Гетьман И.А.
Донбасская
государственная машиностроительная академия, Украина
РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
При оценке качества изделия важное
значение имеют критерии оценки, т.е. условия, которым должны удовлетворять
значения показателей качества [1]. Для оценки качества керамических изделий,
производимых на современном оборудовании с использованием высоких технологий,
должны использоваться три группы критериев. Критерии пригодности определяются
следующим образом:
(1)
,
где 
- показатель 
-го свойства 
-го объекта, 
- множество допустимых
значений показателя 
. Изделия, для которых выполняются условия (1), обладают
одинаковым качеством. Критерии оптимальности определяются следующим образом:
(2)
,
где 
- оптимальное
значение показателя 
-го свойства 
-го объекта, 
- множество номеров
оптимизируемых свойств. Изделия, удовлетворяющие условиям (2), могут быть
названы оптимальными по 
свойствам. Критерии
конкурентоспособности определяется следующим образом:
(3)
,
где 
- показатель 
-го свойства 
-го объекта, конкурирующего с 
-м объектом по потребительским свойствам и рыночной позиции.
Изделия, удовлетворяющие условиям (3), превосходят по своему качеству и
потребительским свойствам присутствующие на рынке изделия и обеспечивают
качественную конкурентоспособность производимой продукции. Безусловная
экономическая эффективность производства будет обеспечена только лишь с учетом
себестоимости производимой продукции. Условия (2) и (3) являются частными случаями
условия (1), однако они необходимы для технико-экономического роста предприятия
и используются при оптимизации технологического процесса, для совершенствования
технологий и оборудования и при разработке инновационных проектов.
На керамическом предприятии
дифференциальные показатели качества, обеспечивающие выполнение условия (1),
определяются как субъективными методами (органолептическим, экспертным и
социологическим [1]), так и объективными (измерительным, регистрационным, расчетным).
Особую роль играют измерительные методы с использованием анализаторов
химического состава, стендов и участков по измерению физических показателей. С
помощью технических средств механизации и автоматизации измерений, а также вручную
(при оценке эстетических показателей) определяются следующие параметры [2,3]:
геометрические параметры изделий; степень водопоглощения, термостойкость,
плотность, прочность и упругость; эстетические свойства, зависящие от качества
поверхности (оптические характеристики слоев глазури или ангоба, покрывающих
изделие, в том числе равномерность покрытия и отсутствие пятен (выцветов,
наплывов, пузырей и т.д.), загрязнения слоев недопустимыми включениями;
шероховатость или рельеф наружной поверхности, в том числе трещины, сколы,
царапины и т.д.; качественные характеристики нанесенных изображений и окрасок
(соответствие их эталонам по геометрическим параметрам, цветовой гамме, степени
размытости и др.)). Часть потребительских свойств существенно зависит от
физико-химических свойств керамики: химического состава шихты; пористости
подвергнутой спеканию керамики; макро-, микроструктуры и соотношения фазовых состояний;
теплоемкости и теплопроводности.
С целью автоматизировать наиболее
трудоемкий и существенно влияющий на экономические показатели керамического
предприятия этап контроля качества - оценку геометрических параметров черепка
облицовочной плитки и внешнего вида глазурованной поверхности, - предложен
фотоэлектрический метод контроля с использованием видеокамер на основе приборов
с зарядовой связью и микропроцессорных средств обработки измерительного сигнала
и распознавания изображений.
На рисунке 1
представлена классификация характеристик керамической плитки, которые доступны
оценке на основе анализа изображения плиток на конвейере в процессе их
транспортировки через участок сортировки к участкам финишной обработки,
упаковки и складирования. Керамические изделия, обладающие различными
значениями указанных на рисунке 1 характеристик, путем отражения излучения
цехового освещения и специальных излучателей формируют световой фронт,
принимаемый оптико-электронной подсистемой (ОЭП).
Для определения
эффективных методов и алгоритмов распознавания геометрии плиток и возможных
дефектов при помощи предложенной информационно-измерительной системы контроля
качества (ИИСКК) рассмотрим особенности производственной среды, генерирующей
измерительные задачи для ИИСКК. В процессе производства возникает 
типов поверхности,
определяемых используемыми технологиями и оборудованием. Так как множество получаемых
геометрии и внешнего вида поверхностей сохраняется достаточно длительное время,
определяемое технико-экономическими условиями производства, то ИИСКК может быть
настроена на соответствующий набор 
в реальном масштабе
времени.
В ходе
функционирования ИИСКК световой сигнал, воспринимаемый ОЭП, преобразуется в
изображение по известной зависимости [4]:
(4)
,
где 
- видеосигнал, 
- импульсная
переходная функция линейной подсистемы, а выражение (4) представляет собой
свертку оптического сигнала с переходной функцией. Вместе с тем, контролируемая
поверхность заданного типа (номенклатуры) может излучать множество 
световых фронтов с
различными характеристиками, порождающими соответствующие изображения на выходе
ОЭП (без учета вносимых искажений и помех). Классификация облицовочных плиток
на 
сортов генерирует
разбиение множества 
на подмножества 
, 
,
..., 
, которые удовлетворяют следующим условиям:
(5)
; 
при 
.
Отображение 
описывает отображение
множества 
световых фронтов на
множество 
объектов контроля
(плиток с различными дефектами и их комбинациями). При этом 
, 
, ..., 
- разбиение множества
объектов на 
сортов, и в каждом
таком подмножестве содержится различное количество эталонов соответствующего
сорта, зависящее от технических условий контроля. На рисунке 2 приведена модель
генерации множества 
идеальных изображений
на выходе ОЭП из множества объектов контроля. С учетом искажений и помех,
вносимых в процессе этого порождения, модель представляет и схему порождения
множества 
реальных изображений.
Для разбиения:
(6)
; 
при 
,
существует отношение толерантности [5]. Для решения
практических задач используют отношение толерантности, которое выполняется
только при условии:
(7)
.
Выражение (7) определяет требование к алгоритмам принятия
решения находить соответствие изображения образу-эталону из условия, что
вероятность порождения изображений 
и 
объектами,
соответствующими одному эталону, не меньше, чем вероятность порождения
объектами, соответствующими разным эталонам.
На рисунке 2 представлено также множество 
структурных описаний
изображений, которое генерируется отображением 
.
Преобразования описаний могут составлять
сколь угодно большую группу, так как структурное описание изображения может
быть сколь угодно компактным. Окончательным преобразованием будет следующее:
(8)
,
где 
в идеальном случае
будет содержать решение о принадлежности контролируемого керамического изделия
к одному из 
сортов.
Разработанные математические модели
использованы при разработке алгоритмического обеспечения ИИСКК, при
идентификации измерительного канала ИИСКК, в ходе определения точности и
достоверности результатов измерений и контроля.
Выводы. Определены задачи контроля качества керамических
плиток на участке сортировки керамического предприятия. Круг измерительных
задач ограничен контролем геометрических параметров и внешнего вида изделий.
Для автоматизации измерительных и контролирующих процедур предложена информационно-измерительная
система контроля качества на основе фотоэлектрического преобразования
отраженного изделием светового излучения. Разработана модель генерации
изображений производственной средой керамического предприятия и рассмотрены
преобразования и отношения, возникающие при получении изображений, их обработке
и принятии решений. Результаты использованы при разработке компонентов ИИСКК.
Литература
1 Азгальдов, Г.Г. О квалиметрии / Азгальдов Г.Г.,
Азгальдов Г.Г., Райхман Э.П. ‑ М.: Изд-во стандартов, 1973. ‑ 172
с.
2 Булавин, И.А.
Машины и автоматические линии для производства тонкой керамики / Булавин И.А. ‑
М.: Машиностроение, 1979. ‑ 325 с.
3 Стрелов, К.К. Теоретические основы
технологии огнеупорных материалов / Стрелов К.К. ‑ М.: Металлургия, 1985.
‑ 480 с.
4 Васильев, В.И. Распознающие системы. Справочник / Васильев
В.И ‑ К.: Наукова думка, 1983. ‑ 422 с.