Способ бесконтактного определения объемного и поверхностного показателей фрактальной размерности бумаги

СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМНОГО И ПОВЕРХНОСТНОГО ПОКАЗАТЕЛЕЙ ФРАКТАЛЬНОЙ РАЗМЕРНОСТИ БУМАГИ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(72) Авторы Кулак Михаил Иосифович Медяк Диана Михайловна(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(57) Способ бесконтактного определения объемного и поверхностного показателей фрактальной размерности бумаги, включающий воздействие лазерного излучения на бумажный образец, измерение величины его пропускания Тб и расчет объемногои поверхностногопоказателей фрактальной размерности бумаги с учетом заранее определенной величиныее оптической плотности согласно выражениям(б (110 9067 1 2007.04.30 Изобретение относится к целлюлозно-бумажной и полиграфической промышленности и может быть использовано при определении печатных и других технологических свойств бумаги. 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 исследованию подвергается только поверхностный слой бумажного полотна. Данный способ не может быть использован для контроля бумажного полотна в бумагоделательной или печатной машине. Известен способ измерения параметров структуры поверхности с использованием оптических методов, работающих по принципу учета отраженного от поверхности бумаги и рассеянного излучения 3, 4. Недостаток этого способа состоит в том, что он дает косвенную суммарную характеристику качества поверхности бумаги, не отражая ее структурных особенностей. Поскольку большинство видов бумаги имеют определенную степень прозрачности, на результат значительно влияют оптические характеристики подложки. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является оптический способ определения структурных и поверхностных свойств бумаги 5, по которому с помощью устройства, содержащего осветитель с фокусирующей оптической системой, фотоэлемент, механизм перемещения фотоэлемента, осветителя, усилителя, выпрямителя, самописца и блока управления, фокусируют световой пучок на бумажном полотне. Прошедший сквозь бумагу свет попадает на фотоэлемент, на диаграмме самописца получается амплитудно-частотная характеристика сигнала от фотоэлемента, т.е. характеристика структурных свойств бумаги. При этом выявляются все структурные неоднородности бумаги, размер которых равен или превосходит диаметр сфокусированного пятна. Недостатком этого способа является то, что не учитывается частичное отражение пучка от поверхности бумаги, амплитудно-частотная характеристика сигнала требует дальнейшей обработки и интерпретации, диаграмма не дает конкретного значения объемного или поверхностного показателя, по которому можно однозначно определить структурные свойства бумаги. Задачей изобретения является повышение оперативности определения структурных свойств бумаги объемного и поверхностного показателей фрактальной размерности, получение результата в форме, которая пригодна для последующих расчетов и может в дальнейшем использоваться в системах управления печатным процессом и бумажном производстве. Для решения указанной задачи предлагается использовать способ бесконтактного определения объемного и поверхностного показателей фрактальной размерности бумаги,включающий воздействие лазерного излучения на бумажный образец, измерение величины его пропускания Тб и расчет объемногои поверхностногопоказателей фрактальной размерности бумаги с учетом заранее определенной величиныее оптической плотности согласно выражениям(б (110 9067 1 2007.04.30 Сущность отличия предложенного способа бесконтактного определения объемного и поверхностного показателей фрактальной размерности бумаги заключается в том, что в результате исследования пропускания полотна бумаги имеются вместо диаграммы амплитудно-частотных характеристик, требующей анализа и обработки, конкретные показатели,отражающие характер микроструктуры объема и поверхности бумаги, входящие в соответствующие выражения теории печатных процессов и позволяющие рассчитывать физико-механические и печатные свойства бумаги. Предлагаемый способ позволяет учесть отражение части излучения при падении на поверхность бумаги, что позволяет получить более точные ее структурные характеристики. Изобретение поясняется примером. Пример. Указанным способом проведено определение структурных параметров двенадцати образцов различных видов бумаги. Испытывались образцы газетной бумаги - Балахнинского ЦБК, цветная бумага Кондопогского ЦБК, АО Волга, газетная офсетной бумаги - офсетная 1, офсетная,мелованной бумаги -,,,,. Определение характеристик каждого образца проводили следующим образом. Образцы бумаги просвечивались на лабораторной установке, оснащенной лазером с длиной волны 650 нм, измерялась интенсивность падающего потока излучения и прошедшего через образец, определялась величина его пропускания Тб. Исследовалась оптическая плотность бумаги , для этого был проведен эксперимент по исследованию отражения в красной области спектра с помощью промышленного спектроденситометра 508. Точная толщина образцов бумаги Н измерялась посредством лабораторного толщинометра. Объемный и поверхностный показатели фрактальной размерности определялись по формулам(б (110 волгде Н - толщина бумажного образца, мкм ц - показатель поглощения целлюлозы, мкм 1 вол - толщина бумажных волокон, мкм. Для доказательства адекватности полученных результатов показатели поверхностной фрактальной размерности бумаги были сопоставлены с аналогичными данными, полученными с помощью метода прямого контактного ощупывания поверхности бумаги. На каждом образце было проведено пять параллельных измерений, вычислены объемный и поверхностный показатели фрактальной размерности бумаги и определено среднее значение для каждого вида бумаги. Вычисления были алгоритмизированы и производились на ЭВМ. Результаты расчетов для образцов исследуемых видов бумаги, полученные согласно изобретению и полученные с помощью метода прямого контактного ощупывания поверхности бумаги, приведены ниже в таблице. Газетная Балахнинского ЦБК 2,784 2,807-0,81 цветная бумага Кондопогского ЦБК 2,861 2,749 4,07 АО Волга 2,860 2,893-5,562,408 2,362 1,942,401 2,338 2,71 Расхождение измерения для всех видов бумаги лежит в пределах 5 , что свидетельствует о достоверности предлагаемого способа. Задача повышения оперативности, поставленная данным изобретением, решается за счет использования оптического метода исследования бумаги. Снятие показаний по указанному методу осуществляется в двадцать раз быстрее, чем при использовании контактного метода последующая математическая обработка легче поддается алгоритмизации и не требует ручной работы, что также повышает оперативность на 10 по сравнению с контактным методом исследования в то же время точность конечного результата сохраняется в пределах допустимых 5 . 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. Вторая задача - получение результата в форме, пригодной для последующих расчетов, решается путем получения единого показателя (показателя фрактальной размерности) вместо ряда интегральных характеристик, отражающих различные особенности исследуемого образца бумаги. В подтверждение практической значимости изобретения - возможности использования показателя фрактальной размерности для расчета печатных свойств бумаги - можно привести графический вид зависимости краскоемкости бумаги от фрактальной размерности ее поверхности (фигура). Краскоемкость показана как отношение к эквивалентной массе краски на абсолютно гладкой поверхности. Зависимость на фигуре получена расчетным путем. Она показывает, что, определив с помощью предлагаемого способа показатель фрактальной размерности поверхности бумажного листа, далее можно рассчитать один из важнейших показателей печатных свойств бумаги - ее краскоемкость. Этот показатель влияет на настройку красочного аппарата печатной машины. Способ обладает универсальностью в широких пределах. На фигуре приведены значения для большой группы мелованной, офсетной и газетной бумаги одновременно. Аналогичным образом можно по показателю фрактальной размерности рассчитать физикомеханические свойства различных видов бумаги. 4 9067 1 2007.04.30 Использование изобретения возможно в целлюлозно-бумажной и полиграфической промышленности для определения структурных свойств бумаги. Предлагаемый способ бесконтактного определения объемного и поверхностного показателей фрактальной размерности бумаги позволяет охарактеризовать микроструктуру запечатываемой поверхности бумаги и ее объема. Использование оптического способа при определении параметра фрактальной размерности поверхности позволяет оперативно получать информацию о состоянии поверхности и применять данный способ в бумагоделательных и печатных машинах. Определяемые по данному способу параметры могут вводиться в систему управления процессом печати в печатной машине, что позволит более эффективно управлять качеством оттиска. Источники информации 1. А.с. СССР 1634982, МПК 401 В 2/28, 1991. 2. Патент РБ 3936, МПК 701 В 5/28, 2001. 3. Патент ЕПВ 194735, МПК 01 В 11/30, 2003. 4. Патент ВОИС 186228, МПК 01 В 11/30, 2002. 5. А.с. СССР 195868, МПК 21, 1967 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5