Обоснование показателей скрученности самокрученой пряжи и разработка автоматизированного метода их измерения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.19.01, кандидат наук Волгин, Александр Борисович

• Волгин, Александр Борисович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Волгин, Александр Борисович

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Современное состояние проблемы оценки 9 показателей крутки самокрученой пряжи

1.1. Структура самокрученного продукта. 9

1.2. Понятие скрученности пряжи и ее характеристики. 11

1.3. Влияние скрученности на свойства пряжи. 15

1.4. Обзор существующих методов измерения показателей 16 скрученности пряжи.

1.5. Цель работы и постановка задач исследований. 28

1.6. Выводы по главе 1. 29 Глава 2. Обоснование показателей для оценки скрученности 30 самокрученой пряжи и разработка метода их определения на основе компьютерного анализа изображения.

3.1 Обоснование показателей для оценки скрученности 30 самокрученой пряжи.

3.2 Разработка метода определения показателей скрученности. 33

2.2.1 Виды цифрового изображения и основные характеристики. 36

2.2.2 Выбор устройства для получения цифрового изображения 42 самокрученой пряжи.

2.2.3 Разработка программно аппаратного комплекса. 46

2.2.4 Распознавание образов. 48

2.2.5 Анализ цифрового изображения самокрученой пряжи с 49 целью определения метода распознавания.

2.2.6 Анализ цветового контраста цифрового изображения 53 самокрученой пряжи.

2.2.7 Сегментирование. Предварительная обработка. 61

2.2.8 Бинаризация изображения. 66

2.2.9 Разработка алгоритма распознавания ключевых мест, 72 характеризующих крутку самокрученой пряжи.

определения показателей скрученности. Выводы по главе 2. 78

Глава 3. Разработка программного обеспечения для расчета 80 показателей скрученности самокрученой пряжи и экспериментальная апробация автоматизированного метода их определения.

3.1 Расчет показателей скрученности пряжи по 80 результатам анализа.

3.2 Экспериментальная апробация автоматизированного 84 метода определения показателей скрученности самокрученой пряжи.

3.2.1 Методика проведения экспериментальных исследований. 84

3.2.2 Анализ экспериментальных данных. 87 3.3 Сравнительный анализ затрат времени на проведение 96 анализа показателей скрученности самокрученой пряжи.

Выводы по главе 3. 97

Основные результаты и выводы по работе 98

Список литературы. 100

Приложение I (исходный текст ПО). 105

Приложение II (экспериментальные данные). 109

Приложение III (протоколы испытаний). 121

Приложение IV (Проект. Приложение №1 Метод определения 124 показателей скрученности самокрученой пряжи).

Приложение V (акт производственной проверки программно- 125 аппартаного комплекса для определения показателей скрученности самокрученой пряжи).

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование показателей скрученности самокрученой пряжи и разработка автоматизированного метода их измерения»

Актуальность работы. Производство самокрученых текстильных продуктов обладает рядом экономических и социальных преимуществ: повышенную производительность труда, уменьшенное потребления электроэнергии, более экономичное использование сырья.

Конкурентоспособность продукции определяется соотношением качественных и стоимостных показателей, она весьма важна для определения экономической состоятельности предприятия, как на внутреннем так и на внешнем рынках. Для повышения конкурентоспособности продукции весьма важным является возможность осуществлять оперативный контроль качества. Серия стандартов ИСО 9001:2008 устанавливает требования к системам менеджмента качества и является единственным стандартом, в соответствии с которым может быть проведена сертификация. Данные стандарты подразумевают разработку нормативных документов для отслеживания качества продукции на любых этапах ее производства.

Качество самокрученого текстильного продукта определяется сырьевым составом, а также рядом показателей таких как линейная плотность, разрывная нагрузка и неровнота по данным величинам. Кроме того самокрученая пряжа характеризуется рядом геометрических параметров. Одними из важнейших параметров влияющих на прочность пряжи, ее жесткость на изгиб, а также на пригодность ее в трикотажном производстве являются показатели, характеризующие скрученность пряжи.

В силу специфики строения самокрученой пряжи показатели скрученности, используемые для пряжи кольцевого и пневмомеханического прядения, такие как крутка, укрутка, штопорность и др. не могут в полной мере охарактеризовать указанное свойство. В настоящее время отсутствуют государственные стандарты на

номенклатуру и методики определения показателей скрученности самокрученой пряжи, поэтому обоснованный выбор показателей скрученности, разработка методик их определения и их приборного обеспечения представляется актуальной задачей.

Отсутствие нормативных методов определения геометрических параметров самокрученой пряжи представляет собой существенную проблему для контроля качества данной продукции. В настоящее время в условиях фабричной лаборатории оценка показателей скрученности производится с помощью круткомеров. Однако из-за наличия в пряже зон разнонаправленной крутки измерения производятся на коротких участках (меньших, чем длина зон кручения). Количество образцов необходимых для оценки параметров скрученности минимум в три раза превосходит количество образцов используемых для контроля скрученности пряжи традиционной структуры. Это требует дополнительных трудовых и временных затрат и не позволяет вести контроль качества оперативно. В связи с этим требуется разработка метода определения геометрических параметров самокрученой пряжи, позволяющего вести оперативный контроль и обеспечивающего автоматизацию измерений. Для разработки необходимого метода измерений перспективным видится использование современных информационных технологий. Текущий уровень информатизации всех сфер жизни позволяет решать множество задач в современных промышленных условиях. На сегодняшний день уже существуют методы определения различного рода характеристик пряжи, основанные на информационных технологиях, в частности на анализе цифрового изображения пряжи, однако они не позволяют определять показатели скрученности самокрученой пряжи.

Цель работы. Цель диссертационной работы заключается в повышении информативности и сокращении времени контроля показателей скрученности самокрученной пряжи путем обоснованного применения новых показателей и создания автоматизированного метода их получения.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

• Изучен комплекс показателей, используемых для оценки показателей скрученности пряжи;

• Изучены существующие методы определения показателей скрученности пряжи;

• Обоснован ряд новых показателей для характеристики скрученности самокрученой пряжи с учетом специфики ее строения;

• Предложен автоматизированный метод для определения известных и предложенных показателей скрученности;

• Проведен выбор технических средств для получения первичного изображения анализируемой пряжи, разработан и изготовлен стенд;

• разработан компьютерный метода анализа показателей скрученности самокрученой пряжи, с использованием средств распознавания образов;

• разработано программное приложение для осуществления анализа цифрового изображения самокрученой пряжи с целью определения ее показателей скрученности;

• проведение экспериментальные исследования по установлению адекватности предложенного метода.

Соответствие роботы паспорту специальности научных работников. Вопросы, рассматриваемые в настоящей работе соответствуют следующим пунктам паспорта специальности 05.91.01 - материаловедение производств текстильной и легкой промышленности:

1. Строение, свойства и показатели качества натуральных и химических волокон, нитей и полупродуктов прядения, ткачества и отделки. В части изучения показателей скрученности самокрученой пряжи.

7. Методы оценки и контроля показателей качества, стандартизации, сертификации и управление качества материалов и изделий в текстильной и легкой промышленности. В части разработки метода оценки и контроля показателей скрученности самокрученой пряжи.

10. Методы автоматизации оценки качества материалов и изделий текстильной и легкой промышленности в части разработки программных и аппаратных средств для автоматизированного контроля показателей скрученности самокрученой пряжи.

Методы исследования. В качестве методической и теоретической основы для исследований выступили труды по текстильному материаловедению. В теоретических методах использованы методы обработки цифровых изображений, вычислительные методы, а также методы математической статистики. В ходе работы использовались такие программные приложения как MathCAD и САПР Solid Edge. Экспериментальные исследования проводились на разработанном программно-аппаратном комплексе.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые:

1. Предложен ряд дополнительных показателей скрученности пряжи, расширяющих информативность оценки качества самокрученой пряжи;

2. Обоснованы параметры изображения и методика выделения ключевых мест для распознавания крутки на оцифрованном изображении самокрученой пряжи с учетом цвета нити и фона;

3. Разработан автоматизированный метод определения известных и вновь предложенных показателей скрученности самокрученой пряжи.

Практическая значимость работы заключается в разработке программно-аппаратного комплекса, позволяющего существенно сократить время оценки показателей скрученности самокрученой пряжи и за счет этого повысить оперативность контроля качества пряжи в целом.

Введение вновь предложенных показателей скрученности пряжи позволяет оперативно анализировать ход технологического процесса прядения и своевременно устранять его нарушения.

Апробация работы. Основные материалы диссертации докладывались и получили положительную оценку на: Международной научной конференции «Актуальные проблемы науки в развитии инновационных технологий для экономики региона (Лён-2010), Кострома: КГТУ, 2010; Международной научной конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс-2012), Иваново: ИГТА, 2012; Общероссийском научном семинаре «Технология текстильных материалов» при Академии инженерных наук им. А.М.Прохорова; Расширенном заседании кафедры технологии и материаловедения швейного производства.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ. 3 статьи в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности», две статьи в журнале «Вестник КГТУ», одна статья в электронном журнале «Научный вестник КГТУ», и 3 в сборниках тезисов научных конференций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения и 3-х глав. Материал представлен на 125 страницах машинописного текста, содержит 28 рисунков, 18 таблиц, список литературы из 51 наименований и включает 5 приложений.

Заключение диссертации по теме «Материаловедение производств текстильной и легкой промышленности», Волгин, Александр Борисович

Выводы по главе 3

1. Предложены формулы и алгоритмы для расчета известных и вновь введенных показателей скрученности самокрученой пряжи.

2. Выбранный для экспериментальных исследований ассортимент самокрученой пряжи охватывает практически весь диапазон их по сырьевому составу и достаточно полно представляет используемую цветовую гамму.

3. Выбор метода ручного подсчета в качестве базового метода при проведении сравнительных испытаний предложенного и существующих методов обоснован его универсальностью и возможностью получения всего диапазона показателей скрученности.

4. По результатам сравнительных испытаний установлена адекватность предлагаемого и базового методов, что позволяет сделать вывод о возможности его использования в производственных и исследовательских лабораториях.

Основные результаты и выводы по работе

1. В результате анализа источников научно-технической информации установлено, что:

• Существующая система показателей скрученности пряжи не позволяет достаточно полно оценить скрученность самокруточных нитей, не учитывает их специфику и нуждается в дальнейшем развитии.

• Существующие методы определения показателей скрученности, используемые для анализа самокрученой пряжи, требуют значительных затрат труда и времени.

• Наиболее полно для определения показателей скрученности подходят методы автоматизированного распознавании образов на цифровом изображении нити, однако они нуждаются в усовершенствовании направленном на учет специфики этого текстильного продукта.

2. Установлено, что для описания скрученности самокрученой пряжи необходимо введение новых единичных показателей таких как: неровнота по крутке, средняя длина переходных участков крутки, относительная разность круток в Э- и 2-зонах, максимальная длина нулевой зоны.

3. Установлено, что для реализации автоматизированного определения показателей крутки изображение должно отвечать следующим требованиям: Сечение нити на изображении должно описываться не менее, чем 10-ю пикселями, т.е. разрешение должно быть не менее 300 рр1; ширина кадра должна быть не менее 4-х сечений анализируемой нити; отображаемая на изображении длина образца должна составлять

не менее 2,5 м.

4. Установлено, что для распознавания элементов крутки на нити рациональным является метод, основанный на анализе геометрических характеристик объекта, включающий жесткую пороговый) обработку, бинарицацию методом Оцу с последующим распознаванием направления крутки и мест перекрытия стренг.

5. Экспериментально установлено, что для распознавания изображений самокрученой пряжи светлых цветов целесообразно получать изображение на черном фоне, в то время, как для нитей средних и темных цветов - на белом.

6. Получены регрессионные уравнения зависимости значений цветов затемненных участков нити от значений цветов незатемненных участков при черном цвете фона и цветов незатемненных участков при белом цвете фона позволяющие выбирать значение порога для жесткой пороговой обработки изображения.

7. Установлено, что для выделения предполагаемых «ключевых мест» наиболее подходящим по критериям качество, скорость обработки, адаптивность является метод Оцу.

8. Разработаны решающие правила, позволяющие определять места скручивания стренг в самокрученой пряже и определять направления крутки. Предложены формулы и алгоритмы для расчета известных и вновь введенных показателей скрученности самокрученой пряжи.

9. По результатам сравнительных испытаний на ассортименте охватывающем практически весь диапазон пряж производимых на прядильной самокруточной машине ПСК-225-ШГ установлена адекватность предлагаемого и базового методов. Расчетами установлено, что предлагаемый автоматизированный метод позволяет сократить сроки проведения испытаний в 5 раз, что позволяет сделать вывод о возможности его использования в производственных и исследовательских лабораториях.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Волгин, Александр Борисович, 2013 год

Список литературы

1. Мовшович П.М. Самокруточное прядение. - М.: Легпромбытиздат, 1985,- 248 с.

2. Гурьев А.Н. Разработка и развитие технологии получения трикотажной пряжи самокруточным способом: дис. ... канд. тех. наук. Гурьев Александр Николаевич - Москва, 2008.

3. Спицнадель В.Н. Система качества (в соответствии с международными стандартами ISO семейства 9000).-С-Пб.: Бизнес-пресса, 2000.

4. Кукин Г.Н., Соловьев А.Н., Кобляков А.И. Текстильное материаловедение (волокна и нити): учебник для вузов. М.: Легпромбытиздат, 1989. - С.36.44.

5. Зубко Д.П. Разработка методов компьютерного измерения показателей скрученности пряжи: дис. ... канд. тех. наук. Зубко Денис Павлович - Кострома, 2002.

6. Соловьев А.Н. Проектирование свойств пряжи в хлопчатобумажном производстве. М.: Гизлегпром, 1951.

7. Взаимосвязь между круткой и структурой пряжи кольцевого прядения. Interrelation between Yarn Structure and Spinning Parameters during Ring Spinning Process Harakawa Kazuhisa: Пер.с яп.,англ,-1. Text. Mach. Soc. Jap. 1981. - С. 34. - № 8. - С.48.56.

8. Сухарев М.И. Материаловедение: учебное пособие, 1973.

9. Определение неуравновешенной крутки в пряже и крученыхнитях. Bestimmung des unberuhigten Dralls von Garnen und Zwirnen. Berndt HansJoachim, Beier Manfred: Пер.с нем. Melliand Textilber, 1984. - № 2,- C.150.

10. Севостьянов H.A., Осьмин В.П. Механическая технология текстильных материалов, 1989.

11. A.c. 277371 СССР.G 01 b 7/30.Способ определения величины крутки гибких длинномерных материалов / Усенко В.А. и др. (CCCP).l 18

12.Справочник по хлопкопрядению / В.П. Широков, Б.М. Владимиров,

Д.А. Полякова и др. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1985.

13. A.c. 49-14416 Япония,D 01 h 13/32.Круткомер.

14. Монастырский А.Г. Испытание текстильных материалов (лабораторный практикум), М.: Легкая индустрия, 1970,- 280 с.

15. Материаловедение швейного производства: учебник для высших учебных заведений легкой промышленности / Б.А. Бузов, Т.А. Модестова, Н.Д. Алыменкова. М.: Легкая индустрия, 1978. -С.61 .63.

16. ГОСТ 6611.3-2003. Материалы текстильные. Нити. Методы определения числа кручений, укрутки и направления крутки. М.: Изд-во стдарт., 2005.117

17. Автоматический круткомер. Lorcher Otto. Le controle rattionel de la torsion des files de fibres: Пер.с франц.- Rayonne et fibres synthet. -1966. № 9. - C.673.680.

18. Фролова И.В. Методы и средства контроля качества текстильных волокон, пряжи на предприятиях трикотажной промышленности: Текст лекций. - Иваново: ИГТА, 2001. - 34 с.

19. Контроль качества с помощью персональных компьютеров / Т. Мокино, М. Охоси, X. Докэ, К. Мокино; Под ред. Ю.П. Адлера: Пер. с япон. М. : Машиностроение, 1991 г.

20. Павлов Н.Г., Пейсахов В.К. К вопросу о структуре пряжи.//Текстильная промышленность.-1946.-№ 6.-С.9.10.

21. Шматало С.Г., Давинский Л.А., Хавкин В.П. Оптоэлектронное устройство для неразрушающего контроля крутки продуктов прядения: Реф. инфор. / ЦНИИТЭИлегмаш, 1973. № 1. - С.20.23.

22. Приборы для испытания извитых нитей. Gerate fur lufttexturierte und verwirbelte Game / Demin:nep.c нем.- Melli and Textilber. 1990. -№ 4. -C.660.

23. Патент РФ №2138588, МКИ 6 DOIH 13/32, GOIN 21/00. Способ контроля физических параметров движущейся нити / Шляхтенко П.Г., Мещерякова Г.П., Труевцев H.H., Лучинкина В.В., опубл. 27.09.99, бюл.

24. А.В.Парамонов, Т.А.Корнюхина. Экспресс-метод определения крутки пряжи // Текстильная промышленность, 1978. - №3. - С.72-74

25. Патент РФ №2047169, МКИ 6 G01N 21/00, D01H 13/00. Оптический способ контроля крутки нитей / А.М.Челышев, П.Г.Шляхтенко,Ю.Н.Ветрова и др.; опубл. 27.10.95, бюл. №30

26. Патент РФ № 2463579, МПК G01N21/21. Оптический способ контроля крутки нитей / Шляхтенко П.Г., Ветрова Ю.Н., Рудин А.Е., Литвак И.И.; опубл. 10.10.12, бюл. №30

27. И.Ф. Лабораторные работы на персональном компьютере. -М.: Экзамен, 2002.

28. Мартин Ф. Моделирование на вычислительных машинах: Пер. с англ. М.: Сов. радио, 1997.

29. Краснов A.C. Разработка метода автоматизированного анализа пороков пряжи и их влияние на внешний вид ткани: дис. ... канд. тех. Наук. Краснов Александр Сергеевич - Кострома, 2005.

30. Зубко Д.П., Коробов H.A. Определение параметров скрученности крученой пряжи / Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2002611377, Российское агентство по патентам и товарным знакам, 2002.

31. Зубко Д.П., Коробов H.A. Выявление границ ствола ворсистой пряжи: Сб. научн. тр. / Ивановская государственная текстильная академия. Иваново,2002,- С.91.93.

32. Зубко Д.П., Коробов H.A. Гусев Б.Н. Компьютерное исследование поверхности крученой пряжи //Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2002,- № 1.-С.10.13.

33. Соколов Г.В. Теория кручения волокнистых материалов. М.: Легкая индустрия 1977,- 144 с.

34. Прядение льна/ И.Ф.Смельская, Л.С.Ильин, В.И.Жуков, В.Н. Кротов. - Кострома, Изд- во Костром, гос. технол. ун-та, 2007

35. Jl. Шапиро, Дж. Стокман Название книги: Компьютерное зрение. Бином. Лаборатория знаний. 2006. С. 752.

36. Желтов С.Ю. и др. Обработка и анализ изображений в задачах машинного зрения. М.: Физматкнига, 2010. С. 672.

37. Новак Д. Цифровые изображения и их виды. Медиаскоп: Журнал. М.: Факультет журналистики МГУ им. М.В. Ломоносова (Москва). -2006. № 1.

38. Шлихт Г. Ю. Цифровая обработка цветных изображений. — М.: ЭКОМ, 1997.

39. Степаненко О.С. Сканеры и сканирование. Краткое руководство. Диалектика, 2004.

40. Научно-производственная компания ВИДЕОСКАН. Семейство телекамер ВИДЕОСКАН. http://videoscan.ru/page/670

41. Научно-производственная компания ВИДЕОСКАН. ВИДЕОСКАН-2-205. http://videoscan.ru/page/856

42. Научно-производственная компания ВИДЕОСКАН. Заметка на полях "А в дюймах я значительно больше". Посвящено размерам ПЗС матриц. http://videoscan.ru/?page=708

43. Научно-производственная компания ВИДЕОСКАН. Выбор объектива, http://www.videoscan.ru/page/722

44. Сергей Колесников. Распознавание образов. Общие сведения. Киев издательство— 2008.

45. Яцюк О. Основы графического дизайна на базе компьютерных технологий — БХВ-Петербург, 2004. - цифровая книга.

46. Давыдов A.B. Цифровая обработка сигналов: Тематические лекции. Екатеринбург. 2007.

47. Е.М. Mirkes, K-means and K-medoids applet. University of Leicester, 2011.

48. Воскобойников Ю.Е. Построение регрессионных моделей в пакете MathCAD. - Новосибирск : НГАСУ (Сибстрин), 2009. - 220 с.

49. А. Федоров. Бинаризация черно-белых изображений: состояния и перспективы развития. 2008, http://iu5.bmstu.ru/ рЫНрроукЬа/1Т8Я8Т4ЬЛТ84/Руоёогоу.Ьйп

50. ГОСТ10681-75 Материалы текстильные. Климатические условия для кондиционирования и испытания проб и методы их определения. М.: Издательство стандартов, 1975

51. ТУ 9090-013-00322206-02. Пряжа полиакрилонитрильная. Технические условия. ЗАО «Суворовская нить». 2003.