Способ измерения длины полотен легкодеформируемых рулонных материалов и устройство для его осуществления
METHOD FOR MEASURING THE LENGTH OF WEBS OF EASILY DEFORMABLE ROLLED MATERIALS AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано на предприятиях текстильной промышленности, в швейном производстве, в других отраслях для определения длины легкодеформируемых рулонных материалов, преимущественно текстильных и трикотажных полотен с гладкой рисунчатой и узорно-рельефной фактурой поверхности.
Узорно-рельефная фактура характеризуется наличием на поверхности материала рельефных узоров в виде выпуклых рубчиков, диагоналей, фигур геометрического или растительного орнамента и т.п., выступающих на ровном или гладком фоне, образуя рисунок.
В патенте RU 2174212, опубл. 2001.09.27, описан способ измерения длины движущегося материала, согласно которому обеспечивают заданную частоту симметричных знакопеременных поперечных перемещений (автоколебаний) материала относительно условной линии его движения с амплитудой, равной расстоянию между двумя оптоэлектронными датчиками, и записью количества указанных автоколебаний в электронный счетчик. Длину материала в рулоне определяют с помощью процессора расчетным путем по величине и количеству предельных автоколебаний материала относительно заданной линии движения, причем сначала определяют длину участка линейной траектории, пройденного полотном за один полупериод автоколебания, затем вычисляют произведение длины этого участка на количество автоколебаний, зафиксированных электронным счетчиком. Известный способ осуществляют с помощью устройства, которое содержит систему ориентации движущегося материала с приводным рабочим органом, три оптоэлектронных датчика, счетчик количества автоколебаний и микропроцессор для расчета длины материала и обеспечивает симметричные знакопеременные, с заданной частотой, автоколебания материала в поперечном направлении относительно условно заданной линии движения с записью количества отклонений в электронный счетчик. Главной причиной, обусловившей недостатки известного способа, является косвенный метод измерения длины материала, который для осуществления требует введения в схему устройства дополнительных структурных элементов, преобразователей информации, что повышает сложность устройства, снижает надежность измерительной системы и в итоге приводит к ухудшению точности результатов измерения.
Известно устройство для промера и разбраковки длинномерных полотен (RU 2098532, опубл. 1997.12.10), содержащее горизонтальный стол, транспортирующий и товарный валики, фрикционный привод, систему измерения длины, ширины и определения ориентации материала относительно технологически установленной линии движения. Кроме того, в состав устройства входят механизм непрерывного измерения линейных перемещений движущегося длинномерного полотна, представляющий собой установленный на подвеске облегченный ролик с обтюраторным диском, а также система измерения ширины и определения координат пороков, система ориентации движущегося полотна по одной из его кромок. Известное устройство является многофункциональным, обеспечивает определение нескольких параметров, но при этом его функции выполняются в ограниченных пределах, что отрицательно сказывается на точности получаемых результатов, которым присущ комплекс погрешностей, обусловленных деформацией и проскальзыванием материала относительно базового измерительного органа, обтюраторного диска.
Известен способ измерения длины движущегося легкодеформируемого текстильного материала сетчатого типа, например, полотняного переплетения (RU 2358237, опубл. 2009.06.10), выбранный в качестве прототипа. Согласно известному способу, определяют на эталонном участке длины материала, находящемся в недеформированном состоянии, линейный размер раппорта переплетения, поделив длину этого участка на подсчитанное на нем число раппортов. Посредством чувствительного элемента пьезопреобразователя сканируют поверхность движущегося материала и с помощью процессора по числу генерируемых пьезопреобразователем импульсов, которое соответствует количеству раппортов переплетения на измеряемой длине, и ранее определенному линейному размеру раппорта рассчитывают указанную длину.
Известный способ является технологически ограниченным, что обусловлено характеристиками его измерительной системы. Форма и частота генерируемых пьезопреобразователем импульсов зависят от скорости движения измеряемого материала, поверхность которого сканируется, при этом устойчивый эффект считывания количества раппортов, обеспечивающий достаточно высокую точность измерения, наблюдается только при определенной скорости, которая будет своей для каждого материала. Чувствительность измерительной системы известного способа также является оптимальной только при определенных значениях силового воздействия, оказываемого чувствительным элементом пьезопреобразователя на поверхность движущегося материала. Эти ограничения отрицательно влияют на точность и достоверность полученных результатов и в значительной мере сужают круг тканей, подлежащих измерению известным способом.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для измерения длины легкодеформируемых длинномерных материалов (RU 2231018, опубл. 2004.06.20), содержащее механизмы подачи и намотки материала, измеритель длины, включающий оптронный диск и датчик угла поворота, а также систему измерения перекоса линии движения материала, связанные с микропроцессором, и систему коррекции результатов измерения с учетом величины деформации материала, включающую оптический усилитель, оптоэлектронную систему распознавания стробоскопического эффекта, формирующую на входе блока логического совпадения «И» информационно-управляющий сигнал, генератор импульсных сигналов и связанную с ним импульсную лампу, при этом выход блока логического совпадения «И» скоммутирован посредством блока сопряжения с микропроцессором.
Известное устройство является конструктивно сложным, входящая в его состав система коррекции результатов, предназначенная для учета различных погрешностей, вызванных перекосом линии движения материала, деформацией материала, его возможным проскальзыванием относительно измерительного органа, также является сложной, при этом она не способствует в полной мере осуществлению измерений с достаточно высокой точностью и достоверностью.
Задачей изобретения является создание эффективного способа, обеспечивающего измерение с высокой точностью и достоверностью длины полотен легкодеформируемых рулонных, в частности, текстильных и трикотажных, материалов с гладкой рисунчатой и узорно-рельефной фактурой поверхности, и конструктивно несложного устройства, надежно обеспечивающего его осуществление.
Технический результат изобретения заключается в расширении круга измеряемых материалов при одновременном повышении точности и достоверности измерения за счет увеличения технологических возможностей способа путем обеспечения бесконтактного сканирования поверхности измеряемого материала с преобразованием информации, полученной в виде изображений, в цифровую с помощью обученной нейронной сети с элементами искусственного интеллекта.
Указанный технический результат достигают способом измерения длины полотен легкодеформируемых рулонных материалов методом расчета с помощью процессора по заданному алгоритму и внесенным в его память значениям линейного размера раппорта поверхности измеряемого материала и количества раппортов на измеряемой длине, в котором, в отличие от известного, для расчета используют линейный размер технологически заданного раппорта недеформированного участка измеряемого материала, принятого за эталонный, при этом в качестве технологически заданного раппорта используют повторяющийся фрагмент узора/орнамента либо повторяющийся мотив узорно-рельефной фактуры поверхности измеряемого материала, число раппортов на измеряемой длине определяют путем бесконтактного считывания с помощью веб-камеры, снабженной обученной нейросетью с элементами искусственного интеллекта, преобразующей информацию, полученную в виде изображений, в цифровую, при этом значение длины L измеряемого рулона находят суммированием произведения, найденного умножением линейного размера раппорта на число раппортов на измеряемой длине, и участка длины, не соответствующего линейным размерам технологически заданного раппорта, воспользовавшись следующим аналитическим выражением:
где  - технологически определенный повторяющийся эталонный участок длины (раппорт), К - количество считанных раппортов,  - участок длины вне зоны раппорта.
Указанный технический результат достигают также устройством для осуществления вышеупомянутого способа, содержащим механизмы подачи и намотки материала, измеритель длины, связанный с процессором, в котором, в отличие от известного, измеритель длины содержит неподвижный кронштейн с подвеской, на которой установлена, с возможностью настройки положения по трем линейным координатам и углу поворота относительно оси подвески, веб-камера для бесконтактного считывания изображения раппортов и преобразования изображения в цифровую информацию с помощью обученной нейронной сети с элементами искусственного интеллекта, а также датчик положения полотна измеряемого материала на линии транспортирования.
Образец технологически заданного раппорта на примере гладко-рисунчатого трикотажного полотна показан на фиг. 1.
На фиг. 2 приведена структурно-кинематическая схема устройства для реализации предлагаемого способа.
Устройство, реализующее способ измерения длины легкодеформируемых рулонных, преимущественно текстильных либо трикотажных, материалов с гладко-рисунчатой либо узорно-рельефной фактурой поверхности, содержит привод 1, опору 2 для скалки рулона и намоточный валик 3.
Намоточный валик 3 и опора 2 расположены ниже поверхности горизонтального стола 4 на величину максимального диаметра обрабатываемого рулона. Стол 4, на котором установлена подвеска 5 для веб-камеры 6, выполненная с возможностью настройки ее положения по трем линейным координатам и углу поворота относительно собственной оси, предназначен для визуальной разбраковки движущегося по его смотровой плоскости полотна. Измеритель ширины 7 одновременно выполняет функции датчика положения полотна относительно заданной линии движения перед намоткой в рулон.
Устройство также содержит опорные звенья 8 с фиксаторами 9 для установки элемента 10 приемной скалки на намоточный валик 3, стандартно действующую систему ориентации движения материала в пространстве, включающую валик 11, выполненный с возможностью корректировки положения полотна в случае его отклонения при намотке в рулон.
Привод 1 содержит набор известных кинематических цепей, совместно с фрикционной муфтой 12 передающих заданный крутящий момент намоточному валику 3.
Механизм считывания и обработки изображения, а именно, раппорта рисунка, узора или орнамента, содержит веб-камеру 6, обеспечивающую преобразование информации, полученной в виде изображений, в цифровую с помощью обученной нейронной сети с элементами искусственного интеллекта, функционирующей по заданному алгоритму.
Измеритель ширины 7 состоит из двух блоков попарно взаимодействующих излучателей-приемников 13-14 и 15-16. Блок излучатель-приемник 13-14 неподвижно прикреплен к основанию стола 4 на кронштейне измерителя ширины 7, а блок 15-16, оснащенный фиксатором 17, выполнен с возможностью изменения положения на оцифрованной линейке 18, в зависимости от ширины измеряемого материала, путем перестановки в гнездах упомянутой линейки.
Способ осуществляют следующим образом.
Перед началом процесса измерения длины на опору 2 устанавливают элемент 10 скалки рулона 19 и пропускают рулонный материал над валиком 11.
Далее вручную осуществляют проводку измеряемого материала по технологическому тракту стола 4 через зону ориентации полотна по его кромке и измерения его ширины, заправляют начало рулона на элемент 10 приемной скалки и устанавливают на приводной намоточный валик 3 в направляющих 8 и фиксаторах 9.
При включенном двигателе Μ крутящий момент от намоточного валика 3 через кинематические передачи привода 1 передается рулону 19 за счет сил трения материала и валика 3, возникающих вследствие их контактного взаимодействия.
После заправки устройства полотно материала перемещается по столу 4 и при достижении его поперечным срезом контрольной линии оптоэлектронного датчика 20 в зоне подвески веб-камеры 6 начинается считывание раппорта плоского орнамента либо рельефного узора на поверхности материала, линейное перемещение которого преобразуется в цифровое значение длины полотна легкодеформируемого рулонного материала.
В ходе процесса измерения одна из кромок полотна проходит в зоне действия блока 13-14 механизма измерения ширины, выполняющего одновременно функцию контроля линии его движения. Выполняется считывание положения установленных технологически, т.е. известных участков полотна относительно условной линии его движения между границами считываемых веб-камерой изображений; затем, после преобразования информации нейронной сетью, осуществляется ее запись в процессор и выполняется обработка данных, что происходит следующим образом.
1. Оператор посредством графического интерфейса выделяет на мониторе типовой орнамент или узор, повторяющийся на измеряемом полотне (раппорт), как показано в качестве примера на фиг.1, и определяет область экрана, в которую полностью попадает повторяющийся фрагмент, с запасом пространства со всех его сторон, составляющим приблизительно 100% от максимального размера раппорта. После выбора и выделения типового участка орнамента или рельефного узора автоматически распознается цвет этой области, устанавливается технологически определенная длина эталонного участка, начало (срез) движущегося полотна измеряемого материала фиксируется оптопарой 20, а узор - веб-камерой 6 с передачей сигналов по линии связи на блок «И» совпадения и адаптера 21. Положение тонировочной линейки (начало раппорта) определяется по указаниям, сделанным в графическом интерфейсе.
2. С началом перемещения и измерения длины рулона начинается автоматическое распознавание горизонтальной составляющей цветовой гаммы изображения по контрастности участков и преобразование их в векторный массив. При этом информация по сигналам от оптопары 20 и веб-камеры 6 через блок адаптера 21 поступает в процессор 22.
3. Нейросетью, обученной с использованием элементов искусственного интеллекта, обрабатывается векторный массив указанных повторяющихся элементов узора (раппорта) и определяется их количество.
4. Результаты измерений формируются в виде базы данных процессором 22, где осуществляется их цифровизация с записью информации, а при необходимости - вывод на внешнее терминальное устройство 23 для визуализации и печати.
При осуществлении предлагаемого способа, благодаря непрерывной обработке нейронной сетью входящей информации, поступающей в виде бесконтактно считываемых повторяющихся эталонных участков, исключаются погрешности, зависящие от факторов проскальзывания, деформации, знакопеременного перекоса линии движения, смещения материала относительно линии движения и других, трудно прогнозируемых, технологических факторов, особенно заметно сказывающихся на результатах измерений в период пуска и останова приводов.
Основным аппаратным средством при этом является оптоэлектронный блок обработки информации в виде цифровой веб-камеры 6, подключенной через адаптер к процессору 22, как показано на фиг. 2.
Основу программной части способа, которая представляет собой программу с элементами искусственного интеллекта, составляет алгоритм действия специально обученной нейросети.
При измерении длины легкодеформируемого рулонного материала предлагаемым способом численное значение указанной длины L в рулоне определяется следующим аналитическим выражением:
где  - технологически определенный повторяющийся эталонный участок длины (раппорт), К - количество считанных эталонных длин (раппортов),  - участок длины вне зоны (эталонной длины) раппорта.
При проведении измерений длины следующего рулона легкодеформируемого материала с гладко-рисунчатой либо узорно-рельефной фактурой поверхности цикл работы устройства и расчетные процедуры повторяются.