Detection of Shape Manufacturing Defects of Flat Fan-Pattern Nozzle Orifices Using Elliptic Fourier Descriptors

Abstract

Shape defects originating from the manufacture in the orifice openings of the flat fan-pattern nozzles may result in deteriorating the spray pattern. This study has been conducted with the aim of detecting the manufacturing defects of the fan-pattern nozzle orifices in terms of shape uniformity using the elliptic Fourier descriptors EFDs , and revealing the shape differences among the nozzle orifices made in polyacetal for various nominal sizes ranging from 01 to 06. At first, descriptive data describing dimensions major and minor length, projected area, etc. and shapes shape factor, elongation and roundness of the nozzle orifices were obtained using an image processing method. The next process, to evaluate the nozzles’ orifice shape using elliptic Fourier analysis EFA , the progresses of generating the orifice’s contour data, derivation of EFDs, principal component analysis PCA of EFDs and visualization of shape variations estimated by the principal component scores PCs were followed respectively. Although the shape differences of the orifice outlines could be visually distinguished, the descriptive shape data were not able to discriminate the contour differences. The EFDs determined for each orifice size could individually detect the nozzle orifices with shape defect originating from the manufacture and they could be explicitly distinguished from the scatter plots. The results of the Hotelling’s pairwise comparison test showed that the nozzle orifices in shape were significantly different from each other. Linear discriminant analysis demonstrated that the group centroids of the orifices of 03, 04 and 06 were found close-range to each other. The orifice of 01 which is rectangular in shape had an extraordinary attribute compared to the other orifices. The orifice outline of 015 with a smooth shape was in appearance of an oblate ellipse in shape. The contour of the nozzle orifice of 02 size was explicitly found different from the others. It was concluded that the EF method can be used intended for the manufacturers inspect and improve the quality of nozzle orifices

Keywords

• Image processing
• Nominal size
• Orifice contour
• Orifice size
• Shape analysis

Yelpaze Hüzmeli Meme Orifislerinde Şekilsel Üretim Hatalarının Eliptik Fourier Tanımlayıcılarıyla Tespiti

Abstract

Yelpaze hüzmeli memelerin orifis açıklığında üretimden kaynaklanan şekilsel hatalar, püskürtme deseninin bozulmasına yol açabilmektedir. Bu çalışma eliptik Fourier tanımlayıcılarını kullanarak yelpaze hüzmeli meme orifislerinin şekil düzgünlüğü açısından üretim hatalarını tespit etmeyi ve anma ölçüleri 01 ve 06 arasında değişen polyacetal malzemeden üretilmiş meme orifislerinin şekil farklılıklarını belirlemek amacıyla yürütülmüştür. Öncelikle, görüntü işleme metodu kullanılarak meme orifislerinin boyut majör ve minör uzunluklar, izdüşüm alanı vd. ve şekil şekil faktörü, uzanım ve dairesellik özelliklerini tanımlayan deskriptif datalar elde edilmiştir. Eliptik Fourier analiziyle memelerin orifis şeklini değerlendirmek için sonraki süreci sırasıyla orifis kontur datalarını oluşturma, eliptik Fourier tanımlayıcılarını elde etme, tanımlayıcıları temel bileşen analizine tabi tutma ve temel bileşen skorlarıyla tahmin edilen şekil değişkenlerini görselleştirme aşamaları takip etmiştir. Orifis konturlarının şekil farklılıkları gözlem yoluyla ayırt edilebilmesine karşın deskriptif şekil dataları kontur farklılıklarını gözetememiştir. Eliptik Fourier tanımlayıcı üretimden kaynaklanan şekil hatalarına sahip meme orifislerini ayrı ayrı tespit edebilmiş ve saçılım grafiklerinden belirgin bir şekilde ayırt edilebilmiştir. Hotelling eşli karşılaştırma testi sonuçları meme orifislerinin şekil açısından birbirlerinden önemli derecede farklı olduğunu göstermiştir. Doğrusal ayırma analizi sonuçları, 03, 04 ve 06 ölçülü orifislerin grup merkezlerinin birbirlerine oldukça yakın bulunduğunu göstermiştir. Diğerleriyle karşılaştırıldığında dikdörtgen biçiminde olan 01 ölçülü orifis, şekilsel açıdan sıra dışı bir özellik göstermiştir. Pürüzsüz bir kontura sahip olan 015 ölçülü orifisin şekilsel açıdan diğerlerine göre daha basık bir elips görünümünde olduğu saptanmıştır. 02 ölçülü orifis konturu diğerlerinden belirgin bir şekilde farklı bulunmuştur. Üreticilerin meme orifis kalitesini denetlemek ve arttırmak için Eliptik Fourier metodunu kullanabileceği kanısına varılmıştır

Keywords

• Görüntü işleme
• Nominal ölçü
• Orifis konturu
• Orifis ölçüsü
• Şekil analizi

References

1. ASAE (1991). Standards S471, 1991, Procedure for measuring sprayer nozzle wear rate. ASAE, St. Joseph, Michigan, MI
2. Barber J (2006). Spray system optimization eases maintenance crunch. Spraying Systems Co. US
3. Dursun E, Karahan Y & Çilingir İ (2000). Türkiye’de üretilen konik hüzmeli meme plakalarında delik çapı ve düzgünlüğünün belirlenmesi. Tarım Bilimleri Dergisi-Journal of Agricultural Sciences 6(3): 135-140
4. Foster J, Barkus E & Yavorsky C (2006). Understanding and Using Advanced Statistics. Sage Publications, London, pp. 178
5. Hammer Ø, Harper D A T & Ryan P D (2001). Past: Paleontological statistics software package for education and data analysis. Palaeontologia Electronica 4(1): article 4, pp. 9
6. Iwata H & Ukai Y (2002). SHAPE: A computer program package for quantitative evaluation of biological shapes based on elliptic Fourier descriptors. Journal of Heredity 93(5): 384-385
7. Kalayci S (2006). SPSS Uygulamalı Çok Değişkenli İstatistik Teknikleri. Asil Yayın, TR, ISBN: 975-9091- 14-3, pp. 426
8. Kara M, Sayıncı B, Elkoca E, Öztürk İ & Özmen T B (2013). Seed size and shape analysis of registered common bean (Phaseolus vulgaris L.) cultivars in Turkey using digital photography. Tarım Bilimleri Dergisi-Journal of Agricultural Sciences 19: 219-234

9. Krause C R, Reichard D L, Zhu H, Brazee R D, Ozkan H E & Fox R D (2003). Evaluation of fan-pattern spray nozzle wear using scanning electron microscopy. Scanning 25: 8-11
10. Krishnan P, Evans T, Ballal K & Kemble L J (2004). Scanning electron microscopic studies of new and used fan nozzles for agricultural sprayers. Applied Engineering in Agriculture 20(2): 133-137
11. Kuhl F P & Giardina C R (1982). Elliptic Fourier features of a closed contour. Computer Graphics and Image Processing 18: 236-258
12. Mohsenin N N (1980). Physical Properties of Plant and Animal Materials. Structure, physical characteristics and mechanical properties. Gordon and Breach Science Publishers, New York, London & Paris, pp. 742
13. Ozkan H E, Reichard D L & Sweeney J S (1992). Droplet size distributions across the fan patterns of new and used nozzles. Transactions of the ASAE 35(4): 1097- 1101
14. Reichard D L, Ozkan H E & Fox R D (1991). Nozzle wear rates and test procedure. Transactions of the ASAE 34(6): 2309-2316
15. Sayinci B, Ercisli S, Ozturk I, Eryılmaz Z & Demir B (2012). Determination of size and shape in the ‘Moro’ Blood Orange and ‘Valencia’ Sweet Orange cultivar and its mutants using image processing. Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca 40(1): 234-242