ITRE990017A1 - Metodo per il riconoscimento di fibre naturali. - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

annessa a domanda di brevetto per Brevetto di Invenzione Industriale avente per titolo: “Metodo per il riconoscimento di fibre naturali ”.

L’invenzione si riferisce ad un metodo per il riconoscimento di fibre naturali.

In modo specifico, ma non esclusivo, l’invenzione consente di distinguere fibre tessili, ad esempio fibre di lana da fibre di cashmere, in particolare allo scopo di valutare la composizione in percentuale di tessuti o filati misti in lana e cashmere.

In particolare l’invenzione riguarda un metodo per l identificazione di fibre naturali, in particolare fibre di lana e di cashmere, comprendente le fasi di: ingrandire le fibre, predisposte su un supporto, mediante un microscopio; inviare le immagini ingrandite ad un elaboratore dati; elaborare le immagini inviate all’elaboratore in modo da determinare, per ogni fibra, almeno i parametri caratteristici di altezza di scaglia e, preferibilmente, anche di frequenza di scaglia e di diametro di fibra; confrontare i parametri determinati con un data-base di riferimento costruito mediante fibre conosciute.

Come noto, una fibra cheratinica animale presenta una struttura esterna composta da una molteplicità di scaglie aventi disposizione trasversale rispetto alla lunghezza della fibra. Per altezza delle scaglie si intende l’altezza dei gradini che si fonnano naturalmente nelle zone di confine fra una scaglia e l’altra. Per frequenza di scaglia si intende il numero di scaglie per unità di lunghezza della fibra.

È già noto un metodo così concepito, ad esempio dalle seguenti pubblicazioni:

- Schriftenrethe des Deutschen Wollforschungsinstitutes e.V., 103.

1988, Analysis of specialty fiber/wool blends by means of SEM (scanning electron microscopy);

- Melliand Textilberichte, 5/1995, Digitale Bildverarbeitung fϋr die Bestimmung der Faserfeinheit und deren Verteilung;

- Chemiefasem/Textilindustrie, 43 /95. Jahrgang, Aprii 1993, Digitale Bildverarbeitung zur Bestimmung der Faserfeinheit und deren Verteilung.

I metodi noti sopra citati presentano tuttavia alcuni limiti ed inconvenienti.

In primo luogo tali metodi, se applicati a tessuti o filati misti realizzati in materiali facilmente confondibili tra loro (ad esempio lana, cashmere, yak, cashgora, eccetera), forniscono risultati aventi un margine di errore piuttosto elevato. I metodi noti presentano una componente soggettiva foriera di errori e lasciano una notevole incertezza riguardo alla effettiva composizione dei tessuti o filati analizzati.

In secondo luogo i metodi noti possono utilizzare dati rilevati numero relativamente basso e poco significativo di fibre.

Un ulteriore inconveniente è rappresentato dal fatto che l’esecuzione dei suddetti metodi richiede tempi relativamente lunghi.

Scopo della presente invenzione è quello di ovviare ai suddetti limiti ed inconvenienti della tecnica nota fornendo un metodo per il riconoscimento di fibre naturali mediante il quale è possibile distinguere con notevole precisione anche fibre molto simili e facilmente confondibili tra loro, quali ad esempio lana e cashmere.

Un altro scopo del trovato è quello di rendere disponibile un metodo che consente di determinare con notevole precisione ed accuratezza la composizione quantitativa di tessuti o filati misti realizzati in fibre naturali.

Un ulteriore scopo del trovato è quello di realizzare un metodo in grado di fornire risultati attendibili e significativi con tempi di esecuzione relativamente ridotti.

Questi scopi sono raggiunti da un metodo, in accordo con le rivendicazioni sotto riportate, secondo il quale nella determinazione del parametro caratteristico di altezza di scaglia non vengono utilizzati i gradini di scaglia che non rientrano nell’ambito di un prestabilito intervallo di tolleranza di forma del gradino.

Il metodo in oggetto consente vantaggiosamente di rilevare eventuali danneggiamenti o alterazioni delle fibre che potrebbero falsare l’indagine. Questo risultato è raggiunto, ad esempio, mediante un’indagine che non tenga conto di valori di altezze di scaglia al di fuori di un prestabilito range. L’attendibilità del metodo è migliorabile se non vengono prese in considerazione le zone delle fibre parzialmente coperte o visibili al microscopio in modo poco nitido.

È inoltre preferibile predisporre un filtro in grado di riconoscere la forma dei gradini nella zona di separazione fra le scaglie e di utilizzare per l’identificazione delle fibre soltanto i gradini corrispondenti a predeterminate forme.

Per ottenere un risultato significativo, sarebbe opportuno esaminare almeno 1000 fibre. È previsto, ad esempio, analizzare al microscopio quattro supporti aventi, ciascuno, 250÷300 fibre circa.

Per analizzare più agevolmente ogni campione, l’immagine fornita dal microscopio può essere suddivisa in regioni, preferibilmente quadrate, che vengono poi esaminate una dopo l’altra, con andamento bustrofedico verticale od orizzontale. Se il software di elaborazione delle immagini rileva che una regione non è interessata da fibre, passa alla regione successiva. Se una fibra occupa più regioni, l indagine viene svolta in modo da considerare l’intera fibra una sola volta. Ad esempio, se durante l’indagine in una regione viene rilevato che una fibra si estende oltre il confine della regione in esame andando ad interessare una regione adiacente, l’esame di detta fibra viene momentaneamente interrotto e ripreso nel corso dell’analisi di detta regione adiacente.

Il metodo consente di evitare errori soggettivi dovuti, ad esempio, a misurazioni manuali effettuate dall’operatore. Grazie al metodo è inoltre possibile prendere in considerazione un numero considerevole di valori misurati.

Il metodo può essere attuato anche da un operatore non specializzato in quanto è possibile effettuare le misure in modo automatico.

Secondo il metodo in oggetto è possibile utilizzare ingrandimenti minori rispetto ai metodi noti basati su misure manuali, per cui i fasci di elettroni sono meno dannosi nei confronti delle fibre in esame. Ciò consente tra l’altro di analizzare più volte lo stesso campione.

Un altro vantaggio ancora è quello di poter realizzare un data-base, mediante l analisi di fibre la cui origine è certa e provata, utilizzabile per determinare la natura di fibre sconosciute.

Secondo una preferita forma di attuazione del metodo in oggetto, il riconoscimento delle fibre viene effettuato utilizzando, oltre al parametro dell’altezza di scaglia, anche il parametro caratteristico del diametro della fibra. Per determinare il diametro di una fibra in modo particolarmente preciso è preferibile utilizzare la linea di contorno dell’intera fibra, dopodiché la fibra viene suddivisa in settori sostanzialmente equidistanti.

11 numero di settori di suddivisione è preferibilmente cinque. Per ogni settore vengono poi misurati vari diametri (preferibilmente cinque). Per ogni settore, fra i cinque valori di diametro misurati viene selezionato il valore mediano (cioè il terzo in ordine di grandezza). Infine, fra i cinque valori mediani selezionati (uno per ogni settore) viene a sua volta selezionato il valore mediano (anche in questo caso il terzo in ordine di grandezza), li valore così selezionato (mediana delle mediane) rappresenta il parametro caratteristico di diametro della fibra.

Secondo un’altra forma di attuazione del metodo in oggetto, per riconoscere le fibre può essere utilizzato anche il parametro caratteristico della frequenza di scaglia, ovverosia del numero di scaglie per unità di lunghezza della fibra.

Il riconoscimento delle linee di contorno delle fibre può essere realizzato da diversi programmi di elaborazione delle immagini di tipo noto. Sono altresì noti vari tipi di microscopi elettronici dotati di un software in grado di comandare l’esecuzione automatica della scansione dell’ immagine osservata al microscopio.

L’elaboratore elettronico, dopo aver determinato la natura della molteplicità di fibre che compongono il campione analizzato, è in grado di calcolare e di fornire il valore relativo alla composizione in percentuale delle fibre stesse.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del presente ritrovato meglio appariranno dalla descrizione dettagliata che segue di una forma preferita, ma non esclusiva, di realizzazione del trovato medesimo, illustrata a titolo puramente esemplificativo, ma non limitativo, nelle allegate figure.

La figura 1 mostra un’immagine ingrandita di un campione di fibre vista al microscopio elettronico.

La figura 2 mostra un particolare ingrandito di figura 1 .

La figura 3 mostra un particolare ingrandito di figura 1 nel quale è rappresentata, a tratti, una linea di contorno di una fibra.

La figura 4 mostra una vista in pianta dall’ alto delle fibre disposte su un supporto idoneo per l’indagine al microscopio.

La figura 5 mostra un particolare ingrandito di figura 4.

Le figure 1 e 2 mostrano la struttura esterna di fibre 1 animali. Le fibre 1 rappresentate possono essere, ad esempio, fibre di cashmere. La struttura esterna di ogni singola fibra 1 è composta da più scaglie 2 disposte trasversalmente alla lunghezza della fibra e distribuite l’una di seguito all’altra. Nella zona di confine fra due scaglie 2 adiacenti qualsiasi è presente un gradino 3, la cui altezza H è detta altezza di scaglia. Le altezze di scaglia H possono essere utilizzate per contraddistinguere una fibra 1 dall’altra. Altri parametri caratteristici utilizzabili per determinare la natura di una fibra possono essere il diametro D della fibra e la frequenza di scaglia, cioè il numero di scaglie 2 nell’unità di lunghezza delia fibra.

Il diametro D di ogni fibra è valutato preferibilmente nel modo seguente. Vengono scelti cinque settori equidistanti sulla fibra. Mediante il programma di elaborazione delle immagini, per ogni settore vengono misurati cinque diametri D, fra i quali viene selezionato il diametro di valore mediano. Fra i cinque diametri D selezionati (uno per ogni settore) viene a sua volta selezionato il diametro di valore mediano, che viene preso come valore del diametro DF della fibra 1.

In figura 3 sono evidenziati i profili esterni di varie zone di confine fia scaglie 2 adiacenti. Le zone di confine sono indicate con A, B, C e D. In corrispondenza di ciascuna zona di confine è presente un gradino 3 che separa una scaglia 2 dall’altra. 11 metodo in oggetto prevede di rilevare, per ogni gradino 3, mediante il software di elaborazione delle immagini, l’altezza H e le inclinazioni S e 1 dei lati superiore e, rispettivamente, inferiore del profilo della fibra che delimitano il gradino 3.

L’altezza H dei vari gradini dì scaglia (ΗA, HB, HC, ecc.) viene misurata valutando la distanza in direzione sostanzialmente radiale (normale all’asse longitudinale della fibra) fra il bordo superiore e il bordo inferiore del gradino 3.

E’ previsto che venga effettuata una selezione fra i valori delle altezze di scaglia misurate (ΗA, HB, HC, ecc.) per la determinazione della altezza di scaglia Hs caratteristica di una fibra.

È preferibile utilizzare un filtro, di tipo noto, in grado di escludere, per la determinazione del parametro caratteristico dell’altezza di scaglia Hs di una fibra 1, alcuni valori rilevati delle varie altezze H dei gradini. In particolare il filtro agisce in modo da escludere, con riferimento alla figura 3, le altezze dei gradini indicati con B, C e D, e di considerare invece l’altezza del gradino indicato con A. Analizziamo di seguito ne! dettaglio il modo di operare del filtro.

Consideriamo il gradino di scaglia della zona di confine A. Il fianco FA del gradino si estende in direzione pressoché perpendicolare all’asse longitudinale x della relativa fibra. Sono state indicate con SA e I A rispettivamente, le direzioni dei lati delle scaglie che delimitano, superiormente ed inferiormente, il gradino della zona di confine A. Tali direzioni SA e IA sono pressoché parallele l’una alTaltra. Il valore HA dell’altezza del gradino rientra nell’ambito di un intervallo di tolleranza prestabilito. Il gradino A risponde, entro certi limiti di tolleranza, a predeterminati criteri (in particolare: perpendicolarità del fianco FA rispetto all’asse longitudinale x della fibra, parallelismo reciproco dei lati superiore ed inferiore SA e valore dell’altezza HA del gradino), pertanto il gradino stesso è considerato normale e quindi può essere utilizzato per la determinazione de! parametro di altezza di scaglia Hs per quella fibra 1 .

Il gradino nella zona B non risponde ad uno dei suddetti criteri: infatti, come risulta evidenziato in figura 3, le direzioni SB e IB dei lati superiore ed inferiore sono ben lungi dall’essere parallele fra loro, e risultano fuoriuscire dai margini di tolleranza previsti. Il gradino B è anomalo e pertanto non viene considerato nella valutazione dell’altezza di scaglia Hs.

Anche il gradino C è anomalo poiché presenta un’altezza 3⁄4 relativamente ridotta, al di fuori del campo di tolleranza prescelto. Il gradino C, che probabilmente non consiste nella realtà in un vero e proprio gradino di separazione fra due scaglie 2 ma soltanto in una semplice sporgenza del profilo della fibra, viene pertanto escluso dalla determinazione del parametro di altezza di scaglia Hs.

L’anormalità del gradino D, e quindi la sua esclusione, è dovuta all’inclinazione eccessiva del fianco FD del gradino rispetto alla direzione perpendicolare all’asse longitudinale x della fibra. In altre parole, l’inclinazione relativa tra il fianco FD del gradino D e l’asse longitudinale x della fibra 1 risulta al di fuori del range di tolleranza prestabilito. Il filtro può operare in modo da escludere gradini di scaglia aventi un’inclinazione che esce da un prestabilito range. In figura 3, con linea tratteggiata è indicato il fianco FD di un gradino avente anch’esso un’inclinazione che esce dal range prestabilito. In generale, è possibile utilizzare un filtro, di tipo noto, che consente di non prendere in considerazione, al fine di determinare l’altezza di scaglia Hs, scalini aventi un fianco la cui forma non è compresa entro un certo intervallo di tolleranza.

L’altezza di scaglia Hs di ogni singola fibra può essere determinata, ad esempio, facendo la media matematica delle altezze H dei gradini di scaglia utilizzabili per quella fibra, oppure selezionando un valore mediano fra le altezze H dei gradini di scaglia utilizzabili per quella fibra.

La figura 4 mostra un campione di fibre. Il programma di elaborazione delle immagini divide il campione in regioni, in particolare di forma quadrata, e li analizza uno dopo l’altro nella direzione delle frecce. In figura 5 è evidenziato che alcune fibre possono occupare più regioni adiacenti. Il programma di elaborazione delle immagini può operare in modo da considerare ogni fibra non più di una volta.

Secondo una preferita forma di attuazione del metodo, viene preventivamente analizzato un ampio numero di fibre di tipo conosciuto per lo sviluppo di un data-base comparativo. Il riconoscimento di fibre sconosciute viene effettuato attraverso il confronto dei parametri caratteristici delle fibre con il data-base comparativo. Tale confronto viene realizzato mediante l impiego di un metodo statistico, di tipo noto, preferibilmente del tipo che utilizza una logica fuzzy.

Un dispositivo in grado di attuare il metodo in oggetto comprende un elaboratore elettronico che controlla un microscopio, in particolare un microscopio elettronico, e che è previsto per immagazzinare le immagini ingrandite fomite dal microscopio. L’elaboratore è in grado di eseguire un programma di elaborazione delle immagini che determina i parametri caratteristici di ogni fibra utilizzabile secondo i criteri sopra esposti. L’elaboratore provvede poi, per mezzo di un altro programma di elaborazione di dati, a porre in relazione i suddetti parametri con corrispondenti valori di riferimento predeterminati. Il dispositivo è predisposto per consentire Tanalisi automatica, mediante il suddetto metodo di analisi, di almeno due supporti dotati di differenti campioni di fibre. Le analisi di ogni campione vengono effettuate una dopo l’altra e separatamente. Una pluralità di supporti recanti, ciascuno, un campione di fibre viene trasportata in modo che i campioni siano interessati dall’azione del fascio di elettroni emesso dal microscopio e siano scansionati da esso l’uno di seguito all’altro, mentre l’elaboratore dei dati controlla il trasporto dei supporti.

Secondo una preferita forma di attuazione del metodo in oggetto, è previsto che l’analisi di ogni fibra comprenda una prima fase di ricerca della fibra sul supporto. Dopodiché l’analisi della fibra prosegue con una seconda fase di identificazione vera e propria della fibra nell’ambito del proprio gruppo di appartenenza, nella quale il software di elaborazione delle immagini determina, con le modalità sopra esposte, uno o più parametri caratteristici della fibra, i quali vengono confrontati con valori di riferimento, ad esempio con un data-base comparativo predeterminato.

Ovviamente al trovato potranno essere apportate numerose modifiche di natura pratico-applicativa dei dettagli costruttivi senza che per altro si esca dall’ambito di protezione dell’idea inventiva come sotto rivendicata.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per il riconoscimento di fibre naturali, in particolare fibre di lana e di cashmere, comprendente le fasi di: ingrandire le fibre (1), predisposte su un supporto, mediante un microscopio; inviare le immagini ingrandite ad un elaboratore dati; elaborare le immagini inviate all’elaboratore in modo da determinare, per ogni fibra (1), almeno il parametro caratteristico di altezza di scaglia (Hs); confrontare l altezza di scaglia (Hs) determinata per ogni fibra con un data-base di riferimento; caratterizzato dal fatto che nella determinazione dell’altezza di scaglia (Hs) di ogni fibra viene effettuata una selezione fra i vari valori di altezza di scaglia (ΗA, HB, Hc, ecc.) misurati, nel senso che non vengono utilizzati ì gradini di scaglia (B, C, D) che non rientrano nell’ambito di un prestabilito intervallo di tolleranza di forma del gradino.
2. 2, Metodo secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che, per determinare l’altezza di scaglia (Hs) di una fibra, non vengono utilizzati i gradini di scaglia (B) in cui i lati superiore (SB) ed inferiore (IB) che delimitano il gradino stesso presentano un’inclinazione relativa che supera un predeterminato valore.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che, per determinare l’altezza di scaglia (Hs) di una fibra, non vengono utilizzati i gradini di scaglia (C) la cui altezza (HC è inferiore ad un prestabilito valore.
4. 4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, per determinare l’altezza di scaglia (Hs) di una fibra, non vengono utilizzati i gradini di scaglia (D) aventi un fianco (FD) la cui inclinazione relativa rispetto all’asse longitudinale (x) della fibra presenta uno scostamento dalla perpendicolarità superiore ad un valore minimo prestabilito.
5. 5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, per determinare l’altezza di scaglia (Hs) di una fibra, sono utilizzate soltanto le altezze dei gradini di scaglia situati in zone di confine fra una scaglia e l’altra che non sono coperte dall’attraversamento di una fibra.
6. 6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l’altezza di scaglia (Hs) di ogni singola fibra è determinata dalla media delle altezze dei gradini di scaglia utilizzati per quella fibra.
7. 7. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che l’altezza di scaglia (Hs) di ogni singola fibra è determinata da un valore intermedio delle altezze dei gradini di scaglia utilizzati per quella fibra.
8. 8. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le altezze dei gradini di scaglia (ΗA, HB, HC, HD) delle fibre sono misurate per mezzo di un software di elaborazione di immagini.
9. 9. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti. caratterizzato dal fatto che le parti del supporto interessate da fibre sono suddivise in regioni, in particolare quadrati adiacenti, e tali regioni sono analizzate una di seguito l’altra, in particolare procedendo per linee.
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che se una fibra interessa più regioni è analizzata soltanto in una di dette regioni e non viene considerata nelle altre.
11. 11. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato per il fatto di: determinare, per ogni fibra, mediante elaborazione delle immagini inviate all’elaboratore, almeno il parametro caratteristico di diametro (Ds;) della fibra, e confrontare il diametro di fibra determinato per ogni fibra con un valore di riferimento prestabilito; detta determinazione prevedendo di: * scegliere vari settori della fibra, preferibilmente cinque settori fra loro equidistanziati; * misurare per ogni settore vari diametri, preferibilmente cinque diametri (D); * selezionare per ogni settore, fra le varie misure del diametro (D), la misura mediana; * selezionare infine, fra i vari diametri mediani prima selezionati, il diametro mediano che si considera come diametro (DF) della fibra.
12. 12. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato per il fatto di determinare, per ogni fibra, mediante l’elaborazione delle immagini inviate all’elaboratore, almeno il parametro caratteristico di frequenza di scaglia e di confrontare la frequenza di scaglia determinata per ogni fibra con un valore di riferimento prestabilito.
13. 13. Metodo per il riconoscimento di fibre naturali secondo le rivendicazioni precedenti e secondo quanto descritto ed illustrato con riferimento alle figure dei disegni allegati e per gli scopi sopra citati.