光的彈性效應在異性纖維檢測中的運用

摘 要：塑料膜拉緊后放入兩塊偏振片之間，白光入射時可以看到彩色。文章從這一現象出發，分析該現象的原理，設計了合理的應用結構。針對偏振光下應用設計了高對比度檢測系統，根據異性纖維檢測實際，結合紫外熒光檢測系統，綜合設計出一套由兩種原理相結合的檢測系統，并進行了實際試驗和應用，實驗結果較佳。新設計的結構滿足異性纖維檢測要求，為紡織檢測提供了一種新的檢測手段。

關鍵詞：異性纖維；紡織機械；光的彈性效應；在線檢測

1 概述

2015年開始新疆機采棉大量上市，新疆機采棉在生產中為了保持水分和溫度使用透明塑料膜覆蓋地表，后期機器采摘時透明塑料膜大量的被混入原棉內，當原棉被紡成紗織成布時，該種透明塑料膜混雜在布面上，造成不能染色，影響紗線質量[1]。透明塑料膜由于無色或者成泥土黃色，混雜在原棉內時，色彩上和原棉一致，常規的色彩檢測和紫外檢測不能識別。而光彈性效應下的塑料膜呈彩色，因此利用光彈性效應原理能夠很好的解決該難題。

2 光彈性效應原理

2.1 光彈性效應產生原理

某些晶體在自然狀態下即有雙折射性質，另有一些介質在自然狀態下各向同行的，當受到機械力的作用時，將成為光學各向異性，出現雙折射現象，該種現場稱為光彈性效應。

如果各處應力P不同，相位差就不同，顏色也不同，因此在偏振光下，透明塑料膜呈現彩色[2]。

2.2 光彈性效應光路系統

塑料薄膜需要處于偏振片之間，因此原材料和樣本在通道內，兩側通道玻璃分別是起偏和檢偏的偏振片，起偏偏振片安裝在光源前側，檢偏偏振片安裝在相機鏡頭前。再使用白光入射，光路示意圖如圖1所示。

2.3 塑料膜的光學特征

針對紡織檢測，常規的檢測手段下地膜圖片呈白色或無色，日光下成像，地膜特征和棉花纖維相近，幾乎難以區分開，很難利用常規算法檢出。

而利用光的彈性效應檢測，塑料薄膜呈彩色，即使應力發生部分很小地方，也能在高分辨率系統下呈現亮點。

利用光彈性效應將無色或者與原棉相近顏色的塑料薄膜編程彩色或者發亮的斑點，特征明顯，能夠很方便地與棉花纖維區分開，從而達到剔除目的。

3 塑料膜的檢測

3.1 塑料膜檢測系統分析

光彈性效應的產生需要兩個條件，條件一需要樣品內部存在應力，常規待檢測物質在運輸和使用過程中已經產生過一定變形，內部已經發生應力變化。另外一個條件是處于兩塊偏振片之間，需要白光入射照射。

光源選用T8日光燈管或者LED燈管，燈管發出的光為自然光，只有通過偏振片以后，照射在樣品上的光才是偏振光。實際待檢測的塑料膜由于混雜在泥土之中，因此光潔度較差或者在生產采集過程中被機器攪碎，因此需要高分辨率的檢測系統才能檢出細小的塊狀地膜。

測試發現亮度越高光彈性效應特征越明顯，因此采用高亮的LED燈管作為檢測光源。

選擇光源后，跟據紡織檢測特點，為了提高檢出精度，采用4K的線陣CCD作為檢測相機。

3.2 高對比度檢測方案的設計

使用高亮LED燈管能夠使光彈性效應產生明顯，還需要使用匹配的接收探測器才能極大的提高系統的檢測分辨率。目前市場上常規的線陣CCD相機有單線、雙線、三線和棱鏡分光相機等。使用不同原理相機在同樣條件下光學傳遞函數對比，選擇最高的光學傳遞函數相機和鏡頭搭配作為接收探測系統，但是并不是相機最高的光學傳函參數下的系統更適用于光彈性效應檢測系統，大部分相機在使用偏振片檢偏后被消弱對比度，消弱對比度后的相機降低檢出效果[3]。

為了消除偏振片對相機對比度消弱的干擾需要選擇合適的應用方式來提高系統的檢測對比度。經過大量的分析和實驗最終選擇棱鏡分光相機作為檢測接收系統的探測器。

3.3 紫外熒光探測與光彈性效應檢測結合設計

紡織檢測中常規的異性纖維分檢機采用的是日光加紫外檢測系統組合檢測，結構基本定型。若單獨增加光彈性效應檢測系統需要重新增加模塊，改動較大。文章結合現有異性纖維分檢機特點，設計光彈性效應與紫外熒光檢測相結合系統，節省了空間優化了設計。設計光路檢測系統如圖2：

3.4 組合光路試驗效果

組合系統利用彩色相機的三色原理，紫外熒光檢出單獨使用藍線檢出，光彈性效應利用亮度和色彩檢出。兩種檢測原理互不干擾，同時利用，高效穩定的能夠檢出塑料薄膜和熒光異性纖維[4]。

搭建系統現場進行測試紫外熒光和塑料膜檢出測試能夠達到80%以上，滿足實際生產需求。

4 結束語

利用光彈性效應原理能夠很好地突出塑料薄膜的特征，在設計合理的高分辨率、高對比度的檢測系統下，能夠高效地檢出混雜在原棉內的塑料薄膜。將紫外熒光檢出系統和光彈性效應檢出系統的有機結合設計，科學合理地利用異性纖維分檢機的檢出特點，實現了不同檢測原理的完美結合。提高了異性纖維分檢機的檢出能力和競爭力。

參考文獻

[1]中國棉花信息網[EB/OL].http：//www.texindex.com.cn/.

[2]史友進.光彈性效應的物理機制探討[J].南京航空航天大學學報，1996（02）.

[3]張玲.圓偏振片在ACTFELD中的應用[J].光電子技術，1995（3）.

[4]宗曉萍，徐艷，董江濤.多信息融合的模糊邊緣檢測技術[J].物理學報，2006.

作者簡介：張華林，男，漢族，湖北人，本科學歷，工程師，主要研究方向：機器視覺應用以及物質識別的特征光譜。