АПК для определения адгезии пленки битума на щебнях различной природы
Автоматизированное определение степени адгезии битумного материала к щебню на основе анализа покрытия поверхности щебня битумом с применением метода цифровой обработки изображений.
Задача
Используемые в дорожном строительстве нефтяные битумы характеризуются разнообразием состава и сложностью химической структуры, которые зависят как от природы нефтяного сырья, так и от технологии его переработки. Адгезия битума — это прочность его прилипания к скелетообразующим материалам органоминерального композита. Показателем величины адгезии является способность битума удерживаться на поверхности щебня под воздействием агрессивной среды, имитируемой вращением в бутылке в течение определенного периода времени.
Сегодня степень адгезии битума к щебню оценивается по ГОСТ 12801-98 или EN 13614:2011. Указанные в них методы оценки имеют существенные недостатки:
- величина адгезии битума к щебню оценивается посредством визуальной экспертной оценки (данный метод оценки, при повторном измерении той же выборки другим экспертом, имеет погрешность до 20%);
- отсутствует повторяемость результатов экспериментов;
- отсутствуют материалы, подтверждающие полученные результаты экспериментов.
Задачей разработчиков стало создание аппаратно-программного комплекса (АПК), который позволит автоматизировать процесс оценки и обеспечит высокую точность полученных результатов экспериментов.
Решение
Целью разработки аппаратно-программного комплекса является автоматизированная оценка площади покрытия битумом щебней различной природы.
Функции устройства:
- автоматизированная оценка площади покрытия;
- получение качественных изображений результатов экспериментов;
- хранение результатов экспериментов
АПК определяет степень адгезии битума к щебню за счет измерения площади остаточного покрытия битумом щебня после испытания методом вращения в бутылке. Данное измерение производится при помощи анализа цифрового изображения щебня в плоскости, перпендикулярной оси объектива.
Образцы для анализа размещаются в специализированном выдвижном лотке, который обеспечивает необходимое позиционирование относительно камеры и источников освещения.
Процесс анализа образцов включает в себя два этапа:
- Получение исходных изображений;
- Получение итогового изображения и расчет степени покрытия.
Преимущества решения:
- Соответствие ГОСТ 12801-98 и EN 13614:2011;
- Исключение человеческого фактора при визуальной оценке площади покрытия;
- Высокая точность и повторяемость результата экспериментов;
- Постоянный доступ к результатам экспериментов;
- Портативность комплекса.
На текущий момент АПК установлен и успешно работает в лаборатории компании-заказчика.
Детали
Этапы проекта
- Создание методики количественного определения степени адгезии битумного материала к щебню.
- Разработка аппаратно-программного комплекса для проведения автоматизированного лабораторного анализа степени адгезии битума на щебнях различной природы.
Научно-техническая новизна
Алгоритм сегментации основан на анализе интенсивности пикселей. Для повышения точности используется разделение объектов на кластеры, а также определяется зависимость между пикселями внутри и между кластерами (графы переходов). Кластеры составлены на основе образцов с разной степенью покрытия битумом (от 0 до 100%), взятых из статистической выборки.
Достигнутые качественные и количественные показатели
- Единовременная оценка набора образцов (до 10 шт.);
- Уменьшение времени оценки площади покрытия (до 2 минут);
- Хранение и доступность высококачественных цифровых фотографии образцов с результатом оценки (до 250 шт.);
- Снижение погрешности измерения (не более 5%);
- Повышение повторяемости результата (98-100%).
Технологии
| Языки программирования и фреймворки | Python3, С89, HAL |
| Web-интерфейс | HTML, фреймворк Flask (Python3) |
| OS | Ubuntu 18.04 LTS х64 |
| Библиотеки | OpenCV-Python, Numpy, GPIO, Pyserial |
| IDE | Ру Charm Community Edition 2018.3.3 |
Ключевые исполнители
- Менеджер проекта: А.К. Овсянникова
- Разработчики: Д.В. Казаков, А.А. Корепанова
- Программист-алгоритмист: В.В. Ракова