A nedvesítés szögének meghatározása gépi látással
MEGHATÁROZÁSA A MŰANYAG-VIZSGÁLAT MÓDSZERÉBEN
Teslenko Mikhail Gennadievich
5 éves diák, Gyártási folyamatok automatizálási osztály KHNUSA, Ukrajna, Kharkov
Permyakov Vyacheslav Ivanovich
tudományos tanácsadó, gyertya. tehn. Tudományok, prof. KHNUSA, Ukrajna, Kharkov
A nedvesítés felületi jelenség, amely akkor következik be, amikor a folyadék érintkezik egy szilárd vagy más folyadék felületével, amely nem keveredik az első (úgynevezett szelektív nedvesítéssel) keverékkel. Az egyensúlyi nedvesedési érintkezési szöget a folyadék felületének lejtése határozza meg (például cseppecskék) a szilárd test nedvesített felületére; a szög csúcsa a nedvesítő vonalon van. A nedvesítés számos folyamatot érint, ezért fontos feladat a nedvesítési szög meghatározása.
Általában két különböző megközelítést alkalmaznak az anyagok élszögének mérésére: a felületi feszültség optikai és erőmérése (tensiometria). Ebben a cikkben az optikai eljárást alkalmazzák.
A kép feldolgozásához a szoftvert kell használnia. A kézben levő feladathoz célszerű alkalmazni a LabVIEW és IMAQ Vision csomagokat, ahol a feldolgozás és a képfelvétel modulok megvalósulnak, ami nagymértékben leegyszerűsíti a munkát.
Határozza meg a nedvesítés szögét egy matematikai berendezéssel. A geometria szempontjából a fázisszétválasztó vonalak egy ellipszis és egy egyenes vonal, amelyen ez az ellipszis áthalad. Tekintsük az ellipszis kialakítását Mathcad szerszámokkal (1. ábra). A kép diszkréten van felépítve. Az építéshez 50 pontot használnak. Az ellipszis a féltengelyek beállított értékeitől függ. Ebben az esetben, ha az értékek a koordináta-tengelyek az ellipszis és egy egyenes vonal, lehetővé válik, hogy megépíteni a érintőjének azok metszéspontján, és így határozza meg a érintkezési szög.
1. ábra: ellipszis építése a Mathcad környezetben
2. ábra A nedvesítési szög meghatározása
Az érintő automatikusan létrejön a fáziseltávolítási pont helyzetétől függően. Az alábbiakban a fázisok metszéspontja különböző értékeinek nedvesedési szögének megállapítására szolgálunk.
3. ábra. A cseppmodell konstrukciója a nedvesítési szög meghatározásával
Ezek az anyagok hasznosak a csepp valós képének nedvesítési szögének meghatározásához.
A kép letölthető a fájlból, vagy fényképezhető a fényképezőgéppel. Ez a művelet az alábbiak szerint történik:
1. Csatlakoztassa a fényképezőgépet.
2. Adja meg a fájl mentésének elérési útját.
3. Kattintson a "Start Camera" gombra. A kép megjelenik a képernyőn.
4. Szükség szerint állítsa be a fényképezőgépet, majd a "Kép rögzítése" gombra kattintva rögzítse a képet.
5. A kép rögzítése után a kamera automatikusan kikapcsol. Ha ki kell kapcsolnia a fényképezőgépet, használja a "Fényképezőgép kikapcsolása" gombot. A kamera csatlakoztatásához az NI Acquisition Software funkciókat használják.
A képfájl létrehozásakor közvetlenül a számításokhoz juthat. Ehhez kattintson a Számítás indítása gombra. Ezután adja meg a fájl elérési útját, ha nem rögzítette a fényképezőgép használata előtt. Ezután határozza meg a fáziseltávolító vonalat a csepp és a felület között. Ehhez használjon vízszintes vonalat, amelynek pozícióját a "Fázis elválasztó vonal" csúszka határozza meg.
A fáziseltávolító vonal a "Overlay Line" blokk segítségével épül fel, és vízszintes egyenes vonalat képez. Sor létrehozásához megadja a kezdő és a végpontokat. Ebben az esetben a kiindulási pontnak 0 koordinátája van, és a végpont koordinátája megegyezik az adott kép vízszintes felbontásával.
Megjegyzendő, hogy a legtöbb esetben a képfelület nem lesz szigorúan vízszintes. A probléma megoldásához egy képelforgási blokkot vezettek be a programba. A kép elforgatásához a gombot jobbra vagy balra kell forgatni.
A csepp kontúrjai fuzzyak lehetnek. Ebben az esetben nehéz megteremteni a tangent. Ennek a problémának a megoldásához hozzá kell adni a rajz ovális képének kézi felépítését. Az építmény a magasság és a szélesség, valamint a függőleges és vízszintes elmozdulások beállításával történik. Oval építéséhez a "Overlay Oval" blokkot használtuk. Ebben a blokkban egy ovális beállítást ad meg, ha meghatározza a téglalap oldalainak koordinátáit, amelybe be van írva. A kényelem érdekében a beállítás módja ismertté vált.
Miután meghatároztuk a fázisszétválasztást, lehetővé válik a nedvesítési szög meghatározása. Ehhez meg kell határozni a tangent:
1. A "Tangent bias" csúszkával állítsa be a csepp jobb szélére.
2. A lejtés szögének megváltoztatásához mozgassa a "Tangent tilt" gombot balra vagy jobbra.
Végezze el ezt a műveletet is a lehető legpontosabbnak kell lennie, ha szükséges, nagyítsa ki a képet. Az érintő a képméretekre és a fáziseltávolítási vonalra épül.
A mérési eredmény automatikusan megjelenik a "nedvesítés szöge" mezőben.
Ha vissza kell állítania a mérési paramétereket, használhatja a "Reset calculation" gombot. A kilépés gomb megakadályozza a program végrehajtását.
4. ábra: A készülék előlapja
A program az Esemény struktúrát használja, amely lehetővé teszi, hogy az előlapon eseményeket társítson kódelemek végrehajtásával. Az 5. ábra a program fő keretének blokkvázlata a nedvesítési szög kiszámításához, valamint a kép rögzítéséhez szükséges blokk a kamerával. A programból való kilépéshez és a paraméterek visszaállításához további két keret tartozik. Az utolsó keretben a kamera vezérlőegysége inicializálódik. A keret aktiválódik, ha egy bizonyos előlapi elem értéke megváltozik. Meg kell indokolni ennek a készüléknek a hatékonyságát a kutatáshoz. Ebből a célból tanulmányozták a műszer pontosságát.
5. ábra Blokkdiagram: fő keret
6. ábra Blokkdiagram: Kép rögzítése kamerával
7. ábra Blokkdiagram: adatok visszaállítása
Az abszolút hiba meghatározásához a nedvesítési szög kiszámításánál számos tanulmányt végeztünk. Ehhez referenciaképek jelenlétére volt szükség, ahol a nedvesítési szög nagy pontossággal ismeretes. Az ilyen képek létrehozásához a Mathcad környezetet használjuk.
A kép az ellipszis adott nedvesítési szögének és féltengelyeinek megfelelően generálódik. Ahhoz, hogy valósághűbbé váljon, a kép néhány fokkal elfordul, ami rossz minőségű felvételt szimulál. Statisztikai tanulmányok elvégzéséhez a vonalak vastagságát és kontrasztját is megváltoztatjuk.
A kutatás tárgyilagossága érdekében több embert vonzottak operátorokká. A fentiekben ismertetett programban létrehozott képeket kaptak. A különböző képeken a vonalak vastagsága és fényereje különbözött. A kísérlet tisztasága miatt az üzemeltetők nem jelentették be a tényleges nedvesítési szöget. Ilyen nedvesítési szögeket vizsgáltunk: 25 °, 30 °, 60 °, 110 °, 150 °.
8. ábra Cseppkép létrehozása adott nedvesítési szögben
9. ábra: Különböző nedvesítési szögű cseppméretű modell képei
Az eredmények rendszerezése és következtetések levonása érdekében statisztikai feldolgozási módszereket kell alkalmazni. Vizsgáljuk meg a random változók disztribúciós jogának megalkotására szolgáló módszereket.
10. ábra: Mathcad környezetben egy random változó elosztásának módszereinek megalkotása
11. ábra: Az érintkezési szög mérési hibájának vizsgálata
Az üzemeltetők által a kísérlet során a fenti módszerek alkalmazásával kapott eredmények elemzésével megállapítottam, hogy a mért nedvesítési szög maximális eltérése az igazi tényezőtől 1,5 fok volt. Ez elfogadható az ilyen típusú kutatásokhoz.
3. A B.D. A nedvesítés fiziko-kémiai alapja. M. Chemistry, 1976.