Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ современного состояния проблемы оценки зрелости хлопковьгх волокон 10
1.1 Определение мировых тенденций и рыночных факторов обращения хлопкового волокна 10
1.2 Анализ влияния зрелости хлопковых волокон на формирование качества и цены получаемых текстильных изделий .16
1.3 Исследование известных прямых и косвенных показателей зрелости хлопковых волокон 22
1.4 Систематизация и критический анализ существующих методов оценки зрелости хлопковых волокон 28
1.5 Оценка перспектив развития инструментальных методов оценки зрелости хлопковых волокон с использованием новых информационных технологий 39
1.6 Постановка задач научных исследований 44
1.7 Общая характеристика объектов исследования и обоснование выбора теоретических и экспериментальных методов исследования 45
2 Уточнение показателей зрелости хлопковых волокон .47
2.1 Анализ изменения элементов структуры хлопкового волокна в процессе его созревания 47
2.2 Разработка универсального показателя зрелости хлопковых волокон 52
2.3 Выявление дополнительных признаков и показателей для распознавания хлопковых волокон различной зрелости
2.4 Построение эмпирической зависимости для определения универсального показателя зрелости по компьютерному изображению хлопковых волокон 73
2.5 Выводы по главе 91
3 Разработка операций инструментального метода измерения зрелости хлопковых волокон 92
3.1 Выявление последовательности операций инструментального метода измерения показателей зрелости хлопковых волокон .92
3.2 Формирование элементарной лабораторной пробы для измерения показателей зрелости хлопковых волокон УЧг 94
3.3 Осуществление предварительных процедур и получение цифрового изображения пробы хлопковых волокон для измерения показателей зрелости 97
3.4 Распознавание и выделение изображений волокон в пробе 104
3.5 Измерение оптических характеристик на выделенных изображениях хлопковых волокон и их обработка с использованием вейвлет-преобразований 116
3.6 Визуализация процесса и представление результатов измерения показателей зрелости хлопковых волокон 129
3.7 Выявление новых научных результатов 135
4 Разработка аппаратного обеспечения компьютерного метода измерения показателей зрелости хлопковых волокон 136
4.1 Разработка устройства для подготовки элементарной пробы хлопковых волокон к измерению показателей зрелости 136
4.2 Выбор параметров проекционного устройства для измерения зрелости хлопковых волокон 140
4.3 Оптимизация значений характеристик цифровой камеры-окуляра для измерения показателей зрелости хлопковых волокон 146
4.4 Выявление новых научных результатов 153
5 Исследование точности процесса измерения показателей зрелости хлопковых волокон и разработка средств метрологического обеспечения предлагаемого инструментального метода 154
5.1 Разработка средств и методики поверки стенда для измерения показателей зрелости хлопковых волокон 154
5.2 Установление пределов допустимой погрешности измерений нового показателя зрелости хлопковых волокон 160
5.3 Разработка методики выполнения измерений показателей зрелости хлопковых волокон 167
5.4 Выявление новых научных результатов 173
Заключение 174
Список использованных источников 176
Приложения 183
- Анализ влияния зрелости хлопковых волокон на формирование качества и цены получаемых текстильных изделий
- Разработка универсального показателя зрелости хлопковых волокон
- Формирование элементарной лабораторной пробы для измерения показателей зрелости хлопковых волокон УЧг
- Выбор параметров проекционного устройства для измерения зрелости хлопковых волокон
Введение к работе
Актуальность темы. Качество выпускаемой продукции является ее основной характеристикой, а также наиболее эффективным средством удовлетворения растущих запросов потребителей. Основное условие выпуска текстильной продукции, соответствующей установленным требованиям, заключается в эффективном функционировании системы обеспечения качества предприятия на всех этапах жизненного цикла продукции. Входной контроль поступающего на предприятия волокнистого сырья имеет особую актуальность для обеспечения качества и конкурентоспособности текстильных изделий, поскольку сырье является неотъемлемой частью готовой продукции, а стоимость волокна занимает значительную долю в ее себестоимости. Среди перерабатываемого волокнистого сырья натурального происхождения наиболее распространенным является хлопковое волокно. Важнейшим свойством хлопкового сырья является зрелость, которая определяет способность волокон к переработке и основные эксплуатационные характеристики изделий. Кроме этого, значимость данного свойства для хлопковых волокон обусловлена тем, что оно может эффективно применяться для косвенной оценки структурных и механических характеристик, а также отражать сорбционные возможности волокон.
В основе известных методов определения показателей зрелости лежит экспертная оценка принадлежности исследуемого волокна к той или иной группе зрелости. Такой подход к процессу измерения обладает недостатками, связанными с определенной субъективностью, высокой трудоемкостью и низкой информативностью оценки. Перспективным решением данной проблемы является разработка инструментальных средств получения визуальной информации о хлопковых волокнах и алгоритмов ее обработки на основе современных информационных технологий с целью определения информативных показателей зрелости хлопковых волокон.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка метода определения показателей зрелости хлопковых волокон с использованием информационных технологий, позволяющего снизить трудоемкость и повысить объективность оценки качества хлопковых волокон. Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи:
проведен критический анализ существующих методов оценки показателей зрелости хлопковых волокон;
предложен новый показатель зрелости хлопковых волокон, позволяющий повысить информативность оценки данного свойства;
установлена взаимосвязь между существующими и предлагаемым показателями зрелости хлопковых волокон;
определен перечень количественных параметров, позволяющих распознавать хлопковые волокна различной зрелости по их внешнему виду;
разработан алгоритм определения показателей зрелости хлопковых волокон по компьютерному изображению с использованием методологии вейвлет-преобразований и нейронных сетей;
сформированы измерительные операции метода определения показателей зрелости хлопковых волокон с использованием программно-аппаратных средств;
проведено исследование нового метода определения показателей зрелости хлопковых волокон в отношении качества процесса измерения;
разработаны проекты документов по метрологическому обеспечению нового метода определения показателей зрелости хлопковых волокон.
Методы исследования. При выполнении работы применялись теоретические и экспериментальные методы исследования. В теоретических исследованиях использованы методы распознавания образов и выбора решений в условиях многокритериальных задач, в том числе теория искусственных нейронных сетей, а также численные методы прикладной математики, методы корреляционно-регрессионного анализа, методы математической статистики и математического моделирования. Основу экспериментальных исследования составил метод опто-электронного получения цифровых изображений. Кроме того, использованы известные методы получения поперечных срезов волокон. Полученные первичные данные подвергались обработке на измерительном комплексе МиниЛАБ-1 как стандартными пакетами прикладных программ, так и оригинальными программными продуктами.
Научная новизна. В диссертационной работе согласно паспорту специальности 05.19.01 в области разработки методов оценки и контроля показателей качества текстильного сырья получены следующие научные результаты:
выявлены и оценены основные способы визуализации хлопковых волокон различной зрелости, приемлемые для дальнейшей компьютерной обработки;
предложен новый показатель зрелости хлопковых волокон, дающий более объективную информацию об уровне зрелости хлопковых волокон;
установлен перечень признаков распознавания хлопковых волокон различной зрелости и выделены их количественные критерии;
созданы графическая и математическая модели поперечного сечения хлопкового волокна;
разработано устройство для автоматического получения изображений и подсчета хлопковых волокон в элементарной пробе;
сформированы принципы гибридной компьютерной обработки цифровых изображений хлопковых волокон в поляризованном свете, основанные на использовании различных фильтров и конкурирующих алгоритмов получения измерительной информации;
разработан алгоритм и составлена компьютерная программа для измерения показателей зрелости хлопковых волокон;
установлены количественные соотношения между показателями зрелости волокон, определяемыми традиционными и предлагаемым методами измерения.
Практическая значимость работы состоит в том, что:
получены нормативные значения предлагаемого показателя зрелости с целью их включения в национальные стандарты на хлопковое волокно;
разработан объективный инструментальный метод измерения уровня зрелости хлопковых волокон с использованием серийно выпускаемых периферийных устройств;
создана методика поверки компьютерного метода определения предлагаемого показателя зрелости хлопковых волокон;
документирована методика выполнения измерений нового показателя зрелости хлопковых волокон, дающая предприятиям нормативную основу для применения компьютерного измерения в оценке качества хлопкового волокна.
Результаты работы используются в прядильном производстве и в службах технического контроля качества сырья на ОАО «Фурмановская прядильно-ткацкая фабрика № 2», а также в учебном процессе ИГТА в виде наглядных пособий и измерительного стенда для оценки зрелости хлопковых волокон, предназначенных для студентов специальностей 200501, 200503, 220501, 080401, 260704 в рамках учебных дисциплин «Текстильное материаловедение» и «Товароведение текстильных товаров».
Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы доложены и получили положительную оценку на международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс - 2005, 2006), ИГТА, Иваново; на межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (Поиск - 2005, 2006), ИГТА, Иваново; на научно-технической конференции «Научные чтения студентов и аспирантов», II У, Тольятти, 2005; на III международной научно-практической конференции «Потребительский рынок: качество и безопасность товаров и услуг», ОрелГТУ, Орел, 2004; на Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы проектирования и технологии изготовления текстильных материалов специального назначения (Техтекстиль-2005)», ДИТУД, Димитровград, 2005; на IX Всероссийской конференции «Проектирование, контроль и управление качеством продукции и образовательных услуг», ТГУ, Тольятти, 2006.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 15 печатных работ. Из них две статьи в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности», одна статья в журнале «Вестник ИГТА», один патент РФ на изобретение, один патент РФ на полезную модель, два свидетельства о регистрации разработок в Отраслевом фонде алгоритмов и программ, восемь тезисов конференций различного уровня.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 182 страницах, включает 47 таблиц, 66 рисунков. Список литературы состоит из 77 наименований. Приложения представлены на 24 страницах.
Анализ влияния зрелости хлопковых волокон на формирование качества и цены получаемых текстильных изделий
Хлопковое волокно является традиционным и преобладающим сырьем текстильных предприятий Ивановской области, и основная его часть перерабатывается в пряжу, а затем в ткани, трикотаж, нетканые полотна и др. изделия. Выработка пряжи является наиболее трудоемкой и затратной стадией в производственном цикле производства полотен и изделий, а уровень основных качественных параметров пряжи [6...8] в равной степени зависит от состояния технологического процесса и качества применяемого волокна. Известно, что в себестоимости выпускаемой хлопчатобумажной пряжи до 75% составляют прямые затраты на сырье [9]. Поэтому вопрос закупок качественного сырья по адекватной цене является актуальной задачей, решение которой позволит производителям текстиля оптимизировать свои затраты, ориентируясь на наиболее значимые качественные показатели.
Ранжирование (определение значимости) показателей качества хлопкового волокна целесообразно осуществлять среди тех показателей, которые нормируются в стандартах, широко применяемых участниками хлопкового рынка на территории Российской Федерации. Прежде всего, к ним относятся [10] и [11]. Стандарт Республики Узбекистан с 1993 года претерпел существенные изменения в той части, которая касается коэффициента зрелости и других показателей, являющихся традиционными для отечественной практики. В частности, в действующей редакции [11] определено, что коэффициент зрелости не используется при обязательной сертификации хлопкового волокна в этой республике, а соответствующие методы его определения названы методами специального применения, область распространения которых распространяется только на оценку качества хлопка-сырца, работу селекционеров и контроль технологических процессов на хлопкозаводах и текстильных предприятиях. Причины исключения «гостовских» показателей носят геополитический характер, однако фактический отказ от использования коэффициента зрелости существенно снижает информативность общей оценки качества поставок. Из [12, 13] известно, что зрелость хлопковых волокон тесно связана с такими технологическими свойствами как прочность, смачиваемость, тонина, а также жесткость при изгибе и цепкость. Незрелые волокна обладают не только низкой прочностью и легко разрываются при переработке, но и плохо окрашиваются вследствие особого состава наружной оболочки. Для зрелых волокон характерно наличие штопоро-образной извитости, которой не наблюдается у незрелых волокон и которая пропадает у перезрелых. С повышением зрелости хлопкового волокна увеличивается толщина его стенок и толщина (линейная плотность) волокна в целом. Более зрелый хлопок имеет большую толщину и жесткость, что при исчезновении извитости негативно сказывается на его прядильной способности и качестве получаемой пряжи. Возможными последствиями использования незрелого хлопкового волокна могут быть - низкая прочность и износостойкость пряжи и полотен, слабое закрепление красителя на полотне и низкая устойчивость окраски. По данным [14] наличие пластиков незрелого хлопкового волокна является причиной появления на ткани так называемых белых пятнышек («white speck»), представленных на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 - Изображение порока «white speck» при различном увеличении {а - общий вид поверхности ткани; б - увеличенное изображение порока; в -увеличенное изображение пластика незрелого волокна)
Последствиями использования перезрелого хлопкового волокна будут укорочение волокон при изготовлении пряжи и, как следствие, ее повышенная неравномерность по толщине, ворсистость и подвижность структуры. Все это также ведет к снижению износостойкости полотен и изделий. Таким образом, оценка степени зрелости является важным критерием при выборе назначения и области использования хлопкового волокна. Зрелый хлопок целесообразно использовать при производстве пряжи и изделий из нее, а совершенно незрелый или перезрелый можно эффективно использовать при производстве наполнителей, ватных изделий или в качестве сырья химической промышленности.
Для установления весомости коэффициента зрелости можно воспользоваться данными [10]. Согласно ему нормируются: разрывная нагрузка, приходящаяся на одно волокно — Р, сН, коэффициент зрелости - Z, влажность волокна - W, %, массовая доля пороков и сорных примесей — S, %, удельная разрывная нагрузка - Ру, сН/текс, штапельная массодлина - Lum, мм, средняя линейная плотность - Т, мтекс. Поскольку влажность волокна в большей степени рассматривается при приемке по количеству, то в дальнейшем анализе значимости она не будет приниматься во внимание. Таким образом, классификация качества по [10] сведена в таблицу 1.1 и таблицу 1.2.
Как видно из таблиц для определения сорта используются разрывная нагрузка, коэффициент зрелости и массовая доля пороков и сорных примесей. Для ранжирования этих показателей применим метод разности медиан, однако для его осуществления необходимо восстановить полный ряд значений по показателю «разрывная нагрузка». Воспользовавшись косвенными вычислениями [13] и сведениями о значениях удельной разрывной нагрузки и средней линейной плотности (табл. 1.2) получили следующий ряд (см. таблицу 1.3).
Разработка универсального показателя зрелости хлопковых волокон
Разработка нового показателя зрелости хлопковых волокон должна исходить из следующего основного условия: он должен быть определяем путем непосредственных измерений для волокон, имеющих любую степень зрелости — от совершенно незрелых до перезрелых цилиндрических волокон. После проведенного анализа известных показателей зрелости было принято решение, что за основу при проектировании нового показателя следует взять «maturity ratio» М, который является наиболее адекватной оценкой содержания целлюлозы в стенках волокна. Вместе с тем он имеет ряд недостатков.
Во-первых, во вспомогательной формуле (1.5) для расчета заполнения поперечного сечения волокна целлюлозой используется величина S, представляющая собой площадь поперечного сечения волокна по внешнему контуру. Однако, подобная интерпретация той части площади сечения, которая занята целлюлозой не соответствует действительности, так как она не учитывает наличие и размеры канала внутри хлопкового волокна. Как показывают исследования [44] форма и размеры канала индивидуальны (рис. 2.6), следовательно, необходимо учитывать долю площади поперечного сечения волокна занимаемую каналом. Таким образом, в итоговой формуле универсального показателя зрелости вместо площади поперечного сечения волокна, измеренной по внешнему контуру необходимо использовать «чистую» площадь, занимаемую целлюлозой.
Во-вторых, в операциональном определении показателя М не оговаривается, в каком месте по длине волокна следует делать сечение и оценивать соотношение фактической площади занятой целлюлозой к площади при максимально возможном заполнении целлюлозой. В то же время известно, что даже отдельное хлопковое волокно неоднородно по своей толщине и заполнению целлюлозы. Как правило, сечения близкие к месту отрыва волокна от семени оказываются толще, чем сечения, расположенные ближе к вершине волокна. Отсюда следует, что в определении нового показателя необходимо дать точные указания относительно расположения мест контрольного сечения и количества замеров для установления эталонного значения коэффициента зрелости.
В третьих, при определении фактического заполнения площади волокна целлюлозой 0 по выражению (1.5) показатель степени у величины наружного периметра поперечного сечения волокна Р равен двум. Как известно из теории метрологического обеспечения, выражения, в которых используются степенные зависимости, приводят к увеличению итоговой косвенной погрешности. Поэтому необходимо снизить показатель степени у периметра до единицы и соответственно уменьшить показатель степени у других элементов выражения. С учетом корректировки показателя степени при прочих неизменных условиях выражение (1.5) примет вид
Для обоснования данного решения проведем сравнительный метрологический анализ выражения (1.5) и выражения (2.1). Основным критерием является абсолютная и относительная погрешность выражений. Пусть при исследовании поперечного сечения волокна получено значение площади по 54 перечного сечения равное S = 81,4 мкм2 и значение наружного периметра поперечного сечения волокна Р = 42,5 мкм. Рассчитаем значение абсолютной и косвенной погрешности величины фактического заполнения площади волокна целлюлозой в соответствии с методикой [38]. Примем, что абсолютная погрешность измерения периметра составляет АР = 0,5 мкм, а абсолютная по-грешность измерения площади поперечного сечения — Д$ = 0,2 мкм .
Согласно методике [38] для любой физической величины относительная погрешность 5Х определяется по выражению где Ах— абсолютная погрешность произвольной физической величины Дед. изм.; X— фактическое (измеренное) значение физической величины, ед. изм.
Таким образом, определяются относительные погрешности всех величин, входящих в расчетное выражение, а затем вычисляется итоговая относительная погрешность косвенной величины. Так относительная погрешность выражения (1.5) может быть вычислена по формуле
Формула для вычисления относительной погрешности выражения (2.1) примет вид
Таким образом, относительная погрешность предлагаемого выражения оказывается в два раза ниже, чем у исходной формулы только за счет корректировки показателя степени. При этом физический смысл выражения не искажается, а только масштабируется, поскольку величина является безразмерной. В конечном итоге качество выражения оценивается абсолютной погрешностью искомого показателя, которая определяется на основании выражения (2.2). Чтобы не перегружать текст вычислениями, все результаты приведены в таблице 2.1.
Формирование элементарной лабораторной пробы для измерения показателей зрелости хлопковых волокон УЧг
Целью исследований на данном этапе является апробирование и регламентирование операций, которые позволяли бы получать пробу, пригодную для съемки электронной видеосистемой. В частности, были поставлены и решены следующие задачи: уменьшение трудоемкости операций формирования пробы; создание надежного варианта фиксации волокон элементарной пробы на протяжении процесса ввода информации; обеспечение возможности однозначного принятия решений при за пуске рабочего алгоритма за счет получения четкого и контрастного изображения волокон относительно фона.
Относительно каждой из указанных задач были опробованы различные варианты их решения и проведены практические исследования. Прежде всего, следует отметить, что измерения проводятся над небольшой выборкой волокон, представляющей собой малую среднюю лабораторную пробу массой 4...5 г. Отбор малой средней лабораторной пробы из партии хлопкового волокна и предварительная подготовка волокон к испытанию (в т.ч. приготовление окончательной пробной ленты) проводится согласно требованиям [52].
Из окончательной пробной ленты готовится штапель массой 25...30 мг и раскладывается вручную с помощью зажимов № 1 и № 2 на предметные стекла таким образом, чтобы в поле зрения микроскопа можно было наблюдать отдельные распрямленные волокна. Оптимальная плотность расположения волокон в элементарной пробе соответствует 18...20 хлопковым волокнам, видимым в одном поле зрения при коэффициенте увеличения 100х. Образец приготовления элементарной пробы волокон с точки зрения плотности расположения волокон приведен на рисунке 3.2. Таким образом, раскладываются все волокна штапеля. Количество предметных стекол, полученных из одного штапеля, может оказаться от 10 до 15 в зависимости от количества волокон в штапеле.
Для уменьшения трудоемкости раскладки волокон на предметные стекла целесообразно использовать прибор МРВ-1 [56], при этом неконтролируемые волокна короче 20 мм допускается не учитывать и предварительно вычесывать их из штапеля с помощью гребня с частотой 10 игл на 1 см. Важным условием является сохранение параллельного и прямолинейного расположения волокон в элементарной пробе, поскольку даже небольшие отклонения или искривление волокон приводят к изменению разности хода обыкновенного и необыкновенного лучей и искажению интерференционной картины.
Уложенные на предметном стекле волокна сразу фиксировались другим предметным стеклом, при этом его толщина должна быть не более 0,8...1,0 мм, поскольку при большей толщине верхнего стекла снижается четкость изображения волокон из-за слишком малого фокусного расстояния объектива применяемого проекционного устройства. Таким образом, для приготовления элементарных проб были выбраны предметные стекла СП7105 (ОАО «Мини-мед»), имеющие подходящие размеры. Использование же стандартного покровного стекла (толщиной 0,1 мм) хотя и позволяет получать изображения с максимальной четкостью, но оказывается неудобным для дальнейшей фиксации и просмотра волокон ввиду малых размеров стекла (максимальный размер покровного стекла составляет лишь 20x20 мм).
Для надежной фиксации волокна в процессе переноса элементарной пробы на предметный столик микроскопа и ввода информации в память компьютера использованы узкие фрагменты резиновых трубок диаметром 8 мм с толщиной стенок порядка 0,8...1,0 мм. Применение других средств (металлических скоб, резиновых трубок с более толстыми стенками и большим диаметром) приводило либо к перепаду фокусного расстояния или к недостаточному прижиму стекол, что в конечном итоге искажало изображения волокон в пределах поля зрения и не позволяло получить требуемое изображение.
В процессе исследований были опробованы варианты элементарных проб, в которых волокна находились в воздушной среде (рисунок 3.3, а), и в водной среде (рисунок 3.3, б).
Выбор параметров проекционного устройства для измерения зрелости хлопковых волокон
Проекционное устройство представляет собой часть измерительного стенда, предназначенное для передачи зрительного образа подготовленной элементарной пробы на вход аналогово-цифрового (АЦ) преобразующего устройства. Исходя из геометрии волокон и необходимости их исследования при достаточно большом увеличении, принято решение об использовании оптического микроскопа. Выбор типа микроскопа осуществлялся с учетом действующих стандартов на методы определения зрелости, а также возможности сопряжения микроскопа с аналогово-цифровым преобразователем. На сегодняшний день приборостроительная промышленность предлагает достаточно широкий спектр продукции для оптических исследований на микроуровне. Технические характеристики и стоимость микроскопов существенно различаются (таблица 4.1). Как видно из таблицы агрегированные цифровые микроскопы отличаются очень высокой стоимостью, что существенно скажется на стоимости измерительного стенда и его конкурентоспособности. Поэтому оптимальным признано использование обычного (нецифрового) биологического микроскопа, обладающего широкими возможностями для настройки нужного положения препарата и фокусного расстояния, независимой подсветкой препарата, а также совместимостью с цифровой видеокамерой-окуляром и другими дополнительными приспособлениями. Такое решение позволит выявить все возможные факторы, влияющие на выходные характеристики изображений. Анализ технических характеристик показал, что всеми необходимыми опциями обладает биологический микроскоп марки Motic серии В1 - 220, который и был приобретен для дальнейших исследований.
Работы по предварительной подготовке проекционного устройства проводились в отношении оптической системы (выбор общего коэффициента увеличения), поляризационного комплекта (установка поляризатора и анализатора) и системы подсветки микроскопа. Поскольку объективные данные о выходном сигнале можно получить только с помощью количественных признаков, необходимо было еще на предварительном этапе оснастить микроскоп устройством АЦ преобразования. Таким устройством является цифровая камера-окуляр DCM-130 с размерами матрицы до 1280x1024 и оптической системой, имеющей десятикратный коэффициент увеличения (рисунок 4.2).
Прежде всего, необходимо было определить приемлемое увеличение микроскопа, а в дальнейшем получить изображение фона для оценки неоднородности подсветки поля зрения микроскопа. На данном этапе не ставилась задача по оптимизации цветовых параметров съемки, относящихся к интерфейсу самой камеры-окуляра.
Критерием выбора достаточного увеличения микроскопа и разрешающей способности видеокамеры является среднее число точек (пикселей), разместившихся в поперечном сечении изображения волокна. Подсчет числа пикселей на данном этапе проводился визуально по полученным изображениям.
Микроскоп укомплектован объективами с увеличением 4х, 1 Ох, 20х, 40х и 100х. С учетом собственной оптической системы видеокамеры общий коэффициент увеличения составил 40, 100, 200 и 400 крат. Размер изображения (в пикселях), получаемого с помощью видеокамеры, может варьироваться в пределах: 160x120, 176x144, 320x240, 352x288, 640x480, 1280x1024. С увеличением размера изображения пропорционально увеличивается разрешающая способность оптической системы.
Программа исследования предусматривала съемку одного и того же участка изображения волокон при различных режимах. При этом априорно было решено не использовать объективы с коэффициентами увеличения 4х и 100х. В первом случае увеличение оказывается явно недостаточным для рассмотрения волокон, а во втором случае процедура съемки затруднена, так как требует использования иммерсионной жидкости. Результаты исследования приведены в таблице 4.2.
Среди используемых режимов, приемлемыми по числу пикселей, разместившихся в поперечном сечении изображения волокна, являются: увеличение 200х с размерами изображения 1280x1024 и увеличение 400х с размерами изображения 640x480 и 1280x1024. Однако увеличение 400х дает меньшее поле зрения и меньшее число волокон в кадре, поэтому более предпочтительным является режим с увеличением 200х и размерами изображения 1280x1024. При среднем числе пикселей, равном 31,0, относительная погрешность в оценке поперечника волокна составит не более 6,5 %. В целях повышения производительности метода возможно использование коэффициента увеличения, равного 100х.
После выбора достаточного увеличения микроскопа необходимо установить конструктивные параметры поляризационного комплекта, совмещаемого с микроскопом и цифровой камерой-окуляром. Поляризационный комплект представляет собой пару круглых стеклянных светофильтров различного диаметра в металлических оправах. Выяснилось, что оправа поляризатора технологична и по своим размерам полностью совместима с системой подсветки микроскопа (рисунок 4.3).
