DETERMINAREA UNGHIII DE SPĂLARE CU MASINI DE VIZIUNE
Teslenko Mikhail Gennadievich
Student de 5 ani, Departamentul de Automatizare a Proceselor de Producție KHNUSA, Ucraina, Harkov
Permyakov Vyacheslav Ivanovici
consilier științific, când. tehn. Științe, prof. KHNUSA, Ucraina, Harkov
Umezirea este un fenomen de suprafață care apare atunci când lichidul intră în contact cu suprafața unui lichid solid sau a altui fluid care nu se amestecă cu prima (așa-numita udare selectivă). Unghiul de contact al umezelii de echilibru este determinat de panta suprafeței lichidului (de exemplu picături) pe suprafața umedă a corpului solid; vârful unghiului este pe linia de udare. Umezeala afectează multe procese, deci sarcina importantă este de a determina unghiul de umezire.
De obicei, se folosesc două abordări diferite pentru a măsura unghiul de margine al materialelor: măsurarea optică și forța tensiunii superficiale (tensiometrie). În această lucrare se folosește metoda optică.
Pentru a procesa imaginea, trebuie să utilizați software-ul. Pentru sarcina în mână, este recomandabil să aplicați pachetele LabVIEW și IMAQ Vision, în care sunt implementate modulele de procesare și captură de imagine, ceea ce simplifică foarte mult lucrarea.
Determina unghiul de umezire se poate face folosind un aparat matematic. În ceea ce privește geometria, liniile de separare a fazelor sunt o elipsă și o linie dreaptă care traversează această elipsă. Luați în considerare construirea unei elipse utilizând unelte Mathcad (Figura 1). Imaginea este construită discret. Pentru construcție, se utilizează 50 de puncte. Elipsa este construită în funcție de valorile setate ale semi-axelor. În acest caz, dacă sunt cunoscute valorile axelor elipsei și coordonatele liniei, devine posibilă construirea unei tangente în punctul de intersecție al acestora și, în consecință, determinarea unghiului de umectare.
Figura 1. Construcția unei elipse în mediul Mathcad
Figura 2. Determinarea unghiului de umectare
Tangenta este construită automat în funcție de poziția punctului de separare a fazelor. Mai jos este rezultatul găsirii unghiului de umezire pentru diferite valori ale punctului de intersecție al fazelor.
Figura 3. Construcția modelului de picătură cu determinarea unghiului de umectare
Aceste materiale sunt utile pentru determinarea unghiului de umectare a unei imagini reale a unei picături.
Imaginea poate fi descărcată din fișier sau fotografiată cu aparatul foto. Această operație se efectuează după cum urmează:
1. Conectați aparatul foto.
2. Specificați calea de salvare a fișierului.
3. Faceți clic pe butonul "Porniți camera". Imaginea va fi afișată pe ecran.
4. Configurați camera după cum este necesar, apoi captați imaginea făcând clic pe butonul "Captură imagine".
5. După capturarea imaginii, camera se va opri automat. Dacă trebuie să opriți camera, utilizați butonul "Opriți camera". Pentru a conecta camera, se folosesc funcțiile software NI Acquisition Software.
Când fișierul imagine este creat, puteți merge direct la calcule. Pentru aceasta, faceți clic pe butonul Start Calculation. Apoi specificați calea spre fișier dacă nu a fost înregistrată înainte de a folosi camera. Apoi, determinați linia de separare a fazelor între picătură și suprafață. Pentru a face acest lucru, utilizați o linie orizontală, poziția căreia este determinată de glisorul "Linia de separare a fazelor".
Linia de separare a fazelor este construită utilizând blocul "Overlay Line" și reprezintă o linie dreaptă orizontală. Pentru a crea o linie, specificați punctele de început și sfârșit. În acest caz, punctul de pornire are o coordonată de 0, iar coordonatele punctului final sunt egale cu rezoluția orizontală a imaginii particulare.
Trebuie remarcat faptul că în majoritatea cazurilor suprafața din imagine nu va fi strict orizontală. Pentru a rezolva această problemă, în program a fost introdus un bloc de rotație a imaginii. Pentru a roti imaginea, trebuie să rotiți butonul spre dreapta sau spre stânga.
Contururile picăturii pot fi fuzzy. În acest caz este dificil să se construiască o tangentă. Pentru a rezolva această problemă, se adaugă capacitatea de a construi manual ovalul desenului. Construcția se realizează prin stabilirea înălțimii și a lățimii, precum și a deplasărilor orizontale și orizontale. Pentru a construi o ovală, a fost utilizat blocul "Overlay Oval". În acest bloc, un oval este specificat prin determinarea coordonatelor laturilor dreptunghiului în care este înscris. Pentru comoditate, modul de setare a fost schimbat în mai familiar.
După ce a fost determinată separarea fazelor, este posibil să se procedeze la determinarea unghiului de umectare. Pentru aceasta este necesară construirea unei tangente:
1. Cu ajutorul cursorului "Tangent bias", puneți-l pe marginea dreaptă a picăturii.
2. Pentru a modifica unghiul pantei, deplasați butonul "Înclinarea tangentei" spre dreapta sau spre stânga.
Efectuați această operațiune ar trebui să fie cât mai exactă posibil, dacă este necesar, măriți imaginea. Tangenta este construită cu referire la dimensiunile imaginii și linia de separare a fazelor.
Rezultatul măsurătorii este afișat automat în câmpul "Unghi de umezire".
Dacă trebuie să resetați parametrii de măsurare, puteți folosi butonul "Reset calcul". Butonul de ieșire oprește execuția programului.
Figura 4. Panoul frontal al dispozitivului
Programul utilizează structura evenimentului, care vă permite să asociați evenimente pe panoul frontal cu executarea elementelor de cod. Figura 5 prezintă diagrama bloc a cadrului principal al programului pentru calculul unghiului de umezire, precum și blocul pentru capturarea imaginii utilizând camera. Alte două cadre sunt responsabile pentru renunțarea la program și pentru resetarea parametrilor. În ultimul cadru, unitatea de comandă a camerei este inițializată. Rama este declanșată atunci când se modifică valoarea unui anumit element din panoul frontal. Este necesar să se justifice eficiența acestui dispozitiv pentru cercetare. În acest scop, a fost studiată acuratețea instrumentului.
Figura 5. Diagrama bloc: cadrul principal
Figura 6. Diagrama bloc: captarea unei imagini utilizând o cameră foto
Figura 7. Diagrama bloc: resetare de date
Pentru a determina eroarea absolută în calculul unghiului de umectare, am efectuat o serie de studii. Aceasta a necesitat prezența imaginilor de referință, unde unghiul de umectare va fi cunoscut cu o precizie ridicată. Pentru a genera astfel de imagini, folosim mediul Mathcad.
Imaginea este generată în conformitate cu un anumit unghi de umezire și semi-axe ale elipsei. Pentru a deveni realist, imaginea se rotește cu câteva grade, ceea ce simulează fotografierea de calitate slabă. Pentru efectuarea studiilor statistice vom schimba grosimea liniilor, precum și contrastul acestora.
Pentru obiectivitatea cercetării, am atras mai mulți oameni ca operatori. Ei au primit imagini generate în programul descris mai sus. Pe imagini diferite, grosimea liniilor și luminozitatea lor diferă. Pentru puritatea experimentului, operatorii nu au raportat unghiul real de umezire. Astfel de unghiuri de umectare au fost studiate: 25 °, 30 °, 60 °, 110 °, 150 °.
Figura 8. Generarea unei imagini de picătură cu un anumit unghi de umectare
Figura 9. Imagini ale unui model de picături cu diferite unghiuri de umectare
Pentru a sistematiza rezultatele și a trage concluzii, este necesar să se aplice metode de prelucrare statistică. Să analizăm metodele de construire a legii distribuției unei variabile aleatorii.
Figura 10. Construirea metodelor de distribuire a unei variabile aleatoare în mediul Mathcad
Figura 11. Studierea erorii de măsurare a unghiului de contact
Analizând rezultatele obținute de operatori în timpul experimentului folosind metodele de mai sus, am constatat că abaterea maximă a unghiului de umectare măsurată față de cea reală a fost de 1,5 grade. Acest lucru este acceptabil pentru acest tip de cercetare.
3. Suma creditelor B.D. Baza fizico-chimică a umezelii. M. Chemistry, 1976.