Введение к работе
Актуальность работы. Брак может возникать на различных этапах ткачества или отделочных работ. Разбраковка тканей позволяет определить сортность конечного продукта, анализировать причины брака и влиять на его уменьшение. Выявление пороков внешнего вида тканей, основанное на визуальном восприятии, оказывается медленным при растущих объемах производства, необъективным и недостоверным. Создание системы полностью автоматической разбраковки тканых материалов, имеющей высокую рентабельность, является сложной научно-технической задачей, решение которой в мировой практике еще не получено. Средства ввода изображения в компьютер позволяют проводить анализ визуальной информации при помощи современных прикладных методов компьютерной математики с более высокой эффективностью, чем это было возможно раньше.- Тот или иной метод поиска пороков, базирующийся на них, при условии его достаточной универсальности, является основой установок автоматизированной разбраковки тканей. Однако в настоящее время методы автоматического определения сортности готовых тканей, основанные на современных достижениях прикладной математики, а также обладающие высокой точностью, достаточной универсальностью и скоростью работы, отсутствуют.
Таким образом, разработка новых методов обнаружения и классификации пороков внешнего вида тканей базируется на доступных компьютерных средствах, необходимых для моделирования технологического процесса, нормах определения сортности тканей при визуальном контроле качества, которые позволяют выявить критерии обнаружения пороков, а также передовых методах прикладной математики, используемых для анализа оптической информации. Объединение составляющих этого базиса и создание перспективного метода автоматизированной разбраковки тканей является актуальной задачей научного и прикладного исследований.
Объектом исследования данной работы являются системы автоматизированного обнаружения пороков внешнего вида тканей. Отсутствие использования таких систем на текстильных фабриках приводит к тому, что разбраковка тканей - одно из самых узких мест в эффективности технологического процесса текстильного производства. Главной причиной этого является недостаточное развитие методов и алгоритмов, заложенных в разработанные системы. Поэтому предмет перспективного исследования - новые более эффективные методы поиска пороков, базирующиеся на компьютерной обработке визуальной информации о тканом материале.
Цели и задачи исследования. Целью данной диссертационной работы является получение решения задачи о разработке универсального метода автоматизированного обнаружения и классификации пороков внешнего вида тканей.
Для достижения цели были решены следующие задачи:
Проведён анализ современного состояния проблемы автоматизированного поиска пороков тканей в мировой практике;
разработана общая концепция решения задачи об обнаружении пороков на основе современного научного представления о визуальном восприятии;
разработана методика поиска и классификации пороков тканей в лабораторных условиях путем компьютерного анализа изображений поверхности исследуемого материала;
проведены испытания разработанной методики как на модельных образцах тканей, так и на тканях в промышленном производстве;
разработаны рекомендации, необходимые для создания промышленных образцов системы автоматизированной разбраковки тканей.
Методической и теоретической основой диссертации явились научные труды и научно-прикладные работы: текстильное материаловедение; технология ткачества, отделки материалов в текстильной промышленности и кожевенного производства; методы и средства измерений; методы оценки и прогнозирования качества; методы получения достоверных цифровых образов тканей; методы компьютерного распознавания образов; научные работы по физиологии зрения и принципам видения; прикладные методы обработки сигналов; функциональный анализ; алгоритмирование и программирование на языках высокого уровня.
Научная новизна. В диссертационной работе впервые получены следующие результаты:
на основе анализа научных работ по физиологии зрения и принципам видения установлены основные критерии, которые лежат в основе обнаружения пороков тканей при визуальном контроле качества;
на основе современных достижений прикладной математики разработан метод анализа изображений с помощью вейвлет-функций, использующий энергетические критерии поиска пороков;
разработана методика классификации пороков тканых полотен, которая позволяет, используя метод анализа изображений с помощью вейвлет-технологий, определять сортность тканей;
Достоверность полученных результатов подтверждается производственными испытаниями, в ходе которых проведено тестирование методов и алгоритмов на ряде промышленных образцов готовых тканей и выявлены преимущества разработанной методики по сравнению с известными подходами.
Практическая значимость работы. В результате проведённых научных исследований созданы исследовательские алгоритмы и программы для лабораторного метода поиска пороков тканей. Универсальность методики поиска пороков на основе энергетических принципов позволяет ис-
пользовать ее в установках для автоматизированной разбраковки продукции текстильной и лёгкой промышленности с более сложными характеристиками. Общие принципы разработанной методики могут найти применение в других отраслях промышленности, где используется неразрушаю-щий контроль качества оптическими методами.
Апробация работы. Исследования проводились на кафедрах ГОУ ВПО «РосЗИТЛП»: технологии тканей и трикотажа, электротехники и автоматизированных промышленных установок. Практические испытания методики обнаружения и классификации пороков внешнего вида тканей проводились также в исследовательских лабораториях ОАО «Трёхгорная мануфактура».
Основные материалы диссертационной работы изложены в докладах и тезисах:
научно-технических и научно-практических конференций,
в директорате ОАО «Трёхгорная мануфактура»,
на кафедре технологии тканей и трикотажа ГОУ ВПО «РосЗИТЛП»,
на кафедре электротехники и автоматизированных промышленных установок.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы статьи:
в научно-техническом журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности», № 3, 2008 г.,
в сборниках «Новое в науке и производстве текстильной и легкой промышленности» (вып. 3, 4), «Наука в высшей школе», «Современные информационные технологии».
На защиту выносятся следующие положения.
Развитие теории и практики компьютерного анализа структурных характеристик тканых полотен.
Новые аспекты применения вейвлет-анализа в задачах поиска структурных характеристик и особенностей цифровых изображений.
Метод автоматического определения параметров строения, поиска и классификации пороков тканей на базе лабораторной установки с использованием специально разработанных алгоритмов и исследовательских программ. .
Методика проведения производственных испытаний разработанной методики поиска пороков на промышленных образцах изделий готовых тканей.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из ведения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 132 страницах, включая 41 рисунок и 15 таблиц.
