Данные статистических исследований свидетельствуют о том, что отечественная текстильная отрасль по-прежнему имеет наибольший удельный вес в объемах производства легкой промышленности, который составляет около 45% или 1,67 млрд. долларов США. Причем наиболее емкий сегмент российской текстильной отрасли — рынок хлопчатобумажных тканей, которые сегодня доминируют на рынке (в 2008 году их доля среди выпускаемых тканых полотен составила 70%). В связи с этим вопросы обеспечения текстильных хлопкоперерабатывающих предприятий сырьем требуемого качества являются актуальными для многих предприятий и организаций. Одним из условий урегулирования отношений между поставщиками и потребителями хлопкового волокна является наличие объективных методов и средств измерений для оперативной оценки его качества. Однако в условиях, сложившихся за два последних десятилетия, текстильные предприятия и другие заинтересованные стороны на отечественном рынке хлопкового волокна не имеют достойной альтернативы зарубежным методам контроля и измерения его свойств. Отечественное приборостроение фактически не разрабатывает новых приборов и средств контроля уже более 30 лет. Это в свою очередь делает текстильные предприятия зависимыми от зарубежных поставщиков сырья и измерительного оборудования, что приводит к ущемлению интересов производителей текстильных изделий, а в конечном итоге интересов государства.
Одним из важнейших свойств, определяющих уровень качества хлопковых волокон является зрелость. Она дает возможность комплексной оценки технологичности волокон при производстве пряжи и далее при отделке текстильных полотен. К сожалению, стандартные методы, применяемые для измерения показателей зрелости, являются весьма трудоемкими, а главный их недостаток заключается в субъективности оценочных процедур. Поэтому главной целью данной работы является повышение объективности, точности и производительности оценки зрелости хлопковых волокон за счет использования современных информационных технологий.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.
Актуальность темы
Качество выпускаемой продукции является ее основной характеристикой, а таюке наиболее эффективным средством удовлетворения растущих запросов потребителей. Основное условие выпуска текстильной продукции, соответствующей установленным требованиям, заключается в эффективном функционировании системы обеспечения качества предприятия на всех этапах жизненного цикла продукции. Входной контроль поступающего на предприятия волокнистого сырья имеет особую актуальность для обеспечения качества и конкурентоспособности текстильных изделий, поскольку сырье является неотъемлемой частью готовой продукции, а стоимость волокна занимает значительную долю в ее себестоимости. Среди перерабатываемого волокнистого сырья натурального происхождения наиболее распространенным является хлопковое волокно. Важнейшим свойством хлопкового сырья является зрелость, которая определяет способность волокон к переработке и основные эксплуатационные характеристики изделий. Кроме этого, значимость данного свойства для хлопковых волокон обусловлена тем, что оно может эффективно применяться для косвенной оценки структурных и механических характеристик, а также отражать сорбцион-ные возможности волокон.
В основе известных методов определения показателей зрелости лежит экспертная оценка принадлежности исследуемого волокна к той или иной группе зрелости. Такой подход к процессу измерения обладает недостатками, связанными с определенной субъективностью, высокой трудоемкостью и низкой информативностью оценки. Перспективным решением данной проблемы является разработка инструментальных средств получения визуальной информации о хлопковых волокнах и алгоритмов ее обработки на основе современных информационных технологий с целью определения информативных показателей зрелости хлопковых волокон.
Цель и задачи исследования
Целью диссертационной работы является разработка метода определения показателей зрелости хлопковых волокон с использованием информационных технологий, позволяющего снизить трудоемкость и повысить объективность оценки качества хлопковых волокон. Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи:
— проведен критический анализ существующих методов оценки показателей зрелости хлопковых волокон;
— предложен новый показатель зрелости хлопковых волокон, позволяющий повысить информативность оценки данного свойства;
— установлена взаимосвязь между существующими и предлагаемым показателями зрелости хлопковых волокон;
— определен перечень количественных параметров, позволяющих распознавать хлопковые волокна различной зрелости по их внешнему виду;
— разработан алгоритм определения показателей зрелости хлопковых волокон по компьютерному изображению с использованием методологии вейвлет-преобразований и нейронных сетей;
— сформированы измерительные операции метода определения показателей зрелости хлопковых волокон с использованием программно-аппаратных средств;
— проведено исследование нового метода определения показателей зрелости хлопковых волокон в отношении качества процесса измерения;
— разработаны проекты документов по метрологическому обеспечению нового метода определения показателей зрелости хлопковых волокон.
Методы исследования. При выполнении работы применялись теоретические и экспериментальные методы исследования. В теоретических исследованиях использованы методы распознавания образов и выбора решений в условиях многокритериальных задач, в том числе теория искусственных нейронных сетей, а также численные методы прикладной математики, методы корреляционно-регрессионного анализа, методы математической статистики и математического моделирования. Основу экспериментальных исследования составил метод опто-электронного получения цифровых изображений. Кроме того, использованы известные методы получения поперечных срезов волокон. Полученные первичные данные подвергались обработке на измерительном комплексе МиниЛАБ-1 как стандартными пакетами прикладных программ, так и оригинальными программными продуктами.
Научная новнзна, В диссертационной работе согласно паспорту специальности 05.19.01 в области разработки методов оценки и контроля показателей качества текстильного сырья получены следующие научные результаты:
— выявлены и оценены основные способы визуализации хлопковых волокон различной зрелости, приемлемые для дальнейшей компьютерной обработки;
— предложен новый показатель зрелости хлопковых волокон, дающий более объективную информацию об уровне зрелости хлопковых волокон;
— установлен перечень признаков распознавания хлопковых волокон различной зрелости и выделены их количественные критерии;
— созданы графическая и математическая модели поперечного сечения хлопкового волокна;
— разработано устройство для автоматического получения изображений и подсчета хлопковых волокон в элементарной пробе;
— сформированы принципы гибридной компьютерной обработки цифровых изображений хлопковых волокон в поляризованном свете, основанные на использовании различных фильтров и конкурирующих алгоритмов получения измерительной информации;
— разработан алгоритм и составлена компьютерная программа для измерения показателей зрелости хлопковых волокон;
— установлены количественные соотношения между показателями зрелости волокон, определяемыми традиционными и предлагаемым методами измерения.
Практическая значимость работы состоит в том, что:
— получены нормативные значения предлагаемого показателя зрелости с целью их включения в национальные стандарты на хлопковое волокно;
— разработан объективный инструментальный метод измерения уровня зрелости хлопковых волокон с использованием серийно выпускаемых периферийных устройств;
— создана методика поверки компьютерного метода определения предлагаемого показателя зрелости хлопковых волокон;
— документирована методика выполнения измерений нового показателя зрелости хлопковых волокон, дающая предприятиям нормативную основу для применения компьютерного измерения в оценке качества хлопкового волокна.
Результаты работы используются в прядильном производстве и в службах технического контроля качества сырья на ОАО «Фурмановская прядильно-ткацкая фабрика № 2», а также в учебном процессе ИГТА в виде наглядных пособий и измерительного стенда для оценки зрелости хлопковых волокон, предназначенных для студентов специальностей 200 501, 200 503, 220 501, 80 401, 260 704 в рамках учебных дисциплин «Текстильное материаловедение» и «Товароведение текстильных товаров».
Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы доложены и получили положительную оценку на международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс — 2005, 2006), ИГТА, Ивановона межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые — развитию текстильной и легкой промышленности» (Поиск — 2005, 2006), ИГТА, Ивановона научно-технической конференции «Научные чтения студентов и аспирантов», ТГУ, Тольятти, 2005; на III международной научно-практической конференции «Потребительский рынок: качество и безопасность товаров и услуг», ОрелГТУ, Орел, 2004; на Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы проектирования и технологии изготовления текстильных материалов специального назначения (Техтекстиль-2005)», ДИТУД, Димитровград, 2005; на IX Всероссийской конференции «Проектирование, контроль и управление качеством продукции и образовательных услуг», ТГУ, Тольятти, 2006.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 15 печатных работ. Из них две статьи в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности», одна статья в журнале «Вестник ИГТА», один патент РФ на изобретение, один патент РФ на полезную модель, два свидетельства о регистрации разработок в Отраслевом фонде алгоритмов и программ, восемь тезисов конференций различного уровня.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 182 страницах, включает 47 таблиц, 66 рисунков.
Список литературы
состоит из 77 наименований. Приложения представлены на 24 страницах.
2.5 Выводы по главе.
В ходе проведенных исследований в области совершенствования количественной оценки зрелости хлопковых волокон получены следующие научные результаты.
Разработан новый показатель зрелости хлопковых волокон, гармонизированный с международной системой оценки зрелости, учитывающий особенности формы поперечного сечения волокон, за счет использования которого имеется возможность снизить относительную и абсолютную погрешность косвенных измерений данного свойства.
Установлен перечень признаков внешнего вида хлопковых волокон, позволяющих косвенно оценивать уровень зрелости хлопковых волокон и разработан ряд количественных параметров для распознавания волокон различной зрелости.
Разработана графическая и математическая модель поперечного сечения хлопкового волокна, позволяющая наглядно интерпретировать и сравнивать результаты измерения зрелости хлопковых волокон.
Получено эмпирическое выражение для косвенного измерения нового показателя зрелости хлопковых волокон, учитывающее выявленные признаки внешнего вида хлопковых волокон, наблюдаемые в поляризованном свете.
3 РАЗРАБОТКА ОПЕРАЦИЙ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ЗРЕЛОСТИ ХЛОПКОВОГО ВОЛОКНА.
3.1 Выявление последовательности операций инструментального метода измерения показателей зрелости хлопковых волокон.
Любой стандартизованный метод измерений [55] должен быть регламентирован в отношении следующих аспектов: применяемой аппаратурыпроцедур и условий отбора и подготовки проб к измерениямпроцедур выполнения измерений и обработки результатов измерений и их наглядному представлению. В процессе разработки компьютерного метода измерения показателей зрелости хлопковых волокон, в котором компьютер одновременно является и техническим средством получения первичной информации и устройством дальнейшей ее обработки, потребовалось решить ряд локальных научных и прикладных задач для каждого из этих аспектов. Прежде всего, определены основные технологические этапы процесса измерений, требующие соответствующего обоснования (рисунок 3.1).
Рисунок 3.1 — Принципиальная схема получения результата измерения коэффициента зрелости хлопковых волокон.
В качестве основного средства получения первичной графической информации ввиду их относительной доступности использованы:
— биологический микроскоп марки Motic серии В1 — 220 с увеличением объектива 10х, оснащенный поляризационным комплектом;
— цифровая камера-окуляр DCM-130 с размерами матрицы 1280×1024 и оптической системой с коэффициентом увеличения 10х, смонтированная с пластиной анализатора поляризационного комплекта.
Для обработки и анализа первичной информации используется компьютер с параметрами, соответствующими Pentium 4.
Для визуализации процесса измерений используется цветной TFT монитор любой марки.
В качестве программных средств используются: операционная система Windows ХР, интерфейсная программа видеокамеры Scopephoto и оригинальная измерительная программа.
На начальном этапе разработки нового метода решалась проблема, связанная с операцией подготовки к испытанию оптимальной пробы волокон. Для ее решения необходимо определиться с тем, в каком виде должен быть представлен объект исследования, какими параметрами должна обладать проба и каким требованиям должны удовлетворять вспомогательные средства и материалы, применяемые для приготовления пробы. Одновременно с этим необходимо определить требования к техническим средствам, включая аппаратные устройства и программные средства, приемлемые для получения и анализа цифровых изображений элементарных проб.
На втором этапе решались проблемы, связанные с созданием компьютерной программы для распознавания изображений отдельных волокон на общем фоне, выделения изображений волокон и последующего измерения параметров их внешнего вида, предложенных в разд. 2.3. Операции распознавания и выделения изображений волокон на общем фоне являются основой предлагаемого метода. Поэтому основным требованием к получаемым изображениям подготавливаемых проб, является их пригодность для распознавания отдельных волокон и принятия алгоритмом тех или иных решений в зависимости от степени выполнения заданных условий. В свою очередь задаваемые граничные условия и эмпирические зависимости необходимы для идентификации отдельных волокон и их классификации по уровню зрелости.
На последнем этапе разработки метода отлаживалась операция математической обработки массива данных об измеренных одиночных волокнах и определения по нему различных функциональных и параметрических показателей зрелости волокон, а также представления полученной информации в оптимальном виде.
В разд. 3.2. 3.7 представлено описание процесса проектирования метода по каждой измерительной операции, включая все используемые варианты технических решений. Разработка аппаратной части метода описана в разделе 4.
3.2 Формирование элементарной лабораторной пробы для измерения показателей зрелости хлопковых волокон.
Целью исследований на данном этапе является апробирование и регламентирование операций, которые позволяли бы получать пробу, пригодную для съемки электронной видеосистемой. В частности, были поставлены и решены следующие задачи:
— уменьшение трудоемкости операций формирования пробы;
— создание надежного варианта фиксации волокон элементарной пробы на протяжении процесса ввода информации;
— обеспечение возможности однозначного принятия решений при запуске рабочего алгоритма за счет получения четкого и контрастного изображения волокон относительно фона.
Относительно каждой из указанных задач были опробованы различные варианты их решения и проведены практические исследования. Прежде всего, следует отметить, что измерения проводятся над небольшой выборкой волокон, представляющей собой малую среднюю лабораторную пробу массой 4.5 г. Отбор малой средней лабораторной пробы из партии хлопкового волокна и предварительная подготовка волокон к испытанию (в т.ч. приготовление окончательной пробной ленты) проводится согласно требованиям [52].
Из окончательной пробной ленты готовится штапель массой 25.30 мг и раскладывается вручную с помощью зажимов № 1 и № 2 на предметные стекла таким образом, чтобы в поле зрения микроскопа можно было наблюдать отдельные распрямленные волокна. Оптимальная плотность расположения волокон в элементарной пробе соответствует 18.20 хлопковым волокнам, видимым в одном поле зрения при коэффициенте увеличения 100х. Образец приготовления элементарной пробы волокон с точки зрения плотности расположения волокон приведен на рисунке 3.2. Таким образом, раскладываются все волокна штапеля. Количество предметных стекол, полученных из одного штапеля, может оказаться от 10 до 15 в зависимости от количества волокон в штапеле.
Рисунок 3.2 — Образец приготовления элементарной пробы волокон для определения зрелости компьютерным методом.
Для уменьшения трудоемкости раскладки волокон на предметные стекла целесообразно использовать прибор МРВ-1 [56], при этом неконтролируемые волокна короче 20 мм допускается не учитывать и предварительно вычесывать их из штапеля с помощью гребня с частотой 10 игл на 1 см. Важным условием является сохранение параллельного и прямолинейного расположения волокон в элементарной пробе, поскольку даже небольшие отклонения или искривление волокон приводят к изменению разности хода обыкновенного и необыкновенного лучей и искажению интерференционной картины.
Уложенные на предметном стекле волокна сразу фиксировались другим предметным стеклом, при этом его толщина должна быть не более 0,8. 1,0 мм, поскольку при большей толщине верхнего стекла снижается четкость изображения волокон из-за слишком малого фокусного расстояния объектива применяемого проекционного устройства. Таким образом, для приготовления элементарных проб были выбраны предметные стекла СП7105 (ОАО «Мини-мед»), имеющие подходящие размеры. Использование же стандартного покровного стекла (толщиной 0,1 мм) хотя и позволяет получать изображения с максимальной четкостью, но оказывается неудобным для дальнейшей фиксации и просмотра волокон ввиду малых размеров стекла (максимальный размер покровного стекла составляет лишь 20×20 мм).
Для надежной фиксации волокна в процессе переноса элементарной пробы на предметный столик микроскопа и ввода информации в память компьютера использованы узкие фрагменты резиновых трубок диаметром 8 мм с толщиной стенок порядка 0,8.1,0 мм. Применение других средств (металлических скоб, резиновых трубок с более толстыми стенками и большим диаметром) приводило либо к перепаду фокусного расстояния или к недостаточному прижиму стекол, что в конечном итоге искажало изображения волокон в пределах поля зрения и не позволяло получить требуемое изображение.
В процессе исследований были опробованы варианты элементарных проб, в которых волокна находились в воздушной среде (рисунок 3.3, а), и в водной среде (рисунок 3.3, б).
Рисунок 3.3 — Изображения волокон, находящихся в воздушной среде (а) и смоченных дистиллированной водой (б).
Из рисунка 3.3 видно, что волокно, находящееся в водной среде, частично теряет свои оптические свойства, становясь более прозрачным (светлым по отношению к фону) и более однородным по интенсивности. В свою очередь это может привести к потере информации, относящейся к такому признаку как «морфология поверхности», основанному на оценке неоднородности изображения волокна в поперечном направлении. В результате принято решение об отказе от использования каких-либо сред, смачивающих волокно, в т. ч. воды.
3.3 Осуществление предварительных процедур и получение цифрового изображения пробы хлопковых волокон для измерения показателей зрелости.
Главным результатом выполнения исследований на данном этапе является отработка операций получения воспроизводимых изображений элементарных проб, удовлетворяющих определенным требованиям. Эти требования относятся к интенсивности фона, к его однородности на всех участках изображения, а также к четкости изображений самих волокон.
Согласно описанию методов определения зрелости в поляризованном свете [13], все они основаны на явлении дихроизма, заключающемся в различном поглощении обыкновенного и необыкновенного лучей, наблюдаемом в кристаллах (в .т.ч. в волокнах). Разделение луча света (рисунок 3.4), проходящего через кристалл на два поляризованных луча — обыкновенный О, с постоянным показателем преломления во всех направлениях, и необыкновенный Н, с переменным показателем преломления в зависимости от направления, носит название двойного лучепреломления.
Рисунок 3.4 — Поляризация света при двойном лучепреломлении.
В отличие от обычного естественного луча света 1, колебания которого происходят в различных плоскостях, колебания поляризованного луча совершаются только в одной плоскости. Плоскость 2 колебаний необыкновенного луча Н называется главным сечением, проходящим через естественный луч и оптическую ось 3 волокна. Оптическая ось совпадает с продольной о 3 осью волокна. Плоскость 4 колебаний обыкновенного луча всегда перпендикулярна главному сечению.
Явление двойного лучепреломления можно наблюдать при взаимно перпендикулярном расположении оптических осей двух поляроидов (рисунок 3.5), один из которых выполняет функцию поляризатора 7, а другой — анализатора 2. Свет, поляризованный в поляризаторе, не проходит через анализатор и на выходе данной оптической системы никакого луча быть не должно. Поэтому поле зрения микроскопа остается темным. е.
Рисунок 3.5 — Схема поляризационного приспособления.
При рассмотрении волокна, находящегося внутри такой системы поляроидов, его изображение отличается от темного фона, так как дает интерференционную окраску определенного цвета. Причиной этого является то, что необыкновенный луч Н, прошедший через поляризатор 7, проходит через волокно 3 и повторно разделяется на обыкновенный Он и необыкновенный Нн. Колебания необыкновенного луча. Нн распространяются с меньшей скоростью, чем колебания обыкновенного луча О,. Это обуславливает разность хода этих двух лучей. Разность хода будет тем больше, чем больше толщина волокна и выше ориентация молекул в кристалле, которым является волокно. При этом лучи Он и Н&bdquoне могут интерферировать, так как колеблются в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Когда лучи доходят до анализатора 2, происходит третье по счету двойное лучепреломление. При этом анализатор пропускает только необыкновенные лучи Нон и Н, ш (на рисунке не показаны), возникающие как от обыкновенного Он, так и от необыкновенного Ни лучей и колеблющиеся в одной плоскости. Поскольку луч Ннн по фазе отстает от луча Нон, происходит взаимное наложение необыкновенных лучей и усиление света, пропускаемого анализатором. Степень усиления света и цветовая окраска зависит от величины разности хода лучей. Важно, что геометрические оси волокон должны быть расположены под углом 45° оптическому сечению поляризатора и анализатора. В этом случае влияние обоих поляроидов на интерференционную окраску волокон будет одинаковым.
Согласно [13, 26] для усиления цветовой интерференционной окраски необходимо использовать кристаллическую пластинку «красная первого порядка», которая создает дополнительную разность хода лучей в 530 нм. При этом оговаривается, что кристаллическую пластинку располагают так, чтобы оптические оси волокон и пластинки совпадали.
Проведенные исследования показали, что применение такого элемента оптической системы как кристаллическая пластинка является излишним и даже нежелательным. Причины такого решения заключаются в следующем.
Во-первых, несовпадение геометрических осей волокон и оптической оси пластинки приводит к искажению добавляемой разности хода лучей и к увеличению дополнительной погрешности метода. Эту погрешность трудно оценить количественно и исключить из результата, поскольку даже в идеально приготовленной элементарной пробе невозможно добиться полного распрямления и параллелизации волокон. Изгибы оси многократно наблюдаются у каждого волокна, и их величина не поддается оценке.
Во-вторых, установка кристаллической пластины требует дополнительных крепежных приспособлений, что приводит к удорожанию проекционного устройства и необходимости контроля правильности установки.
В-третьих, усиление интерференционной окраски, которое требовалось ранее из-за плохой разрешающей способности человеческого глаза, становится ненужным в связи с применением чувствительных устройств ввода-вывода графической информации, таких как цифровая камера-окуляр.
Таким образом, в предлагаемом компьютерном методе измерения показателей зрелости хлопковых волокон подготовительные операции получения изображения элементарной пробы не требуют установки кристаллической пластины «красная первого порядка».
С учетом приведенного обоснования операции по получению цифрового изображения элементарной пробы состоят в следующем. Подготовленная проба волокон (препарат между скрепленными предметными стеклами) устанавливается на предметном столике микроскопа в специальный держатель двухкоординатного позиционера. В отверстие для окуляра микроскопа до упора вставляется камера-окуляр (рисунок 3.6), сопряженная с анализатором в металлической оправе.
Корпус камеры-окуляра.
Анализатор
Рисунок 3.6 — Изображение камеры-окуляра, собранной вместе с анализатором поляризационного комплекта.
Соединение камеры-окуляра с компьютером осуществляется через USB-кабель, один разъем которого необходимо вставить в гнездо на корпусе камеры, а другой — в один из USB-портов компьютера.
При первичной сборке камеры-окуляра с микроскопом необходимо убедиться в совмещении специальных меток на корпусе микроскопа и камеры для правильного расположения оптической оси анализатора по отношению к оптической оси поляризатора (под углом 90°) и к пробе (под углом 45°), расположенной на предметном столике. В дальнейшем это положение фиксируется с помощью клеевого состава и не меняется. Затем в окно для подсветки микроскопа устанавливается матовый стеклянный светофильтр для уменьшения колебаний яркости между различными участками получаемого изображения. Сверху на окно подсветки устанавливается поляризатор в металлической оправе так, чтобы совместились соответствующие метки на корпусе микроскопа и на оправе поляризатора. После включения компьютера и подсветки микроскопа он готов к настройке резкости и получению изображения элементарной пробы. При соблюдении условий расположения поляризатора и анализатора фон поля зрения микроскопа должен быть ахроматическим и темным. Проба располагается в крайнем положении (слева или справа относительно оператора) путем вращения нижнего настроечного винта двух-координатного позиционера. Положение пробы во фронтальном направлении выбирается пользователем при настройке резкости непосредственно перед получением изображения и устанавливается вращением верхнего винта позиционера.
Условия выполнения подготовительных операций предусматривают соблюдение климатических условий в соответствии с требованиями [57]. Дополнительные требования к параметрам, характеризующим условия получения изображения и влияющим на получаемые результаты, определены в результате оптимизационного эксперимента (см. разд. 4.3) и приведены в таблице 3.1.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Одним из условий обеспечения корректных взаимоотношений между поставщиками и потребителями хлопкового волокна является наличие методов и средств контроля его качества, соответствующих метрологическим требованиям. Это в полной мере относится и к такому технологическому свойству хлопковых волокон как зрелость. Существующие стандартные методы определения уровня зрелости и большинство разработок в этой области основаны на субъективном восприятии оператора внешних признаков волокон, таких как цвет, извитость, толщина, при этом используются гипотетические модели зрелого волокна, построенные по продольному виду волокон.
В диссертационной работе предложен метод, основанный на компьютерной обработке и анализе цветного цифрового изображения волокон, полученного в поляризованном свете. Надежность работы метода обеспечивается применением комплекса признаков распознавания зрелых и незрелых волокон. С учетом поставленной цели диссертационной работы по разработке метода определения показателей зрелости хлопковых волокон, позволяющего снизить трудоемкость и повысить объективность оценки качества хлопковых волокон, получены следующие научные и практические результаты:
1) на основе анализа существующих методов определения зрелости хлопковых волокон, среди которых основную долю составляют органолептические методы, выявлены основные способы визуализации изображений волокон, приемлемые для дальнейшей компьютерной обработки;
2) разработан новый показатель зрелости хлопковых волокон, учитывающий особенности формы поперечного сечения волокон и дающий более объективную информацию об уровне зрелости хлопковых волокон;
3) установлен перечень внешних признаков для распознавания хлопковых волокон различной зрелости и выделены их количественные критерии, позволяющие повысить надежность определения уровня зрелости волокон;
4) создана графическая и математическая модель поперечного сечения хлопкового волокна, позволяющая наглядно интерпретировать и сравнивать результаты измерения зрелости волокон;
5) разработано устройство для автоматического получения изображений и подсчета хлопковых волокон в элементарной пробе, позволяющее повысить производительность компьютерного метода измерений;
6) реализованы принципы гибридной компьютерной обработки цифровых изображений хлопковых волокон в поляризованном свете, основанные на использовании различных математических фильтров и конкурирующих алгоритмов получения измерительной информации;
7) составлена компьютерная программа для измерения показателей зрелости хлопковых волокон с учетом эмпирических соотношений между показателями зрелости волокон и количественными критериями основных признаков распознавания волокон различной зрелости;
8) выделены операции способа определения зрелости хлопковых волокон, которые регламентированы в методике выполнения измерений;
9) предложена методика поверки компьютерного метода измерения показателя зрелости хлопковых волокон, позволяющая объективно оценивать пригодность нового метода измерения.
Обозначенная цель диссертационного исследования достигнута, в частности, подтверждена величина предельной погрешности измерений нового показателя зрелости предлагаемым методом, которая соответствует принятым требованиям в области оценки качества.
В качестве рекомендаций по практическому применению разработанного метода измерения показателей зрелости хлопковых волокон предлагается:
— организовать массовое производство измерительного стенда и выпуск программного обеспечения для нужд отечественных текстильных предприятий, имеющих в своем составе прядильное производство;
— провести аттестацию разработанной методики выполнения измерений в органах государственной метрологической службы для широкого применения всеми заинтересованными сторонами;
— ввести в перечень стандартных показателей качества хлопковых волокон предложенный показатель зрелости;
— установить шкалу нового показателя зрелости с целью определения сорта хлопковых волокон и внести изменения в действующий в Российской Федерации стандарт технических условий.
