CN101718684B - 间歇染色过程织物色泽在线软测量方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供间歇染色过程织物色泽在线软测量方法和系统，软测量方法包括：a)根据选定的染料、织物和染色工艺参数操纵染机进行染色作业；b)根据a)选定的染料、织物和染色工艺参数，利用计算机装置进行以下操作：b1)根据反映染色过程中染料的上染率与染色时间关系的染色动力学模型确定染色过程任一时刻染料上染率；b2)根据色泽软测量模型确定织物颜色的反射率值，进而转化为色泽三刺激值和RGR值；b3)根据b2)得到的RGB值显示对应的颜色；以及c)在染色作业过程中，对染机中的染液进行在线采样，实时测定染料的上染率，将实测得到的上染率输入到计算机装置，根据校正算法对染色动力学模型进行适当的校正。

Description

间歇染色过程织物色泽在线软测量方法和系统

技术领域

本发明涉及间歇染色过程织物色泽在线软测量方法和系统。

背景技术

织物的染色方法可分为浸染(间歇式染色)和轧染(连续式染色)两种。目前，大部分印染企业均采用间歇式的染色方法，以适应纺织产品小批量、多品种的市场需求。

色差是染色产品的色泽与染色产品样品色泽的偏差，是表征纺织产品质量的重要指标。目前，连续式染色方法的在线测色技术的研究与应用比较成熟，主要是连续式染色中织物在平幅状态下完成染色，待测样布可以达到常用测色仪器的要求，方便使用测色仪器实现色泽等参数的在线测量。间歇式染机则是在密封、高温、高压条件下进行，织物在染机中都处于高速运动、卷曲的绳状、湿润的状态，因此，无法应用现有的色泽检测仪器在线直接检测染机中织物的色泽。

由于间歇染机难以在线检测印染织物的色泽或色差，目前，国内外对于间歇染色都采用人工色差检测的方法，即只能在染色过程结束后，人工取样，离线测量色泽或色差，采用人工确定补色配方的色差控制方式来减小色差。人工色差检测和控制很大程度上依赖于对色员的经验，存在检测效果不稳定、重现性差、周期长等诸多缺点，同时，人工色差检测由于检测周期长，无法反映染色过程的整个周期染料上染面料情况，从而无法准确控制染料上染过程，造成产品质量不稳定、产品一次合格率低、成本增加、能源消耗增加、生产排放废水量增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种间歇染色过程织物色泽在线软测量方法，实现对间歇染色过程染机中任意时刻织物表面颜色的在线测量，从而可以及时控制校正染色过程的色差，提高染色产品质量和一次合格率，降低生产成本和染色生产水资源消耗。

本发明的另一个目的是提供一种用于实现间歇染色过程织物色泽在线软测量方法的系统。

本发明提供的间歇染色过程织物色泽在线软测量方法，包括

a)根据选定的染料、织物和染色工艺参数操纵染机进行染色作业；

b)根据a)选定的染料、织物和染色工艺参数，利用计算机装置进行以下操作：

b1)根据染色动力学模型确定染色过程任一时刻染料上染率；

b2)根据色泽软测量模型确定织物色泽的光谱反射率，进而转化为色泽三刺激值和RGR值；

b3)根据b2)得到的RGB值显示对应的颜色；以及

c)在染色作业过程中，对染机中的染液进行在线采样，实时测定染料的上染率；将实测得到的上染率输入到计算机装置，计算机装置将实测的上染率与染色动力学模型的预测值进行比较，若偏差在误差允许范围之内，不对染色动力学模型进行校正，否则根据校正算法对染色动力学模型进行适当的校正，以消除染色作业工况变化造成的误差。

进一步的，所述染色动力学模型的数学表达式为：

$M_{t,n}=M_{\∞,n}\exp \{b_5\×{\lg }^5\left(\frac{D_{n}t}{a^2}\right)-b_4\×{\lg }^4\left(\frac{D_{n}t}{a^2}\right)-b_3\×{\lg }^3\left(\frac{D_{n}t}{a^2}\right)$

$-b_2\×{\lg }^2\left(\frac{D_{n}t}{a^2}\right)-b_1\×\lg \left(\frac{D_{n}t}{a^2}\right)-b_0\}$

其中，M_t，n为t时刻第n种染料的上染率，M_∞，n为第n种染料的平衡上染率，D_n为第n种染料的扩散系数，t为染色时间，a为纤维半径，(b₀ b₁ b₂ b₃ b₄ b₅)为拟合系数。

染料平衡上染率模型为：

$M_{\∞,n}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\μ}}_{4,n}{c_n}^4+{\mathrm{\μ}}_{3,n}{c_n}^3+{\mathrm{\μ}}_{2,n}{c_n}^2+{\mathrm{\μ}}_{1,n}{c}_n+{\mathrm{\μ}}_{0,n}& (c_n\≤0.5\%)\\ \frac{{\mathrm{\ν}}_{1,n}}{c_n}+{\mathrm{\ν}}_{0,n}& (c_n>0.5\%)\end{array}\right.$

式中，(μ_0，n，μ_1，n，μ_2，n，μ_3，n，μ_4，nν_0，n，ν_1，n)为回归系数，M_∞，n为第n种染料的平衡上染率，c_n为第n种染料的浓度。

进一步的，色泽软测量模型包括：

(1)染料上染率与织物颜色反射率的关系式，其数学表达式为：

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ρ}}_{400}+\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_{400}}\\ {\mathrm{\ρ}}_{420}+\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_{420}}\\ M\\ {\mathrm{\ρ}}_{700}+\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_{700}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{a}_{\mathrm{1,1}}& K& a_{\mathrm{1,3}}\\ M& O& M\\ a_{\mathrm{16,1}}& L& a_{\mathrm{16,3}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{c}_1{\·M}_{t,1}\\ c_2\·M_{t,2}\\ c_3\·M_{t,3}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ b_2\\ M\\ b_{16}\end{array}\right]$

其中，[ρ₄₀₀，ρ₄₂₀，L ρ₇₀₀]^T为反射率值矩阵。 $\left[\begin{array}{ccc}{a}_{\mathrm{1,1}}& K& a_{\mathrm{1,3}}\\ M& O& M\\ a_{\mathrm{16,1}}& L& a_{\mathrm{16,3}}\end{array}\right],$ $\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ b_2\\ M\\ b_{16}\end{array}\right]$ 分别为回归系数，c₁，c₂，c₃分别为三种染料的初始浓度，M_t，1，M_t，2，M_t，3分别为三种染料t时刻的上染率。

(2)织物颜色三刺激值与织物颜色反射率的关系式，其数学表达式为：

$\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]=k_{10}\·\mathrm{\Δ\λ}\·T\·P\·\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ρ}}_{400}\\ {\mathrm{\ρ}}_{420}\\ M\\ {\mathrm{\ρ}}_{700}\end{array}\right]$

式中，

$T=\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\‾}{x}}_{10}\left(400\right)& {\stackrel{\‾}{x}}_{10}\left(420\right)& \mathrm{\Λ}& {\stackrel{\‾}{x}}_{10}\left(700\right)\\ {\stackrel{\‾}{y}}_{10}\left(400\right)& {\stackrel{\‾}{y}}_{10}\left(420\right)& O& {\stackrel{\‾}{y}}_{10}\left(700\right)\\ {\stackrel{\‾}{z}}_{10}\left(400\right)& {\stackrel{\‾}{z}}_{10}\left(420\right)& \mathrm{\Λ}& {\stackrel{\‾}{z}}_{10}\left(700\right)\end{array}\right],$ $P=\left[\begin{array}{cccc}p\left(400\right)& & & \\ & p\left(420\right)& & \\ & & O& \\ & & & p\left(700\right)\end{array}\right]$

(X、Y、Z)为CIE色度系统三刺激值，k₁₀为归化系数，Δλ为波长间距，x₁₀，y₁₀，z₁₀为CIE规定的标准色度观察者的光谱三刺激值，其被测物体要求人眼观察的视角在4°～10°之间，p(λ)采用CIE规定的标准照明体，[ρ₄₀₀，ρ₄₂₀，L ρ₇₀₀]^T为反射率值矩阵。

(3)织物颜色三刺激值XYZ向RGB值的转换方程，其数学表达式为：

$\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{e}_{\mathrm{1,1}}& e_{\mathrm{1,2}}& e_{\mathrm{1,3}}\\ e_{\mathrm{2,1}}& e_{\mathrm{2,2}}& e_{\mathrm{2,3}}\\ e_{\mathrm{3,1}}& e_{\mathrm{3,2}}& e_{\mathrm{3,3}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]$

其中，

$\left[\begin{array}{ccc}{e}_{\mathrm{1,1}}& e_{\mathrm{1,2}}& e_{\mathrm{1,3}}\\ e_{\mathrm{2,1}}& e_{\mathrm{2,2}}& e_{\mathrm{2,3}}\\ e_{\mathrm{3,1}}& e_{\mathrm{3,2}}& e_{\mathrm{3,3}}\end{array}\right]$ 为回归系数

进一步的，步骤c)中采用在线短期校正方法对染色动力学模型进行校正，所述在线短期校正是根据某时刻染料上染率的真实值与模型的预测值之差为动力，及时修正模型常数项，即根据误差、累积误差和误差的增量对染色动力学模型的常数项进行PID校正；

所述在线短期校正采用的短期校正算法，其表达式如下：

offset＝k₁×err(t)+k₂×serr(t)+k₃×derr(t)

其中， $\begin{array}{c}\mathrm{err}\left(t\right)=y\left(t\right)-y\%\left(t\right)\\ \mathrm{serr}\left(t\right)=\mathrm{err}\left(t\right)+\mathrm{err}(t-1)\\ \mathrm{derr}\left(t\right)=\mathrm{err}\left(t\right)-\mathrm{err}(t-1)\end{array}$

y(t)是某时刻染料上染率的真实值，

是模型的预测值，k₁、k₂、k₃是可调常系数；

当err(t)值在设定误差允许范围之内，不对染色动力学模型进行校正；当err(t)值超过误差允许范围，以校正算法计算得到的offset值对染色动力学模型常数项进行适当的修正，以获得准确的染色动力学模型。

间歇染色过程织物色泽在线软测量系统，包括

间歇式染机，用于对织物进行染色；

计算机装置，其具有响应用户输入染料、织物和染色工艺参数并根据染色动力学模型确定染色过程任一时刻染料上染率的装置；根据根据色泽软测量模型确定织物色泽的光谱反射率，进而转化为色泽三刺激值和RGR值的装置；根据RGB值产生颜色显示信号的装置；根据测量的实际上染率和校正算法在线校正染色动力学模型的装置；

采样装置，用于在染色过程预定时刻在线采集染液；以及

染料上染率测量装置，用于实时测量采集染液中染料上染率，并将测量值输入计算机系统校正染色动力学模型。

本发明的有益效果是：可以实现间歇染色过程色泽在线测量，大幅度提高染色过程色泽检测的准确性和实时性，确保对产生的色差进行及时校正，提高染色生产的一次合格率，降低生产成本和水资源消耗。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是间歇染色过程织物色泽在线软测量方法的原理图。

图2是间歇染色过程织物色泽在线软测量系统的结构示意图。

图3是用于实现间歇染色过程织物色泽在线软测量方法的计算机程序流程图。

具体实施方式

参照图1，本发明提供的间歇染色过程织物色泽在线软测量方法，包括：

a)根据选定的染料、织物和染色工艺参数操纵染机进行染色作业；

b)根据a)选定的染料、织物和染色工艺参数，利用计算机装置进行以下操作：

b1)根据反映染色过程中染料的上染率与染色时间关系的染色动力学模型确定染色过程任一时刻染料上染率；

b2)根据色泽软测量模型确定织物颜色的反射率值，进而转化为色泽三刺激值和RGR值；

b3)根据b2)得到的RGB值显示对应的颜色；以及

c)在染色作业过程中，对染机中的染液进行在线采样，实时测定染料的上染率，将实测得到的上染率输入到计算机装置，计算机装置将实测的上染率与染色动力学模型的预测值进行比较，若偏差在误差允许范围之内，不对染色动力学模型进行校正，否则根据校正算法对染色动力学模型进行适当的校正，以消除染色作业工况变化造成的误差。

以下，对间歇染色过程织物色泽在线软测量方法所涉及的模型、算法进行说明：

1.染色动力学模型，该模型用于描述染色过程中染料向纤维扩散的特性。首先，根据希尔公式原有的函数关系以及威克斯达夫关于M_t/M_∞与Dt/a²的关系对两者进行曲线拟合，得到模型数学表达方式为：

$M_{t,n}=M_{\∞,n}\exp \{b_5\×{\lg }^5\left(\frac{D_{n}t}{a^2}\right)-b_4\×{\lg }^4\left(\frac{D_{n}t}{a^2}\right)-b_3\×{\lg }^3\left(\frac{D_{n}t}{a^2}\right)$

$-b_2\×{\lg }^2\left(\frac{D_{n}t}{a^2}\right)-b_1\×\lg \left(\frac{D_{n}t}{a^2}\right)-b_0\}$

其中，M_t，n为t时刻第n种染料的上染率，M_∞，n为第n种染料的平衡上染率，D_n为第n种染料的扩散系数，t为染色时间，a为纤维半径，(b₀ b₁ b₂ b₃ b₄ b₅)为拟合系数。

染料平衡上染率模型为：

$M_{\∞,n}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\μ}}_{4,n}{c_n}^4+{\mathrm{\μ}}_{3,n}{c_n}^3+{\mathrm{\μ}}_{2,n}{c_n}^2+{\mathrm{\μ}}_{1,n}{c}_n+{\mathrm{\μ}}_{0,n}& (c_n\≤0.5\%)\\ \frac{{\mathrm{\ν}}_{1,n}}{c_n}+{\mathrm{\ν}}_{0,n}& (c_n>0.5\%)\end{array}\right.$

式中，(μ_0，n，μ_1，n，μ_2，n，μ_3，n，μ_4，nν_0，n，ν_1，n)为回归系数，M_∞，n为第n种染料的平衡上染率，c_n为第n种染料的浓度。

然后，选择不同种类的染料、织物，在不同的工艺条件(即选择不同的工艺参数，参数包括染色温度、染机转速、染液PH值、染料初始浓度和助剂用量等)进行实验验证，并建立模型参数的基础数据库。

2.色泽软测量模型

该模型是以染料上染率与反射率的关系式、色泽三刺激值与反射率的关系式、三刺激值与RGB值的线性转换模型为基础，结合测色实验，应用多元线性回归方法确定各个关系式和转换方程的参数，得到的三种染料拼色的色泽三刺激值和RGR值的测色方程。

(1)染料上染率与织物反射率的关系式：根据库贝尔卡-芒克(Kubelka-Munk)单常数理论，库贝尔卡-芒克(Kubelka-Munk)方程，以及染色过程染料染料浓度与上染率的关系，可得到的染料上染率与织物反射率的方程，其数学表达式为：

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ρ}}_{400}+\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_{400}}\\ {\mathrm{\ρ}}_{420}+\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_{420}}\\ M\\ {\mathrm{\ρ}}_{700}+\frac{1}{{\mathrm{\ρ}}_{700}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{a}_{\mathrm{1,1}}& K& a_{\mathrm{1,3}}\\ M& O& M\\ a_{\mathrm{16,1}}& L& a_{\mathrm{16,3}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{c}_1{\·M}_{t,1}\\ c_2\·M_{t,2}\\ c_3\·M_{t,3}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ b_2\\ M\\ b_{16}\end{array}\right]$

其中，[ρ₄₀₀，ρ₄₂₀，L ρ₇₀₀]^T为反射率值矩阵。 $\left[\begin{array}{ccc}{a}_{\mathrm{1,1}}& K& a_{\mathrm{1,3}}\\ M& O& M\\ a_{\mathrm{16,1}}& L& a_{\mathrm{16,3}}\end{array}\right],$ $\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ b_2\\ M\\ b_{16}\end{array}\right]$ 分别为回归系数，c₁，c₂，c₃分别为三种染料的初始浓度，M_t，1，M_t，2，M_t，3分别为三种染料t时刻的上染率。

结合实验数据和回归建模可确定方程中的系数矩阵。实验数据可通过以下实验获得：1.1)选取染料配制成一定浓度的染液，分成若干份分别对选定的织物进行染色，在染色过程的不同时间段，依次将织物从染液中取出，同时测定残液的吸光度，计算在染色过程中不同时间的上染率。同时，将取出织物烘干并测量其表面反射率。1.2)将选定的染料按浓度梯度配制成若干份染液，按步骤1.1)分别对选定的织物进行染色，测定各自的吸光度，计算对应的上染率。同时，将取出织物烘干并测量其表面反射率。

(2)织物颜色三刺激值与织物颜色反射率的关系式，其数学表达式为：

$\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]=k_{10}\·\mathrm{\Δ\λ}\·T\·P\·\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ρ}}_{400}\\ {\mathrm{\ρ}}_{420}\\ M\\ {\mathrm{\ρ}}_{700}\end{array}\right]$

式中，

$T=\left[\begin{array}{cccc}{\stackrel{\‾}{x}}_{10}\left(400\right)& {\stackrel{\‾}{x}}_{10}\left(420\right)& \mathrm{\Λ}& {\stackrel{\‾}{x}}_{10}\left(700\right)\\ {\stackrel{\‾}{y}}_{10}\left(400\right)& {\stackrel{\‾}{y}}_{10}\left(420\right)& O& {\stackrel{\‾}{y}}_{10}\left(700\right)\\ {\stackrel{\‾}{z}}_{10}\left(400\right)& {\stackrel{\‾}{z}}_{10}\left(420\right)& \mathrm{\Λ}& {\stackrel{\‾}{z}}_{10}\left(700\right)\end{array}\right],$ $P=\left[\begin{array}{cccc}p\left(400\right)& & & \\ & p\left(420\right)& & \\ & & O& \\ & & & p\left(700\right)\end{array}\right]$

(X、Y、Z)为CIE色度系统三刺激值，k₁₀为归化系数，Δλ为波长间距(一般地Δλ＝20nm)，x₁₀，y₁₀，z₁₀为CIE规定的标准色度观察者的光谱三刺激值，其被测物体要求人眼观察的视角在4°～10°之间，p(λ)采用CIE规定的标准照明体，[ρ₄₀₀，ρ₄₂₀，L ρ₇₀₀]^T为反射率值矩阵。

(3)织物颜色三刺激值XYZ向RGB值的转换方程：根据Grassman定律，利用线性回归方法，可得到CIE-XYZ色度系统向RGB三原色系统的转换方程，其数学表达式为：

$\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{e}_{\mathrm{1,1}}& e_{\mathrm{1,2}}& e_{\mathrm{1,3}}\\ e_{\mathrm{2,1}}& e_{\mathrm{2,2}}& e_{\mathrm{2,3}}\\ e_{\mathrm{3,1}}& e_{\mathrm{3,2}}& e_{\mathrm{3,3}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right]$

其中，回归系数

$\left[\begin{array}{ccc}{e}_{\mathrm{1,1}}& e_{\mathrm{1,2}}& e_{\mathrm{1,3}}\\ e_{\mathrm{2,1}}& e_{\mathrm{2,2}}& e_{\mathrm{2,3}}\\ e_{\mathrm{3,1}}& e_{\mathrm{3,2}}& e_{\mathrm{3,3}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}5.9761& -5.5280& 3.0512\\ -0.8584& 0.3877& 3.6679\\ 0.8483& -3.6042& 5.8645\end{array}\right]$

3.染色动力学模型的校正算法

为了消除染色作业工况变化对染色动力学模型造成的影响，保证测色的准确性，必须对染色动力学模型进行在线校正。本发明采用的校正方法是在线短期校正法，该方法是根据某时刻染料上染率的真实值与模型的预测值之差为动力，及时修正模型常数项，即根据误差、累积误差和误差的增量对染色动力学模型的常数项进行PID校正。在线短期校正法的算法，其表达式如下：

offset＝k₁×err(t)+k₂×serr(t)+k₃×derr(t)

其中， $\begin{array}{c}\mathrm{err}\left(t\right)=y\left(t\right)-y\%\left(t\right)\\ \mathrm{serr}\left(t\right)=\mathrm{err}\left(t\right)+\mathrm{err}(t-1)\\ \mathrm{derr}\left(t\right)=\mathrm{err}\left(t\right)-\mathrm{err}(t-1)\end{array}$

y(t)是某时刻染料上染率的真实值，

是模型的预测值，k₁、k₂、k₃是为了保证模型的稳定而设的可调常系数，用于对offset值进行上下限幅；

当err(t)值在设定误差允许范围之内，不对染色动力学模型进行校正；当err(t)值超过误差允许范围，以校正算法计算得到的offset值对染色动力学模型常数项进行适当的修正，以获得准确的染色动力学模型。

参照图2，本发明提供一种实现上述织物色泽在线软测量方法的系统，该系统包括：

间歇式染机，用于根据选定的染料、织物和染色工艺参数进行染色作业。

计算机装置，具有处理单元、存储单元和彩色显示器，运行根据上述模型、关系式、算法编制的Visual Basic应用程序，该应用程序的流程如图3所示。存储单元存储有各种染料的扩散系数D、各种织物的纤维半径a、以及通过各种染色实验测试所获得的方程式系数等基础数据库。该计算机装置具有以下功能模块：根据用户输入的染料、织物和染色工艺参数，并根据染色动力学模型确定染色过程任一时刻染料上染率的装置；根据根据色泽软测量模型确定织物色泽的光谱反射率，进而转化为色泽三刺激值和RGR值的装置；根据RGB值产生颜色显示信号的装置；以及根据测量的实际上染率和校正算法在线校正染色动力学模型的装置。

采样装置，用于在染色过程预定时刻在线采集染液。该装置包括小料缸，小料缸通过采集管道和阀装置连接染机的料缸构成采集染液的通道、通过回流管道、阀和泵装置连接染机的料缸构成将采集染液回送到染机料缸的通道。

染料上染率测量装置，用于实时测量采集染液中染料上染率，并将测量值输入计算机系统校正染色动力学模型。该装置包括液相高效色谱仪，其通过液体输送通道与采样装置连接，并通过数据信号传输装置与计算机装置连接。

该系统的工作原理是：根据选定织物、染料和工艺参数(染机转速、助剂用量、染料浓度值、PH值、染色时间、染色温度等)设定染机的工作参数进行染色作业，将数据同时输入到计算机装置中，计算机装置运行程序根据染色动力学模型确定染色过程任一时刻染料上染率，然后根据色泽软测量模型确定织物色泽的光谱反射率，并转化为色泽三刺激值和RGR值，最后通过显示器显示预测的织物色泽。

在染色作业过程中，间隔一定时间从染缸采集部分残液至小料缸，从小料缸提取适量残液进行过滤，利用高效液相色谱仪对该部分残液进行测试和分析，得到残液的吸光度，按下式计算出上染率：

$M=[1-\frac{A_1}{A_0}]\×100\%$

式中，M为染料的上染率，A₀为染色前染浴在最大吸收波长处的吸光度；A₁为染色残液在最大吸收波长处的吸光度。

将实测得到的上染率输入到计算机装置，计算机装置将实测的上染率与染色动力学模型的预测值进行比较，若偏差在误差允许范围之内，不对染色动力学模型进行校正，否则根据上述校正算法对染色动力学模型进行适当的校正。

上述实施例仅用来进一步说明本发明提出的方法和系统，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.间歇染色过程织物色泽在线软测量方法，其特征是：包括

a)根据选定的染料、织物和染色工艺参数操纵染机进行染色作业；

b)根据a)选定的染料、织物和染色工艺参数，利用计算机装置进行以下操作：

b1)根据染色动力学模型确定染色过程任一时刻染料上染率，该染色动力学模型的数学表达式为：

其中，M_t，n为t时刻第n种染料的上染率，M_∞，n为第n种染料的平衡上染率，D_n为第n种染料的扩散系数，t为染色时间，a为纤维半径，(b₀，b₁，b₂，b₃，b₄，b₅)为拟合系数；

染料平衡上染率模型为：

式中，(μ_0，n，μ_1，n，μ_2，n，μ_3，n，μ_4，n，v_0，n，v_1，n)为回归系数，M_∞，n为第n种染料的平衡上染率，c_n为第n种染料的浓度；

b2)根据色泽软测量模型确定织物色泽的光谱反射率，进而转化为色泽三刺激值和RGB值，该色泽软测量模型包括：

(1)染料上染率与织物颜色反射率的关系式，其数学表达式为： 

其中，[ρ₄₀₀，ρ₄₂₀，…ρ₇₀₀]^T为反射率值矩阵， 

分别为回归系数，c₁，c₂，c₃分别为三种染料的初始浓度，M_t，1，M_t，2，M_t，3分别为三种染料t时刻的上染率；

(2)织物颜色三刺激值与织物颜色反射率的关系式，其数学表达式为：

式中，

(X、Y、Z)为CIE色度系统三刺激值，k₁₀为归化系数，Δλ为波长间距， 

为CIE规定的标准色度观察者的光谱三刺激值，其被测物体要求人眼观察的视角在4°～10°之间，p(λ)采用CIE规定的标准照明体，[ρ₄₀₀，ρ₄₂₀，…ρ₇₀₀]^T为反射率值矩阵；

(3)织物颜色三刺激值XYZ向RGB值的转换方程，其数学表达式为：

其中， 

为回归系数；

b3)根据b2)得到的RGB值显示对应的颜色；以及

c)在染色作业过程中，对染机中的染液进行在线采样，实时测定染料的上染率；将实测得到的上染率输入到计算机装置，计算机装置将实测的上染率与染色动力学模型的预测值进行比较，若偏差在误差允许范围之内，不对染色动力学模型进行校正，否则根据校正算法对染色动力学模型进行适当的校正，以消除染色作业工况变化造成的误差；校正算法如下：采用在线短期校正方法对染色动力学模型进行校正，所述在线短期校正是根据某时刻染料上染率的真实值与模型的预测值之差为动力，及时修正模型常数项，即根据误差、累积误差和误差的增量对染色动力学模型的常数项进行PID校正；

所述在线短期校正采用的短期校正算法，其表达式如下：

offset＝k₁×err(t)+k₂×serr(t)+k₃×derr(t)

其中，serr(t)＝err(t)+err(t-1)

derr(t)＝err(t)-err(t-1)

y(t)是某时刻染料上染率的真实值， 

是模型的预测值，k₁、k₂、k₃是可调常系数；

当err(t)值在设定误差允许范围之内，不对染色动力学模型进行校正；当err(t)值超过误差允许范围，以校正算法计算得到的offset值对染色动力学模型常数项进行适当的修正，以获得准确的染色动力学模型。

2.间歇染色过程织物色泽在线软测量系统，其特征是：包括

间歇式染机，用于对织物进行染色；

计算机装置，其具有响应用户输料、织物和染色工艺参数并根据染色动力学 模型确定染色过程任一时刻染料上染率的装置；根据色泽软测量模型确定织物色泽的光谱反射率，进而转化为色泽三刺激值和RGB值的装置；根据RGB值产生颜色显示信号的装置；根据测量的实际上染率和校正算法在线校正染色动力学模型的装置；

采样装置，用于在染色过程预定时刻在线采集染液；以及

染料上染率测量装置，用于实时测量采集染液中染料上染率，并将测量值输入计算机系统校正染色动力学模型；

所述染色动力学模型的数学表达式为：

其中，M_t，n为t时刻第n种染料的上染率，M_∞，n为第n种染料的平衡上染率，D_n为第n种染料的扩散系数，t为染色时间，a为纤维半径，(b₀，b₁，b₂，b₃，b₄，b₅)为拟合系数；

染料平衡上染率模型为：

式中，(μ_0，n，μ_1，n，μ_2，n，μ_3，n，μ_4，n，v_0，n，v_1，n)为回归系数，M_∞，n为第n种染料的平衡上染率，c_n为第n种染料的浓度；

所述色泽软测量模型包括：

(1)染料上染率与织物颜色反射率的关系式，其数学表达式为： 

其中，[ρ₄₀₀，ρ₄₂₀，…ρ₇₀₀]^T为反射率值矩阵， 

分别为回归系数，c₁，c₂，c₃分别为三种染料的初始浓度，M_t，1，M_t，2，M_t，3分别为三种染料t时刻的上染率；

(2)织物颜色三刺激值与织物颜色反射率的关系式，其数学表达式为：

式中，

(X、Y、Z)为CIE色度系统三刺激值，k₁₀为归化系数，Δλ为波长间距， 

为CIE规定的标准色度观察者的光谱三刺激值，其被测物体要求人眼观察的视角在4°～10°之间，p(λ)采用CIE规定的标准照明体，[ρ₄₀₀，ρ₄₂₀，…ρ₇₀₀]^T为反射率值矩阵；

(3)织物颜色三刺激值XYZ向RGB值的转换方程，其数学表达式为：

其中， 

为回归系数；

所述校正算法如下：采用在线短期校正方法对染色动力学模型进行校正，所述在线短期校正是根据某时刻染料上染率的真实值与模型的预测值之差为动力，及时修正模型常数项，即根据误差、累积误差和误差的增量对染色动力学模型的常数项进行PID校正；

所述在线短期校正采用的短期校正算法，其表达式如下：

offset＝k₁×err(t)+k₂×serr(t)+k₃×derr(t)

其中，serr(t)＝err(t)+err(t-1)

derr(t)＝err(t)-err(t-1)

y(t)是某时刻染料上染率的真实值， 

是模型的预测值，k₁、k₂、k₃是可调常系数；

当err(t)值在设定误差允许范围之内，不对染色动力学模型进行校正；当err(t)值超过误差允许范围，以校正算法计算得到的offset值对染色动力学模型常数项进行适当的修正，以获得准确的染色动力学模型。

3.根据权利要求2所述的间歇染色过程织物色泽在线软测量系统，其特征是：采样装置包括小料缸，小料缸通过采集管道和阀装置连接染机的料缸构成采集染液的通道，通过回流管道、阀和泵装置连接染机的料缸构成将采集染液回送到染机料缸的通道。

4.根据权利要求2所述的间歇染色过程织物色泽在线软测量系统，其特征是：染料上染率测量装置包括液相高效色谱仪，其通过液体输送通道与采样装置连接，并通过数据信号传输装置与计算机装置连接。 

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