監測在表面上粘合劑用量和分布的在線方法及其可用的裝置的制作方法

專利名稱：監測在表面上粘合劑用量和分布的在線方法及其可用的裝置的制作方法
背景技術：
本發明涉及采用紫外熒光監測在表面上的粘合劑，具體地涉及基于異氰酸酯的粘合劑的用量和分布的方法，還涉及其使用的裝置。
各種粘合劑已用于生產工程復合材料，如定向木質束板。合適的粘合劑包括酚醛樹脂和異氰酸酯，具體是聚合的二苯甲烷二異氰酸酯(PMDI)。在生產這樣的工程復合材料時，通常粘合劑涂到如木纖維、木質束，木片或某些其他以木質纖維素為基材之類的材料上。理想地，粘合劑施用量(用量)可以足以覆蓋100％木纖維、木質束等的100％表面(分布)。在許多工業方法中，使用過量的粘合劑以保證充分分布。還使用比必要混合時間更長的時間，以保證粘合劑充分分布，使得不會因不充分粘合而在復合材料中出現疵點。這種使用過量粘合劑和延長混合時間的方法大大增加了工程復合材料的生產成本。
因此，研制一種在復合材料生產過程中足夠精確測定粘合劑用量和分布，又不必使用過量的粘合劑和延長混合時間的方法是有利的。
試圖改進復合材料生產的人們已經研究了進行這種測定的光譜方法。Frazier和Wendler研究過粘合復合材料的固體NMR特征，研究結果登載于1994年6月26-29日在緬因州波特蘭舉行的林產品學會第48屆年會的“pMDI粘合纖維素復合材料的15N CP/MAS NMR分析”中。Sun等人試圖把熒光強度的變化與通過監測在工業生產中發生反應期間異氰酸酯基團消失所得到的FTIR譜聯系起來。(參見Sun等人，材料科學研究所，Storrs Report TR-38-ONR，康涅狄格大學(1994年))。
紫外吸收和熒光光譜技術也是曾用來評價它們在監測尿烷生成反應中實用性技術。但是，直到現在，采用這樣的紫外光譜技術的方法還不能提供當生產復合材料時復合材料的實時宏觀成象。
例如，F.Kamke在“木基復合材料計劃年度報告”(1994年6月1日-1995年5月31日)中報道的是微觀研究木質束上聚合MDI樹脂分布的紫外熒光成象。Kamke闡述了因為聚合MDI熒光非常微弱，所以為了降低噪聲水平，采用非常強的紫外光源(特別地，100瓦汞蒸汽燈)和許多圖像幀的信號平均值是很必要的。盡管降低噪聲水平的信號平均值對于固定樣品很有用，但當被評價的材料在傳送帶上移動，并且視頻圖像經常變化時，它就不怎么有用了。因為樣品間變化可能性非常大，對于監測工業生產過程，微觀評價材料也是不實用的。因此，Kamke方法并不實用于監測復合材料生產的工業過程。
在美國專利4,885,254中，Yu等人報道了一種使用二異氰酸亞萘酯作為監測聚氨酯中固化反應的分子傳感器技術。Yu等人把熒光強度與1，5-萘基二異氰酸酯同正丁醇之間總反應程度關聯起來。通過使用HPLC鑒定在尿烷生成反應過程中存在的各個物質可確定這一相關性，它可采用IR光譜證實。然后，獲得這些物質的紫外-可見吸收光譜和熒光光譜。當二異氰酸萘酯反應生成單尿烷和二尿烷時，可以觀察到紫外-可見光譜位移。通過線性回歸分析可以測定在一定時間內每種物質的分數。由紫外光譜分析可計算出反應程度。由紫外光譜分析建立了一種在試驗測定在357納米的熒光強度與計算總反應程度之間的相關性。
美國專利5,100,802公開了一種樹脂體系固化速率和程度的測量方法，其中待聚合的體系中加入熒光染料。
美國專利4,922,113公開了一種檢查涂層重量、均勻度和表面缺陷的方法，其中涂料組合物中含有吸收輻射能的UV-escer。可探測到涂層所發出的輻射能，其波長與UV-escer發射能量的波長相同，并且與預-確定的標準相關聯。
美國專利4,651,011公開了一種測定聚合物固化程度的方法。在該方法中，可采用熒光測量熒光孢子的方法測定加入聚合物系統的熒光孢子的自由空間旋轉度。
但是，迄今為止，還沒有研制出任何一種在復合材料實際生產過程中測定粘合劑用量，特別是基于異氰酸酯的粘合劑用量和分布的方法，該方法不加入一些類型的“標記物”，如染料、熒光孢子或UV-escer。
本發明的目的還是提供一種在生成復合材料的材料例如在傳送帶上移動時測定粘合劑用量和分布的設備。
本發明的另一個目的是提供在由生成復合材料的材料制成復合材料過程中精確測定粘合劑用量和分布的設備，該生成復合材料的材料不包括標記材料，如UV-escer、熒光孢子或染料。
本發明的另一目的是提供一種在線監控方法，該方法能夠高準確度探測粘合劑用量和分布，盡管待監測的材料不是固定不動的。
當生成復合材料的材料通過裝有合適濾光片的視頻攝像機的視野時，生成復合材料的材料受到長波紫外輻射的照射，使粘合劑分子充分激發而誘發出熒光和發射可見光輻射，于是可實現本發明這些目的和其他目的，這些目的對本技術領域的技術人員是顯而易見的。視頻攝像機定位于能接收由粘合劑分子發出的可見熒光的位置。該視頻攝像機與一種裝置連接起來，該裝置能夠把收集的可見熒光與預確定的標準關聯起來，例如有適當數據庫的編程計算機。
圖2是粘合劑復合材料中聚合MDI(即聚苯基聚亞甲基聚異氰酸酯)的色譜分析復制圖，該粘合劑組合物用于涂布圖3-7中顯示的木質束圖像。使用Hewlett Packard公司的size exclusion色譜儀得到這些色譜圖，該色譜儀帶有紫外吸收和紫外熒光雙檢測器。
圖3是涂有0％聚合MDI木質束的紫外熒光圖像的假彩色圖像。
圖4是涂有2％聚合MDI木質束的紫外熒光圖像的假彩色圖像。
圖5是涂有4％聚合MDI木質束的紫外熒光圖像的假彩色圖像。
圖6是涂有6％聚合MDI木質束的紫外熒光圖像的假彩色圖像。
圖7是涂有8％聚合MDI木質束的紫外熒光圖像的假彩色圖像。
圖8是一套用于形成圖3-7中假彩色圖像的單色圖像頻分布曲線，在該曲線中，Y為每一亮度水平的圖像元素或像素族的數，亮度的灰度等級為0-255，X軸為亮度或灰度等級水平。
圖9是基于單色圖像平均亮度的預期粘合劑用量的線性回歸，它用于將圖3-7中的假彩色圖像得到實際的粘合劑用量。


圖10是濾光器“夾心結構”中使用的濾光器透射譜復制圖，在熒光波通過透鏡和視頻攝像機之前通過該“夾心結構”。
圖11是聚合MDI木粘合劑和木腐的紫外熒光的二維等高線圖。
圖12是通過使用消除圖像中木腐熒光的藍帶通濾光器得到的，涂有5％聚合MDI木質束的紫外熒光圖像的單色圖像。
圖13是用彩色攝像機獲得的涂有5％聚合MDI木質束的真彩色圖像。
圖14是掩蓋掉木腐的圖13的圖像。
本發明的詳細說明本發明涉及在復合材料的生產過程中，粘合劑，具體地基于異氰酸酯的粘合劑的用量和分布的在線監控方法，并涉及該方法使用的裝置。
本發明的裝置由長波紫外輻射源、一個濾光器或一組濾光器、透鏡、視頻攝像機和將由樣品收集到的紫外熒光數據與該樣品中粘合劑的用量和分布關聯起來的設備構成。本發明裝置的這些組件典型地如圖1排列。
如圖1所示，由發射長紫外波燈2發出的長波紫外輻射1(即波長為300-400毫微米的電磁輻射或光)，以這樣一種方式指向樣品3(即生成復合材料的材料或基體)，以致只是來自紫外光源，即燈2的光照射樣品3，并且紫外輻射1的光通量密度通過樣品3表面是固定不變的。樣品3中的粘合劑分子吸收由燈2發射的紫外輻射1和熒光，或者其粘合劑分子發射可見光輻射4(特征波長為400-700的光)。
由樣品3中發熒光的粘合劑發出的可見光輻射4在通過濾光片5和透鏡6后被視頻攝像機7成像。如圖1所示的濾光片5是“夾層結構”，它由三個單獨的濾光片構成。第一個濾光片5a(即最靠近樣品的濾光片)是紫外阻擋濾光片。第二個濾光片5b(或次接近樣品3的濾光片)是在藍頻譜中有截止點的寬帶通濾光片。第三個濾光片5c(或者最接近視頻攝像機7的濾光片)是可見光帶通濾光片。
視頻攝像機7可以是單色或彩色視頻攝相機。如果使用的是單色視頻攝相機，如此選擇濾光片5中可見光帶通濾光片5c的波長，以致只是讓粘合劑熒光那些特定波長通過。實際上，人們已經發現彩色視頻攝相機更為通用，特別是在其他可能發射熒光的材料(例如蠟、脫模劑、防腐劑和木腐)發生干擾的情況下。當使用彩色視頻攝相機作為攝相機7時，可不使用濾光片5中可見光帶通濾光片5c，寬帶通濾光片5b可用于阻擋任何小于435毫微米的波長。彩色和單色視頻攝相機通常都裝有內部的近紅外阻擋濾光片(未顯示)。近紅外阻擋濾光片對于消除任何紫外光源2發射的近紅外射線是必要的。
在圖1中，濾光片5直接安裝在透鏡6上。但是，濾光片5和透鏡6以物理方法相連或貼上是不必要的。濾光片5和透鏡6的相對位置還可以反過來。安排濾光片5和透鏡6的位置，僅能使穿過濾光片5和透鏡6的可見光輻射4在照相機7上成像就足夠了。
紫外光源2、濾光片5、透鏡6和攝相機7定位于圖1所示裝置中的外殼8內。如圖所示，外殼8底部開口，使紫外光輻射1由紫外光源2到樣品3，可見光輻射4由樣品3到濾光片5。外殼8還防止外部光照射樣品3和/或通過濾光片5。外殼8是優選的，但并不是本發明裝置的基本特點。
由視頻攝相機7捕獲的圖像通過一條或多條視頻線9傳遞到圖像處理硬件10。圖像處理硬件10典型地是裝有高速視頻楨捕獲板(未顯示)和能進行圖像分析軟件的計算機。當使用單色視頻攝相機7時，圖像分析軟件增強了樣品3的熒光粘合劑與不發射熒光背景之間的對比度，計算出基于平均圖像強度的粘合劑用量，顯示出呈假彩色圖像的圖像。通過單色圖像的灰度等級轉換成如圖3-7顯示的彩色調色板，產生假彩色圖像，使用的彩色調色板顯示為沿著圖像底部由低到高、由左到右的帶狀。
當使用彩色視頻攝相機7時，為了將粘合劑與任何其他干擾熒光的材料區別開，圖像分析軟件分別地分析紅、綠和藍色各個圖像，計算粘合劑用量，并顯示粘合劑分布。
然后在顯示器11上顯示測定的粘合劑用量和分布水平，打印或轉換成相似信號，以便輸出給其他儀器。結果可以呈真實熒光彩色的樣品圖像形式，或帶反映粘合劑用量調色板的假彩色圖像形式。
在實際生產條件下，樣品3典型地在傳送帶上，傳送帶以約5-30英尺/分鐘的速度移動。視頻攝相機7的視野可通過變焦距透鏡6進行調整。視野通常設定為在攝相機7的正下方，覆蓋紫外光源2均勻地照射的最大區域，優選地是2英尺長、1.5英尺寬的區域。例如在30英尺/分鐘的條件下，視頻攝相機7使復合材料3成像，完全移出照相機7視野，需花3秒鐘。這一時間幀比圖像分析軟件分析粘合劑用量和分布圖像，并顯示其分析結果所需要的時間幀更長。因此，使用本發明的裝置可以達到連續、實時監控復合材料的生產過程。
長波紫外輻射源2可以是任何發射長波紫外輻射的設備，即發射波長300-410毫微米，優選地波長300-400毫微米輻射的設備。合適的紫外輻射源實例包括帶有汞蒸汽燈泡的燈，它有長波紫外濾光片，以及有長波紫外熒光燈泡的燈，例如General Electric(通用電氣公司)的紫外燈泡，如燈泡F40T12/BLB(可從俄亥俄州克利夫蘭的GELighting公司購買)。
雖然在本發明裝置中只使用一個紫外燈作為紫外光源是可能的，但優選的是該裝置可有一個以上的紫外燈。特別優選的是本發明監測裝置中包括8-20個，最優選地約14個燈，以保證均勻地照射待監測樣品表面。
在圖1所示的本發明實施方案中，14個40瓦熒光紫外長波燈泡距中心1.75英寸，每個燈泡長48英寸(GE F40T12/BLB)。GE F40 T12/BLB燈泡的濾紫外光玻璃的透射頻譜示于圖10曲線A。GE燈泡中使用的磷發射頻譜中心在360毫微米。GE紫外熒光燈泡的發射頻譜符合如圖10在300-400毫微米之間所顯示的頻譜中的曲線A。
生成復合材料的材料3可由任何材料組成，特別地木素纖維素材料，這些材料已知是用于生產涂了粘合劑，優選地基于異氰酸酯的粘合劑的復合材料。合適的生成復合材料的材料實例包括木、木纖維、樹皮、軟木、甘蔗桿、亞麻、竹子、西班牙草、稻殼、劍麻纖維和椰子纖維。已知作為定向膠合板(“OSB”)的工程木材生產中使用的木質束、刨花和碎片是特別優選的。木質束、碎片和刨花的大小可以是0.03”×0.18”×2.0”至0.12”×2.0”×28.0”。優選的尺寸是0.03”×1.0”×16”至0.12”×2.0”×24”，最優選的尺寸是0.03”×0.75”×3.0”至0.12”×2.0”×24”。當這些木質纖維素材料用于生產復合材料時，其水分含量以材料總重量計可以是約0.5-30％(重量)，優選地是約3-8％(重量)。
已知用于生產復合材料制品的任何含有熒光組分的粘合劑組合物，都可以用于根據本發明生產復合制品。這樣一些已知粘合劑包括異氰酸酯。優選的粘合劑組合物是聚亞苯基聚亞甲基聚異氰酸酯(“聚合MDI”)，它們含有更高分子量的低聚物(即有四個以上環的低聚物)，這些低聚物有固有的熒光，因此不需要向粘合劑組合物添加熒光劑。粘合劑應該含有最少35％(重量)帶四個以上環的低聚物。
圖2A和2B是實施例中使用的聚合MDI的色譜分析顯示圖。使用Hewlett Packard公司的size exclusion色譜儀(1090M型)得到這些色譜圖，該色譜儀帶有雙紫外吸收和紫外熒光檢測器。在圖2A中出現在26-36分鐘之間紫外熒光峰(最大為30.8分鐘)，與圖2B在紫外吸收檢測器上出現的最高分子量低聚物有關。在出現4環、3環和單聚物峰時，紫外熒光峰就基本消失了，4環、3環和單聚物峰在圖2B中分別在35.4、36.7和39.0分鐘。對于監測工業木復合材料的生產過程來說，監測異氰酸酯粘合劑的熒光因此似乎是一種可靠的方法。
理想地，粘合劑的使用量要足以涂布100％待粘合材料表面積。如果達到粘合劑均勻分布，讓達到100％覆蓋率所必需的粘合劑降到最少。但是，在工業生產過程中，為了保證完全覆蓋，粘合劑用量可以高到比達100％覆蓋率所必需的理論用量多50-60％。
圖1中所示濾光片5是多層“夾層式”濾光片結構。第一層5a(最接近樣品3)是紫外阻擋濾光片，它保護其他濾光片和視頻攝像機CCD(電荷耦合裝置)成像探測器不受紫外線傷害。任何在市場購買到的紫外阻擋濾光片都可用作阻擋濾光片5a，這些濾光片可阻擋波長小于380-400毫微米(優選地小于400毫微米)的紫外輻射。合適的阻擋濾光片實例包括用含有紫外穩定劑的聚碳酸酯塑料制成的濾光片，它們可以商品名Makrolon(Bayer公司)和Lexan(GE塑料)從市場上購買到。0.125英寸厚的Makrolon塑料濾光片是特別優選的。圖10曲線B是光學級聚碳酸酯的透射光譜圖，紫外阻擋截止點是400毫微米。
濾光片5的第二濾光層5b是寬帶通濾光片，它阻擋紫外光和波長400-455毫微米(優選地所有小于455毫微米波長)短波長藍光。任何可從市場上購買到的銳截止點為455毫微米的寬帶通濾光片都可用作濾光片5中的濾光片5b。從新澤西巴靈頓的Edmund Scientific公司購買的F45,063的455毫微米寬帶通濾光片是特別優選的。圖10曲線C是Edmund Scientific公司455毫微米寬帶通濾光片P45,063的透射光譜。
濾光片5的第三個濾光層5c是可見光帶通濾光片，選用來增加粘合劑與復合材料之間的對比度，并消除其他熒光組分的任何干擾。例如，如果粘合劑復合材料是以聚合MDI為主要成分的，攝相機7是單色視頻攝相機，則濾光片5的優選可見光帶通濾光片5c是藍色濾光片。任何從市場上買到的通帶為400-530毫微米的藍色帶通濾光片都是合適的。在本發明裝置中特別有用的可見光通帶濾光片是EdmundScientific公司的Night Blue透明丙烯酸濾光片，濾光片分類為F39418。圖10曲線D是Night Blue透明丙烯酸濾光片的透射光譜。
濾光片5不必須是夾層結構。可能的是該濾光片是通常的光干涉濾光片，它應具有濾光片5a、5b和5c所有特性。但是，如果不在一次制造大量濾光片，其成本會相當高。所述的濾光片夾層結構成本低于$100。通常的干擾濾光片成本可能超過$500美元。
在實施本發明時可以使用任何從市場上可購買到的透鏡。透鏡不必是變焦透鏡，但是，變焦透鏡可以很容易地調整由紫外光源2均勻照射所覆蓋的最大面積視野。特別優選的透鏡6是Edmund Scientific公司的8-48毫米變焦透鏡F53152。
在實施本發明時可以使用任何從市場上購買到的視頻攝相機用作視頻攝相機7。該攝相機既可以是單色的，也可以是彩色攝相機。合適的視頻攝相機實例包括Sony XC-75型單色視頻攝相機和Cohu 2222-2340型彩色攝相機。這些攝相機都可從新澤西巴靈頓的EdmundScientific公司購買到。
濾光片5、透鏡6和攝相機7以這樣一種方式相對于樣品3定位，以致可以用透鏡6調整攝相機7的視野。視頻攝相機7可設定成覆蓋由紫外光源2均勻照射的最大面積。優選的是，樣品3表面與透鏡6之間的距離為約48英寸，攝相機7正下方的視野面積是約2英尺長、約1.5英尺寬的面積。濾光片5、透鏡6和攝相機7彼此以這樣一種方式定位，使得所有投在攝相機7的CCD(電荷耦合裝置)成像探測器上的所有光都通過濾光片5和透鏡6。
外殼8是有助于保持紫外光源2、濾光片5、透鏡6和攝相機7排列成行的支撐結構，并保護攝相機7視野內的生成復合材料的材料3不受外界光線的干擾。外殼8通常在其底部敞口，使紫外光源2的紫外光照射生成復合材料的材料3，熒光返回到濾光片5、透鏡6和攝相機7。
任何從市場上可購買到的具有高速圖像畫面捕獲板的計算機都可用作本發明裝置中的圖像處理硬件10。特別有利的計算機是帶有圖像畫面捕獲板的、具有233兆赫或更快英特爾奔騰處理器的計算機，例如可從加拿大魁北克的Coreco公司購買到的名為“Bandit”的計算機。
任何從市場上購買到的可安裝在計算機硬件10上的圖像處理軟件程序都可用于本發明的裝置。已發現在實施本發明中一種特別有利的軟件程序是Wit Visual Programming Software，可從加拿大魁北克的Logical Vision公司購買到。
任何從市場上可購買到的顯示器都可用于實施本發明中的顯示器11。但是，優選的是任何使用的顯示器都能顯示彩色圖像和/或彩色光譜。
根據本發明的待監測材料(即基體)的制備方法一般是，把基于木質纖維素的材料與粘合劑混合或摻和，把生成復合材料的混合物或摻和物放到在傳送帶上的模子或某種結構中，讓生成復合材料的材料在外殼8下通過，以監測粘合劑的用量和分布，然后讓其生成復合材料的材料通過熱壓機，使粘合劑組合物固化。熱壓力機典型地保持在溫度約50-210℃，優選地是約150-200℃，以保證粘合劑固化。
圖3-7表示了木質束的紫外熒光圖像，這些木質束使用6英尺直徑的實驗攪拌機(從加拿大溫哥華的Coil Industries公司購買)涂聚合MDI，其中以木質束總重量計粘合劑含量為0％、2％、4％、6％和8％(重量)。這些圖3-7中的圖像都是單色灰色等級的假彩色顯示。木腐熒光非常明亮，顯示出紅和紅橙色。不帶任何粘合劑的木質束呈深藍色，隨著粘合劑用量增加，涂有粘合劑的木質束呈淡藍色到綠色到黃色。研究CCD(電荷耦合裝置)圖像檢測器照度是恒定的圖像中間三分之二部分，顯示出粘合劑在木質束上分布非常不均勻。如果圖5中4％用量的粘合劑均勻分布在整個木質束上，那么4％用量就足以生產出復合材料物品。圖6顯示甚至6％用量水平，不適于涂布某些木質束。圖7顯示在8％用量時，所有的木質束都涂有粘合劑，但許多木質束都涂過量，過量的粘合劑就浪費了。用本發明的裝置達到監測粘合劑用量和分布的能力，使得有可能優化生產方法，還由于使用更少的粘合劑而達到明顯節約成本。
由于已經描述了本發明，所以給出以下實施例說明本發明。如果沒有另外指出，在這些實施例中給出的所有份數和百分比都以重量計。
使用一臺基本如圖l所示的設備，分析白楊木的長木質束，向其上涂布0％、2％、4％、6％和8％聚合MDI(從Bayer公司購買的Mondur 541)，以校準用量的設備。
紫外光源2由八個四英尺的40瓦燈泡(從俄亥俄州克利夫蘭的GELighting公司購得的F40T12/BLB燈泡)和四個2英尺的20瓦燈泡(從俄亥俄州克利夫蘭的GE Lighting公司購得的F20T12/BLB燈泡)構成。如圖1所示，這些燈泡對稱排列在濾光片5、透鏡6和視頻攝相機7周圍，均勻地照射白楊木質束，這些木質束離紫外燈2是48英寸。
生成復合材料的材料3由白楊木質束構成，其尺寸為0.08”×1.0”×6”至0.12”×1.5”×12”，水含量為6％(重量)。這些木質束涂布0％、2％、4％、6％和8％(重量)聚合MDI，MDI從Bayer公司購買，商品名為Mondur 541。
濾光片5是由兩層構成的濾光片夾層結構。第一層是聚碳酸酯紫外阻擋濾光片，它由厚0.125”的含紫外光穩定劑的Makrolon聚碳酸酯(從馬薩諸塞州的Shefsield的Shefsield Plastics購得)構成。第二個濾光片層由455毫微米寬帶通濾光片F45,063(從新澤西巴靈頓的Edmund Scientific公司購得)構成。
透鏡6是具有f/1.3-16和8.5毫微米焦距的透鏡F39,087(從新澤西巴靈頓的Edmund Scientific公司購得)。
視頻攝相機7是Sony XC-75型單色視頻攝相機(從EdmundScientific公司購得)。75歐姆同軸電纜9把視頻攝相機7與圖像處理硬件10連接起來。
圖像處理硬件10是233兆奔騰處理器計算機，有128兆RAM。該計算機是戴爾Optiple型由戴爾計算機公司出售的GXA。由加拿大魁北克的Coreco公司出售的Bandit圖像幀捕獲板用于數字化處理來自攝相機7的視頻信號。
圖像處理軟件算法使用Wit Visual Programming Software(從加拿大魁北克Logical Vision公司購得)編程。
在六英尺直徑的實驗攪拌機(加拿大溫哥華Coil Industries公司)中，用聚合MDI對白楊木質束給料。以2％增量粘合劑給木質束給料，然后在本發明的監測設備下通過。用紙板罩蓋住白楊木質束，防止受到紫外輻射照射，直到圖像處理軟件準備好捕獲視頻圖像。紫外輻射照射15-30秒以上將使復合材料漂白，并使總熒光減少到足以影響校準的程度。實際受到紫外輻射照射到捕獲圖像的時間僅用了0.1秒。捕獲圖像后，木質束放回到混合機中，再配2％粘合劑。重復這一處理過程直至達到粘合劑為0％、2％、4％、6％和8％的圖像。
通過把每一圖像上的對比度調整到相等，并把假彩色調色板轉換成灰度等級，從而用Wit軟件處理單色圖像。假彩色圖像示于圖3-7中。因為所使用的濾光片允許所有波長為455-700毫微米可見光通過，因此粘合劑和如木腐之類的其他熒光材料之間并無區別。但是，木腐的黃色熒光強度比聚合MDI粘合劑的藍綠色熒光強度高得多。當單色圖像轉換成假彩色時，高強度木腐呈橙色和紅色，取決于粘合劑用量，粘合劑呈淺藍色到綠色到黃色。圖3的0％樹脂圖像在其中心呈現一些淺藍色，這是由于在圖像中心的所有長波紫外光和更長波長的光，即作為透鏡6使用的f/1.3-16、8.5毫米焦距透鏡的特征的光之下，木料的天然深藍熒光很弱。
然后使用圖像處理軟件計算每一幅圖像的頻率曲線。頻率曲線是圖像的數學表示，其中把向量元素分配給每一個灰度等級的256亮度而形成的向量。每一向量元素的值是在那個強度下的圖像中的像素總數。
圖8是由圖3-7中圖像得到的頻率曲線的圖形表示。在圖8中，x軸為0-255任意單位的亮度和灰度等級。y軸為像素數或像素總數。圖8中曲線A表示了涂有0％粘合劑的木質束頻率曲線。圖8曲線B表示了涂有2％粘合劑的木質束頻率曲線。圖8曲線C表示了涂有4％粘合劑的木質束頻率曲線。圖8曲線D表示了涂有6％粘合劑的木質束頻率曲線。圖8曲線E表示了涂有8％粘合劑的木質束頻率曲線。木腐在x軸上部末端顯現為頻率曲線中的正階躍。
由頻率曲線，通過計算向量的交叉乘積的和(即每個向量元素值乘以向量元素數
的和)，然后除以像素總數，可計算出平均圖像強度。該平均圖像強度的計算與頻率曲線下的面積計算不同。頻率曲線下的面積總是等于像素數(即一個640×480像素圖像為307，200)。交叉乘積和用該元素強度使向量的每個元素加權。然后用線性回歸將平均圖像強度與粘合劑用量關聯起來。這一線性回歸的結果顯示在圖9中。實施例2修改實施例1中所用裝置，以消除在使用單色視頻攝相機時木腐熒光的干擾。
增加用作紫外光源的燈的數量。一共14個4英尺的40瓦F40T12/BLB燈泡(俄亥俄州克利夫蘭的GE Lighting公司)用作紫外光源2。濾光片夾色層結構5增加第三層。該層是一種可見光通帶濾光片，選用來增加粘合劑與木質纖維素材料之間的對比度，以及消除任何來自于熒光木腐的干擾。所采用的濾光片是Edmund Scientific的Night Blue透明丙烯酸濾光片，其型號是F39418。圖10曲線D是NightBlue的透射光譜。用8-48毫米變焦透鏡(從新澤西巴靈頓的EdmundScientific公司購得透鏡F53152)代替透鏡6。
圖11是聚合MDI(從Bayer公司購買的Mondur 541)的紫外熒光和黃色熒光木腐提取物的二維等高線圖，該木腐提取物是由木腐浸泡在四氫呋喃溶劑中6小時制成的。使用Hitachi F4500型熒光分光光度計的紫外熒光分光計得到該紫外等高線圖。在圖11中，可看到粘合劑熒光為粗等高線，木腐熒光為細等高線。X軸是激發波長，y軸是發射波長。紫外光源燈2有發射光譜，符合燈的紫外玻璃濾光片透射譜，如圖10中曲線A所示范圍為300-400毫微米的譜。
給定紫外光源燈2的發射光譜(圖10中的曲線A)、455毫微米寬帶通濾光片的透射光譜(圖10中的曲線C)和Night Blue透明丙烯酸濾光片光譜(圖10中的曲線D)，由圖11可看出，大部分木腐熒光可從攝相機圖像中消除掉。
用上述修改過的裝置可獲得給料5％粘合劑的木質束圖像。圖12是用該修改過的裝置得到的單色圖像。當圖12與圖13的真彩色圖像對比時，從圖12明顯可以看出，木腐的熒光已從圖像上消失。圖12表明了粘合劑在木質束上分布不均勻。圖像中央的垂直木質束在粘合劑給料過程中被其他木質束遮蔽。
然后，使用修改過的裝置拍攝涂有5％聚合MDI的木質束圖像。圖13是來自攝相機7的全彩色圖像，在該圖像中，木腐用黃綠色熒光表示，異氰酸酯粘合劑用淺藍色熒光表示，未涂粘合劑的木料用深藍色熒光表示。然后處理該圖像，把全彩色圖像分成紅、綠和藍圖像。黃綠色熒光木腐在紅色和綠色圖像中有一種組分，但在藍色圖像中事實上沒有任何組分。發射淺藍色熒光的異氰酸酯粘合劑在藍色和綠色圖像中有一種組分，但在紅色圖像中沒有任何組分。用0-255灰度等級的85以上的所有像素，從綠色和藍色圖像除去所有木腐像素，從而由單色紅色圖像得到一個掩膜片。顯示如圖14帶遮蔽的木腐的全彩色圖像。然后以如實施例1所用的相同方法，可以計算藍色和綠色圖像的未遮蔽像素的平均圖像強度。再將該平均圖像強度與粘合劑用量相關聯。木腐的量可能與紅色圖像的平均圖像強度相關聯。通過檢查紅色、綠色和藍色圖像，對這三種圖像的對應像素采用適當的圖像掩膜片技術或多元分析方法，分析額外的熒光成分。
盡管為了說明的目的，已經在上述說明中詳細說明了本發明，但應當理解，這些細節僅是為了該目的，在不超出由權利要求書所限定的本發明精神和范圍的情況下，本技術領域的技術人員可以對其技術進行修改。
權利要求
1.一種測定基體上粘合劑用量和分布的裝置，它包括a)長波紫外光源，它如此定位，以致由其發射的紫外光波與已涂布粘合劑的基體接觸，b)濾光片，它阻擋由光源a)發射和被基體反射的紫外光波，但允許由粘合劑熒光發射的可見光波通過，c)使可見光在焦點平面上成像的透鏡，d)在透鏡c)上定位的視頻攝相機，它把穿過濾光片b)和透鏡c)的可見光波轉換成電信號，和e)將由視頻攝相機d)接收到的圖像與和光源a)發出的紫外光波相接觸的基體上的粘合劑用量和分布關聯起來的設備。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中光源a)是紫外燈。
3.根據權利要求1所述的裝置，其中光源a)是4個或更多個紫外燈。
4.根據權利要求1所述的裝置，其中濾光片b)和透鏡c)如此定位，以致可見光波在通過透鏡c)之前通過濾光片b)。
5.根據權利要求1所述的裝置，其中濾光片b)和透鏡c)如此定位，以致可見光波在通過濾光片b)之前通過鏡頭c)。
6.根據權利要求1所述的裝置，其中濾光片b)由一個以上濾光片構成。
7.根據權利要求1所述的裝置，其中濾光片b)包括能阻擋紫外光波的濾光片。
8.根據權利要求6所述的裝置，其中濾光片b)包括寬帶通濾光片，其截止波長為400-600毫微米。
9.根據權利要求6所述的裝置，其中濾光片b)是選自于僅能使由發射熒光的粘合劑發出的可見光輻射通過的濾光片。
10.根據權利要求6所述的裝置，其中濾光片b)包括近紅外阻擋濾光片。
11.根據權利要求6所述的裝置，其中視頻攝相機d)是彩色視頻攝相機。
12.根據權利要求11所述的裝置，其中彩色視頻攝相機具有彩色帶通濾光片，它起濾光片b)中一片或多片濾光片的作用。
13.根據權利要求1所述的裝置，其中關聯設備e)能夠增強發射熒光的粘合劑和發射熒光的木質纖維素材料的圖像。
14.一種用于監測基體上粘合劑用量和分布的方法，該方法包括a)讓紫外光波照射涂有粘合劑的材料，其時間足以使粘合劑發熒光，b)收集由發射熒光的粘合劑發射的可見光波，c)使從b)收集到的紫外光波通過阻擋紫外光波的濾光片，d)使發射熒光的粘合劑發射的可見光波在視頻攝相機上成像，該視頻攝像機將圖像轉換成電信號，以及e)將在d)中視頻攝相機產生的電信號傳輸到把粘合劑用量和分布與接收的電信號相關聯的設備。
15.根據權利要求14所述的方法，其中在步驟e)中所使用的關聯設備是計算機，它編有將粘合劑用量和分布與由視頻攝相機產生的電信號相關聯的程序。
16.根據權利要求14所述的方法，其中粘合劑是基于聚異氰酸酯的材料。
17.根據權利要求14所述的方法，其中粘合劑是聚合MDI。
18.根據權利要求14所述的方法，其中c)中使用的濾光片還阻擋近紅外光波。
19.根據權利要求14所述的方法，其中c)中使用的濾光片還阻擋除了粘合劑之外的任何發熒光材料所發射的可見光波。
20.根據權利要求14所述的方法，其中增強已涂粘合劑材料的熒光與粘合劑熒光之間的對比度。
21.一種木質束板的生產方法，它包括a)向木質束涂布聚異氰酸酯，b)根據權利要求14所述的方法監測聚異氰酸酯/木質束材料，直到聚異氰酸酯用量和分布在前述測定的可接受范圍內。c)聚異氰酸酯/木質束材料制成要求的形狀或形式，和d)使聚異氰酸酯/木質束材料經受固化條件。
全文摘要
一種測定基體上粘合劑用量和分布的方法及設備,它包括:a)長波紫外光源(2),它如此定位,以致由其發射的紫外光波與已涂布粘合劑的基體(3)接觸;b)濾光片(5),它阻擋由光源a)發射并被基體反射的紫外光波,但允許由粘合劑熒光發射的可見光波(4)通過;c)使可見光在焦點平面上成像的透鏡(6);d)在透鏡c)焦點平面上定位的視頻攝相機(7),它把穿過濾光片b)和透鏡c)的可見光波轉換成電信號;和e)將由視頻攝相機d)接收到的圖像與和光源a)發射的紫外光波相接觸的基體上的粘合劑用量和分布關聯起來的設備。
文檔編號G06T1/00GK1332843SQ99815210
公開日2002年1月23日 申請日期1999年12月27日 優先權日1998年12月29日
發明者R·N·亨特, T·L·蒂姆 申請人:美國拜爾公司