Херсонський ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КУЦАК РУСЛАН СТАНІСЛАВОВИЧ

УДК 677.05.059:621.3.078.08

РОЗРОБКА СИСТЕМИ АНАЛІЗУ ТА КОНТРОЛЮ ЯКОСТІ ГОТОВОЇ ТЕКСТИЛЬНОЇ ПРОДУКЦІЇ

Спеціальність 05.19.03 – технологія текстильних матеріалів

Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

Херсон-2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Херсонському державному технічному університеті
Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: | кандидат технічних наук, доцент
Бражник Олександр Михайлович, Херсонський державний технічний університет, завідувач кафедри технічної кібернетики

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Поліщук Степан Олександрович,

Східно-український національний університет ім. В.Даля, професор кафедри економіки підприємства

кандидат технічних наук, доцент Смеречинська Ніна Родіонівна,

Київський національний університет технології та дизайну, доцент кафедри опоряджувального виробництва

Провідна установа:

Технологічний університет Поділля, кафедра хімічної технології, Міністерство освіти і науки України, м. Хмельницький

Захист відбудеться “21” травня 2004 р. о 1000 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.02 при Херсонському державному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон-8, Бериславське шосе, 24, корпус 1.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Херсонського державного технічного університету за адресою: м. Херсон-8, Бериславське шосе, 24, корпус 1

Автореферат розісланий “19” квітня 2004 р.

Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради |

Сумська О.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Відродження могутньої текстильної промисловості в Україні ставить завдання розробки методів автоматизованого контролю характеристик тканин, як у виробництві, так і при її сертифікації. Розвиток сучасної технічної бази комп'ютерної техніки дозволяє вирішити дану задачу на основі використання прецизійних систем введення інформації в комп'ютер і спеціальних методів обробки і представлення інформації. Колірні та структурні характеристики тканин належать до числа найважливіших показників, які характеризують властивості предметів матеріального світу, що нас оточує.

Використання сучасних технічних засобів, побудованих на базі комп'ютерних технологій, дозволяє значно скоротити витрати праці і часу на операціях контролю, а також підвищити якість контролю за рахунок виключення суб'єктивних помилок.

Однак специфіка тканини, як об'єкта контролю вимагає розробки спеціальних методик, які б забезпечили реалізацію потенційних можливостей комп'ютерних систем у задачах контролю й аналізу якості текстильних матеріалів.

Таким чином, дисертаційна робота присвячена актуальній задачі розвитку теоретичної бази, а також методів і технічних засобів апаратурного контролю якості текстильних матеріалів.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема досліджень є складовою частиною науково-дослідних робіт, що проводяться кафедрою технічної кібернетики Херсонського державного технічного університету в рамках теми БД 3/02 “Системи адаптивного керування теплоенергетичними установками за критерієм мінімуму енерговитрат”.

Тема затверджена рішенням експертної ради Міністерства освіти та науки України (протокол №2 від 30.10.01) в рамках координаційного плану “Нові технології та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості та агропромисловому комплексі”. Номер державної реєстрації 0102U005289. Особистий внесок автора полягає в розробці методів підвищення точності інструментального контролю якості текстильних матеріалів, написанні програмного забезпечення і визначенні режимів роботи приладів.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є розробка методів побудови математичного опису тканини, як об'єкта контролю і створення на цій основі методів і алгоритмів, які б дозволили використовувати сучасні технічні засоби у задачах аналізу і контролю якості текстильної продукції.

У відповідності з метою, були поставлені наступні задачі:

- проаналізувати і класифікувати методи та технічні засоби контролю колориметричних і структурних характеристик тканин;

- уточнити математичну модель тканини, як об'єкта контролю з метою визначення методів підвищення точності контролю;

- розробити методи підвищення точності оцінки колориметричних характеристик тканини при використанні сучасних сканерів;

- розробити методи підвищення точності оцінки структурних характеристик тканини;

- розробити алгоритми реалізації аналізу і контролю якості текстильної продукції з використанням сучасних планшетних сканерів і персональних комп'ютерів.

Об’єкт дослідження. Аналіз та контроль якості текстильної продукції.

Предмет дослідження. Комп'ютерна система аналізу і контролю якості готової текстильної продукції.

Методи дослідження в дисертаційній роботі базуються на Фур'є аналізі при побудові моделі, векторному аналізі при аналізі деформацій тканини, методах теорії імовірностей і математичної статистики при оцінці результатів експериментів, методах теорії випадкових процесів у задачах аналізу сигналів сканування, методах фільтрації при розробці методів підвищення точності, методах диференціального й інтегрального числення, а також на сучасних методах обробки сигналів і зображень у задачах нормування зображення тканини.

Наукова новизна одержаних результатів. Під час аналітичних та експериментальних досліджень автором отримані наступні результати:

- уточнена математична модель тканини як об’єкту контролю, яка враховує вплив збурень, що виникають при контролі тканин і викликають її деформацію;

- вперше визначені причини зниження точності контролю тканин при використанні планшетного сканера в якості датчика системи;

- удосконалений метод визначення колірних характеристик тканини з використанням координатного еталона;

- розроблений метод підвищення точності виміру щільності і перекосу утку тканини на основі операції нормалізації зображення.

Практичне значення одержаних результатів полягає у визначенні методів підвищення точності оцінки компонент вектора колірності і розробці методу використання координатного еталону при контролі колориметричних характеристик тканин за допомогою планшетних сканерів. Запропонована методика дозволяє нормувати метрологічні характеристики еталона і використовувати різні сканери без втрати точності. Розроблений метод нормування зображення тканини дозволяє підвищити точність визначення щільності тканини й кутів перекосу уткових ниток. Сукупність запропонованих методів відкриває можливість створення високоавтоматизованих систем аналізу якісних показників текстильних матеріалів.

Результати розробок передані для впровадження в ВАТ УкрНДІТП.

Особистий внесок здобувача полягає в аналізі науково-технічної літератури і патентної інформації; розробці програмного забезпечення та координатного еталону, необхідних для роботи системи; проведення експериментальних досліджень у лабораторних умовах; обробці результатів досліджень, формулюванні висновків.

В 6 наукових працях розглянуто можливість застосування системи на базі персонального компьютера та планшетного сканеру для визначення колориметричних та структурних характеристик готової текстильної продукції; розглянуто основні джерела похибки, які виникають при роботі системи та негативно впливають на результати вимірів; представлено методи, які дозволяють уникнути впливу цієї похибки на точність вимірів та експериментально доведено їх ефективність. Метод підвищення точності контролю колориметричних характеристик текстильних матеріалів із використанням координатного еталону захищений патентом України.

У наукових працях, опублікованих у співавторстві, здобувачу належить напрацювання експериментальних даних, теоретичне обґрунтування результатів, формулювання висновків.

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні та експериментальні положення дисертаційної роботи було викладено та обговорено на:

- міжнародній науково-технічній конференції “Автоматика 2001” (Одеса, 2001);

- всеукраїнській науково-технічній конференції “Проблеми легкої та текстильної промисловості на порозі нового століття”( Херсон, 2001 );

- засіданнях кафедри технічної кібернетики Херсонського державного технічного університету (Херсон 2000-2003 рр.).

Публікації за темою дисертації. Основні положення дисертації викладено в 6 наукових працях, які опубліковано в провідних фахових виданнях України.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу загальної характеристики роботи, п’яти розділів основної частини, висновків, літературних джерелі додатків. Дисертацію викладено на 165 сторінках машинописного тексту, вона містить 54 рисунки, 21 таблицю та 8 додатків на 32 сторінках. Список використаних наукових джерел охоплює 155 найменувань, із них 36 зарубіжних.

основний зміст роботи

У вступі подано короткий аналіз стану проблеми, обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, встановлено наукове та практичне значення одержаних результатів, сформульовано мету та основні задачі дослідження, які необхідно вирішити для її досягнення.

У першому розділі, що складається з чотирьох підрозділів, подано огляд літератури за темою дисертації, розглянуто оптичні властивості текстильних волокон і тканин та їх математичний опис, а також представлена класифікація способів виміру кольору текстильних матеріалів.

У наведених роботах зібрані результати дослідів ряду вчених присвячених вивченню кольорів та їх суміші. Закони змішання кольорів, сформовані на основі цих дослідів є теоретичною основою колориметрії.

Основними оптичними властивостями текстильних волокон, як і більшості інших фізичних тіл, є поглинання, переломлення, відбиття та розсіяння ними світла. Тобто випромінювання може проходити крізь тканину, відбиватися, поглинатися, переломлюватися та розсіюватися у ній. Практично для тканин усіх видів має місце сполучення цих явищ. Ці здатності текстильних матеріалів характеризуються відповідними коефіцієнтами: коефіцієнтом пропускання (?), відбиття (?), поглинання (?) та переломлення (n). Більшість тканин відносяться до непрозорих предметів з дифузійним відбиттям. Це відбиття, при якому дзеркальна складова помітно не виявляється, і практично весь відбитий потік випромінювання розсіюється. При цьому поверхня має у всіх напрямках однакову яскравість.

Розмаїтість існуючих волокон та тканин, а також їх фізико-хімічних характеристик призводить до появи таких властивостей як люмінесценція, радіотермолюмінесценція, блиск, колір, рівномірність фарбування, його стійкість та ін. Від останніх трьох характеристик великою мірою залежить якість та зовнішній вигляд текстильної продукції, тому своєчасний їх контроль є необхідним та дуже важливим.

У текстильних волокон переважають природні ахроматичні кольори. Їх розрізняють за світлотою, яка характеризується коефіцієнтом відбиття. Яскраві кольори волокон в більшості штучні. Хроматичні кольори, крім світлоти, характеризуються ще колірним тоном та насиченістю.

Способи виміру кольору і відповідні їм засоби вимірів, звичайно прийнято розділяти на три групи: візуальні, спектральні та фотоколориметричні. Однак всі ці способи мають свої недоліки, які обмежують їх застосування у вітчизняному текстильному виробництві.

У другому розділі ґрунтуючись на широко відомій моделі, яка розроблена в працях професора А.П. Храпливого, запропоновано представлення моделі у виді (1) |

(1) | При цьому опис тканини представляється як взаємодія хвиль із просторовими частотами n, m (2), які пов'язані із системою уткових і основних ниток. |

(2)

Ядром моделі є лінійний оператор (3), складений з коефіцієнтів ряду Фур'є і який відображає топологічні особливості об'єкта: |

(3)

Даний підхід одержує подальший розвиток, якщо коефіцієнти Фур'є визначені у виді, який явно зберігає взаємодію ниток утку й основи тканини:

(4) | Характер взаємодії елементів моделі визначається матрицями:

(5) | Таким чином, виділена компонента рівноважного рапорту S11, нерівноважна складова по утку S12 й по основі S21 і частка центрально симетричної складової рапорту S22. Зберігши достоїнства моделі (1), ми одержуємо можливість ввести деформації тканини x1=Bx безпосередньо в її модель. Найбільш розповсюдженим випадком загальної деформації полотнини тканини є перекіс утку.

Як наслідок деформації тканини виникає нова система одиничних хвиль взаємодії компонент структури тканини (6), пов'язана з виникненням верхньої і нижньої групи частот у Фур'є спектрі:

(6) | де нові просторові частоти визначаються компонентами ij матриці В:

(7)

Явище формування подвійної системи хвиль при деформації тканини викликає розбиття спектральної матриці на дві структурні складові: |

Модель тканини в цьому випадку відображає взаємодію двох об'єктів: |

(8)

Власне вираз (8) відображає існування обуреної і компенсуючої складової, а аналіз виразу (7) указує на існування субгармонік з частотами кратними 12/11 і 21/22.

Для опису взаємодії тканини з датчиком розглянутий характерний для задачі контролю випадок, коли поле датчика є меншим ніж поле об'єкту контролю.

З огляду на особливості даного представлення, використана модель виду (9) |

(9) | При цьому виникає необхідність переходу до чотирьохвимірного представлення векторів Фур'є, коефіцієнтів датчика і тканини в моделі (10):

(10)

І як наслідок, вводяться клітинні матриці опису взаємодії (11):

(11) | Таким чином спектральна матриця моделі як і раніше відображає основні топологічні властивості тканини, але здобуває більш складну структуру: |

(12) | При врахуванні деформації тканини відбувається поділ спектральних векторів(13):

(13) | Відповідно для збуреної структури розбивається і спектральна матриця:

(14) | Таким чином, зберігається вид моделі взаємодії тканини і датчика (15): |

(15) | Деформації полотнини тканини призводить до змішування компонентів, в наслідок чого стає неможливою роздільна оцінка всіх компонентів спектральних векторів моделі (16).

(16) | З огляду на те, що в задачі контролю структурних характеристик тканини з використанням сучасних методів сканування, характерним є представлення скануючого елемента як прямокутника довжиною L, висотою h і рівномірним розподілом чутливості, елементи спектральної матриці Smn здобувають вид (17). Таке представлення елементів спектральної матриці моделі підтверджує наявність істотної залежності результатів контролю від геометричних розмірів вікна датчика.

, | , | (17) | , | Одержати опис тканини як об’єкта контролю зі збереженням топологічних властивостей можливо за рахунок використання чотирьохкомпонентної моделі з просторовим зміщенням відліків у межах рапорту: |

(18) | Враховуючи рівномірність чутливості перетворювача у вікні і те, що рапорт x, y вписано в прямокутник, модель сигналу сканування можемо представити у виді (19):

(19) | де відліки беруться в точках(x,y), (x+x, y), (x, y+y), (x+x, y+y).

Таким чином, збереження чутливості моделі до топологічних властивостей тканини при її скануванні досягається контролем сигналу в чотирьох точках рапорту.

Для вирішення задачі контролю матеріалів, які мають ворсовий шар, нульова гармоніка моделі виділена в самостійну складову, що описує випадкове аперіодичне поле. |

(20)

Таким чином, показана можливість побудови узагальненої математичної моделі, яка враховує структурні особливості тканини, її колориметричні властивості, вплив шумових складових та параметрів вікна датчика, а також збурювань полотнини тканини.

Третій розділ присвячено дослідженню адекватності моделі.

Висока варіативність тканини, як об'єкта контролю, вимагає від математичної моделі врахування впливу всіх основних явищ, які виникають в процесі контролю якості готових тканин.

Для ідентифікації випадкової складової тканини досліджена автокореляційна функція R(x) сигналу сканування ділянки тканини.

Аналіз отриманих результатів експериментів дозволяє зроблений висновок про те, що випадкова складова має вид "хитавиці", з явно вираженою складовою структури переплетень, як короткохвильової складової і структури рапорту, як довгохвильової складової. Проведені дослідження показали, що випадкова складова має нормальний закон розподілу, а аперіодична складова має час кореляції не більш 10 періодів переплетення.

Специфіка представлення моделі у виді ряду визначає необхідність оцінки збіжності моделі. Як показали експериментальні дослідження для досягнення максимальної помилки менш 5% для тканин простого переплетення достатнє використання п'яти перших членів ряду.

На якість контролю істотно впливають ефекти, які виникають при взаємодії полотнини тканини і скануючого елемента датчика. Для оцінки адекватності моделі стосовно впливу параметрів розкладаючого елемента проведені експериментальні дослідження залежності сигналу оцінки компонент вектора колірності від розмірів вікна контролю.

Очікувана на основі моделі залежність (17) адекватна експериментальним даним.

У даному випадку вплив розмірів вікна на точність визначення координат вектора колірності знижується при збільшенні розмірів вікна. |

Одним з істотних моментів, що вимагає врахування при аналізі моделі, є дозволяюча спроможність датчика. У даному випадку помилка формується за рахунок шуму квантування, і при досягненні дозволяючою спроможністю значення, достатнього для виділення мінімального фрагмента тканини, варто очікувати різкого зменшення впливу даної складової. |

Дійсно, як показують експериментальні дані при дозволяючій спроможності більшій ніж 600 пікселів на дюйм дана складова помилки є несуттєвою.

Через те, що модель містить постійну складову, інтерес становить вплив параметрів вікна сканування на точність виміру складових колірного вектора при контролі матеріалів придатних для формування колірних еталонів. Проведено експериментальні дослідження впливу дозволяючої спроможності на точність визначення координат кольору паперового еталона.

Тут адекватною є модель, яка враховує характеристику вікна і наявність структурного сигналу. При малій дозволяючій спроможності вплив параметрів вікна є не суттєвим. В області середніх значень дозволяючої спроможності - достатніх для виділення нерівномірності структури папера, досить різко виявляється залежність від характеристики вікна, що зникає при дозволяючій спроможності достатній для виділення мінімальних фрагментів.

Важливим моментом, що вимагає аналізу, є вивчення випадкових складових, які з’являються у модель при використанні конкретного апаратурного рішення датчика. В роботі проведені експерименти по вивченню апаратурних погрішностей сканера, результати яких доводять, що найбільший внесок у помилку вносить часовий дрейф чутливості перетворювача сканера.

Як видно з результатів експерименту вплив дрейфу сканера є дуже значним. Характер дрейфу типовий для електронних пристроїв.

Таким чином зроблено висновок про адекватність математичної моделі задачі опису явищ, які відбуваються при контролі тканини одновіконним датчиком із прямокутною зоною контролю.

Четвертий розділ роботи присвячений розробці методів підвищення точності оцінки характеристик тканин при використанні сучасних скануючих датчиків. Запропоновано використання методу порівняння з координатним еталоном, як найбільш просте й ефективне рішення задачі підвищення точності визначення колірних характеристик тканин.

У даному випадку висока точність позиціонування, характерна для сучасних сканерів, дозволяє усунути часовий дрейф і уніфікувати колірні характеристики сканерів. Експериментально перевірена гіпотеза про рівність дрейфу еталону і тканині.

Апроксимуючою кривою регресійної моделі по червоній компоненті кольору є поліном п’ятого ступеню, з рівнянням виду:

y = 3.4e-0.09?x5 - 1.1e-006?x4 + 0.00013?x3 - 0.0064?x2 + 0.11?x + 38 | (20) | Для регресійних моделей по зеленій та синій компонентах, апроксимуючою кривою є відповідно поліноми шостого ступеню з рівняннями:

y = 1,5e-010?x6 – 5,8e-008?x5 + 8,4e-006?x4 – 0,00056?x3 + 0,917?x2 – 0,2?x + 45 | (21)

y = 4.5e-011?x6 – 1.7e-008?x5 + 2.4e-006?x4 – 0.00015?x3 + 0.0039?x2 +0.038?x + 95 | (22) | Аналіз рівнянь (20-22) свідчить, що помилкою, яка призводить до такого розкиду результатів вимірів, є дрейф кольорової чутливості сканеру. На основі отриманих даних, визначено точність, абсолютну та відносну погрішності знаходження координат кольору тканини, а також коефіцієнт кореляції регресійних моделей тканини та еталону.

Отриманні результати підтверджують викладене в теоретичній частині, а саме: дрейф кольорової чутливості сканеру робить його непридатним для отримання зображення тканини призначеного для безпосереднього, прямого виміру координат кольору. В основу методу координатного еталону покладено припущення, що систематична помилка визначення кольору, викликана нестабільністю кольоропередачі сканеру, з часом буде змінюватися однаково як для зразка так і для еталону. Це підтверджують розраховані коефіцієнти кореляції, які становлять: 0,9807 для червоної компоненти кольору, 0,9838 – для зеленої та 0,9046 – для синьої.

Іншим істотним моментом дослідження є проблема контролю структурних характеристик тканини. Аналіз отриманої математичної моделі дозволяє зробити висновок, що при наявності збурювань тканини точність визначення щільності різко падає. Виходячи з необхідності нормалізації структурних матриць моделі, як умови незалежності оцінки параметрів тканини розглянуто два методи - нормалізація з використанням автокореляційних функцій і пряме перетворення зображення. При використанні кореляційного методу виконувалася нормалізація до одержання синусоїдального закону автокореляції.

Незважаючи на зручність і простоту процедури даний підхід не дозволив досягти високої точності для тканин будь-якого переплетення, тому що при складному рапорті, одержання багатогармонічного сигналу важко з за періодичності по рапортам. Для підвищення точності процедури використаний метод безпосереднього перетворення, де після визначення по автокореляції очікуваних розмірів переплетення і деформацій виконувалася нормалізація поворотом.

Після виконання бінарізації нормованого зображення тканини усунуті погрішності викликані бічними частотами і точність визначення щільності тканини складає одну нитку, як мінімальна помилка квантування. Додатково визначаються параметри деформацій тканини, кут перекосу утку і нерівномірність структури.

Таким чином обґрунтовані метод покоординатного порівняння з еталоном при контролі колориметричних властивостей тканини і метод нормування зображення при аналізі структурних показників тканини.

П'ятий розділ роботи містить описи алгоритмів, які використовувалися при побудові математичного забезпечення системи і результати експериментальних досліджень системи.

В основу алгоритму визначення кольору тканини покладені процедури нормування зображення полотнини тканини, перетворення зображення тканини до суцільно однорідної середи, усунення впливу ворсу і роздільне визначення кольору стосовно координатного еталона.

Операція перетворення зображення тканини заснована на нормалізації моделі (19) і виділення гармонійної частини моделі. Другим кроком є формування зображення з виключенням стовпців, які містять негативні компоненти по стовпцях та строкам.

Отримане зображення тканини містить тільки інформацію про волокнистий матеріал і не залежить від структури тканини. Операція усунення впливу ворсу виконується виключенням викидів сигналів з базою меншою діаметра нитки.

У сукупності з використанням методу порівняння з координатним еталоном розроблений метод дозволив одержати оцінки, які не залежать від структурних показників тканини й апаратурного дрейфу характеристик скануючого пристрою.

У табл. 1 приведені результати виміру компонент вектора кольору для зразків тканини на тривалому інтервалі часу.

Сталість координат еталона показує, що досягнуто високу стабільність оцінок компонент вектора колірності і забезпечується можливість використання в системі стандартного сканера.

Таблиця 1

Залежність визначення просторових координат від часу

Час, хв.. | Синій зразок тканини | Жовтий зразок тканини

Координати еталону | Координати кольору | Координати еталону | Координати кольору

X | Y | Ч | З | С | X | Y | Ч | З | С

0 | 25 | 559 | 0,2392 | 0,3686 | 0,5882 | 594 | 262 | 0,9765 | 0,8627 | 0,5529

10 | 255590,2431 | 0,3647 | 0,5882 | 5942620,9686 | 0,8667 | 0,5569

20 | 255590,3255 | 0,4510 | 0,6157 | 5942620,9686 | 0,8745 | 0,6000

30 | 255590,3490 | 0,4510 | 0,6414 | 5942620,9686 | 0,8706 | 0,6000

40 | 255590,3569 | 0,4510 | 0,6275 | 5942620,9686 | 0,8706 | 0,6000

50 | 255590,3330 | 0,4471 | 0,6235 | 5942620,9725 | 0,8745 | 0,6039

60 | 255590,3529 | 0,4431 | 0,6275 | 5942620,9725 | 0,8706 | 0,5961

70 | 255590,3373 | 0,4431 | 0,6196 | 5942620,9686 | 0,8706 | 0,6000

80 | 255590,3216 | 0,4471 | 0,9275 | 5942620,9765 | 0,8745 | 0,6039

Проведені експерименти по контролю щільності показали, що при використанні просторових фільтрів досягти помилки оцінки щільності менш ніж 3 нитки на 10 сантиметрів не вдається. Застосування методу нормування зображення тканини дозволило одержати мінімальну помилку в одну нитку на 10 сантиметрів.

У ході роботи реалізований програмний продукт, що дозволяє реалізувати розглянуті методи в практиці лабораторій текстильних підприємств.

Розроблене програмне забезпечення системи передбачає:

- виконання сканування контрольованого образа тканини;

- нормалізацію зображення тканини;

- визначення компонентів вектора колірності;

- формування на основі бази дані повідомлення про колірність тканини;

- визначення щільності тканини й аналіз кута перекосу структури.

Для формування бази кольорів передбачений діалог з оператором при експлуатації системи.

Програмні засоби системи сумісні із системою MATLAB, що надалі дозволяє розвивати дану роботу в напрямку більш детального аналізу тканин і волокнистих матеріалів, так як експериментальні дослідження показали, що можливості системи дозволяють контролювати не тільки структуру тканини але й аналізувати характеристики ниток.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Створено систему аналізу колориметричних і структурних показників тканин на основі персонального комп’ютера та планшетного сканеру, виконаного за технологією контактного датчика зображень. Розроблена система разом із запропонованими методами попередньої обробки зображень відкриває можливість створення високоавтоматизованих систем аналізу якісних показників текстильних матеріалів.

2. Удосконалена математична модель взаємодії тканини і датчика, що дозволяє визначати причини зниження точності контролю - неправильний вибір характеристик вікна контролю, дозволяючої спроможності і наявність деформацій зразка тканини.

3. Експериментально підтверджено можливість застосування і високий ступінь адекватності математичної моделі і тканини.

4. Доведено, що використання координатного еталона дозволяє виключити дрейф електронної частини планшетного сканера, що забезпечує досягнення необхідних метрологічних характеристик.

5. Доведено, що застосування методу нормалізації зображення тканини дозволяє контролювати колірні характеристики волокнистого матеріалу тканини без врахування впливу структурних властивостей.

6. Показано, що усунення деформацій зображення тканини перед визначенням щільності забезпечує усунення помилок пов'язаних з перекосом.

7. Обґрунтовано й експериментально підтверджені вимоги до режимів роботи сканера.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДІСЕРТАЦІЇ

1. Храпливий А.П., Рожков С.О., Тимофєєв К.В., Куцак Р.С., Гадомський О.Л. Використання методу порівняння з еталоном при розробці системи контролю колірності тканин // Автоматика, Автоматизація. Електротехнічні комплекси і системи. – 2001.– № 1 (8).– С. 52-58.

Роль співавторів в написанні статті наступна: Храпливий А.П. – виділення проблеми та постановка задач досліджень, Рожков С.О. і Тимофеев К.В. – теоретичний аналіз питання, Куцак Р.С. – проведення експериментів, аналіз отриманих даних та формулювання висновків, Гадомський О.Л. – створення необхідного програмного забезпечення.

2. Храпливий А.П., Куцак Р.С., Бражник Д.О., Гадомський О.Л. Використання методу компенсації інформаційних потоків при автоматичному контролю щільності тканин // Автоматика, Автоматизація. Електротехнічні комплекси і системи. – 2001.– № 1 (8).– С. 37-43.

Роль співавторів в написанні статті наступна: Храпливий А.П. – виділення проблеми та постановка задач досліджень, Бражник Д.О., Куцак Р.С. – проведення експериментів, аналіз отриманих даних та формулювання висновків, Гадомський О.Л. – створення необхідного програмного забезпечення.

3. Храпливий А.П., Рожков С.О., Куцак Р.С., Гадомський О.Л. Система контролю якісних показників текстильних матеріалів // Труди міжнар. конф. з управління "Автоматика 2001". – Одеса. – 2001. – С. 159.

Роль співавторів в написанністатті наступна: Храпливий А.П. – виділення проблеми та постановка задач досліджень, Рожков С.О. – аналіз математичної моделі, Куцак Р.С. – проведення експериментів, аналіз отриманих даних та формулювання висновків, Гадомський О.Л. – створення необхідного програмного забезпечення.

4. Куцак Р.С. Розробка системи контролю кольоровості тканин // Легка промисловість. – 2002. – №2. – С. 58 – 59.

5. Куцак Р.С. Похибки вимірювання кольору тканини та способи їх усунення // Легка промисловість. – 2003. – №1. – С. 55.

6. Куцак Р.С. Використання методу координатного еталону в задачах експрес аналізу тканин //Автоматика, Автоматизація. Електротехнічні комплекси і системи. – 2003.– № 1 (12).– С. 146-148.

АНОТАЦІЯ

Куцак Р.С. Розробка системи аналізу та контролю якості готової текстильної продукції. – Рукопис.

Дисертація на здобуття науквого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.19.03 – технологія текстильних матеріалів. – Херсонський державний технічний університет, Херсон, 2004.

Дисертація присвячена питанням розробки технічних засобів контролю і аналізу текстильних матеріалів. Найбільш перспективним напрямком в вирішенні поставленої задачі є використання сучасних комп’ютерних систем, які мають прилади вводу оптичної інформації. Однак, безпосередній ввід до комп’ютеру зображення тканини за допомогою планшетного сканеру не дозволяє отримати потрібну точність контролю характеристик матеріалу через особливості об’єкту контролю.

Теоретичний аналіз отриманого математичного опису тканини як об’єкту контролю, і явищ, що виникають в процесі взаємодій в системі тканини – датчик показав, що головними причинами зниження точності контролю при використанні планшетних сканерів є: деформації полотнини тканини, часовий дрейф електронної частини сканеру, неправильний вибір дозволяючої спроможності і розмірів вікна контролю.

На основі уточненої моделі тканина – датчик визначені методи, використання яких дозволяє застосовувати планшетний сканер як датчик системи автоматизованого контролю тканини.

Підтверджений високий ступень адекватності розробленої моделі експериментальним даним.

На основі теоретичних та експериментальних дослідів визначені необхідні характеристики та режими роботи системи.

Теоретично та експериментально доведена доцільність використання методу порівняння з координатним еталоном задля підвищення точності і стабільності визначення компонент вектору кольору, при використанні планшетного сканеру.

Враховуючи те, що деформації тканини є основним джерелом помилки при визначенні щільності тканини і кута перекосу утку, обґрунтовано та досліджено метод нормалізації зображення тканини, використання якого дозволило забезпечити точність визначення щільності в межах однієї ниті.

Доведена необхідність обробки зображення тканини при визначенні її колірних характеристик. Показано, що перехід до зображення, яке сформоване тільки з волокнистої частини структури тканини, дозволяє позбавитися від помилки в визначенні колірності.

Розроблені та перевірені алгоритми, що реалізують запропоновані методи. Розроблені рекомендації по використанню системи, запропоновані рішення прийняті до впровадження.

Ключові слова: тканина, колір, координати кольору, світлота, насиченість, основа, уток, малі колірні розбіжності, щільність тканин, перекос структури тканини.

АННОТАЦИЯ

Куцак Р.С. Разработка системы анализа и контроля качества готовой текстильной продукции. – Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.19.03 – технология текстильных материалов. – Херсонский государственный технический университет, Херсон, 2004.

Диссертация посвящена вопросам разработки технических средств контроля и анализа текстильных материалов. Проведенный анализ литературных источников и используемых в практике методов и технических средств контроля качества тканей позволил сделать вывод о необходимости дальнейшего совершенствования методов контроля цветности и структурных характеристик ткани. Наиболее перспективным направлением в данной области является использование современных компьютерных систем, имеющих устройства ввода оптической информации. Однако непосредственный ввод с пользованием планшетного сканера изображения ткани в компьютер не позволяет получить достаточной точности оценки характеристик материала из-за специфики ткани.

Вариативность ткани, как объекта контроля и широкий спектр контролируемых параметров определил использование обобщенной модели, как основы для формирования описания отдельных явлений влияющих на метрологические характеристики системы. Показана возможность сохранить явные связи в топологической структуре модели и ткани, что обеспечивает распространение модели на задачи анализа явлений связанных с характеристиками раппорта ткани. Показано, что при возникновении деформаций полотна ткани возникают субгармоники с периодом значительно превышающим размеры раппорта ткани.

Теоретический анализ полученного математического описания ткани, как объекта контроля, и явлений, возникающих в процессе взаимодействия в системе ткань – датчик показали, что основными причинами снижения точности при использовании планшетных сканеров являются: деформации полотна ткани, временной дрейф электронной части сканера, неправильный выбор разрешающей способности и размеров окна контроля.

На основе уточенной модели ткань-преобразователь определены методы, использование которых позволяет использовать планшетный сканер в качестве датчика в системе автоматизированного контроля ткани.

Показано, что разработанная модель достаточна для прогноза явлений, снижающих точность контроля. На основе экспериментальных данных подтверждена применимость разработанной модели к задаче описания структурных свойств ткани. Подтверждена высокая степень адекватности частных моделей, описывающих влияние параметров сканирующей системы и деформаций ткани, экспериментальным данным.

Определены частные регрессионные модели влияния на точность разрешающей способности сканера, размера сканирующего окна и дрейфа электронной части сканера.

Показано, что при использовании эталона, выполненного на основе волокнистого материала, в частности бумаги, разрешающая способность сканера должна быть достаточной для выделения структурных компонент эталона. В противном случае, точность резко снижается из-за ошибок усреднения по эталону.

На основе теоретических и экспериментальных исследований определены требуемые характеристики и настройки системы.

Основываясь на теоретических положениях работы и данных эксперимента, обосновано применение метода сравнения с координатным эталоном как средства повышения точности и стабильности оценивания компонент вектора цвета, при использовании планшетных сканеров. Проведены исследования системы реализующей данный метод и подтверждена возможность использования стандартного планшетного сканера в системах экспертной оценки колористических характеристик тканей.

Учитывая, что деформации ткани являются основным источником ошибки при определении плотности ткани и угла перекоса утка, обоснован и исследован метод нормализации изображения ткани, что позволило обеспечить точность оценки плотности в пределах одной нити.

Обоснована необходимость преобразования изображения ткани при оценки цветовых характеристик. Показано, что при переходе к изображению, сформированному только по волокнистой части структуры ткани, устраняется ошибка в оценке цветности, вызванная структурой ткани. Расширение возможности оценивания цветности достигается только при цифровой обработке изображения ткани на компьютере, так как системы, не имеющие возможности преобразовать изображение ткани, не позволяют проводить раздельную оценку цветности волокнистого материала ткани и собственно полотна ткани.

Разработаны и апробированы алгоритмы, реализующие предложенные методы. Разработаны рекомендации по использованию системы, предложенные решения приняты к внедрению.

Ключевые слова: ткань, цвет, координаты цвета, светлота, насыщенность, основа, уток, разнооттеночность, плотность ткани, перекос структуры ткани.

SUMMARY

Kutsak R.S. System engineering of the analysis and quality surveillance of ready textile production. - Manuscript.

Dissertation for seeking the scientific degree of the Candidate of technical science on speciality 05.19.03 - technology of Textile Materials. - Kherson State Technical University, Kherson, 2004.

The dissertation is devoted to questions of development of means of the control and analysis of textile materials.

The most perspective direction in the given area is usage of modern computer systems of a having input device of the optical information. However immediate inlet with use of the tablet scanner of the map of a fabric in the digital computer does not allow to receive of an adequate accuracy of a rating of the characteristics of a material from for specificity of a fabric.

The theoretical analysis of the obtained mathematical exposition of a fabric, as plant of the supervision, and appearances originating during interactions in a system a fabric - sensor have shown, that the fundamental reasons of build-down of accuracy at usage of tablet scanners are: strains of a cloth of a fabric, temporal drift of an electronic part of the scanner, incorrect choice of resolution capability and dimensions of the window of the supervision.

On a basis of model the fabric - converter the methods are determined, which use allows to use the tablet scanner as the gauge in system of the automated control of a fabric.

The high scale of adequacy of individual models circumscribing influence of parameters of a scanning system and strains of a fabric, experimental data is confirmed.

On the basis of theoretical and experimental probings the required characteristics and tunings of a system are defined.

Being grounded on theoretical positions of operation and datas of experiment, the application of a method of matching with the coordinate standard as a means of boosting of accuracy and stability of an estimation a component of a vector of colour is justified, at usage of tablet scanners.

Taking into account strains of a fabric, as the fundamental radiant of an error at determination of density of a fabric and azimuth error a duck, is justified and the method of normalizing of the map of a fabric is probed, that has allowed to ensure accuracy of a rating of density in limits of one filament.

The necessity of transformation of the map of a fabric is justified at a rating of color responses. Is shown, that at junction to the map generated only by a filamentary part of structure of a fabric the error in a rating of chrominance called by structure of a fabric is eliminated.

Are developed and the algorithms the realizing offered methods are tested. The guidelines on usage of a system are developed the offered decisions are received to implantation.

Keywords: a fabric, colour, coordinates of colour, color tone, saturation, base, ducks, density of a fabric, distortion of structure of a fabric.

Відповідальна за випуск Сумська О.П.

Підписано до друку 05.04.2004 р.

Формат 60 х 90/16. Папір офсетний.

Умовн. друк. аркушів 0,9

Тираж 100 прим. Замовлення №3753

надруковано у видавництві ХДТУ,

73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24