцом световые потоки в обратном направлении в двух одинаковых телесных углах. Сигналы с фотоприемников 3 и 4 усиливаются усилителями 5 и 6 и измеряются цифровым вольтметром (типа Щ4313). Диаметр светового пятна составлял ≈ 1,5 см. Расстояние от центра светового пятна до фотоприемников ≈10 см. Источник света 1, линза 7 и фотоприемники 3 и 4 жестко закреплены в светозащитном корпусе 9. Измерительная схема обеспечивает линейный характер зависимости регистрируемого вольтметром напряжения от величины светового потока, рассеиваемого образцом 2 в обратном направлении. На установке измерены сигналы U_x и U_y, пропорциональные световым потокам Φ_x и Φ_y Значения коэффициента κ вычисляют по формуле:
κ где U_x величина сигнала, измеряемого на выходе фотоприемника 3;
U_y величина сигнала, измеряемого на выходе фотоприемника 4. Величины К измеряют по стандартной методике на круткомере КУ-500.

В эксперименте использовались образцы нитей различного волокнистого состава и линейных плотностей: полиамидная (Т_к 50,6 текс) и полиэфирная (Т_п 333 текс).

На фиг.3 приведены экспериментальные зависимости коэффициента изотропии κ, измеренного предлагаемым оптическим методом от величины крутки К, измеренной на круткомере КУ-500 для типов образцов, полученных на установке фиг.2. Кривая I соответствует полиэфирной нити, кривая II полиамидной. С использованием одновременно измеренных на установке соответствующих значений κ и К построена зависимость κ (К), которая используется затем для вычисления величины крутки нитей того же типа.

Из данных фиг. 3 видно, что зависимости κ от К в диапазоне К (100-800) кр. /м носят линейный характер в пределах 10% Для образца нити с неизвестной круткой измеряются вольтметром сигналы U_x и U_y, находится их отношение и по значению κ и известной экспериментальной зависимости κ (К) (фиг.3) для данного типа нитей определяется величина крутки К.

Время на одно измерение по предлагаемому способу на лабораторном макете устройства составляло ≈ 1 мин и определяется временем подсчета величины κ. Эта операция производится на калькуляторе. Однако легко сконструировать устройство, в котором эта операция осуществляется автоматически по известным техническим решениям практически мгновенно с помощью аналоговых или цифровых схем.

Таким образом, предлагаемый способ является неразрушающим, по сравнению с прототипом значительно сокращает время измерений и позволяет осуществлять контроль величины крутки нитей в процессе их производства.

Формула изобретения

ОПТИЧЕСКИЙ СПОСОБ КОНТРОЛЯ КРУТКИ НИТЕЙ, включающий освещение исследуемой нити параллельным пучком нормально к ее поверхности и регистрацию светового потока, рассеянного нитью, отличающийся тем, что измеряют световые потоки, рассеянные нитью в обратном направлении в двух одинаковых телесных углах, ориентированных во взаимно перпендикулярных плоскостях под равными углами к падающему пучку, дополнительно вычисляют коэффициент κ изотропии светорассеяния, определяемый по формуле

где Ф_x рассеянный световой поток, измеренный в плоскости, проходящей через направление протяжки нити при ее изготовлении;
Ф_y световой поток, рассеянный в плоскости, перпендикулярной этому направлению,
а величину крутки нитей определяют по известной зависимости коэффициента изотропии от величины крутки, полученной для данного типа нитей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3