CC BY
33
УДК 677.11.021
ВС. ТОЛМАЧОВ
Глух1вський нацюнальний педагопчний ушверситет iMeHi Олександра Довженка
М. Б. еДИНОВИЧ, Т.О. КУЗЬМНА
Херсонський нацiональний технiчний ушверситет
ПРИСТР1Й ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ПОКАЗНИК1В КОЛЬОРУ ЛЛЯНОГО ВОЛОКНА
У po6omi обтрунтовано застосування колiрноi моделi HSB для визначення координат кольору лляного волокна, на ii основi запропоновано новий пристрш для визначення показниюв кольору лляного волокна (ПВПК-1), викладено принцип його dii та конструктивы осо6ливостi, також наведено результати випробувань розробленого приладу i-з застосуванням еталонних зразюв лляного волокна.
Ключовi слова: лляне волокно, група кольору, мкроконтролер, прилад, вiдтворюванiсть, прецизтнкть.
В.С. ТОЛМАЧОВ
Глуховский национальный педагогический университет имени Александра Довженко
М. Б. ЕДИНОВИЧ, Т.О. КУЗЬМИНА
Херсонский национальный технический университет
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЦВЕТА ЛЬНЯНОГО ВОЛОКНА
В работе обосновано применение цветовой модели HSB для определения координат цвета льняного волокна, на ее основе предложено новое устройство для определения показателей цвета льняного волокна (ПВПК-1), изложен принцип его действия и конструктивные особенности, также приведены результаты испытаний разработанного прибора с применением эталонных образцов льняного волокна.
Ключевые слова: льняное волокно, группа цвета, микроконтроллер, прибор, воспроизводимость, прецизионность.
V. TOLMACHOV
Hlukhiv National Pedagogical University of Oleksandr Dovzhenko
M. YEDYNOVYCH, T. KUZMINA
Kherson National Technical University
DEVICE FOR DETERMINING THE COLOR INDEXES OF THE FLAX FIBER
In the paper, the use of the HSB color model to determine the coordinates of the color of flax fiber is substantiated. On its basis, a new device for determining the color indexes of the flax fiber (PVPK-1) has been proposed; its operation and design features are described; the results of tests of the developed instrument using reference samples offlax fiber.
Keywords: flax fiber, color group, microcontroller, instrument, reproducibility, precision.
Постановка проблеми
Вхщний контроль якосп лляно! сировини дозволяе визначати технолопчш режими обробки волокна, яшсш показники готово! продукцп та и варпсть.
Широке впровадження м1кроконтролер1в та цифрових технологш дозволяе автоматизувати вим1рювання, тдвищити достов1ршсть контролю якосп льносировини та звести до мшмуму вплив суб'ективного фактора на результати випробувань.
На сьогодшшнш день оцшка якосп лляно! сировини в Укра!ш проводиться вщповщно до чинних державних стандарпв [1-3], як передбачають застосування складного лабораторного обладнання або органолептичш способи оцшки якосп сировини. Така методика не дозволяе оперативно i точно визначати яшсш показники волокна, також негативно впливае на результати суб'ектившсть органолептичних методiв аналiзу, тому юнуе потреба в простих, точних i надшних приладах для експрес-оцшки якосп лляно! сировини в умовах виробництва.
Аналiз останшх дослвджень i публжацш
У текстильнш промисловосп показники кольору враховуються тд час оцшки якосп волокна або готово! продукцп. Вщомо, що природне забарвлення волокна льону та шших луб'яних культур е дуже рiзним. Волокна льону можуть мати срiблясто-сiрий, тютюновий, зелений та жовтий кольори. Колiр безпосередньо не вщноситься до прядильних властивостей волокна, але тд час органолептично! оцiнки
перевагу вДддають свило-арим i сДрим волокнам, i значно нижче оцДнюють темне, зелене та жовте волокно.
Пояснюеться це встановленим зв'язком мДж кольором волокна й вмiстом шкрустуючих речовин, що характеризуеться ступенем його одерев'янДння: чим свiтлiше волокно, тим нижче вмДст лiгнiну та Днших iнкрустуючих речовин, тобто волокно буде гнучкДшим i мiцнiшим [4-6].
ПДд час вибiлювання лляно! пряж1 та тканин волокна рiзних кольорiв поводяться по-рiзному: свiтлi волокна вибiлюються швидше, а для темних необхiдна бДльша тривалiсть i концентрацiя розчинiв, що в подальшому негативно впливае на мщтсть пряж1. Особливо шк1дливою е строкатДсть волокна за кольором. ПДд час вибДлювання волокна рiзного кольору та вДдпнку вДдбДлюються неоднаково, тому в цьому випадку одержують строкату пряжу i може переходити на готовi вироби.
Таким чином, колДр е важливим технологiчним показником якосп тiпаного волокна льону, соломи та трести [1,7]. Вiдомi роботи з дослДдження зв'язку мiж кольором лляного волокна та його фiзико-механiчними характеристиками [4-6]. Важливим завданням е визначення групи кольору луб'яних волокон. Колiр льоноволокна визначаеться за допомогою кДлькох методiв - органолептичного, спектрофотометричного та фотоелектричного, як1 можна вiднести як до експрес, так i до фiзичних методiв.
Для визначення кольору органолептичним методом лляне волокно подiляють на чотири групи. До 1-о! групи вiдносять зелене та буре волокно, до 2-о! - жовте, аре iз зеленим вДдпнком i темно-сiре iз зеленим вiдтiнком, до 3-о! - сiре та темно-сДре, а до 4-о! групи - свило-аре волокно.
У текстильнiй промисловосп вимiрювання кольору забарвлених матерiалiв здшснюеться спектрофотометричним i фотоелектричним методами. ВДдповДдно до цих методiв використовуються спектроколориметри типу «Радуга-1» та компаратори кольору ЕКК i КК. Цд прилади вiдрiзняються як за точнiстю вимДрювання, так Д за чутливДстю до малих кол1рних ввдмшностей. Однак щ прилади призначенi для використання в лабораторних умовах Д через !хт габарити непридатнД для застосування у виробничих умовах.
1снуе багато пристро!в, розроблених рДзними фДрмами-виробниками (рис. 1), що використовуються для фотометричних та спектрофотометричних дослДджень, але вони непридатнД для контролю якосп лляно! сировини.
1 2 3 4
Рис. 1. Лабораторш фотометри та спектрофотометри: 1 - Б1Ан (Росiя); 2 - SPECTRAmax Plus (Molecular Devices, LLC, США);
3 - Photometer 5010 ROBERT RIELE GmbH, Шмеччина); 4 - StatFax 1904 Plus (AWARENESS TECHNOLOGY INC, США); 5 -Ушплан (Роая)
Формулювання мети дослвдження
Удосконалення стандартних методiв визначення показник1в якостi лубоволокнисто! сировини, та розробка нового пристрою для вимiрювання колiрних показник1в.
Викладення основного матерiалу дослiдження
Для опису характеристик кольору на практищ використовують рiзнi колiрнi моделi, до яких можна вщнести RGB, HSL, CIELAB, HSV та шшг Цi моделi представляють показники кольору у виглядi вщповщних координат.
Модель RGB прийнята у якосп стандартно! Мiжнародною комiсieю з освилення (МКО) [8-9]. На !! основi можуть бути обчисленi координати кольору будь-якого випромiнювання, заданого сво!м спектральним складом, а також можна обчислити координати будь-якого кольору в шшш колiрнiй системi, опорнi кольори яко! заданi в системi RGB. Основним недолжом дано! моделi е апаратна залежнiсть.
Для опису координат кольору лляного волокна була обрана модель HSL, як апаратно-незалежна та сумюна зi стандартами органолептично! оцшки якостi волокна.
Схема моделi HSB зображена на рис. 2. Вона може застосовуватися як для адитивних, так i для субстрактивних кольорiв. Ця модель отримала назву за першими лггерами англiйських слiв: hue -колiрний тон, saturation - насичешсть, brightness - яскравiсть. Вона добре узгоджуеться зi сприйняттям
людини, тому що колiрний тон е еквiвалентом довжини хвилi свила, насиченiсть - iнтенсивностi хвилi, а яскравють - кiлькостi свiтла.
Значения ввдпнку виражене у кутi повороту ращус-вектора Н. Червоний колiр вiдповiдае 0о, жовтий - 60о, зелений - 120о, блакитний - 180о, синiй - 240о, пурпуровий - 300о.
Величина насиченостi описуеться як довжина радiуса-вектора. Чим менш насиченим е колiр, тим ближче до центра кола розташовуеться координата. Центр кола ввдповщае чорному кольору. Насичешсть вимiрюеться у вiдсотках: мшмальна насиченiсть дорiвнюе 0, максимальна -100.
Синм
„ Зелений Блакитний
Рис. 2. Схема розподшу шформацп про колiр у моделi HSB
Для врахування яскравостi в моделi додана третя координата В. Увесь колiрний npocTip системи HSB можна уявити у виглядi сукупностi колiрних шл, кожне з яких вiдповiдаe своему значенню яскравосп. Яскравiсть змiнюють у вщсотках у дiапазонi вiд 0 до 100.
Система HSB е абстрактною. Це означае, що немае таких апаратних пристро!в, яш синтезують колiр у цш системi. Не юнуе й прямо! процедури вимiрювання колiрного тону та насиченостi. Зпдно з будь-яким методом спочатку вимiрюються червона, синя й зелена складов^ як1 потiм перераховуються в координати HSB.
За результатами аналiзу стандартних методик визначення колiрних властивостей лляних волокон та конструкцш пристро!в для визначення цих властивостей було створено цифровий автономний пристрш, який дозволяе визначити показники кольору дослiджуваного зразка, розрахувати координати кольору у форматах RGB i HSB, визначити рiвномiрнiсть колiрного забарвлення та рiвень бiлостi дослiджуваного матерiалу.
Для визначення показник1в кольору лляного волокна було розроблено пристрш ПВПК-1 (рис. 3). Принцип дп розробленого приладу грунтуеться на вимiрюваннi за допомогою фотодатчика штенсивносл базових складових свiтла, вiдбитого вiд поверхнi дослщжуваного матерiалу, у системi RGB.
Рис. 3. Зовшшнш вигляд пристрою ПВПК-1: 1 - корпус; 2 - вимпрюва. и.иа камера; 3 - захисна кришка; 4 - цифровий дисплей;
5 - панель керування
Пристрш складаеться з пластикового корпусу 1, усередиш якого знаходяться електронна схема, цифровий дисплей 4, оптичний блок та джерело свiтла. На зворотному бощ знаходиться панель керування 5. Зверху пiд захисною кришкою 3 розташована вимiрювальна камера 2.
Для визначення показника кольору необхщно щшьно заповнити вимiрювальну камеру 2 рiвномiрним шаром волокна масою 20 г та довжиною не менше шж 85 мм, дотримуючись паралельного розташування волокон. Нормовану масу, довжину зразку волокон а також кшьшсть повторюваностей вимiрювань встановлено за результатами дослщжень. Для одержання об'ективних результатiв вимiрювання необхiдно пiдготувати 3 проби волокна i кожну пробу пiддати аналiзу з обох сторiн та у
трьох зонах: BepxiBKOBrn, середнш, прикореневш. За остаточний результат вимiрювань приймаеться середне значения за кожною координатою кольору.
Вимiрювальну камеру з вкладеним зразком накривають захисною кришкою 3. Потiм треба увiмкиути пристрш та за допомогою кнопок панелi керування 5, вибрати необхiдний режим i виконати вимiрювания. На цифровому диспле! з'явиться значення координат кольору у формат HSB, а в разi потреби, скориставшись панеллю керування, можна вивести на цифровий дисплей координати кольору у форматi RGB та значення штенсивносп вiдбитого свiтла I.
Конструкцш чутливого елемента пристрою для вимiрювания показник1в кольору лляного волокна (ПВПК-1) представлено на рис. 4.
Рис. 4. Схема пристрою ПВПК-1: 1 - корпус; 2 - RGB-свгглодюди; 3 -фоторезистор; 4 - дослщжуваний матерiал
Пристрш реалiзовано на однокристальному мiкроконтролерi з RISC архiтектурою Atmega 8 (рис. 5). У прилад для освiтления поверхнi дослiджуваного зразка використовуються спецiальнi RGB-свiтлодiоди з фжсованими спектральними характеристиками. Сигнал фоторезистора, який послiдовно вимiрюе iнтенсивнiсть червоного, зеленого й синього свгглових потоков, вiдбитих вiд дослiджуваного матерiалу, надходить на вхiд АЦП мiкроконтролера, де обробляеться зпдно з розробленим алгоритмом i виводиться на цифровий iндикатор. Кнопки S1 - S4 призначеш для вибору режимiв роботи пристрою.
При робот у режимi RGB на iндикатор виводяться значения штенсивностей червоного, зеленого та синього кольорiв а також обчислена за формулою (1) штенсившсть вiдбитого свiтла, враховуючи спiввiдношения м1ж iнтенсивнiстю базових кольорiв за стандартами телебачения [10]:
Y = 0,299• R +0,587 • G + 0,112 • B. (1)
Рис. 5. Електрична принципова схема ПВПК-1
Для перетворения отриманих координат кольору з RGB в HSB у розробленому пристро! застосовуеться стандартний алгоритм [11]. У режим HSB на iндикатор виводься значения вщпнку Н, насиченостi S i яскравостi В.
Вiдповiдно до ДСТУ 4015-2001 колiр волокна подметься на чотири групи. Для зручносп групи кольору, як1 мiстять у своему опий калька кольорiв, було подшено на пiдгрупи. У результат отримано табл. 1, на основi яко! визначено перелiк кольорiв, що використовуються пiд час оцiнювания лляного волокна.
Таблиця 1
Групи кольору зпдно з ДСТУ 4015-2001 та 1'х розподш на пiдгрупи_
Група кольору Шдгрупа кольору Опис кольору
I а Бурий
Ь Зелений
II а Жовтий
Ь Жовтий з вщтшками
с Орий з вщпнками
а Темно-сiрий з вiдтiнками
III а Сiрий
Ь Темно-арий
IV а Свiтло-сiрий
У ходi випробувань ПВПК-1 були визначет граничнi значения координат 1 В колiрноl моделi И8Б, оск1льки волокно вщбивае менше свiтла, нiж попередньо дослцркуваш, еталони кольорiв. П1д час дослщження були проаналiзованi стандартнi зразки (еталони) довгого тiпаного волокна, що вiдповiдають ГОСТ 2975-73 «Треста льняная. Технические условия» та ДСТУ 4149:2003 «Треста льняная. Технические условия». У результат отримали середш значення координат кольору та групу кольору тих еталошв, як1 за описом вщповщають вищезазначеним стандартам. Для щентифтаци еталошв 1х було позначено як Е1-Е14 (табл. 2).
Таблиця 2
Опис показниюв кольору еталонiв волокна_
Номер етал. Визначенi показники кольору
середнi значення координат кольору у формап ЯвБ середш значення координат кольору у формап И8Б група кольору
X* хе Хв Хн Хв
Е1 91 76 48 39 47 36 1
Е2 63 40 22 26 65 25 2
Еэ 137 116 90 33 34 54 2
Е4 91 81 57 41 37 36 2
Е5 106 96 79 44 25 42 2
Еб 133 125 100 45 25 52 2
Е7 87 82 64 47 26 34 2
Е8 30 26 18 40 40 12 2
Е9 74 69 51 47 31 29 2
Е10 58 58 46 60 21 23 3
ЕЦ 95 91 76 47 20 37 3
Е12 117 109 90 41 23 46 4
Е13 122 122 103 60 16 48 4
Е14 118 117 100 57 15 46 4
За отриманими даними було побудовано точкову дiаграму (рис. 6), на якш видно розподiл зразюв волокна за групами кольору, описаними у ДСТУ 4015-2001 [3], та визначено межi розподшу запропонованого простору колiрноl моделi (рис. 6). Отриманi меж1 мають числовi значення: 80 = 0-24, Б1 = 24-34, 82 = 34-44, 83 = 44-100, Б0 = 0-25, Б1 = 25-45, Б2= 45-100.
Ступiнь вiдтворюваностi та прецизшносп запропонованого пристрою оцiнено зпдно з чинною методикою [12]. Оцшка стабшьносп результатiв вимiрювання показника кольору здшснена iз застосуванням карт Шухарта [13].
Рис. 6. Розподш еталошв у колiрному npocTopi SB (у дужках вказана група кольору)
Висновки
1. Запропонована колiрна модель HSB (тон-насичешсть-яскраысть) е придатною для опису координат кольору лляного волокна, осшльки дана модель е апаратно-незалежною, тобто не прив'язаною до приладiв, в яких вона застосовуеться. Це дозволяе чггко визначити групу кольору дослщного зразка за отриманими координатами.
2. Експериментальш дослiдження пiдтвердили доцiльнiсть використання пристрою ПВПК-1 в процесi ощнювання якостi лляних волокон за розробленими методиками. Новизна техшчних рiшень, запропонованих пiд час розробки пристрою ПВПК-1 шдтверджена патентом Украши [14] та апробащею у виробничих умовах.
3. Для застосування пристрою ПВПК-1 у виробнищга необхiдно покращити його експлуатацшш характеристики - забезпечити виведення на дисплей групу кольору волокна, визначену стандартом, а не координати кольору RGB чи HSB.
Список використаноТ л^ератури
1. Треста лляна. Техшчш умови: ДСТУ 4149:2003. - [Чинний ввд 2003-02-24]. - К.: Видаництво стандартiв, 2004. - 14 с. - (Нацюнальний стандарт Украши).
2. Волокно лляне коротке. Техшчш умови: ДСТУ 5015:2008. - [Чинний ввд 2003-02-24]. - К.: Держспоживстандарт Украши, 2009. - 10 с. - (Нацюнальний стандарт Украши).
3. Льон тшаний. Техшчш умови: ДСТУ 4015-2001. - [Чинний ввд 2001-03-30]. - К.: Держстандарт Украши, 2001. - 12 с. - (Нацюнальний стандарт Украши).
4. Куликов А.В. Определение взаимосвязи свойств трепаного льняного волокна с его цветом / А.В. Куликов, Е.Л. Пашин, А.Е. Виноградова // Технология текстильной промышленности. -2004. - №» 1 (276). - С. 8.
5. Крагельский И.В. Совершенствование инструментального метода определения качества льняной тресты / И.В. Крагельский, Т.А. Кудряшова // Труды ВНИИЛ. - Торжок, 1990. - Вып. 26. - С. 130-132.
6. Кудряшова Т.А. Разработка инструментального метода оценки льносырья по цвету: автореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук: спец. 05.19.02 «Первичная обработка текстильного сырья» / Т. А. Кудряшова. - Кострома, 1991. - 17 с.
7. Тшотн М.О. Удосконалена методика технолопчно! оцшки лляно! соломи з агротехшчних i селекцшних дослщв / М.О. Тшотн, Ю.В. Мохер, Р.Н. Плязетдшов. - Глухiв: 1нститут луб'яних культур УААН, 2001. - 14 с.
8. Юстова Е.Н. Таблицы основных колориметрических величин / Е.Н. Юстова. - М.: Изд-во стандартов, 1967. - 35 с.
9. Vos J.J. Colorimetric and photometric properties of a 2-degree fundamental observer / J.J. Vos // Color Res. Appl. - 1978.- V. 3.-P. 125-128.
10. Смирнов А.В. Основы цифрового телевидения: [учебн. пособ. ] / А.В. Смирнов. - М.: Горячая линия - Телеком, 2001. - 224 с.
11. Mark D. Fairchild, Color Appearance Models, 3rd Ed. Wiley-IS&T, Chichester, UK, 2013. - 472 p.
12. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений: ГОСТ Р ИСО 5725-2-2002. - [Введен 2002-11-01]. - М.: Изд-во стандартов, 2002. - 62 с. -(Межгосударственный стандарт).
13. Статистические методы. Контрольные карты Шухарта: ГОСТ Р 50779.42-1999. - [Введен 200001-01]. - М.: Изд-во стандартов, 1999. - 32 с. - (Межгосударственный стандарт).
14. Пат. 76375 Украша, МПК G 01 N 33/36. Споаб визначення якосп льоносировини / Толмачов В.С., Кузьмша Т.О.; № u2012 00907; заявл. 30.01.12; опубл. 30.01.13, Бюл. № 1.
