CC BY
7
УДК 677.011.006.83:620.2
е.о. калшський
Херсонський нацюнальний техшчний ушверситет
УДОСКОНАЛЕННЯ ТА АВТОМАТИЗАЦ1Я ПРОЦЕС1В ВИЗНАЧЕННЯ ЯК1СНИХ ПОКАЗНИК1В ЛЛЯНОГО ВОЛОКНА
У дант cmammi проаналгзовано сучасний стан оцшки якостг лляноИ сировини. Запропоновано удосконалення стандартного методу визначення кольору луб 'яних волокон, i3 застосуванням сенсорного аналгзу. З щею метою був розроблений апаратно-програмний комплекс FlaxFiberAnalysis. Використання сенсорного аналiзу для визначення кольору волокна дозволило пiдвищити точнкть i швидюсть вимiрювання.
Ключовi слова: лляне волокно, визначення кольору, сенсорний анализ.
Ye.O. KALINSKIY
Kherson National Technical University
IMPROVEMENT AND AUTOMATION OF PROCESSES OF FLAX FIBER QUALITY
DETERMINATION
Abstract
Up-to-date condition of flax raw quality characterization is analyzed in this article. Improvements of standardized method of the bast fiber colour determination with application of sensor analysis are proposed. With this purpose the hardware-software complex Flax Fiber Analysis was developed. Usage of sensor analysis for the determination of fiber colour allowed raising the accuracy and the speed of measurements.
Key words: flax fiber, colour determination, sensor analysis.
Постановка проблеми
У галуз1 первинно! обробки луб'яних культур одшею i3 важливих проблем е оцшка якосп
волокна.
1снують рiзнi методи визначення показнишв якосп матерiалiв [1-4], найбшьш розповсюдженими
з яких е:
- технолопчний;
- шструментальний (експериментальний або вимiрювальний);
- реестрацшний;
- розрахунковий;
- органолептичний;
- соцюлопчний;
- експертний.
Визначення показник1в якосп охарактеризованими вище методами завершуеться одержанням п1дсумкових оцiнок, як1 можна роздшити на диференцiальнi, комплекснi i комбшоваш [1].
Так склалося, що методи оцшки якостi лляного волокна зупинилися на рiвнi середини XX сторiччя. На практицi як1сть волокна визначаеться застаршим методом - органолептично, шляхом вiзуального порiвняння з еталонами.
Аналiз останшх дослiджень i публiкацiй
Протягом багатьох рок1в рiзнi науково-дослiднi установи розробляють та удосконалюють методи оцшки льоноволокна.
Якщо державнi стандарти на солому й тресту льону-довгунця широко використовуються в практищ льонозаводiв, а методикою техшчного аналiзу порiвняно великих проб соломи користуються дослiднi установи, що працюють iз льоном, то питання оцiнки якостi лляних волокон з новими властивостями, яш отримують за сучасними удосконаленими технологiями, залишаються невирiшеними.
Багато вiтчизняних та закордонних дослщнишв працювали e цьому напрямку. Польськими дослiдниками [5] пропонувався метод, який включае мiкроскопiчнi дослiдження. У роботах Виноградово! А.Е., Пашина £.Л. та iнших були запропонованi рiзнi, в тому числi автоматизованi, методи [5-10] визначення яшсних показник1в волокна.
Можливосп практичного використання багатьох з цих методiв обмежено !х високою трудомютшстю та вартiстю.
У ГОСТ 2975-73 [11] лляну тресту ощнювали за показниками вмюту волокна, мщносп, довжини, кольору волокна, ввдокремлюваносп та дiаметра стебел. Зпдно з ГОСТ 24383-89 [12], якють трести визначали за к1льк1стю вiдсотко-номерiв волокна, одержаного шд час и переробки на лабораторному верстатi СМТ-200М. Кшькють вiдсотко-номерiв коригують, виходячи з кольору волокна.
Iснуючi методи визначення основних параметрiв луб'яних волокон можна умовно подiлити на три групи. Це основнi методи, експрес-методи та фiзичнi методи оцiнки. Аналiз наведених методiв оцiнки якостi сввдчить, що всi iснуючi методики визначення якосп потребують багато часу на проведення аналiзiв та е досить трудомютким. Вони також не передбачають встановлення залежностей мiж окремими показниками якосп льоноволокна з метою прогнозування добротносп пряж1 та прядильно! здатностi волокна.
Уа вищеназванi методи вирiшували проблеми визначення окремих показник1в, але це не сприяло пошуку комплексних ршень, як1 б включали, крiм розробки iнструментальних методiв, ще й !х автоматизацш та нормативне забезпечення. Необхвдно зазначити, що росiйськi вченi б№ш послiдовнi i сво! розробки вже ввели у виглядi поправок до ГОСТ 24383-89 "Треста льняная. Требования при заготовках". На жаль, в Укра!ш розробки шструментальних методiв несистематичш i не мають логiчного завершения у виглядi нормативних документiв, стандарта, технiчних умов.
Формулювання мети дослщження
Розвиток нових технологiй i широке розповсюдження засобiв цифрово! обробки вiзуально! шформацп дозволяють по-новому пiдiйти до виршення ще! проблеми. Сучаснi планшетш сканери дозволяють швидко i з високою яшстю проаналiзувати так1 показники сировини, як колiр, геометричнi розмiри та к1льк1сний склад. Це дозволяе застосувати !х для визначення таких важливих показник1в, як колiр, довжина та к1льк1сть волокон.
Виходячи iз вищенаведеного, сформульованi так1 цiлi дослщження.
- провести аналiз сучасного стану справ у галузi методологи та засобiв вимiрювання кольору лляних волокон;
- науково обгрунтувати застосування сенсорного аналiзу для оцiнювання якостi лубоволокнистих матерiалiв;
- удосконалити стандартний метод визначення обраного показника якосп луб'яних волокон, застосувавши сенсорний аналiз;
- розробити алгоритм для визначення показника якосп на основi запропонованого методу;
- спроектувати та виготовити лабораторний зразок засобу вимiрювально! технiки та створити методологш оцiнювання якостi луб'яних матерiалiв;
- здiйснити оцiнку точносп вимiрювання за запропонованим методом.
Викладення основного матер1алу досл1дження
У ДСТУ 4015-2001 колiр волокна застосовуеться як характеристика ступеня його одеревiння. Колiр залежить одночасно вiд часу збирання льону, ввд ступеня ураженостi стебел грибковими захворюваннями, вiд умов сушшня, а також зумовлюеться тим, як був проведений розстил. У ДСТУ закладено бальний метод оцiнки якосп, при якому кожний показник, залежно ввд його значення, вносить певну к1льк1сть балiв у загальну оцшку. Колiр, у порiвняннi з шшими, е другорядним, але значущим показником. Нами був проведений аналiз ДСТУ 4015-2001.
На рис. 1 представлено результат дослвдження. Графiчно ввдображено внесок у вщсотках кожного iз показнишв у загальну оцiнку якостi лляного волокна. Як видно з рисунка iз зб№шенням довжини волокна внесок безпосередньо довжини в загальну оцшку стае меншим, а розривного навантаження i гнучкостi бiльшим. Внесок кольору ввдносно невеликий i становить 8,9-11,8 %.
На нашу думку, таке другорядне мюце, вiдведене кольору, не зовам обгрунтовано. У ДСТУ його вплив оцiнюеться так низько саме тому, що методика його визначення недосконала i мае значну похибку.
Згвдно з ДСТУ 4015-2001, колiр волокна необх1дно визначати органолептично шляхом порiвняння зi стандартними зразками. Методика цього визначення збереглася ще з ГОСТ 2975-57 i за швстолитя майже не змiнилася. У методищ зовсiм не прописанi умови визначення. З не! неясно, де проводити визначення - в цеху при штучному освиленш або на полi при сонячному. Однак вiдомо, що джерело свiтла i загальне забарвлення примiщення можуть призвести до хибних результапв пвд час органолептичного ощнювання кольору.
Науково-технiчний прогрес не сто!ть на мiсцi. З'являються i удосконалюються новi методики визначення як1сних показнишв. Наприклад, у ДСТУ 4149:2003 [13] визначення ступеня вилежаносп трести лляно! проводиться iнструментально за iнтенсивнiстю вщбитого свiтлового потоку. У сумiжних галузях промисловостi вже введенi й застосовуються мiжнароднi норми органолептично! оцiнки кольору. Наприклад, зпдно з ДСТУ ISO 105-A02:2005 [14], визначення кольору текстильних матерiалiв необхщно проводити у примщенш, забарвленому в сiрий колiр; проба i шкала кольору освiтлюеться природним
свилом швшчно! частини небосхилу швшчно! mвкулi або еквiвалентним джерелом свила з iнтенсивнiстю свiтла 600 лк i бiльше. Свiтло повинне падати пiд кутом 450, а спостереження повинне проводитись прямо перпендикулярно до проби. У той же час, зпдно з росiйським ГОСТ 29319-92 [15], для звичайних порiвнянь використовують розане денне свiтло або джерело штучного освiтлення, вiдповiдне денному свилу з корельованою колiрною температурою 6504 К (МКО стандартне джерело свила D65). Зразки i еталони повинш розташовуватись поряд, при цьому вони або стикаються сторонами, або заходять один на iншiй в однш площинi на вiдстанi приблизно 500 мм вщ очей.
60 70 S0 90 100 110
Довжина тшаного волокна, мм
Рис. 1. Аналiз внеску основних моказиикш в загальну оцiнку якостi волокна згiдно з
ДСТУ 4015-2001
Очевидно, що база для удосконалення методу органолептично! оцшки кольору лляного волока icHye. £ також нормативна база для введения шструментально! оцшки кольору. Наприклад, у стандарт ASTM D6961 / D6961M - 09 Standard Test Method for Color Measurement of Flax Fiber [16] пропонуеться використання спектроскошчних методiв.
Оcтаннiм часом з'явилися розробки, у яких для iнcтрyментальноi оцшки кольору зразшв пропонуеться використовувати планшетш сканери. Одна з них навиъ yвiйшла до роciйcького ГОСТ Р 53484-2009 [17].
У будь-якому дослщженш одним з основних питань е точшсть отриманих експериментальних даних. Для одержання точних даних необхвдне дотримання умов проведення експерименту i наявшсть вiдкалiброваного устаткування. Якщо на фотометри, спектрофотометри та iншi прилади фотометрп методики калiбрyвания вiдомi й доступш, то для планшетних cканерiв середнього класу таких методик не юнуе. Для профеciйних cканерiв, як1 використовуються у полирафи, icнyють так зваш кольоровi мiшенi, за допомогою яких можливо створити iндивiдyальний профiль для точно! передачi вiдтiнкiв кольору.
Структурно схема визначення представлена на рис. 2.
Для перевiрки можливоcтi використання запропоновано! технологii' проводилося статистично-математичне обгрунтування розмiрy скановано! площi зразк1в волокна. Попередш доcлiдження на кольорових еталонах показали високу доcтовiрнicть i повторювашсть резyльтатiв. Однак реальнi зразки волокна вiдрiзняютьcя вiд еталонiв високою неоднорвдшстю. Тому для обгрунтування запропонованого методу нами дослвджувався зразок лляного волокна з метою визначення мшмально! дмнки, необхвдно! для визначення його кольору.
Для забезпечення отримання статистично значущих резyльтатiв на зображеннi зразка у п'яти точках (в цеш^ i по краях) проводилася вибiрка фрагменив зображення. Розмiри фрагментiв з кожним кроком збiльшyвали вiд 1 см2 до 220 см2.
Рис. 2. Структурна схема визначення групи кольору волокна
Таким чином, на кожному крощ отримували суму mKceniB зображення i3 координатами RGB. Дат визначали середньоарифметичне та середньоквадратичне вiдхилення (СКВ) значень координат кольору Bcix отриманих пiкселiв. Залежнiсть СКВ ввд площi проанал1зованого зображення представлена на рис. 4.
Як видно з наведених експериментальних даних, збшьшення дмнки зображення понад 121 см2 або 1683951 ткселя (а це приблизно 19 % формату А4 при роздшьнш здатносп сканування 300 DPI), не сприяе iстотному зменшенню СКВ, а отже, i похибки вимiрювання кольору. Таким чином, враховуючи особливосп нерiвномiрностi забарвлення лляного волокна, площi 121 см2 цiлком достатньо для достовiрного визначення кольору зразюв волокна.
Для реалiзацi! ще! мети був розроблений апаратно-програмний комплекс FlaxFiberAnalysis. Даний комплекс складаеться iз планшетного сканера, з'еднаного з ЕОМ, i дозволяе проводити вищезазначенi вимiрювання у короткий термш i з достатньою точшстю. На рис. 5 наведено штерфейс програми FlaxFiberAnalysis.
Використання запропонованого методу дозволяе значно змшити пiдхiд до анал1зу, наприклад, кольору волокна. Тепер немае необхвдносп виготовляти i зберiгати кольоровi еталони - iнформацiя про !х характеристики зберiгаеться в пам'ятi ЕОМ.
Для тдвищення точностi можна значно розширити к1льк1сть кольорових еталонiв без тдвищення тривалостi та вартостi визначення. Використання автоматизованих методiв для визначення тканини дозволяе позбутися рутинно! багаточасово! ручно! працi. Введення в чинш норми та стандарти даних методiв дозволить обгрунтовано проводити оцiнку вартосп сировини, що, у свою чергу, сприятиме пвдвищенню конкурентоспроможностi галузi в цшому.
Рис. 4. Залежшсть середньоквадратичного вщхилення результапв втпркшаиия вiд ефективноТ площi досл1джуваного зразка волокна
Рис. 5. 1нтерфейс програми FlaxFiberAnalysis
Розвиток промисловосп та розвиток техшчно! документаци - це взаемопов'язаш речi, як1 не можуть iснувати одне без одно!. Тому одночасно iз ввдновленням галузi повинне вiдбуватися удосконалення iснуючих стандарпв на як1сть продукцп.
Висновки
1. Проведено аналiз сучасного стану справ у галузi методологи та засобiв вимiрювання кольору лляних волокон. Визначено недолши iснуючих методiв.
2. Науково обгрунтовано застосування сенсорного аналiзу для ощнювання якостi лубоволокнистих матерiалiв.
3. Удосконалено стандартний метод визначення обраного показника якостi луб'яних волокон, iз застосуванням сенсорного аналiзу.
4. Розроблено алгоритм для визначення показника якосп на основi запропонованого методу.
5. Спроектовано та виготовлено лабораторний макет засобу вимiрювальноl техшки, розроблено програмне забезпечення та створено методологш ошнювання якостi луб'яних матерiалiв.
6. Здшснено оцiнку точностi вимiрювання за запропонованим методом.
Список використаноТ лггератури
1. Соловьев А.Н. Оценка качества и стандартизация текстильных материалов / А.Н. Соловьев, С.М. Кирюхин. - М.: Лёгкая индустрия, 1974. - С. 245.
2. Тимонин М.А. Прием и определение качества лубяных культур / М.А. Тимонин, С.З. Шварцер. -М.: Колос, 1971. - 251 с.
3. Саранча Д.А. Метролопя, стандартизашя та управлшня яшстю / Д.А. Саранча. - К.: Либщь, 1993. - 254 с.
4. Личко Н.М. Основы стандартизации продукции растениеводства / Н.М. Личко. - М.: ВО «Агропромиздат», 1988. - 470 с.
5. Пат. 2067627 Российская Федерация, МПК D01B1/00 Способ оценки качества льняной тресты: Пат. 2067627 Российская Федерация, МПК D01B1/00/ Т.А. Кудряшова; В.В. Мухин; В.А. Романов (РФ). - №93046733/12; Заявл. 06.10.1993; Опубл. 10.10.1996
6. Пат. 2284033 Российская Федерация, МПК G01N33/36 Устройство для оценки качества луба или волокна лубяных культур: Пат. 2284033 Российская Федерация, МПК G01N33/36 / Пашин Евгений Львович, Куликов Андрей Владимирович (РФ). - № 2009123774/15; Заявл. 22.06.2009, Опубл. 27.12.2010
7. Пат. 2312177 Российская Федерация, МПК D01B1/00 Способ оценки качества льняной тресты: Пат. 2312177 Российская Федерация, МПК D01B1/00 Способ оценки качества льняной тресты / Е.Л. Пашин, И.А. Румянцева, А.Е. Виноградова, В.Г. Красильникова, А.В. Куликов (РФ). -№2006117973/12; Заявл. 24.05.2006, Опубл. 10.12.2007
8. А.В. Куликов Е.В. Соболева Новый инструментальный метод определения номера трепаного льна // Материалы Международной научно-практической конференции, 28 февраля 2005 г. "Инновации в производстве товаров нового поколения из льна. - Вологда, 2005. - С. 164-167.
9. А.С. Ефремов, А.А. Катков Определение свойств льнотресты по инфракрасным спектрам // Научнш вест ник КГТУ, 2009. - №2 (21). - С. 21-29.
10. А.Е. Виноградова, Е.Л. Пашин Определение цветовых характеристик льняного волокна // Пути повышения конкурентоспособности продукции из льна: тезисы доклада Международной научно-практической конференции, 3 марта 2004. - Вологда, 2004. - С. 31.
11. Треста льняная: ГОСТ 2975-73. - [Введен 1973-07-01]. - М.: Изд-во стандартов, 1973. - 17 с. -(Государственный стандарт СССР).
12. Треста льняная. Требования при заготовках: ГОСТ 24383-89. - [Введен 1991-01-01]. - М.: Изд-во стандартов, 1991. - 13 с. - (Государственный стандарт СССР).
13. Треста лляна. Техшчш умови: ДСТУ 4149:2003. - На замшу ГОСТ 24383-89; Введ. 01.01.2004. -К.:Держспоживстандарт Украши, 2004. - 14 с.
14. Матерiали текстильш Випробування стшкосп забарвлення. Частина А02. Ора шкала для ошнювання змши кольору (ISO 105-A02:1993, IDT): ДСТУ ISO 105-A02:2005
15. Материалы лакокрасочные. Метод визуального сравнения цвета: ГОСТ 29319-92. - [Введен впервые]. - М.: Изд-во стандартов, 1992. - 13 с. - (Государственный стандарт СССР).
16. ASTM D6961 / D6961M - 09 Standard Test Method for Color Measurement of Flax Fiber
17. Лен трепаный. Технические условия: ГОСТ Р 53484-2009 - [Введён впервые; Введён 18.12.2008]. - М.: Стандартинформ, 2009. - 22 с.
