СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА СМЕСИ КОМПОНЕНТОВ, РАЗЛИЧАЮЩИХСЯ ПО ЦВЕТУ
METHOD FOR DETERMINING QUALITY OF MIXTURE OF COMPONENTS DIFFERING AS TO COLOUR

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:
<mrow><mi>S</mi><mo>=</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mrow><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mrow><mi>min</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>x</mi><mi>j</mi></msub><mo>,</mo><msub><mi>y</mi><mi>j</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mstyle></mrow><mo>/</mo><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mrow><msub><mi>x</mi><mi>j</mi></msub></mrow></mstyle></mrow></mrow></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>⋅</mo><mn>100</mn><mi>%</mi><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
где n - количество уровней яркости;
j
j
x, y - количество пикселей j-го уровня яркости для гистограмм x, y.
Способ определения качества смеси компонентов, различающихся по цвету, заключается в следующем.
c
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.
<mrow><msub><mi>V</mi><mi>c</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>100</mn></mrow><mrow><msub><mi>S</mi><mrow><mi>т</mi><mi>р</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><msqrt><mrow><mrow><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mn>1</mn><mi>k</mi></munderover><mrow><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>S</mi><mi>i</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>т</mi><mi>р</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></mstyle></mrow><mo>/</mo><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>k</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mrow></mrow></msqrt><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
i
тр
где k - число частей (проб) порции смеси; S - отклонение гистограммы яркости изображения i-й части (пробы) порции от гистограммы яркости изображения всей порции смеси; S - требуемое значение отклонения изображений.
Требуемое значение отклонения изображений может задаваться или вычисляться по формуле:
<mrow><msub><mi>S</mi><mrow><mi>т</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mrow><mrow><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>k</mi></munderover><mrow><msub><mi>S</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mstyle></mrow><mo>/</mo><mi>k</mi></mrow><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
i
c
<mrow><msub><mi>V</mi><mrow><msub><mi>C</mi><mrow><mi>ф</mi><mi>а</mi><mi>к</mi><mi>т</mi></mrow></msub></mrow></msub></mrow>
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) с гистограммой яркости изображения всей порции смеси и определялся коэффициент неоднородности V по формуле (2). Осуществлялся отбор проб из исследуемых порций смесей и их анализ на содержание ключевого компонента путем расчета коэффициента неоднородности (
) 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).