Результат интеллектуальной деятельности: Способ одновременного измерения цвета и линейных размеров легкодеформирующихся объектов

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к области одновременного измерения цвета и линейных размеров легкодеформирующихся объектов, например, шишек свежеубранного хмеля.

Известен способ [1], измерения цвета по шкале наименований, которые отражают качественные свойства и характеризуются только соотношениями эквивалентности (равенства) и сходства конкретных качественных проявлений свойств. Примерами таких шкал является шкала классификации (оценки) цвета объектов по наименованиям (красный, оранжевый, желтый, зеленый и т.д.), опирающаяся на стандартизованные атласы цветов, систематизированные по сходству. В таких атласах, выполняющих роль своеобразных эталонов, цвета могут обозначаться условными номерами (координатами цветами). Измерения в шкале цветов выполняются путем сравнения при определенном освещении образцов цвета из атласа с цветом исследуемого объекта и установления эквивалентности их цветов. В источнике [2, стр. 197] рекомендуется сортировать шишки свежеубранного хмеля по цвету на три группы, не уточняя методики сортировки. В источнике [3, табл. 1], рекомендуется сортировать шишки хмеля по цвету на группы от светло-желто-зеленого до золотисто-зеленого. Данный способ имеет большой недостаток, так как точность результатов зависит от субъективных особенностей оператора, выполняющего измерение и сортировку шишек хмеля данным способом. Также сложность представляет сравнение цвета конкретной шишки хмеля по атласу цветов и отнесение ее к отдельной группе по цвету. Таким образом, данный способ является трудоемким, обладает низкой точностью. Кроме того, данный способ позволяет измерять только одну характеристику шишки хмеля - ее цвет, и то с большой погрешностью, а измерять линейные размеры шишки при применении данного способа нет возможности.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является способ определения цвета шишки хмеля [4, пункт 2.1.1], который рекомендует цвет шишек хмеля определять визуально при хорошем дневном освещении, поместив их на лист синей бумаги. Способ простой и быстрый, но имеет следующие недостатки. Хотя источник [4], и нормативный документ, но понятие «при хорошем дневном освещении» - это неопределенно, то есть, предполагает ли это понятие наличие солнечного освещения или его отсутствие, то есть, пасмурную погоду или солнечную. Если погода солнечная, как относительно солнца должен располагаться оператор, определяющий цвет хмеля-сырца, напротив солнца или от солнца, или боком к солнцу, от этого в большей степени зависит результат определения цвета. Может быть, данный способ при простом производстве хмеля и подходит, то для точных научных исследований он можно сказать в принципе не подходит, так как научные исследования требуют результаты с высокой точностью, с малыми погрешностями и с малым диапазоном разброса результатов. Таким образом, определение цвета шишек хмеля-сырца при данном способе также получается с большой погрешностью. Данный способ, как и приведенный выше способ определения цвета шишки хмеля [1] обладает большой погрешностью и также не позволяет определять линейные размеры шишки хмеля. Измерение линейных размеров (ширина, длина, высота) шишек хмеля способом применения линейки или мерной ленты со шкалами или отметками для непосредственного отсчета, или же общеизвестных универсальных измерительных приборов, таких как штангенциркуль, микрометр гладкий и др. [5], практически невозможно, так как при контакте с измерительными приборами шишки хмеля деформируются, и результат получается с большой погрешностью. То есть, контактным способом с известными измерительными приборами измерять линейные размеры шишки хмеля практически невозможно, так как, шишку при измерении приходиться держать в руках, и она уже деформируется. С другой стороны, при контакте с измерительными приборами она также деформируется. Также, если шишка хмеля находится (лежит) на какой-то поверхности, она уже деформируется под своим весом и измерение ее линейных размеров практически невозможно. Аналогичная картинка наблюдается при измерении размеров и других легкодеформирующихся объектов.

Таким образом, известные способы определения цвета шишек свежеубранного хмеля и измерения ее линейных размеров обладают существенными недостатками, которые заключаются в большой погрешности результатов измерений, обладают большой трудоемкостью процесса измерения, а также практической невозможностью измерения линейных размеров известными измерительными приборами контактным методом по причине легкодеформируемости свежеубранных шишек хмеля. Такая ситуация характерна и для других легкодеформирующихся объектов.

Целью изобретения является разработка универсального способа, позволяющего одновременного измерять цвет и линейные размеры легкодеформирующихся объектов, например, шишек свежеубранного хмеля, позволяющего повысить точность определения цвета, линейных размеров, а также повысить производительность операций измерения цвета и линейных размеров.

На фиг. 1 (вид спереди) изображена схема устройства, позволяющего реализовать способ одновременного измерения цвета и линейных размеров легкодеформирующихся объектов на примере одновременного измерения цвета и линейных размеров шишки хмеля (как легкодеформирующегося объекта), и приняты следующие обозначения: 1 - носитель информации гибкий, 2 - шишка хмеля, 3 - стерженек шишки хмеля, 4 - фиксатор подвески шишки хмеля, 5 - отметки шкалы ширины шишки хмеля, 6 - отметки шалы высоты шишки хмеля, СЖ - зона светло-желтого цвета, Ж3-зона желто-зеленого цвета, ЗЗ - зона зеленого цвет, СЦ - зон синего цвета, С-С - ось симметрии зоны светло-желтого цвета, О-О - ось симметрии зоны желто-зеленого цвета, З-З - ось симметрии зоны зеленого цвета, Ц-Ц - ось синей зоны, стрелка А-А - направления перемещения носителя информации (влево - вправо), стрелка (дуга) Б - направления ориентации стерженька шишки хмеля, стрелка Г - направление перемещения фиксатора в вертикальной плоскости (вверх-вниз), b -ширина шишки хмеля, h - высота шишки хмеля, L - ширина гибкой ленты.

На фиг. 2 (вид сверху) изображена схема устройства, указанного на фиг. 1 и приняты следующие обозначения: 7 - прижим носителя информации, Н - расстояние шишки хмеля от поверхности носителя информации, В - стрелка - направление взгляда оператора, остальные обозначения те же, что и на фиг. 1.

Сущность изобретения заключается в следующем. Как отмечается в источнике [5, стр. 4,] в основных хмелепроизводящих странах мира хмелеводство ведется очень эффективно и на высоком научно-техническом уровне. Для обеспечения высокой продуктивности хмельников требуется выполнение научных исследований в области селекции, выведения новых сортов и гибридов, семеноводства и других направлений научных исследований. Научные исследования требуют детального исследования всех вопросов технологического процесса производства от начала до получения конечной продукции. В частности, в хмелеводстве при проведении научных исследований требуется изучение отдельных шишек свежеубранного хмеля. В данном случае рассматривается вопросы определения цвета шишек и их сортировка на группы в зависимости от цвета, также определение линейных размеров шишек свежеубранного хмеля. Проблема заключается в том, что шишки свежеубранного хмеля являются пористыми и легкодеформируемыми объектами, это с одной стороны. С другой стороны, измерение цвета осуществляется органолептическим методом определения качества, то есть, на основе анализа восприятия органов чувств, в данном случае, зрительного восприятия оператора, осуществляемого сравнение цвета шишки свежеубранного хмеля с эталонным цветом по шкале цветов. Результаты такого измерения получаются с большой погрешность, так как у каждого оператора свое восприятие цвета, то есть, результат измерения зависит от субъективных особенностей каждого оператора, оператор может быть дальтоником или слабовидящим и т.д. Задача заключается в уменьшении влияния отрицательных факторов на точность результатов измерения цвета шишек свежеубранного хмеля, и ее сортировки на отдельные группы по цвету. Как уже отмечалось, что шишки свежеубранного хмеля являются пористыми и легкодеформируемыми и легкоранимыми объектами, то измерение их линейных размеров с применением обычных универсальных средств измерения - линеек, штангенциркулей, микрометров практически невозможно, так как применение их предполагает введение их в контакт с поверхностью шишки хмеля в процессе измерения и ее деформацию. Что приводит к большим погрешностям результатов измерений. Таким образом, второй задачей является разработка такого способа измерений линейных размеров шишек свежеубранного хмеля, который бы позволил измерять линейные размеры шишки свежеубранного хмеля бесконтактным методом, то есть, чтобы в процессе измерения не происходила деформация шишки хмеля. При нынешней технологии измерение цвета шишки хмеля и ее линейных размеров осуществляется по отдельности, то есть, сначала выполняется измерение цвета шишки, а затем, со следующей установки шишки, визуально определяются (измеряются) ее линейные размеры или наоборот. Это снижает производительность операций измерения цвета и линейных размеров, что является следующей - третей проблемой. Задача заключается в том, чтобы, с одной установки шишки свежеубранного хмеля выполнить измерения цвета и линейных размеров. Таким образом, предложенный способ направлен на устранение вышеописанных проблем, то есть, на повышение точности измерения цвета шишки свежеубранного хмеля и сортировки их по группам, повышения точности измерения ее линейных размеров с одной установки шишки свежеубранного хмеля на устройстве, а также повышение производительности при выполнении данных операций. На фиг. 1 и 2 показана схема устройства, позволяющего реализовать предложенный способ одновременного измерения цвета и линейных размеров легкодеформирующихся объектов. Основными элементами устройства являются фиксатор 4 подвески шишки хмеля и гибкий носитель информации 1. Фиксатор 4 имеет форму шара и служит для подвешивания (закрепления) на нем шишку 2 хмеля за ее стерженек 3. Выполнение поверхности фиксатора 4 в форме шара, облегчает ориентацию шишки 2 в вертикальном положении по оси О-О как показано на фиг. 1. Так как, стерженек 3 шишки хмеля не всегда бывает прямой, и в этом случае может возникнуть затруднение ориентации шишки в вертикальном положении. Фиксатор также имеет возможность перемещаться в горизонтальной плоскости в двух перпендикулярных направлениях (вдоль гибкого носителя информации и в поперечном направлении). Выполнение конструкции фиксатора 4 в форме шара и наличие возможности его перемещения относительно гибкого носителя информации 1 в продольном и поперечном направлениях, а также по высоте вверх-вниз, позволяет осуществить предварительную ориентацию шишки хмеля 2 относительно носителя информации 1 перед началом выполнения измерений. Чтобы не заслонять рисунок на фиг. 1, конструкция фиксатора 4 не показана, она может быть конструктивно выполнена в разных вариантах и не представляет технической сложности. Следующим основным элементом устройства, позволяющего реализовать предложенный способ, является гибкий носитель информации 1. На носителе информации нанесены вертикальные 5 и горизонтальные 6 шкалы, с помощью которых измеряются линейные размеры шишки хмеля 2. Вертикальные отметки 5 служат для измерения ширины и длины шишки хмеля, а горизонтальные отметки 6 служат для измерения высоты h шишки хмеля. На поверхности носителя, обращенного в сторону шишки хмеля, имеются несколько цветных зон, в данном примере, три зоны: СЖ - светло-желтый цвет, ЖЗ - желто-зеленый, ЗЗ - зеленый цвет, так как рекомендуется сортировать шишки хмеля на три группы по этим цветам. Четвертая зона СЦ - синий цвет, на фоне которого рекомендуется сортировать шишки хмеля известным методом. Цвета данных зон подбираются из стандартного атласа цветов. В зависимости от поставленной задачи (от количества групп сортировки и цветов), таких зон в общем случае может быть разное количество и разных цветов. Ширина гибкой ленты L должна быть больше максимальной статистической высоты h шишки хмеля, что должно позволить измерять высоту конкретной шишки хмеля с максимальной высотой. Свободные концы носителя информации 1 намотаны на барабанах, оси которых параллельны оси симметрии О-О. Для упрощения на фиг. 1 барабаны не показаны. Такая конструкция устройства позволяет уменьшить его габаритные размеры. Вместо гибкого носителя информации 1 можно применять носитель информации из недеформируемого материала, но это может привести к увеличению длины устройства. Выполнение фиксатора 4 шишки хмеля в форме шара и расположение его в корпусе полусферы, позволяет увеличить его степень свободы и облегчает ориентацию (базирование) шишки хмеля 2 в пространстве и относительно гибкого носителя информации 1. Возможность перемещения фиксатора подвески шишки хмеля в горизонтальной плоскости в двух перпендикулярных направлениях (вдоль и поперек) относительно гибкого носителя информации 1, также облегчает ориентацию шишки относительно гибкого носителя информации. Наличие на поверхности гибкого носителя информации, обращенной в сторону шишки хмеля, вертикальных и горизонтальных отметок шкалы, позволяет измерить линейные размеры шишки хмеля - длину, ширину и высоту. То, что ширина «L» гибкого носителя информации должна быть больше максимально возможной высоты «h» шишки хмеля, позволяет измерять даже шишки хмеля с максимально возможной высотой. Наличие нескольких цветных зон на поверхности гибкого носителя информации позволяет сортировать шишки хмеля на несколько сортовых групп по цвету. Выбор вида и мощности источника света, а также его расположение в пространстве относительно поверхности гибкого носителя информации с учетом удобства наблюдения также позволяет повысить точность измерений, снижает утомляемость оператора в процессе работы.

Способ реализуется следующим образом. Шишку 2 (фиг. 1 и 2) свежеубранного хмеля закрепляют (подвешивают) за стерженек 3 шишки хмеля с помощью фиксатора 4 подвески шишки хмеля. Перемещая фиксатор 4 вверх или вниз (показано стрелкой Г на фиг. 1), относительно неподвижного носителя 1, шишку 2 располагают так, чтобы она попалась в зону отметок 5 и 6 шкалы. Если стерженек 3 прямой, то шишка 2 располагается вертикально. Если стерженек 3 кривой, то, меняя угловое положение фиксатора 4, имеющего форму шара и расположенного в сферическом корпусе (корпус на фиг. 1 не показан) окончательно ориентируют шишку 2 в вертикальном положении как показано на фиг. 1. Затем, плавно перемещая фиксатор в горизонтальном направлении, устанавливают по возможности минимальное расстояние «Н» (фиг. 2). Минимальное расстояние «Н» необходимо для уменьшения погрешности измерения от явления параллакса в процесс измерения. Затем измеряют линейные размеры шишки 2. По отметкам 6 горизонтальной шкалы определяют высоту «h» шишки, а по отметкам 5 вертикальной шкалы ширину «b» и длину шишки . При определении ширину «b» и длину шишку вращают на 360° (на горизонтальной плоскости) с помощью фиксатора 4. При этом условно за ширину «b» можно принять минимальный диаметр шишки 2, а за длину , максимальный диаметр шишки. Необходимо отметить, ширина и длина шишки определяются в поперечном сечении шишки, а высота в продольном сечении. Линейные размеры шишки можно измерить в любой цветной зоне, когда шишка расположена относительно носителя информации 1, как показано на фиг. 1. При этом глаза наблюдателя должны располагаться спереди, на уровне шишки 2 и смотреть в направлении стрелки «В» как показано на фиг. 2. После измерения линейных размеров сортировку шишки по цвету осуществляют в следующей последовательности. Перемещая носитель информации 1 относительно неподвижной шишки вправо, подводят его зоной СЖ так, чтобы ось симметрии С-С зоны ЗЖ совпала с осью О-О. Затем сравнивают визуально, совпадает ли цвет шишки с цветом зоны СЖ. Если цвет шишки совпадает с цветом зоны СЖ, то ее отправляют в тару шишек цвета СЖ. Если же не совпадает, перемещают носитель зоной ЖЗ под шишку хмеля и также визуально сравнивают цвет шишки с цветом зоны ЖЗ. Если цвет шишки совпадает с цветом зоны ЖЗ, то ее отправляют в тару шишек цвета ЖЗ. Если же не совпадает, перемещают носитель зоной ЗЗ под шишку хмеля и также визуально сравнивают цвет шишки с цветом зоны ЗЗ. Если же цвет шишки совпадает с цветом зоны ЗЗ, то ее отправляют в тару шишек цвета ЗЗ. Если же цвет шишки не совпадает ни с одной из цветов, то ее отправляют в другую группу, отличную от СЖ, ЖЗ и ЗЗ. На том действие с данной шишкой завершается. Аналогично поступают и с другими шишками.

Технический эффект заключается в повышении точности сортировки шишек свежеубранного хмеля по цвету при одновременном повышении точности измерения ее линейных размеров, а также в повышении производительности выполнения операций сортировки шишки хмеля по цвету и операций измерения линейных размеров шишки свежеубранного хмеля.

Источники информации

1. МИ 2365-96 Рекомендация. Государственная система обеспечения единства измерений. Шкалы измерений. Основные положения. Термины и определения. Дата актуализации 01.01.2019.

2. Либацкий Е.П. Хмелеводство. - М.: Колос, 1984. - 287 с., ил. - (Учебники и учеб. пособия для подгот.с.-х. кадров массовой профессий).

3. ГОСТ 21946-76 Хмель сырец. Технические условия (с изменением №1). Межгосударственный стандарт.

4. ГОСТ 21948-76 Хмель-сырец и хмель прессованный. Методы испытаний (с изменениями №1,2).

5. Иванов А.И. Технические измерения (с лабораторным практикумом). М., Изд-во «Колос», 1964. 488 с. (учебники и учеб. пособия для высших с.-х. учеб. заведений).

6. Перспективная ресурсосберегающая технология производства хмеля: Метод. Рекомендации. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2008. - 52 с.