Устройство для подсчета волокон
Устройство для подсчета волокон относится к текстильной промышленности и может использоваться на предприятиях первичной обработки хлопка. Содержит основание, кожух, привод, микроскоп, оптическая часть микроскопа установлена с возможностью горизонтального перемещения, при этом она кинетически сопряжена с двухтактным двигателем, дополнительно, на предметном столике микроскопа с торцов установлены датчики ограничения движения, кроме того, на окуляре микроскопа закреплена цифровая видеокамера, связанная с компьютером. На компьютере установлена программа для определения степени зрелости хлопкового волокна, посредством которой изображение волокна переносят на экран монитора компьютера, а затем обрабатывают с учетом суммарной составляющей яркости пикселей по всей площади анализируемой пробы волокон при сравнении с данными, полученными в результате анализа яркости пикселей эталонных образцов с известными значениями коэффициента зрелости. Устройство позволяет расширить технологические возможности и обеспечить автоматизацию процесса измерения с одновременным повышением точности и быстродействия. 1 илл.
Полезная модель относится к текстильной промышленности и может быть использована на предприятиях первичной обработки волокон, а также в прядильном производстве текстильных предприятий.
Известно устройство - цифровой микроскоп Motic DS-2 [1], оснащенный монокулярной насадкой с наклоном в 45 градусов, имеющий встроенную цифровую камеру. Микроскоп многофункционального профиля обладает светодиодной подсветкой. Благодаря гибкому шлангу подсветка имеет возможность найти наиболее лучший и удобный ракурс изучаемого объекта, несмотря на его форму и размер. Конструкция микроскопа выполнена из металла, а оптика обладает многослойным просветлением. В комплект поставки микроскопа также входят два дополнительных объектива, увеличивающих до 40 крат. На монитор персонального компьютера изображение изучаемого предмета поступает, благодаря встроенной цифровой камере. Использование Plag&Play USB кабеля микроскопом намного облегчает его подключение к персональному компьютеру. Чтобы избежать проблемы накаливания в обычных системах подсветки, вызванных из-за сильного нагрева лампы, в этой модели используется светодиод, благодаря чему микроскоп со встроенным аккумулятором может работать в автономном режиме до 50 часов.
К недостаткам данного прибора относятся: во-первых, отсутствие возможности движения пробы на предметном столике и движения оптической части микроскопа; во-вторых, он не ориентирован на решение технологической задачи.
За прототип принят прибор проекционный для подсчета волокон марки ПСВ-1 [2], предназначенный для полуавтоматического подсчета числа волокон, разложенных на предметных стеклах и спроецированных на экран. Прибор состоит из основания, кожуха, привода, осветителя, микроскопа и счетчика. Основание представляет собой сварную уголковую стальную раму, на которой крепятся основные узлы прибора и кожух. Внутри кожуха установлена
система из трех зеркал и экрана. Зеркала укреплены так, что луч света от осветителя, проходя через оптическую систему микроскопа, попадает на экран. Экран установлен на лицевой панели кожуха и огражден козырьком, предохраняющим его от бокового освещения. Экран состоит из матового стекла и маски из оргстекла с нанесенными на ней рисками, облегчающими подсчет волокон хлопка, проецируемых на экран. В процессе подсчета волокон используется клавиша ключа, а на счетчике фиксируется количество волокон. В левой части кожуха прибора имеется ниша, в которой устанавливается и закрепляется винтом микроскоп. Его зеркало выставляется таким образом, чтобы луч света осветителя попадал в окуляр микроскопа. Ходовой винт препаратоводителя микроскопа соединяется при помощи муфты с выходным валиком редуктора привода. Привод состоит из электродвигателя и редуктора, смонтированных на плите, установленной на основании прибора. На передней стенке кожуха имеется трехпозиционный тумблер, положение ручки которого соответствует направлению перемещения препаратоводителя, и, следовательно, изображению волокон на экране. При включении тумблера в любое крайнее положение изображение волокон хлопка на экране начинает перемещаться. В конце хода препаратоводителя рычаг размыкает контакты соответствующего микровыключателя и двигатель останавливается. Среднее положение ручки тумблера соответствует остановке. В этом положении изображение на экране неподвижно. В качестве источника света в приборе использован осветитель с трансформатором. На лицевой стенке прибора расположены счетчик, тумблер включения перемещения изображения, клавиша контактного перемещения, клавиша контактного ключа и ручка потенциометра, предназначенная для изменения скорости перемещения изображения волокон на экране. На левой боковой стенке кожуха прибора расположен тумблер, включением которого осуществляется питание осветителя и счетчика. Счетчик имеет кнопку сброса, посредством которой снимаются его показания.
К недостаткам данного прибора относятся следующие: - прибор не содержит автоматизированной схемы наглядного получения данных, это может быть решено с использованием компьютерных технологий; - прибор ориентирован на решение узкой технологической задачи подсчета числа волокон;
- прибор субъективен, так как результат зависит от опытности и внимательности оператора при проведении замеров.
Технический результат, на который направлена данная разработка, состоит в расширении технологических возможностей прибора и в обеспечении автоматизации процесса измерения с одновременным повышением точности и быстродействия.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для подсчета волокон, содержащем основание, кожух, привод, микроскоп, согласно полезной модели, оптическая часть микроскопа установлена с возможностью горизонтального перемещения, при этом она кинетически сопряжена с двухтактным двигателем, кроме того, на окуляре микроскопа закреплена цифровая видеокамера, связанная с компьютером, на предметном столике микроскопа с торцов установлены датчики ограничения движения.
Технический результат достигается за счет того, что оптическая часть микроскопа устанавливается с возможностью горизонтального перемещения, посредством сопряжения с двухтактным двигателем, в результате этого появляется возможность целостного сканирования пробы волокон без участия оператора, кроме того, исключается фактор ошибки оператора при подсчете волокон, а также ускоряется сам процесс измерения. В связи с введением цифровой видеокамеры, устанавливаемой на объектив микроскопа и компьютера с установленным на нем программным обеспечением, появляется возможность целостного восприятия изображения на экране монитора и измерения не только количества волокон, но и их зрелости, геометрических свойств и других параметров.
На фиг.1 представлен общий вид заявляемого устройства.
Данное устройство состоит из основания 1, представляющего собой сварную уголковую стальную раму, на которой крепятся основные узлы прибора и кожух 2, внутри кожуха на объектив микроскопа крепится цифровая видеокамера 3. Оптическая часть микроскопа 4, имеющая возможность перемещения в горизонтальном направлении, приводится в движение посредством двухтактного двигателя 5, который начинает работать при нажатии контактного ключа 6. Предметный столик 7 микроскопа 4 имеет возможность перемещения посредством двухтактного двигателя 8, направление движения предметного столика определяется трехпозиционным тумблером 9 с клавишами контактного перемещения, движение пробы ограничивается датчиками ограничения движения 10. Скорость движения пробы по предметному столику 7 регулируется ручкой потенциометра 11, данные, зафиксированные цифровой видеокамерой 3, обрабатываются в системном блоке 12 и выводятся на экран монитора 13.
Устройство работает следующим образом. Готовят лабораторную пробу хлопковых волокон, после чего ее располагают на предметном столике 7 микроскопа 4, оснащенного цифровой камерой 3 для оцифровки изображения так, чтобы волокна размещались перпендикулярно линии наблюдения. Оптическая часть микроскопа 4 имеет возможность горизонтального перемещения посредством двухтактного двигателя 5, который приводится в действие при нажатии клавиши контактного ключа 6, кроме того, имеется возможность сопряжения движения оптической части микроскопа 4 и предметного столика 7. Направление перемещения предметного столика определяется трехпозиционным тумблером 9. Цифровая видеокамера 3, установленная на окуляр микроскопа 4, при движении фиксирует изображение и передает его на экран монитора 13 компьютера. Ограничение движения пробы происходит за счет датчиков ограничения движения 10. В дальнейшем производят обработку изображения волокон программой для компьютерного измерения показателя зрелости хлопковых волокон [3], которая также может осуществлять и подсчет волкон, с учетом суммарной составляющей яркости пикселей по всей
площади анализируемой пробы. При этом изображение пробы волокон разделяют на части (равные одному пикселю), каждая из которых обладает определенной яркостью в интервале от 0 до 255 по каналам RGB, а затем проводят замеры яркости по всей площади пробы волокон и формируют матрицу значений на основании их яркостей. Путем суммирования этих значений по столбцам изображения и выделения среднего арифметического по количеству пикселей определяется средний профиль яркости на пробе и определяется количество волокон.
где Zф - величина, соответствующая фактической зрелости волокна; Iij - текущее значение яркости пикселя; n - количество строк матрицы изображения; k - количество столбцов матрицы изображения; р - количество пикселей изображения.
После этого полученное значение сравнивают с данными, имеющимися от анализа яркости пикселей эталонных образцов, где согласно методу определения коэффициента зрелости хлопковых волокон посредством использования явления интерференции поляризованного света [4], зрелым волокнам (первая группа зрелости) соответствуют оранжевые, золотисто-желтые, розовато-фиолетовые, зеленовато-желтые и зеленые цвета, недозрелым волокнам (вторая группа зрелости) соответствуют синие, голубые, желтые и зеленые цвета, незрелым волокнам (третья группа зрелости) - фиолетовые и синие цвета, совершенно незрелым волокнам (четвертая группа зрелости) фиолетовые, красные, прозрачно-красные цвета. Для вычисления коэффициента зрелости по данному способу каждой группе зрелости присваивается коэффициент: первой - 2,3; второй - 1,3; третьей - 1,0 и четвертой - 0,5. На основании анализа яркости эталонных образцов хлопковых волокон с известными значениями коэффициента зрелости составляется база эталонов в формате RGB, в
которую записываются данные, полученные при анализе яркости образцов с известными коэффициентами зрелости
где Zн - величина, соответствующая нормативной зрелости волокна.
Источники информации, принятые во внимание:
1. Паспорт, техническое описание. Цифровой микроскоп Motic DS-2.
2. Паспорт, техническое описание. Прибор проекционный для подсчета волокон хлопка ПСВ 1.
3. А.В.Круглов. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки №9239. Отраслевой фонд алгоритмов и программ, «Программа для компьютерного измерения показателя зрелости хлопковых волокон».
4. ГОСТ 3274, 2-72 М: Госстандарт - 1989.
Устройство для подсчета волокон, содержащее основание, кожух, привод, микроскоп, отличающееся тем, что оптическая часть микроскопа установлена с возможностью горизонтального перемещения, при этом она кинетически сопряжена с двухтактным двигателем, на окуляре микроскопа закреплена цифровая видеокамера, связанная с компьютером, на предметном столике микроскопа с торцов установлены датчики ограничения движения.
