Способ определения качества смеси компонентов, различающихся по цвету

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к переработке сыпучих материалов, в том числе содержащих наноструктурированные компоненты, и может быть применено в химической, строительной, пищевой, фармацевтической, радиоэлектронной и других отраслях промышленности. Способ включает анализ изображения поверхности смеси и определение коэффициента ее неоднородности. При этом исследуемую смесь равномерно распределяют на гладкой поверхности и разделяют на необходимое число порций, получают цифровые изображения их поверхностей с построением гистограмм яркости. Затем каждую порцию разделяют на одинаковое число частей (проб) с построением их гистограмм яркости. Коэффициент неоднородности смеси рассчитывают сравнением цифровых изображений частей (проб) порции с изображением всей порции исследуемой смеси по гистограммам яркости. Достигаемый при этом технический результат заключается в снижении трудоемкости, повышении скорости и точности определения качества смеси компонентов, различающихся по цвету. 1 ил.

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к переработке сыпучих материалов, в том числе содержащих наноструктурированные компоненты, и может быть применено в химической, строительной, пищевой, фармацевтической, радиоэлектронной и других отраслях промышленности.

Известен способ определения коэффициента неоднородности смеси трудноразделимых сыпучих материалов (см. Патент 2371698 РФ, кл. G01N 1/28. Способ определения коэффициента неоднородности смеси сыпучих материалов. / Лебедев А.Е., Зайцев А.И., Капранова А.Б., Павлов А.А.Я, Сугак А.В.; заявитель и патентообладатель Ярославский. Гос. Техн. Ун-т - 2008101209/12,; заявл. 09.01.2008, опубл. 27.10.2009), включающий определение числа проб, минимально допустимого веса пробы, отбор проб смеси, нахождение концентрации ключевого компонента в пробе, вычисление коэффициента неоднородности смеси. К недостаткам данного способа следует отнести неточность расчета коэффициента неоднородности смеси по величине концентрации ключевого компонента в пробе выбором диапазона значений пикселей.

За прототип технического решения взят способ определения качества смеси компонентов, различающихся по цвету (см. Патент 2385454 РФ, кл. G01N 1/38 B01F 3/18 / Способ определения качества смеси компонентов, различающихся по цвету. / Таршис М.Ю., Королев Л.В., Зайцев А.И.; заявитель и патентообладатель Ярославский. Гос. Техн. Ун-т - №2008144214/12; заявл. 06.11.2008, опубл. 27.03.2010), включающий отбор и сканирование проб, вычисление концентраций ключевого компонента в пробах на основе анализа их изображений и расчет коэффициента неоднородности смеси по колебаниям этих концентраций относительно средней концентрации. К недостаткам данного способа следует отнести сложность расчета коэффициента неоднородности смеси в связи с необходимостью отбора проб смеси и вычисления концентраций ключевого компонента в пробах на основе анализа их изображений, а также корректировки с учетом случайных колебаний числа частиц ключевого компонента на поверхности наблюдения, что приводит к высокой трудоемкости, низкой скорости и точности определения качества смеси компонентов, различающихся по цвету.

Технической задачей изобретения является снижение трудоемкости, повышение скорости и точности определения качества смеси компонентов, различающихся по цвету (создание экспресс метода).

На фиг.1 представлены цифровые изображения исследуемой смеси модельных материалов с расчетными значениями коэффициентов неоднородности смеси компонентов, различающихся по цвету.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе определения качества смеси компонентов, различающихся по цвету, включающем анализ изображения поверхности смеси и определение коэффициента ее неоднородности, исследуемую смесь равномерно распределяют на гладкой поверхности и разделяют на необходимое число порций, получают цифровые изображения их поверхностей с построением гистограмм яркости, разделяют каждую порцию на одинаковое число частей (проб) с построением их гистограмм яркости, а коэффициент неоднородности смеси рассчитывают сравнением цифровых изображений частей (проб) порции с изображением всей порции исследуемой смеси по гистограммам яркости.

Для сравнения изображений предлагается использовать один из критериев отклонения, например квазирасстояние пересечений гистограмм Свейна-Балларда:

$$S=\left[1-\left({\displaystyle \sum _{j=1}^n\min \left(x_j,y_j\right)}/{\displaystyle \sum _{j=1}^n{x}_j}\right)\right]\cdot 100\%,\left(1\right)$$

где n - количество уровней яркости;

x_j, y_j - количество пикселей j-го уровня яркости для гистограмм x, y.

Способ определения качества смеси компонентов, различающихся по цвету, заключается в следующем.

По окончании процесса смешения исследуемую смесь равномерно распределяют на гладкой поверхности и разделяют на определенное число равных порций с учетом используемых условий и требований конкретного производства к минимальному объему партии смеси, что позволяет увеличить точность проведения расчетов за счет исключения влияния краевых зон, искажающих гистограмму изображения поверхности смеси, и случайных колебаний числа компонентов на поверхности наблюдения. Получают черно-белое цифровое изображение поверхности данных порций исследуемой смеси. Осуществляют построение их гистограмм яркости. Разделяют полученные изображения порций на определенное число частей (проб) k равной площади с учетом используемых условий и требований конкретного производства к минимальному размеру и количеству анализируемых проб. Происходит построение гистограмм яркости изображений каждой части (пробы) k с последующим их сравнением с гистограммой яркости изображения всей порции смеси по формуле (1). Качество смеси компонентов определяется с использованием коэффициента неоднородности V_c.

$$V_c=\frac{100}{S_{тр}}\sqrt{{\displaystyle \sum _1^k{\left(S_i-S_{тр}\right)}^2}/\left(k-1\right)},\left(2\right)$$

где k - число частей (проб) порции смеси; S_i - отклонение гистограммы яркости изображения i-й части (пробы) порции от гистограммы яркости изображения всей порции смеси; S_тр - требуемое значение отклонения изображений.

Требуемое значение отклонения изображений может задаваться или вычисляться по формуле:

$$S_{тр}={\displaystyle \sum _{i=1}^k{S}_i}/k,\left(3\right)$$

Способ определения качества смеси компонентов, различающихся по цвету, проверен на модельных материалах. Использовались двухкомпонентные смеси (смесь черного (25%) и желтого пшена (75%)). Смешение осуществлялось в лабораторном барабанном смесителе. Исследуемую смесь помещали на ленточный транспортер, равномерно распределяя на поверхности, разделяли ее на равные порции квадратной формы с учетом ширины ленты b (фиг.1) и получали их цифровое изображение поверхности смеси с построением гистограмм яркости. Равномерное распределение на гладкой поверхности и разделение смеси на порции позволяет получить четкие изображения краевых зон без искажения гистограмм яркости и снижает вероятность случайных колебаний числа компонентов на поверхности наблюдения. Изображения поверхностей порций представляли собой квадрат со стороной 1500 пикселей и разрешением 72 dpi. Изображения порций разбивались на 25 равных частей (проб)(k=25), для каждой части строилась гистограмма яркости. Производилось сравнение гистограмм яркости каждой части (пробы) порции смеси с использованием критерия отклонения по формуле (1) (S_i) с гистограммой яркости изображения всей порции смеси и определялся коэффициент неоднородности V_c по формуле (2). Осуществлялся отбор проб из исследуемых порций смесей и их анализ на содержание ключевого компонента путем расчета коэффициента неоднородности ( $$V_{C_{факт}}$$ ) по известной традиционной методике [см. кн. Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов - М.: Машиностроение, 1973]. Результаты расчетов коэффициента неоднородности предложенным и традиционным способами показали их удовлетворительную сходимость (фиг.1).

Способ определения качества смеси компонентов, различающихся по цвету, включающий анализ изображения поверхности смеси и определение коэффициента ее неоднородности, отличающийся тем, что исследуемую смесь равномерно распределяют на гладкой поверхности, разделяют на необходимое число порций, получают цифровые изображения их поверхностей с построением гистограмм яркости, разделяют каждую порцию на одинаковое число частей - проб с построением их гистограмм яркости, а коэффициент неоднородности смеси рассчитывают сравнением цифровых изображений частей - проб порции с изображением всей порции исследуемой смеси по гистограммам яркости.