способ определения качества смешивания сыпучих материалов
Классы МПК: | G01N21/85 исследование потоков текучих сред или гранулированных твердых материалов |
Автор(ы): | Дёмин Олег Владимирович (RU), Смолин Дмитрий Олегович (RU), Першин Владимир Фёдорович (RU), Однолько Валерий Григорьевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО ТГТУ) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2012-01-25 публикация патента:
10.07.2013 |
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к способам анализа качества смеси сыпучих материалов, в том числе содержащих наноструктурированные компоненты. Способ заключается в предварительном получении «эталонной» смеси и ее цифрового изображения. Определяют качество фактической смеси разделением ее цифрового изображения на одинаковое число частей (ячеек) и их сравнением по гистограммам яркости с изображением «эталонной» смеси. Коэффициент неоднородности смеси рассчитывают по формуле
где k - число частей (ячеек); Si - отличие i-й гистограммы части (ячейки) фактического изображения от «эталонной» гистограммы критерием квазирасстояния пересечений гистограмм Свейна-Балларда; Scp - среднее арифметическое значение отличий. Изобретение обеспечивает снижение трудоемкости, повышение скорости и точности определения качества смешивания сыпучих материалов. 1 ил.
Формула изобретения
Способ определения качества смешивания сыпучего материала, включающий получение цифрового изображения смеси и определение ее неоднородности, отличающийся тем, что предварительно получают «эталонную» смесь и ее цифровое изображение, качество фактической смеси определяют разделением ее цифрового изображения на одинаковое число частей (ячеек) и их сравнением по гистограммам яркости с изображением «эталонной» смеси, а коэффициент неоднородности смеси рассчитывают по формуле
где k - число частей (ячеек); Si - отличие i-й гистограммы части (ячейки) фактического изображения от «эталонной» гистограммы критерием квазирасстояния пересечений гистограмм Свейна-Балларда; Scp - среднее арифметическое значение отличий.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к способам анализа качества смеси 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 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. Недостатками данного способа являются необходимость отбора и анализа проб смеси, а также вычисление концентраций ключевого компонента в пробах на основе анализа их изображений и расчет коэффициента неоднородности смеси по колебаниям этих концентраций относительно средней концентрации, коррекция «плоскостного» коэффициента неоднородности смеси, что приводит к высокой трудоемкости и затратам времени на оценку качества смешивания.
За прототип технического решения взят способ определения качества смеси сыпучих материалов (см. Патент 2343457 РФ, кл. G01N 21/85. Способ определения качества смеси сыпучих материалов / Ткачев А.Г. и др..; заявитель и патентообладатель Тамб. Гос. Техн. Ун-т - № 2007115024/28; заявл. 20.04.2007, опубл. 10.01.2009, Бюл. № 1.), состоящий из отбора пробы, прессования таблетки, формирования тарировочных таблеток, получения цифрового RGB изображения (сканирование поверхности таблетки), определения концентрации ключевого компонента по тарировочной зависимости от среднего арифметического значения яркости анализируемого изображения и расчета коэффициента неоднородности пробы. Недостатками данного способа являются высокая трудоемкость и низкая скорость определения качества смешивания в связи с необходимостью отбора и формования таблеток, расчет тарировочных зависимостей для анализа на схожесть с каждой из проб требует проведение дополнительных исследований и расчетов, сканирование лишь поверхности таблеток приводит к невысокой точности.
Технической задачей изобретения является снижение трудоемкости, повышение скорости и точности определения качества смешивания сыпучих материалов.
На фиг.1. представлены цифровые изображения «эталонной» смеси (а) и фактической смеси (б).
Решение поставленной задачи достигается тем, что определение качества смешивания сыпучих материалов, различающихся по цвету, осуществляется сравнением цифрового изображения фактической исследуемой смеси с «эталонным» изображением по гистограммам яркости. В качестве критерия оценки отличия изображений используется квазирасстояние пересечений гистограмм Свейна-Балларда:
где n - количество уровней яркости;
xi, yi - количество пикселов i-го уровня яркости для гистограмм x, y.
Способ определения качества смешивания сыпучих материалов, различающихся по цвету, заключается в следующем.
Получают «эталонную» смесь сыпучих материалов в лабораторных или производственных условиях, удовлетворяющую требованиям качества производства смеси по любому известному критерию и с помощью любого применяемого для конкретного производства способа (гравиметрического, оптического и т.д.). Организуют одинаковые условия для получения цифрового изображения поверхностей слоя «эталонной» и исследуемой фактической смесей (размер фотоизображения, высота слоя смеси, освещение и т.д.). Получают черно-белое цифровое изображение «эталонной» смеси и заносят его в базу данных с помощью специального программного обеспечения. Получают черно-белое цифровое изображение фактической смеси в условиях производства и с помощью того же программного обеспечения проводят сравнение его с изображением «эталонной» смеси из базы данных. Программа позволяет разделять фактическое изображение на любое одинаковое число частей (ячеек) k c учетом используемых условий и требований конкретного производства к минимальному размеру анализируемых проб или минимальному объему партии смеси. Происходит построение гистограмм яркости для каждой части с последующим их сравнением с гистограммой изображения «эталонной» смеси по формуле (1). Качество смешивания определяется
коэффициентом неоднородности V c.
где k - число частей (ячеек); Si - отличие i-й гистограммы
фактического изображения части (ячейки) от «эталонной» гистограммы критерием квазирасстояния пересечений гистограмм Свейна-Балларда; - среднее арифметическое значение отличий.
Полученный результат с использованием коэффициента неоднородности Vc позволяет определить качество смешивания сыпучих материалов в процессе производства непосредственно после выгрузки смеси при ее транспортировке, к примеру, ленточным конвейером.
Способ определения качества смешивания проверен на модельных материалах с использованием лабораторных смесителей (одновальный лопастной смеситель и гладкий барабанный смеситель) и традиционной методики оценки качества смешивания. Использовались двухкомпонентные смеси модельных материалов с различным процентным содержанием (таблица 1). Проводилось 20 циклов смешивания. Исследуемую смесь выгружали на ленточный транспортер, где получали ее цифровое изображение (фиг.1). Изображения представляли собой квадрат со стороной 1500 пикселей и разрешением 72 dpi (смесь черного (50%) и желтого пшена (50%)). Полученные изображения заносились в базу данных с помощью специального программного обеспечения. Осуществлялся отбор проб 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]. «Эталонную» смесь выбирали с минимальным значением коэффициента неоднородности Изображения фактических смесей разбивались на 100 равных частей (ячеек) (k=100), для каждой части строилась яркостная гистограмма. Производилось сравнение гистограмм яркости каждой части (ячейки) смесей по формуле (1) (квазирасстояние пересечений гистограмм Свейна-Балларда Si) с гистограммой «эталонной» смеси (отклонение фактической смеси от «эталонной») и определялся коэффициент неоднородности Vc по формуле (2). Результаты проверки предложенного способа определения качества смешивания представлены в таблице 1.
Таблица 1 | |||||
№ , п/п | смеситель | компоненты смеси | содержание, % | Vc, % | , % |
1 | лопастной | Черное пшено | 50 | 2,13 | 2,25 |
Желтое пшено | 50 | ||||
2 | Черное пшено | 25 | 3,81 | 4,1 | |
Желтое пшено | 75 | ||||
3 | Черное пшено | 10 | 4,83 | 5,1 | |
Желтое пшено | 90 | ||||
4 | барабанный | Черное пшено | 50 | 2,3 | 2,0 |
Желтое пшено | 50 | ||||
5 | Черное пшено | 25 | 3,6 | 4,3 | |
Желтое пшено | 75 | ||||
6 | Черное пшено | 10 | 4,4 | 5,3 | |
Желтое пшено | 90 |
Предложенный способ определения качества смешивания сравнением гистограмм яркости изображений «эталонной» и фактической смесей позволяет снизить трудоемкость, повысить скорость и точность определения качества смешивания сыпучих материалов, различающихся по цвету, непосредственно в процессе производства после выгрузки из смесителя, исключая отбор проб, прессование таблеток и применение тарировочных зависимостей для определения коэффициента неоднородности.
Класс G01N21/85 исследование потоков текучих сред или гранулированных твердых материалов