Разработка метода автоматизированного анализа пороков пряжи и их влияние на внешний вид ткани тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.19.02, кандидат технических наук Краснов, Александр Сергеевич

• Краснов, Александр Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Краснов, Александр Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ПОРОКОВ ВНЕШНЕГО ВИДА ПРЯЖИ

1.1 Основные виды пороков внешнего вида

1.2 Визуальные методы определения пороков внешнего вида и класса чистоты пряжи

1.3 Механический метод определения пороков внешнего вида и класса чистоты пряжи

1.4 Емкостный метод определения пороков пряжи

1.5 Оптический метод определения пороков внешнего вида пряжи

1.6 Моделирование влияния пороков пряжи на внешний вид ткани

1.7 Цель и постановка задач исследований

1.8 Выводы по главе

2 РАЗРАБОТКА МЕТОДА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРОКОВ ВНЕШНЕГО ВИДА ПРЯЖИ С 37 ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ «МАШИННОГО ЗРЕНИЯ»

2.1 Структура автоматизированной системы распознавания пороков и определения класса пряжи 2.2 Разработка метода автоматизированного распознавания пороков внешнего вида и определения класса пряжи

2.2.1 Выбор и обоснование параметров изображения

2.2.2 Фильтрация изображения 42 ® 2.2.3 Распознавание образов с : ч

2.2.4 Определение класса пряжи

2.3 Алгоритмическое обеспечение автоматизированной системы распознавания внешних пороков и определения класса пряжи

2.3.1 Алгоритм загрузки изображения

2.3.2 Алгоритм фильтрации

2.3.3 Алгоритм распознавания нити

2.3.4 Алгоритм распознавания пороков

2.4 Программная реализация метода определения пороков внешнего вида пряжи

2.5 Выводы по главе

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА МЕТОДА КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРОКОВ

ВНЕШНЕГО ВИДА ПРЯЖИ

3.1 Оценка воспроизводимости и адекватности автоматизированного распознавания пороков внешнего 75 вида пряжи

3.2 Определение расстояния между пороками 100 3.2.1 Алгоритм реализации определения расстояния между пороками

3.3 Анализ вида распределения пороков на пряже

3.4 Выводы по главе

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОРОКОВ ПРЯЖИ НА

ВНЕШНИИ ВИД ТКАНИ

4.1 Моделирование распределения пороков на пряже

4.1.1 Аппроксимация корреляционных моментов экспериментального распределения

4.1.2 Имитационное моделирование распределения пороков на пряже

4.2 Количественная оценка пороков на ткани из анализируемой пряжи

4.3 Моделирование распределения пороков на ткани. Разработка графической модели ткани

4.4 Выводы по главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка метода автоматизированного анализа пороков пряжи и их влияние на внешний вид ткани»

Вступление Российской Федерации во всемирную торговую организацию, намеченное на следующий год, неизбежно ужесточит конкурентную борьбу между отечественными и зарубежными товарами и услугами во всех отраслях экономики. В этой ситуации особенно актуальной становится проблема повышения у выпускаемой продукции потребительских свойств, неизменными составляющими которых являются её качество и стоимость. Для текстильной промышленности это усугубляется необходимостью повышения качества большого ассортимента текстильных изделий, материалов и полуфабрикатов.

Специфичной для текстильной промышленности в условиях динамично меняющегося спроса ситуации представляется необходимость в частой смене ассортимента и выработке ткани малыми партиями на заказ по образцам. При этом выработка пробной партии для каждого заказа является экономически не оправданной, а требования к внешнему виду ткани могут расходиться с требованиями сортности, устанавливаемой по действующим стандартам. Успешным выходом из положения может быть применение информационных технологий и компьютерных средств для автоматизированного анализа полуфабрикатов и использование полученных результатов для оценки свойств готовых изделий. Поэтому необходимым является проведение научных исследований направленных на разработку методов и средств компьютерного измерения качества внешнего вида пряжи и моделирования его влияния на внешний вид ткани. Целью данной диссертационной работы является повышение качества ткани за счет научно-обоснованного подхода к прогнозированию ее внешнего вида, основанного на анализе пороков внешнего вида пряжи. Научно-исследовательская работа выполнялась в Костромском государственном технологическом университете (КГТУ).

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Повышение качества и конкурентоспособности готовой продукции текстильных предприятий напрямую зависит от систематического и эффективного контроля за качеством полуфабрикатов и сырья на всех этапах текстильного производства. В прядильном производстве при определении качества получаемого продукта оценивается внешний вид пряжи, от которого во многом зависят внешние потребительские свойства готового изделия. По наличию и количественному составу пороков внешнего вида пряжи определяют класс чистоты пряжи. Существующие методы, применяемые для определения класса чистоты пряжи, основанные на органолептическом и механическом методах, малоэффективны; основанные на косвенной зависимости электроемкостных или электромагнитных свойств пряжи определяют лишь некоторые пороки; оптический метод дорог.

Оценка внешних свойств текстильных материалов, наиболее распространенная на сегодня, производится экспертами. Такой подход не универсален, т.к. основан на уникальных визуальных, физических либо химических свойствах каждого текстильного материала в отдельности; сопровождается большими затратами времени, материалов, ручного труда; требует организации соответствующих условий для проведения экспертизы. Но главный недостаток - субъективность получаемых результатов, зависящих от человеческого фактора, квалификации сотрудников, участвующих в экспертизе, со всеми вытекающими из этого негативными последствиями.

Применение приборов для оценки технологических свойств текстильных материалов позволяет автоматизировать процесс, сделать его объективным, универсальным и менее трудоемким. Но существующие приборы автоматизированного определения пороков пряжи для достоверности получаемых результатов требуют периодической подстройки, наладки и квалифицированного обслуживания, что делает их применение технологически и экономически невыгодным.

Возникает необходимость исключить влияние человеческого фактора на оценку технологических свойств текстильных материалов и разработать методы автоматизированной оценки, для решения этой задачи предлагается использовать компьютерные методы информационной технологии распознавания образов.

Применение современных информационных технологий позволяет создать более эффективный и недорогой метод определения класса чистоты пряжи, основанный на ГОСТ 15818-70, и по его результатам строить модели ткани, позволяющие оценить влияние вида пряжи на внешний вид ткани. Работа, направленная на разработку и реализацию этого метода, представляется актуальной.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является повышение качества ткани за счет прогнозирования ее внешнего вида, основанного на анализе пороков внешнего вида пряжи.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

• провести сравнительный анализ современных методов и средств оценки внешнего вида пряжи;

• разработать метод и алгоритмы для определения пороков внешнего вида на пряже;

• разработать программное обеспечение для распознавания и подсчета пороков внешнего вида на пряже и анализа ее принадлежности к определенному классу чистоты по ГОСТ 15818-70;

• установить распределение пороков по длине анализируемой пряжи и на его основе разработать генератор пряжи с соответствующим распределением пороков;

• разработать метод моделирования внешнего вида ткани на основе данных о пороках внешнего вида пряжи, используемой для ее изготовления.

Методы исследования. В работе использовали теоретические и экспериментальные методы. Применяли положения теории вероятности и математической статистики, методы информационных технологий обработки и анализа изображений. Исследования проводились как стандартными, так и оригинальными методами и средствами. Обработка экспериментальных данных проводилась средствами Mathcad 2001 Pro, Adobe Photoshop CS, XnView vl.61, MS Exel 2003, а автоматизированная экспертиза пряжи - с помощью оригинального программного комплекса, разработанного в среде Borland Delphi 7 Studio.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые

• разработан метод автоматизированного распознавания пороков пряжи и определения класса чистоты, соответствующий требованиям ГОСТ 15818-70;

• сформулированы решающие правила для распознавания пороков внешнего вида пряжи на оцифрованном изображении;

• разработан метод подготовки изображения пряжи к автоматизированной экспертизе, основанный на заполнении контура по критерию связности;

• установлено распределение пороков по длине пряжи и разработана математическая модель, позволяющая имитировать пряжу с заданным уровнем пороков;

• разработан метод визуального моделирования внешнего вида ткани с учетом распределения пороков внешнего вида на пряже.

Практическая значимость

• Разработано алгоритмическое и программное обеспечение, реализующее автоматизированное определение класса чистоты, соответствующее требованиям ГОСТ 15818-70;

• разработано алгоритмическое и программное обеспечение, моделирующее внешний вид ткани с учетом распределения пороков внешнего вида на пряже;

• разработанный программный комплекс принят к использованию на ОАО «Костромской НИИ льняной промышленности».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 53-ей межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов, г. Кострома, 2001; на Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» («Текстиль -2003», «Текстиль - 2004»), г. Москва; на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях» («Лен - 2004»), г. Кострома; на межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» («Поиск -2004»), г. Иваново; на семинаре по технологии текстильных материалов АИН имени Прохорова A.M., г. Кострома, 2005; на расширенном заседании кафедры механическая технология волокнистых материалов КГТУ, 2005.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ. Из них: - две статьи в журнале«Вестник КГТУ»; одна статья - в четвертом выпуске ,«Сборник научных трудов молодых ученых КГТУ»; остальные - тезисы докладов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и общих выводов. Работа содержит 149 страниц, из них 36 таблиц, 25 рисунков, список литературы, включающий 63 наименования, 4 приложения.

Заключение диссертации по теме «Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья», Краснов, Александр Сергеевич

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основании анализа способов определения пороков внешнего вида пряжи установлено, что наиболее перспективным, позволяющим получить сведения, близкие к визуальному представлению о пороках пряжи, является оптический метод с использованием средств распознавания образов.

2. Разработанный метод автоматизированного анализа пороков внешнего вида пряжи позволяет получать оценки, адекватные экспертным оценкам по ГОСТ 15818-70.

3. Для реализации разработанного метода анализа пороков внешнего вида пряжи разработан оригинальный метод фильтрации изображения пряжи, основанный на рекурсивном поиске и заполнении найденного контура по критерию связности.

4. Показано, что разработанный набор решающих правил позволяет определять на оцифрованном изображении основные виды пороков внешнего вида.

5. Установлено, что распределение пороков внешнего вида по длине пряжи с достаточной степенью точности описывается экспоненциальной функцией.

6. На основании установленного распределения пороков внешнего вида пряжи по длине разработан алгоритм для моделирования пряжи с заданным уровнем пороков.

7. Разработан алгоритм и его программная реализация, позволяющие моделировать распределение пороков внешнего вида пряжи на ткани.

8. На основании предложенных алгоритмов разработан программный комплекс, позволяющий получить визуальную модель ткани из пряжи с заданным уровнем пороков внешнего вида.

9. Предложенный программный комплекс принят для опытной проверки и последующего использования в лаборатории испытания текстильных материалов ОАО «КНИИЛП».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Краснов, Александр Сергеевич, 2005 год

1. Г.Н. Кукин, А.Н. Соловьев, А.И. Кобляков. Текстильное материаловедение (волокна и нити): Учебник для вузов.- М.: Легпромбытиздат, 1989.-С. 352, 101.

2. ГОСТ 1119-70. Пряжа. Методы оценки чистоты. М.: Изд-во стандартов, 1973.

3. ГОСТ 6611.0-73. Нити текстильные. Правила приемки. М.: Изд-во стандартов, 1973.

4. С.С. Иванов, О.А. Филатова. Технический контроль в хлопкопрядении. -М.: Легкая индустрия, 1978.

5. ГОСТ 15818-70. Пряжа хлопчатобумажная и смешанная. Метод определения класса по внешнему виду. М.: Изд-во стандартов, 1970.

6. Зяблов А.В., Евсеева Н.В., Бахмутова Е.Н. Количественная оценка класса чистоты пряжи. ИГТА. www.textileclub.ru/sciencettil13.htm

7. Зяблов А.В., Матрохин А.Ю. Разработка метода компьютерного измерения дефектных утолщений и утонений текстильных нитей. // Материалы II Международной научно-практической конференции «Материаловедение-2002». Черкизово. - С. 78.

8. Very infrequent thin spots // OE Rept and Fibre News. — 2000. — 24, № 139. — C. 9.—Англ.

9. Прибор для определения неровноты комплексных нитей. Evenness determination of filament yarns in the 21st century. Soil Wolfram (Zellweger Uster AG, Uster (CH)). Int. Text. Bull. 2000. № 5. - C. 38, 40, 42, 43, - Англ.

10. Система анализа неровноты пряжи. Analysis of yarn unevenness by using a digital-signal-processing technique / Rong G. H., Slater K. // J. Text. Inst. — 1995. — 86 , № 4. — C. 590.599. — Англ.

11. Приборы для контроля пряжи. Superba Laboratory Department // Text. Mon. — 1999. — July. — C. 43. — Англ.

12. Создание приборной базы для оценки качества текстильного сырья, полуфабрикатов и пряжи / Орлова Н. П., Радзивилов В. А. // Текстил. пром-сть. — 1998. — № 4. — С. 38.

13. Ма Цзюнь, Коробов H.A. // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 2003. - №1. - С. 134. 137.

14. Устройство для контроля засоренности пряжи. Veifahren und Vorrichtung zur Detektion von Fremdstoffen in einem textilen Prufgut : Пат. 686803 Швейцария , МКИ6 G 01 N 021/89 / Aeppli Kurt ; Zellweger Luwa AG .— № 02705/93 ; Заявл. 9.9.93 ; Опубл. 28.6.96

15. Прибор для контроля качества пряжи. Textilpriifung von СОМ4®-Garnen. Qaud Mono, Dieter Textile Systems. Wintertbur CH. Mittex: Schweizerische achschrift fur die Textilwirtschaft. 2001. - № 1. -C. 5, 6.-Нем.

16. Измерительные приборы. Superba (France) // Text. Mon. 1999. -may. - C. 75. - Англ.

17. Испытательный прибор для пряжи, Keisokki Kogyo // Text. Mon. -1999. July. - C. 40. - Англ.

18. Прибор для определения пороков пряжи. Yarn evenness // Text. Technol. Dig. 1995. - 52. - № 2. - С. 77. - Англ.

19. Система контроля качества текстильных материалов. Sen-i gakkaishi= Fiber. 2001. - 57. - № 4. - С. PI 17.Р124. - Ян.

20. Автоматизированные системы прогнозирования качества пряжи. Computer prediction of yarn quality by the wool sector // Text. Technol. Dig. 1996. - 53. - № 8. - Pt 2. - C. 86, 87. - Англ.

21. Прибор для определения ворсистости пряжи. Hairy // ОБ Kept and Fibre News. 1996. - 20. - № 118. - С. 3. - Англ.

22. Устройство для контроля пряжи. Zweigle lieferte etste Garn-Prufanlage G 580 Gyros // Melliand Textilber. 1996. - 77. - № 6. - C. 376.-Нем.

23. Прибор для оценки качества пневмотекстурированных нитей. Measuring air textured yarns for random defects // Text. Technol. Dig. -1995. 52. - № 4. - C. 94. - Англ.

24. Приборы для контроля пряжи и нитей. Optimum optics // Text. Mon. 1998. - aug. - С. 41. - Англ.

25. Прибор для сортировки пряжи. Graphic yarn grader // Text. Technol. Dig. 1996. - 53. - № 6, Pt 2. - C. 89. - Англ.

26. Прибор для контроля пряжи. Measuring spun yarus by appearance / Brakenwagen R. // Text. Technol. Dig. 1997. - 54. - № 1. -Pt 2. - C. 122.125. - Англ.

27. Прибор для контроля качества пряжи. Der neue Standard fur das 21. Jahrhundert USTER© TESTER 4 // Mittex Mitt. Textilind.. - 1997. - № 6. - С. 4, 5.-Нем.

28. Прибор для оценки структуры пряжи. Zweigle (Germany) // Text. Mon. 1999. - may. - С. 75. - Англ.

29. Прибор для контроля пряжи. Neue Möglichkeiten fur GarnKlassifizierung und Qualitatsmanagement // Melliand Textilber. 1996. -77, №7, 8.-C. 461.-Нем.

30. Метод оценки внешнего вида ткани. Ota Nao, Shibuya Atsuo (Japan Women's University, Tokyo). Sen'i seihin shohi kagalcu=J. Jap. Res. Assoc. Text. End-Uses. 2002. № 4. - С. 56.65. - Пер. с яп.

31. Сташева М.А. Оценивание структурных свойств тканых полотен с использованием автоматизированных методов измерения. // Дни науки-2004: Материалы Всероссийской научно-технической конференции аспирантов и студентов. СПб.: СПГУТД. - С. 82.84.

32. Гладков С.В., Коробов H.A., Сташева М.А., Гусев Б.Н. Компьютерное исследование ворсистости тканых полотен. // Известиявузов. Технология текстильной промышленности. 2004. - №1. -С.116.119.

33. Г.Я. Волошин, A.A. Ильин. Методы распознавания образов. http://abc.vvsu.ru/books/Metodyr/default.asp?p=l.

34. ГОСТ 10078-85. Качественные показатели чистольняной, льняной и льняной с химическими волокнами пряжи. М.: Изд-во стандартов, 1970.

35. Прядение льна и химических волокон: Справочник / Под ред. Л.Б. Карякина и JI.H. Гинзбурга. М.: Легпромбытиздат, 1991. -544 с. - С. 397.

36. Т. Дадашев. Поиск видеоданных в сети. // Компьютера. № 12. -1998. http://www.computerra.rU/offline/1998/240/l 194.html.

37. Жаров A.B. Железо IBM '98. М.: Микроарт, 1998.

38. Айриг С., Айриг Э. Сканирование: профессиональный подход; Пер. нем. -М.: Попурри, 1997.

39. Краснов A.C. Разработка метода фильтрации изображения при анализе пороков внешнего вида пряжи. // Вестник КГТУ, 2003. №7. -С. 108.111.

40. Т. Павлидис. Алгоритмы машинной графики и обработки изображений: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1986.

41. A.JI. Горелик, В.А. Скрипкин. Методы распознавания: Учеб. пособие для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1989.

42. К. Фу. Последовательные методы в распознавании образов и обучении машин: Пер. с англ. М.: Наука, 1971.

43. Краснов A.C., Горская H.H., Федоров Ю.Б. Автоматизированная система для определения класса чистоты нитей. // Материалы 53 Межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов. Кострома: КГТУ, 2001. - С. 133.

44. Краснов A.C. Автоматизированная оценка класса чистоты пряжи.// Всероссийская научно-техническая конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности»: Тез. докл. Москва: МГТУ им. А.Н. Косыгина,2003.-С. 246.247.

45. Севостьянов А.Г. Методы и средства исследования механико-технологических процессов текстильной промышленности. М: Легкая индустрия, 1980. - С. 52.

46. Краснов A.C., Рудовский П.Н. Анализ распределения дефектов по длине пряжи. // Всероссийская научно-техническая конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности»: Тез. докл. Москва: МГТУ им. А.Н. Косыгина,2004. С. 220.

47. Землякова И.В. Распределение эффектов фасонной нити по ткани: Дис. канд. техн. наук. Иваново, 1990.

48. Моисеев Б.М. Комплекс технологических средств для разработки рисунков тканей с фасонным эффектом: Дис. канд. техн. наук. -Кострома, 1996.

49. Горская H.H. Метод проектирования фасонных нитей для регулярных трикотажных изделий с рисунком: Дис. канд. техн. наук. Кострома, 2000.

50. Сухова JI.B., Федоров Ю.Б., Ступников А.Н. Имитационное моделирование распределения фасонных эффектов на ткани.// Известиявузов. Технология текстильной промышленности, 2003. №5. -С. 39.42.

51. Комаров А.Б., Коробов H.A. Компьютерное распознавание пороков внешнего вида хлопчатобумажной ткани на основе графической модели. // Материалы II Международной научно-практической конференции «Материаловедение-2002». Черкизово. - С. 101.

52. Сокова Г.Г. Разработка метода автоматизированного анализа и проектирования групп полотен льняного ассортимента: Диссертация к.т.н. Кострома, 2000.

53. Е.С. Вентцель. Теория вероятностей. -М: Наука, 1964.

54. Землякова И.В., Краснов A.C. Моделирование распределения пороков внешнего вида на нити. // Вестник КГТУ, 2004. №9. -С. 19.20.

55. Землякова И.В., Краснов A.C. Определение параметров распределения пороков внешнего вида на нити. // Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях»: Тез. докл. Кострома: КГТУ, 2004. -С. 40, 41.

56. Краснов A.C. Автоматизированный подход к определению пороков внешнего вида пряжи.// Сборник научных трудов молодых ученых КГТУ. Вып. 4. - Кострома: КГТУ, 2003. - С. 44.49.

57. ГОСТ 357-75. Ткани льняные и полульняные (смешанные). Определение сортности. -М.:Изд-во стандартов, 1975.