Применение компьютерных технологий при измерении толщины материалов, применяемых в производстве одежды Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 677.017.224

Е. В. МИРОНЧИК Л. Ф. НЕМИРОВА

Омский государственный институт сервиса

ПРИМЕНЕНИЕ

КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ ТОЛЩИНЫ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ПРОИЗВОДСТВЕ ОДЕЖДЫ_

В статье описано применение метода измерения толщины материалов, применяемых в производстве одежды. Рассмотрены особенности применения метода для различных материалов.

Для обеспечения конкурентоспособности одежды производи гелю важно подбирать материалы с учетом показателей их свойств. Необходимость оперативного определения показателей свойств материалов требует разработки новых информационно-насыщенных методов измерения. Наиболее перспективными в этом направлении являются современные компьютерные технологии.

Целью данной работы является совершенствование методов измерения толщины материалов, применяемых для изготовления одежды. Толщина является одним из важных свойств, от которого в значительной степени зависят комплекс гигиенических и теплозащитных свойств, жесткость, прочность материала, сопротивление истиранию, масса изделия.

Толщину материалов определяют с помощью различных методов и приборов. Для определения толщины текстильных полотен, кожи, пакетов материалов применяют текстильные микрометры или толщиномеры типа ТР, Мейснера и др. (в соответствии с ГОСТ 12023 — 2003 «Материалы текстильные и изделия ил них. Метод определения толщины»). Высоту волосяного покрова натурального меха определяют штангенциркулем или с помощью миллиметровой бумаги. Длину ворса искусственного меха определяют с помощью металлической измерительной линейки. Высоту ворса ворсовых материалов определяют специальным прибором — ворсо-мером.

Недостатком стандартного метода определения толщины текстильных полотен является точечное воздействие на пробу и измерение толщины под давлением. Большинство материалов, применяемых для изготовления одежды, неоднородны по структуре, имеют рельефную поверхность, и точечное воздействие приводит к ошибке при измерении толщины. Точечное давление также нежелательно при исследованиях материалов, подвергающихся различным воздействиям, например, увлажнению.

Для измерения толщины материалов (пакетов | материалов) наряду с контактными методами приме-| няют бесконтактные, основанные на использовании ! электроизмерительных датчиков. В этом случае между слоями материалов закрепляют различного рода отражательные пластины, расширители и другие

приспособления. Однако введение и закрепление между слоями материалов приспособлений приводит к изменениям геометрии материала (пакета). В работе [1] предложен бесконтактный метод измерения толщины материалов (пакетов материалов), в основу которого положено фиксирование линейной величины перемещения плоскости резкой наводки оптической системы, соответствующей толщине отдельных тканей или пакета. С этой целью использовали стереоскопический биологический микроскоп МБС-2, в котором оптическая ось совмещена с источником освещения. Способы позволяют производить прямые измерения толщины пакетов и отдельных текстильных материалов без давления, однако достаточно трудоемки и требуют специального оборудования.

В работе [2] предложена специальная установка, которая позволяет исследовать толщину материалов при различной сжимающей нагрузке с одновременной записью диаграммы «давление-толщина« и последующей компьютерной обработкой результатов.

В Омском государственном институте сервиса проводятся работы по совершенствованию методов определения структурных характеристик материалов. На кафедре технологии швейных изделий разработан метод определения структурных характеристик текстильных материалов, в частности нитей и трикотажных полотен, с использованием цифрового изображения [3]. Метод предполагает выполнение следующих этапов:

. получение цифрового изображения; . импорт изображения в графический редактор; . считывание показателей; . обработка результатов измерений. Авторами предложено использовать цифровое изображение, полученное методом фотографии, для измерения толщины материалов, применяемых для изготовления одежды, а также их пакетов.

Получению цифрового изображения предшествует подготовка пробы. Образец материала (1) помещают на пластину (2) срезом наружу (рис. 1). Чтобы исключить блики на фотографии, рекомендуется подбирать пластины из матового или органического стекла. Для создания давления материал накрывают прижимной пластиной (3). Массу прижимной пластины подбирают таким образом, чтобы

Рис. 1. Подготовка образца к измерению: L - расстояние между маркировочными знаками

давление на пробу соответствовало рекомендуемому стандартом для испытуемого материала.

Поскольку при фотографии происходит изменение масштаба при сохранении пропорций изображения, определение фактических размеров производят в соответствии с масштабом фотографии. Для этого на торцевой поверхности нижней пластины выпол-няеот два маркировочных знака с определенным фиксированным расстоянием между ними. Масштабный коэффициент вычисляют по формуле:

L

где L — фактическое расстояние между маркировочными знаками, мм;

L1 — расстояние между маркировочными знаками на фотографии, мм.

Цифровое изображение материала получали с по-мощью фотоаппарата Samsung А402 (4 mega pixel) . Для получения качественных снимков обязательными условиями являются:

. расстояние от объектива до объекта съемки должно находиться п пределах 0,2 м;

. разрешающая способность цифровой фотокамеры не менее 4 mega pixel;

. совмещенное освещение более 2000 лк. Фотокамеру устанавливали на штатив либо на устойчивую поверхность (прочное основание). Для повышения точности расстояние между образцом и фотокамерой не превышает 0,2 м. С помощью селектора режимов выбирали режим ФОТОСЪЕМ-КА. С помощью фокусировочного кольца выставляли

режим фокусировки МАКРО (диапазон фокусировки 0,2 м, чтобы изображение оставалось резким). Поле зрения автоматического фокусирования в середине видоискателя наводили на объект и выполняли съемку.

Полученное изображение импор тировали в графический редактор и увеличивали от 1000 до 2500 раз в зависимости от толщины материала. Притаком масштабе графического объекта не происх1 .дит потеря качества изображения. Для обработки изображения могут быть использованы графические редакторы Corel Draw, Photo Shop и другие. На рис. 2 представлено цифровое изображение ткани, обработанное в графичоском рйдакторе Corel Drawl 1.

В качестве толщины (Т) принимали расстояние между границами материала. Для определения расстояний использовали инструмент «Создание прямоугольников» (Rectangular Tool) основной панели инструментов. Выделяли прямоугольник, стороны которого совпадают с границами материала, и считывали размер по оси У. Для повышения точности измерений ширина прямоугольника должна быть минимальной. В качестве характеристики толщины материала принимали среднеарифметическое значение 10 измерений, умноженное на масштабный коэффициент к. Для оценки неравномерности толщины материала рассчитывали дисперсию, среднее квадратическое отклонение и коэффициент вариации.

При разработке метода измерений в соответствии с требованиями стандарта ИСО 5725 «Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений» проводят оценку его правильности. Показателем правильности является значение систематической погрешности. Систематическая погрешность определяется как разность между среднеарифметическим значением результатов измерений и истинным (или в его отсутствие — принятым опорным) значением. В условиях отсутствия эталонов, необходимых для оценки погрешности (точности) результатов измерений, в отечественной и в международной практике за действительное значение Зачастую принимают общее среднее

CorelDRAW 11 - [C:VDocanients and SeíftugsVMapoatiiidPaGoiHií CTo.i\125Grap(iii

1-Х-. Файл Редакз*тр о ванне Ввд : М акет Выстроить Эффекты Битовым образ 'Хекст Сервис

Рис. 2. Цифровое изображение ткани

& CorelDRAW 11 - [Graphicll

|| V Файл Редактирование Вид Макет Выстроить Зффепы Бтовыйобр^ /Тенст Серкис Окно Поме

Рис. 3. Цифровое изображение пластины (базового объекта)

Статистические характеристики оценки толщины пластины

Таблица 1

Статистическая характеристика Устройство

толщиномер фотокамера

Среднее значение (Т), мм — 6,28 6,59

Дисперсия (Б*), мм - 0,01807

Среднеквадратичное отклонение (Б), мм - 0,134

Коэффициент вариации (СУ), % — 2,05

Систематическая погрешность измерения, % абсолютная, мм 0,31

Статистические характеристики толщины образцов, определенные по цифровому изображению

Таблица 2

№ обр. Среднее значение Т, мм Дисперсия (S2), мм Среднеквадратичное отклонение (S), мм Коэффициент вариации (CV),%

1 1,19 0,05700 0,238 20,00

2 0,34 0,00016 0,013 3,72

3 0,41 0,00031 0,018 4,29

4 1,83 0,00107 0,033 1,78

5 0,55 0,00092 0,030 5,51

Таблица 3

Статистические характеристики толщины образцов, определенные с помощью толщиномера

№ обр. Среди ее_ значение Т, мм Дисперсия (S5), мм Среднеквадратичное отклонение (Б), мм Коэффициент вариации (CV), %

1 1,10 0,03790 0,195 17,72

2 0,35 0,00021 0,014 4,14

3 0,43 0,00093 0,030 7.09

4 1,78 0,00172 0,041 2,33

5 0,57 0,00044 0,021 3,68

А)

Рис. 4. Цифровое изображение образцов тканей: а) костюмная (образец №1); б) плательная (образец №2); в) костюмная тонкосуконная (образец №3); г) пальтово-костюмная (образец №4); д) джинсовая (образец №5)

СогеШКАУУ 11 - ¡С-гар[цс11

| X Файл Редактирование Вид Макет Выстроить Эффекты Китовый образ Текст Сервис Окно I

Рис. 5. Цифровое изображение пакета материалов

£& Соге1РКА\У_11 - [СгарЫс!]

Рис. 6. Цифровое изображение трикотажного полотна

I С.огеШКА\У 11 - 1СгарШс1]

Л

я п.

\ Файл Реддкттгрова>ше Вид Макет Выстроить Эффекты Битовый образ Текст Сервис Ото Поме

-27.2В6тт'М|2427тгп :Ц1/,

Ш........"

|| у: .357.201. тт

Рис. 7. Цифровое изображение натурального меха

значение (математическое ожидание) установленной (заданной) совокупности результатов измерений базового объекта [4].

В качестве базового объекта была выбрана пластина из органического стекла, которая имеет равномерные свойства по толщине. Для получения цифрового изображения ее размещали на контрастном фоне (рисунок 3). По стандартному методу толщину пластины определяли с помощью индикаторного толщиномера марки «Карл Цейс» №2028 с погрешностью до 0,01 мм. В качестве опорного значения было принято среднеарифметическое 10 измерений, полученных с помощью толщиномера. Статистические характеристики оценки толщины пластины представлены в таблице 1.

Правильность предложенного метода составляет 95%, что достаточно для данного вида измерений.

Кроме того, было проведено сравнение точности этих методов. Для этого был использован критерий Фишера Я (а; к,, к.2), который предполагает оценку величины исправленных дисперсий полученных значений:

где (5Г)2) — значение большей дисперсии, мм; (Б^) - значение меньшей дисперсии, мм.

Критическую точку Рк]1(а; к,, к2) определяют но заданному уровню значимости а (0,05) и числу степеней свободы к, и к.2[5].

При Р1Шбд < Р дисперсии рассматриваемых совокупностей различаются между собой незначимо.

В качестве объектов исследования выбраны 5 образцов ткани различной фактуры. Фотографии образцов представлены на рис. 4. Статистические характеристики толщины образцов, полученные двумя методами, представлены в табл. 2 и 3.

Ркр (0,05; 9,9) = 5,35;

Р',Ш0Л = 1.50; ^ = 1,31; ^ = 3,00; Р1.....,,= 1,61;

Поскольку Р"11а0д< РкрЛЛЯ всех образцов, методы не вносят существенной погрешности в результаты измерений.

Анализ результатов измерений показал, что коэффициент вариации толщины, определенной по цифровому изображению, выше у материалов, имеющих рыхлую, неоднородную структуру. Это обусловлено тем, что давление, создаваемое прижимной пластиной, распределено по всей поверхности исследуемого объекта.

Предложенный метод можно применять для определения толщины тканей, трикотажных и нетканых полотен, ворсовых материалов, пакета материалов, толщины натуральной и искусственной кожи, высоты волосяного покрова (ворса) натураль-

ного и искусственного меха. Рассмотрим особенности измерения характеристик толщины для различных материалов.

Для определения толщины текстильных, ворсовых материалов, натуральной и искусственной кожи, пакета одежды исследуемый объект помещают между двумя пластинами. Давление на пробу выбирают равным 0,1 кПа. При размерах пластины 100x50 мм'" масса верхней пластины составляет 0,15 кг. На рис. 5 представлено цифровое изображение пакета материалов, обработанное в графическом редакторе Corel Drawl 1. Достоинством метода является наглядность изображения слоев пакета материалов.

При исследовании трикотажных полотен образец измеряют по петельному ряду. Из-за рыхлой структуры и высокой закручиваемое™ полотна давление верхней пластины выбирают равным 0,2 кПа. На рис. 6 представлено цифровое изображение трикотажного полотна, обработанное в графическом редакторе Corel Drawl 1.

При определении толщины кожевой ткани (грунта) и высоты волосяного покрова (ворса) натурального, искусственного меха шкурку (полотно) помещают на пластину срезом наружу. Верхней пластиной пробу не накрывают. Для измерения высоты волосяного покрова (ворса) (h) на изображении выделяют прямоугольники через определенное расстояние (рис. 7).

Достоинствами предложенного метода являются: . универсальность, поскольку метод позволяет оценивать толщину различных материалов; проводить исследования толщины при различных воздействиях;

. наглядность; возможность сохранения и накопления информации;

. доступность, так как оснащенность ЭВМ позволяет реализовывать этот методдаже на малых предприятиях;

. обеспечение точности измерений, принятой в легкой промышленности.

Метод может быть использован для контроля качества материалов на предприятиях текстильной и легкой промышленности; при подготовке учебных и методических материалов; в учебном процессе.

Библиографический список

1. Куликов Б. П., Стебельский М. В., Шелепутин Ю. К. Бесконтактный способ измерения толщины воздушных прослоек и пакетов из текстильных материалов // Известия вузов. Технология легкой промышленности. — 1978, №1 (121). -с. 15-17.

2. Метод оценки толщины материалов различных структур. — http: //www.metrotex.ru.

3. Немирова Л.Ф., Катаева С.Б, Совершенствование методов и оценка структурных характеристик нитей с использованием компьютерных технологий // Омский научный вестник. - 2006, №1(34). - с. 162-165.

4. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results. ГОСТ P ИСО 5725-2-2002. M.: ИПК Издательство стандартов, 2002. - 63 с.

5. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высшая школа, 1977. — 479 с.

МИРОНЧИК Елена Викторовна, аспирант кафедры «Технология швейных изделий». НЕМИРОВА Любовь Федоровна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология швейных изделий».

Статья поступила в редакцию 30.10.06. © Мирончик Е. В., Немирова Л. Ф.

Календарь научных событий

I Международная заочная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы безопасности информационных технологий» (АПроБИТ-2007)

Тематика

Секция 1. Криптографические аспекты защиты информации

Секция 2. Программно-аппаратная защита информации.

Секция 3. Оптимизация и моделирование систем защиты информации

Секция 4. Цифровая обработка сигналов

Секция 5. Преподавание информационной безопасности в технических вузах

Рабочие языки конференции — русский и английский. При подаче материалов на английском языке порядок публикации согласуется с оргкомитетом по электронной почте. Конференция проходит только в заочной форме.

Доклад в объеме не более 10 страниц предоставляются в Оргкомитет в электронном виде в формате MS WORD по электронной почте.

При подаче заявки на участие в конференции к докладам следует приложить заполненную регистрационную форму и отправить все по электронной почте до 20 марта 2007 года по адресу: [email protected], продублировать по адресу [email protected]

К варианту доклада необходимо приложить экспертное заключение о возможности открытой публикации (в печатном виде, на почтовый адрес оргкомитета).

19 марта заканчивается прием материалов от участников конференции;

21 марта заканчивается предварительная экспертиза и высылаются по электронной почте ее результаты;

Наш адрес: 660014, Красноярск, пр. им. газ. «Красноярский рабочий», 31, СибГАУ, ФИСУ, кафедра БИТ.

Контактные телефоны и электронная почта

Тел. (3912) 645-517 - Председатель Оргкомитета Ханов Владислав Ханифович, [email protected]

Тел. (3912) 621-847 - Секретарь Оргкомитета Золотарев Вячеслав Владимирович, [email protected]