SE455023B - Forfarande for metning av treytors egenskaper - Google Patents

Description

455 023 z reflekteras från ett virkesstyckes yta.

Depolariseringen och polariseringen, som uppstår i samband med att strålning reflekteras, är som fenomen kända sedan 1800-talet. Speciellt efter laserns uppkomst (under 1960-talet) har talrika undersökningar utförts rörande ytegen- skapernas inverkan på den reflekterade stràlningens para- metrar. Motsvarande undersökningar rörande strålning i radio- - frekvensområdet har en betydligt längre historia. - »Finska patentet 53365 visar hur ett virkesstyckes fiber- riktning kan bestämmas medelst polariserad strålning av radio- frekvens. Metoden enligt ifrågavarande uppfinning avviker från denna såväl vad vàglängdsomrádet som vad den erforderliga ut- rustningen och tekniken beträffar.

Genom US-patentet 3,807,86É är en metod för mätning av papprets fiberorientering känd, i vilket en polaríserad ljus- stråle riktas vinkelrätt mot papprets plan, intensiteteten hos ljuset som reflekteras fràn pappret i två mot varandra vinkel- räta plan under en viss vinkel i förhållande till papprets plan observeras, av det reflekterade ljusets intensitet-bildas två storheter, av vilka den ena har erhållits genom att leda det reflekterade ljuset genom en polarisator vars polarisa- tionsplan är parallellt med ljusknippets polarisationsplan, och den andra storheten har erhållits genom att leda det reflekterade ljuset genom en polarisator vars polarisations- plan är vinkelrätt i förhållande till ljusknippets pola- risationsplan, och differenserna av de i de båda planen observerade storheterna bildas, vilka differensers förhållande och/eller differens används såsom mätvärde för fiberoriente- ringens anisotropi i mätobjektet.

Denna metod kan emellertid ej tillämpas i samband med virkesstycken. Virkesstyckets yta bör vid kvalitetsmätning undersökas i sin helhet, t.ex. genom att en laserstràle bringas att svepa över den, för vilket ändamål ifrågavarande 3 455 025 mätningssystem ej lämpar sig pà grund av detektorgeometrin och sättet på vilket signalerna behandlas. Dessutom bör beaktas, att depolarisationsfenomenet ej sammanhänger enbart med virkesstyckets fiberriktning, då t.ex. depolarisationen, som en frisk eller_en rötskadad träyta förorsakar, skiljer sig från varandra. Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma ett för- farande, medelst vilket defekter av olika slag i ett virkes~ i styckes yta nogrannt kan identifieras och att sålunda möjlig- göra en tillförlitlig kvalitetsklassificering av trävaror.

Den strålning, som reflekteras från ett virkesstycke är diffus. Utförda mätningar visar, att i virket förekommande defekter (bl.a. kvistar, rötskador och snedfibrighet) åstad- kommer en från felfritt virke avvikande depolarisation, som pà ett enkelt sätt kan utnyttjas för automatisk identifiering av dessa defekter. Speciellt gäller, att en från felfritt virke avvikande fiberorientering (sned- eller tvärfibrighet samt en ~kvists inverkan) framträder i form av depolarisation, vilket gör det möjligt, att använda förfarandet enligt föreliggande uppfinning också för hållfasthetsklassificering. _ Kännetecknande för förfarandet enligt uppfinningen är, att huvudsakligen lineärt monokromatisk, kollimerad och lineärt polariserad strålning i det optiska vàglängdsomrâdet, vars polarisationsriktning sammanfaller med trädets längs- riktning eller är vinkelrät däremot, bringas att svepa över träytan som skall undersökas och att den reflekterade strål- ningens till sin polariseringsriktning mot varandra vinkelräta intensitetskomponenter Imin och Imax observeras, där komponen- ten Imax har samma polariseringsriktning som den ankommande strålningen och storheterna Imin och P =Imax - Imin I +I max min utnyttjas tillsammans för bestämmande av ytans kvalitet.

Intensitetskomponenten Imín lämpar sig märkbart bättre 455 025 4. för jämförelser av intensitetsnivàn än den konventionellt an- vända totalreflektionsintensiteten I'= Imax + Imiå.

Depolarisationsuttrycket P är dels beroende av träytans fiberriktning och dels av förekomsten av vissa defekter såsom t.ex. rötskador. Den fysikaliska grunden för dess variation utgör troligtvis träets dielektricitetskonstant, vars värde är olika i trädets tillväxtriktning och i dess tvärssnitts radiella och tangentiella riktningar. Även vissa fel, såsom t.ex. rötskada, inverkar. Andra orsaker kan vara dubbelbryt- ning och optisk aktivitet. Några förklarade teoretiska model- ler är ej tillgängliga - i själva verket ger provresultaten impulser till ny forskningsverksamhet.

Den från ytan reflekterade stràlningens komponenter Imax och Imin mäts på i och för sig känt sätt genom att som analy- satorer använda polarisationsfilter eller prismor, som upp- delar strålningen i komponenter (t.ex. ett Wollaston prisma). Även med kamera kan depolarisationen mätas genom att placera kamerorna'sà, att objektet är på samma ställe i deras bildplan och genom att använda polarisationsfilter vid objekti- ven och jämföra bildplanens intensiteter synkront. En annan möjlighet är att utnyttja en mätanordning av den typ som beskrivs i US-patentet 3,992,57l.

Som ett mått på depolarisation kan flera olika uttryck användas, av vilka det vanligaste är depolarisationsgraden P = Imax _ Imin I + I . max min där I (I ) är den detekterade maximi-intensiteten (mini- max min mi-intensiteten), som erhålls genom att vrida analysator- filtret framför detektorn. Detta uttryck antar värden mellan 0 (helt depolariserad strålning) och l (lineärt polariserad strålning). s 455 023 Depolarisationen är i hög grad beroende av våglängden, varför de våglängder som skall användas, måste väljas på basen av för varje tillämpning utförda mätningar. Även den mot ytan riktade lineärt polariserade elektromagnetiska strålnin- gens polarisationsplans riktning inverkar på resultatet, varför det är skäl att bestämma dess optimiriktning genom mätning.

För trävaror (sàg- och fanerprodukter) har HeNe-laserns våglängd 632,8 nm vid mätning visat sig vara lämplig och den ankommande stràlningens lämpligaste polariseringsriktning trädets tillväxtriktning. Det från den felfria träyta reflek- terade ljuset är därvid delvis depolariserat, medan däremot det från en kvist reflekterade ljuset är nästan helt depolari- serat. På motsvarande sätt är t.ex. depolarisationen förorsa- kad av ett rötställe mindre än det felfria virkets. Förfaran- det kan enligt utförda mätningar användas såväl för undersök- ning av torrt som fuktigt virke.

För trävaror varierar även en felfri ytas egenskaper så mycket, att en konventionell observation av intensitetsnivàn I ej är tillfyllest. Då lineärt polariserad strålning använts, har det visat sig, att intensitetskomponenten Imin däremot är användbar. På den inverkar årsringarna, ytsträvheten eller snedfibrigheten knappast alls. Förändringar i form av lägre intensitetsnivå uppträder vid defekterna (kvistar, rötskador, blànader, sprickor, larvgnag etc.).

En annan utföringsform för uppfinningen är användning av den depolariserade komponentens intensitet Imin för jämförelse av intensitetsnivàn, varvid som jämförelsevärde användes en frisk och felfri ytas intensitetsnivà.

Genom att förena den på detta sätt erhållna vetskapen om den reflekterade stràlningens intensitet och depolarisations- grad erhålls ett identifikationsförfarande, till vars största 455 023 É 6 fördelar hör, att det kräver relativt liten datamaskinskapa- citet.

Om enbart intensitetsmätning används (t.ex. mätning av I eller komponenten Imin), får man samma mätvärden för defekter- na rötskada, blànad och kvist, varför till stöd ïör utvärde- ringen behövs tilläggsuppgifter, t.ex. uppgift om defekternas skepnad, Vilket å sin sida förutsätter en stor datamaskinska- pacitet. _ Med tillhjälp av värdet på depolarisationsgraden kan man . âtskilja t.ex. friskt, rötskadat och kvistigt virke, medan däremot kraftig snedfibrighet och kvistar hör till samma 'klass. ' Föreliggande uppfinning baserar sig på att intensitets- É komponenten Imin och depolarisatïonsgraden P används sam- tidigt. Om man jämför den datamaskinskapacitet som behövs för förfarandet enligt uppfinningen och den som de på marknaden förekommande metoderna behöver, vilka baserar sig på identi- fiering av defekternas skepnad, kan man konstatera, att såväl databehandlingen som minneskapacitetsbehovet är märkbart _ mindre i den föreliggande nya metoden. ' Objektet som undersöks bör belysas med lineärt polarise- rat, oftast relativt monokromatiskt ljus eller strålning.

Framför en vanlig ljuskälla bör därför en polarisator använ- das. Laserljus är beroende av lasertypen antingen polariserat eller kan lätt polariseras. Pà marknaden förekommer för undersökning av en hel yta lämpliga system med 1- eller 2- dimensionell avlänkning av laserstrålen. Med beaktande av att objektet som skall undersökas kan anordnas i en riktning rörligt, är en 1-dimensionell avlänkning tillfyllest. Vid undersökning av ságvaror är det naturligast att anordna dem rörliga i sin längsriktning, men metoden är ej begränsad till detta utförande. v 455 023 Uppfinningen beskrivs i det följande närmare under hänvisning till bifogade ritningar, där fig. 1 visar principen för en anordning för utförande av förfarandet enligt uppfinningen; fig. 2 visar en alternativ utföríngsform; fig. 3 visar ett förenklat schema för undersökning av ett trävirkes yta, och fig 4 - 7 visar olika exempel på intensitetskurvor och mot- svarande depolarisationsgradskurvor som erhållits vid mätning av träytor.

I den i fig. 1 visade mätanordningen avser hänvisnings- teckningen 1 en från en laser härrörande ljusstråle, som är riktad mot ytan 2 av objektet som skall undersökas. Den inkommande stràlens riktning bildar vinkeln a med en mot ytan vinkelrät linje. Av den diffust reflekterade strålningen går en del 3 via ett polarisationsfilter 4 till en detektor 5 och en del 6 via ett polarisationsfilter 7 till en detektor 8. Den reflekterade strålningens mätriktningar bildar vinklarna ß1,ßZ med den mot ytan vinkelräta riktningen. Vinklarna Q, 51, 32 är lämpligast högst ca. 150 i trädets tillväxtriktning mätt och högst ca. 500 i en riktning vinkelrätt däremot. Polarisations- filterns genomsläppningsriktningar är anordnade i 900 vinkel mot varandra och så att filtrets 7 genomsläppningsriktning ligger i samma plan som den ankommande strálningens polarisa- tionsplan. Intensitetssignalerna I och I n leds till pro- max mi cessorn 9, där de pà i och för sig känt sätt omvandlas till en för sàgvirkets kvalitetsbestämning lämplig form.

I den i fig. 2 visade alternativa utföringsformen går en del 10 av den reflekterade strålningen genom ett Wollaston prisma ll uppdelat i polarisationskomponenterna 12 och 13 till detektorerna 14 och 15, som mäter deras intensiteter Imin och Imax' ' I fig. 3 visas det principiella arrangemanget för en anordning för undersökning av ett ságat bräde. Ljusstrålen 1 455 023 8 bringas medelst en sig vridande avlänkningsspegel 17 att svepa tvärs över sågvirkets yta 18 längs en bana 19. Brädet är anordnat rörligt i sin längsriktningl Den från brädet reflekte- rade stràlningen detekteras medelst i fig. 1 eller 2 visade organ.

Exempel I fig. 4 - 7 visas exempel på enskilda tvärsvep som inrymmer såväl felfri träyta som olika typiska defekter.-I exemplen framställs depolarisationsgraden P och intensitetskom- ponenten Imin som en funktion av tiden.

Exempel 1 (fig. 4) Kvistígt tallbräde. Kvisten A framträder i form av lägre intensitet och depolarisationsgrad.

Exempel 2 (fig. 5) Kvistigt granbräde. Kvisten B framträder på samma sätt som i föregående exempel. Granträdets kvistar är i allmänhet något ljusare, vilket syns i intensitetsnivåkurvan.,I depolarisatíonsgradskurvan ser en kvist ofta något bredare ut än i intensitetskurvan. Detta beror på att kvistens inverkan syns även utanför kvisten i form av en förändrad fiberrikt- ning. Fibrernas tillväxtriktning avviker där från trädets längsriktning och detta observeras genom förfarandet.

Exempel 3 (fig. 6) Rötskadat granbräde, som innehåller en liten kvist.

Intensitetsnivån är lägre såväl vid kvisten D som vid röt- ställena C och E, men depolarisationsgraden avslöjar, vilka fel det är fråga om. Depolarisationsgraden är låg vid kvisten, medan den däremot vid rötskadan är högre än för friskt trä.

Exempel 4 (fig. 7) Blànat tallbräde. I intensitetskurvan framträder blànader- 9 455 023 na F och G på samma sätt som en rötskada, men depolarisations- graden är märkbart lägre än för rötskadat virke, varför röt- skador och blànader kan åtskiljas från varandra.

Claims (2)

455 Û25 m Patentkrav __________

1. Förfarande för mätning av träytors egenskaper, där lineärt polariserat, huvudsakligen monokrometisk elektromagnetisk max observeras, där komponenten Im_x har samma polariserings- G riktning som den ankommande strålningen, och storheterna Imin och P = Imax _ Imin I""”¥ 1 .' max min ~ utnyttjas tillsammans för bestämmande av ytans kvalitet, k ä n n e t e c k n a t därav, att den ankommande strål- ningens polarisationsriktning bringas att sammanfalla med trïdets längdtillväxtriktning eller att stå vinkelrätt däremot.

2. Förfarande enligt pateptkravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att den ankommande stràlníngens infallsriktning och den reflekterande strálningens mätriktning avviker frán den mot ytan vinkelräta riktningen mätt i trëdets längdtillväxt- riktning högst ca. 150 och i. en riktning vinkelrät däremot högst ca. so°. .'55 M1 :x