Enquadramento

Esta dissertação de mestrado insere-se num projecto de investigação desenvolvido pelos departamentos de Engenharia Electrónica Industrial e Engenharia Têxtil da Universidade do Minho.

A irregularidade do fio, isto é, a variação de massa por unidade de comprimento pode afectar muitas propriedades dos materiais têxteis, uma das quais é a variação da resistência de ruptura do fio. A irregularidade do fio é uma característica importante para a determinação da sua relação de qualidade com a do produto final. Uma elevada qualidade requer um arranjo das fibras no qual o número de fibras em cada secção transversal (variação longitudinal) é aproximadamente controlado. Desta forma, os efeitos da irregularidade são um tópico da maior importância para a indústria têxtil.

Encontra-se em desenvolvimento um protótipo (YSQ - Yarn System Quality) que integra a medida de massa de fio (baseada em sensores capacitivos com uma resolução de 1 mm) e a medida de pilosidade (baseada na analise óptica). A detecção de características da produção recorrendo a técnicas de processamento de imagem deverá ser também incluída neste protótipo. Assim, com este nível de parametrização, inexistente comercialmente, é possível identificar possíveis causas de defeito na produção, inferir sobre a qualidade de fio produzida, utilizar técnicas de controlo para calibração em linha de algumas máquinas de produção, além de caracterizar de forma automática o fio.

Objectivos

O objectivo deste trabalho é a utilização de técnicas de processamento de imagem para a detecção de características da produção de fio, entre as quais se destacam, a metodologia de produção do fio, o passo de torção, o número de cabos de constituição do fio. Este módulo constituirá uma mais valia do equipamento YSQ, uma vez que não existe comercialmente.

Para isso é necessário:

- Utilizar técnicas de processamento de imagem para desenvolver testar e validar uma aplicação para caracterização do fio.

- Testar e validar o sistema desenvolvido.

Estado da arte

Na indústria têxtil são utilizadas algumas máquinas para analisar características do fio, no entanto, não existe ainda nenhum aparelho que faça a inspecção e que determine as características do fio através da imagem.

Algumas das empresas na área de concepção de equipamentos de teste e medida são: Wira Instrumation [1], a Uster [2], a Jose Fuster S.A. [3], entre outras.

Alguns dos seus equipamentos testam parâmetros como a humidade presente no fio, a torção, os danos causados nas fibras, o alongamento, a tensão do fio durante o processo, simulam o stress acumulado no fio durante a fiação, fazem a inspecção de nepes.

Embora na indústria têxtil o processamento de imagem ainda não seja utilizado para obter as características do fio é já utilizado para fazer a inspecção das cores, como na indústria da aviação e aeroespacial é efectuado o controlo de fendas, imperfeições através de processamento de imagem.

Para determinar as características do fio, através do processamento de uma imagem digital, obtida de um microscópio com uma câmara acoplada com iluminação, irá ser necessário detectar no fio as zonas de transição de mais escuro para mais claro, sendo essa a zona entre os cabos do fio, onde poderá traçar-se uma recta. Através do declive da recta traçada será possível determinar o sentido de enrolamento, uma vez que se o declive for negativo, o sentido de enrolamento será para a direita (torção em S), se o declive fosse positivo, o sentido de enrolamento será para a esquerda (torção em Z).

Por sua vez, a distância entre as rectas pode indicar-nos qual será a distância que é uma, o passo de torção, (volta por metro), outra das características do fio que se pretende retirar.

Desenvolvimento do projecto

• Processamento de imagem

Uma imagem digital consiste numa matriz bidimensional onde cada célula representa o elemento mínimo da imagem, denominado "pixel".

Cada "pixel" ocupa uma posição (x, y) da imagem e o seu valor representa a intensidade digital da imagem nessa célula, constituindo-se assim diferentes níveis de cinzento de uma imagem a preto e branco [4].

Processamento de imagem consiste em trabalhar numa imagem obtida, de forma a melhorar a qualidade, ou seja, realçar os pormenores da imagem que nos interessa, de forma a se conseguir retirar informação relevante.

Este projecto vem no seguimento do trabalho de estágio, determinação de características de produção de fio têxtil utilizando técnicas de processamento de imagem, elaborado por Ricardo Fernandes em Novembro de 2006 [5]. Nesse trabalho foi efectuado um estudo sobre qual seria o equipamento mais adequado a utilizar para obter a imagem

para posterior tratamento informático. Foram estudadas as seguintes possibilidades: sistemas de aquisição de imagem, as câmaras digitais e microscópios. O estudo efectuado considerou o microscópio com a câmara acoplada como o mais adequado. Na implementação desta aplicação serão utilizadas imagens, obtidas com o microscópio e posteriormente guardadas em suporte digital para posterior processamento. Pretende-se que a aplicação trabalhe em modo diferido.

Os microscópios ópticos, funcionam com um conjunto de lentes (ocular e objectiva) que ampliam a imagem trespassada por um feixe de luz. Os microscópios digitais, ampliam a imagem por meio de feixes de electrões. Deste estudo conclui-se que o microscópio a utilizar seria o óptico.

Algumas funções de tratamento de imagem que vão ser utilizadas são: a dilatação, a erosão e o threshold.

Tanto a erosão como a dilatação usam um filtro, o elemento estruturante, matriz com um elemento origem (0,0) no seu centro. A matriz pode ser definida por plana (imagem binária) ou não-plana. Normalmente indica vizinhança.

A dilatação consiste na reflexão de um elemento estruturante, seguido pela translação da mesma por todos os pixels de contorno de uma imagem binária. A imagem resultante é formada pela união da imagem original e todas as regiões onde o elemento estruturante reflectido passou.

A erosão, ao contrário da dilatação, é a subtracção da imagem original por todas as regiões onde o elemento estruturante reflectido passou.

O threshold, também conhecido como binarização, consiste na transformação de uma imagem, quer de cor, quer em tons de cinzento, em preto e branco. Como o preto corresponde a 255 e o branco a 0, é escolhido um valor de threshold no intervalo entre 0-255, ou seja, um valor para funcionar como referência. Qualquer valor do pixel da imagem original que seja inferior à referência, vai transformar-se em branco e um valor superior à referência irá transformar-se em preto

• Estudo de características da produção de um fio

Quando falamos em fio, temos sempre alguns aspectos que podemos abordar, sendo alguns deles a massa linear, a torção, a resistência de ruptura, a irregularidades de massa, as pilosidades e os defeitos nos fios. No entanto, para a elaboração da aplicação apenas se irá ter em conta a torção, os seus vários aspectos, o passo de torção, o número de cabos e o seu sentido de enrolamento.

O passo de torção é a medida que separa duas torções. A torção é usada para agrupar as fibras entre si, dando resistência ao fio. Quanto menor a torção mais suave é o fio, quanto maior a torção mais resistente ele é. O passo de torção é tanto maior quanto menor for a torção. A torção pode ter sentido Z ou sentido S [6].

Um fio retorcido é o número de cabos que foi usado para fabricar um determinado fio. Um fio pode ser composto por um cabo apenas, fio singelo, ou por 'x' cabos, fio retorcido a 'x' cabos, em que 'x' pode ser dois, três,...

A metodologia de produção do fio, é o sentido de torção como os cabos são enrolados para ser produzido um fio. Enrolamento positivo, significa que o fio é enrolado no sentido directo (sentido horário), torção em "S". Enrolamento negativo, o fio é enrolado no sentido indirecto (anti-horário), torção em "Z" [6].

• Ferramentas a considerar para a elaboração da Aplicação

Para implementar a aplicação é necessário seleccionar uma ferramenta que possibilite trabalhar imagens. A aplicação final terá de cumprir alguns requisitos, terá de ser amigável, de uso bastante intuitivo, não sendo necessários conhecimentos de processamento de imagem.

Com este objectivo irá estudar-se duas ferramentas: OpenCV e LabVIEW para serem estudadas.

OpenCV [7]

A sua utilização foi considerada de forma a poder usufruir de algum trabalho que já havia sido feito no projecto anterior.

É um software gratuito, consiste num conjunto de bibliotecas em C, é "opensource". É uma ferramenta que já tem muitas funções para o tratamento de imagens, sendo necessário utilizar em conjunto com o Microsoft Visual Studio.

Alguns testes foram já efectuados. [5]

LabVIEW [8]

Com esta ferramenta consegue-se ter um ambiente de fácil interacção com o utilizador.

Como este software já é usado nos outros módulos do projecto em que se insere esta aplicação torna-se desta forma mais fácil conseguir interligar este módulo com todo o projecto.

A licença de utilização para a ferramenta já se encontra comprada pela universidade.

A ferramenta LabVIEW já tem um vasto leque de funções disponível para trabalhar com imagens, nomeadamente o IMAQ Vision.

- Desenvolvimento do sistema de aquisição e tratamento de imagem

Numa primeira fase de desenvolvimento, irá ser feita a escolha da forma de aquisição da imagem, que será objecto de trabalho da aplicação a ser desenvolvida.

Com a primeira ferramenta, o OpenCV, pretende-se desenvolver técnicas de processamento de imagem, usando as funções já existentes na ferramenta bem como as desenvolvidas no projecto anterior. Não vai ser elaborado qualquer interface para o utilizador, criando-se executáveis que usem as funções elaboradas para o tratamento de imagem. Vão ser implementadas técnicas de processamento de imagem, nomeadamente dilatação, a erosão, o threshold e a transformada de hough.

A aplicação a desenvolver deverá ser autónoma, sem o utilizador ter de interagir sobre a imagem, seja através de clique com o rato ou de outra forma.

Pretende-se desenvolver as mesmas valências efectuadas, com o OpenCV, mas recorrendo à ferramenta LabVIEW, ferramenta que irá ser utilizada no desenvolvimento da aplicação até ao término desta dissertação.

Espera-se obter os mesmos resultados, com as técnicas de processamento de imagem, com o LabVIEW e com o OpenCV e melhorar a extracção das características do fio a partir dos resultados obtidos.

Com o LabVIEW, pretende-se não apenas desenvolver as técnicas de processamento de imagem, mas também desenvolver todo o interface da aplicação para com o utilizador.

Antes de começar a execução da aplicação é necessário decidir se vai ser pedido ao utilizador para interagir com a aplicação. No caso de ter interacção com o utilizador, torna-se necessário os dados que vão ser pedidos ao utilizador para inserir para a aplicação iniciar, a saber: a imagem que pretende usar, a fonte da aquisição dessa imagem, que parâmetros são possíveis de alteração, um campo de opções para a execução da aplicação.

É necessário também decidir se o utilizador pode escolher a orientação que a aplicação pode seguir numa execução para determinar o passo de torção, o sentido de enrolamento ou o número de cabos que é constituído o fio, ou se o utilizador tem um papel neutro esperando pelos resultados da execução da aplicação.

É necessário, também, identificar os dados que serão apresentados pela aplicação e de que forma, se apenas no interface da aplicação no ecrã e/ou serão guardados em algum tipo de ficheiro que o utilizador solicite ou que já esteja definido na aplicação.

- Realização de testes e conclusões

Resultados obtidos com o OpenCV

Para cada técnica de processamento de imagem será obtido um resultado, que será analisado para ser possível retirar as características que é proposto, ou alguma, do fio.

Resultados obtidos com o LabVIEW

Será tida em conta a interface que será desenvolvida para a aplicação, bem como dos resultados que se espera obter com a implementação das técnicas de processamento de imagem para conseguir obter as características do fio.

Finalmente, serão comparados os resultados, obtidos com a aplicação das mesmas técnicas de processamento de imagem que serão implementadas em ambas as ferramentas.