CN104111220B - 一种用于纺织产品厚度、压缩回复性能的自动测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于纺织产品厚度、压缩回复性能及纤维压缩性能测试仪，包括仪器主框架（一个底座、两根垂直立柱、一个中横梁）、伸长器（包括相应的水平支撑板）、一系列压脚、传感器、集样器、输出接口、输出设备（电脑、打印机）、软件控制系统，其特征在于利用软件控制系统设定压脚压力、运行速度，自动测定纺织产品的厚度、压缩回复性能及纤维压缩性能，其测试数据自动输出，并根据试验所需输出相关统计图表。该仪器利用伺服电机电动施压，利用32位ARM 控制器及24位高精度AD转换器，通过电路及软件滤波，采样频率达5000次/秒，确保随时捕捉压力值，同时采用PID算法控制电机，来增加或减小压力实现压力恒定；交流伺服电机经过同步带轮减速后，通过滚珠丝杆传动来带动安装在横梁上的压脚下运动，速度范围为(0.01 ‑1000)mm/min；通过采集2500线电机编码器信号计算横梁的位置，自动输出得到试样的厚度或压缩位移。

Description

一种用于纺织产品厚度、压缩回复性能的自动测试仪

技术领域

本发明涉及用于纺织产品的厚度、压缩回复性能及纤维压缩性能测试装置，属纺织品压缩回复性能测试技术。

背景技术

厚度、压缩回复性是纺织产品质量的指标之一，特别是蓬松织物(包括非织造布)、经编间隔织物、絮用纤维产品、绗缝制品、化纤复合絮片、被子等产品。

对于厚度而言，其测量基本方法是：试样放置在参考板上，平行于该板的压脚，将规定压力施加于试样规定面积上，规定时间后测定并记录两版间的垂直距离，即为试样厚度测量值。方法标准主要有GB/T 3820-1997《纺织品和纺织产品厚度的测定》、GB/T13761.1-2009《土工合成材料规定压力下厚度的测定第1部分：单层产品厚度的测定方法》、GB/T 24218.2《纺织品非织造布实验方法第2部分：厚度的测定》、QB/T 1089-2001《机制地毯厚度的试验方法》和QB/T 1092-2001《地毯在短时间中等静负载后厚度减少的试验方法》等。

测量厚度所用的到仪器有：YG141型织物厚度仪，适用于机织物和针织物在规定压力下的厚度测定，亦可用于其它均匀薄材料的厚度测定，采用压重砝码，50cN(二只),100cN(二只),200cN(一只)，测量厚度范围：0.1-10mm，最小显示数值为0.01mm。可部分适用于GB/T 3820-1997和GB/T 13761.1-2009。GB/T 24218.2中正常的非织造布厚度测定采用LFY-205E织物厚度仪，加压压力0.1kPa、0.5kPa，测量精度为0.01mm，；对最大厚度为20mm的蓬松类非织造布厚度测定采用的是天平式非织造布厚度测试仪，测量精度0.1mm。GB/T 3820-1997和GB/T 24218.2中对大于20mm的蓬松类非织造布的测定选用的是针尖式非织造布厚度测试仪，由基准板、单个竖直刻度尺、固定在刻度尺上可垂直移动的水平测量臂搭建的简单测量装置，测量精度0.1mm。QB/T 1089-2001和QB/T 1092-2001中测试的仪器有Atlas地毯厚度测试仪，负载范围20-2000g/cm2，压脚为412mm2，测试量程为25mm，精度为0.01mm；方圆FY081系列地毯厚度测试仪，压脚为352mm2，压力为(2±0.2)KPa、(220±2)KPa，测试量程为25mm，精度为0.01mm；某些产品标准厚度的测量引用了相关方法标准，如FZ/T 64017-2011《针刺压缩弹性非织造布》、FZ/T 64018-2011《纤网－纱线型缝编非织造布》厚度测量按GB/T 24218.2-2009规定执行，压脚面积为100mm2，压力为250cN，加压时间10s。

在上述测量过程中，存在着影响测试数据精度、准确度的诸多因素：

①测量所用到的仪器很多，测试仪器的通用性很差。同一种产品，仅仅因为其厚度规格的不同需要用到不同的仪器，如非织造布；②测量仪器的量程都有限，很多厚度测量仪量程为10mm或25mm，无法满足目前出现的超厚的喷胶棉絮片、经编间隔织物厚度的测定；③所加载的压力有限，多数采用砝码、重物块等方式加压。

对于压缩回复性而言，有多种测量方法进行表征，一是：压脚以一定速度相继对参考板上的试样施加恒定轻、重压力，保持规定时间后记录两种压力下的厚度值。然后卸除压力，试样得到恢复，规定时间后再次测定轻压下的厚度，由此计算压缩性能指标；二是：压脚以一定速度压缩试样至规定压缩变形时停止压缩，记录此刻及保持此变形一定时间后的压力，得到应力松弛性能指标；如果分贝测定恒定压缩变形前后的轻压厚度，得到厚度损失率；三是：压脚以一定的速度压缩参考板上的试样，当压力从零增加至最大压力时，压脚以相同速度返回。记录以上过程中定压厚度、压缩功及回复功，获得压缩性能指标。三种方法对应的方法标准为GB/T 24442.1-2009《纺织品压缩性能的测定第1部分：恒定法》定压法(a)和定形法(b)及GB/T 24442.2-2009《纺织品压缩性能的测定第2部分：等速法》。

三种方法中第一种方法定压法较为典型，最新的产品标准引用了此方法。如行业标准FZ/T 64017-2011《针刺压缩弹性非织造布》压缩性能按GB/T 24442.1-2009定压法规定执行，加压面积为100mm2，轻压2.5kPa(25g)加压时间10s后测定其厚度，继续重压50.0kPa(500g)加压时间180s后测定其厚度，恢复时间180s(压脚提升和返回的过程包含在内)后，再次轻压2.5kPa(25g)测定其厚度，通过测量出的3个厚度平均值，利用公式计算出压缩率及回复率。FZ/T 64020-2011《复合保温材料化纤复合絮片》压缩性能按GB/T24442.1-2009定压法规定执行，加压面积为20cm×20cm，轻压0.02kPa(80g)加压时间10s后测定其厚度，继续重压1.0kPa(4kg)加压时间60s后测定其厚度，恢复时间60s(压脚提升和返回的过程包含在内)后，再次轻压0.02kPa(80g)测定其厚度，通过测量出的3个厚度平均值，利用公式计算出压缩率及回复率。

有些产品标准则是采用类似的方法，以重锤代替施加的压力，采用人工的方式。如国家标准GB/T 24252-2009《蚕丝被》附录D、GB/T 22796-2009《被、被套》附录B，行业标准FZ/T 64003-2011《喷胶棉絮片》附录A、FZ/T 81005-2006《绗缝制品》附录B都是采用的类似方法。具体的测量步骤是：(l)准备工作：选取20cm×20cm、质量约为60g(喷胶棉絮片样品为40g)的三组试样，测量设备与工具：重锤A(2kg)、B(4kg)、测试压片(质量200g±10g，尺寸20cm×20cm)、工作台(面积不小于20cm×20cm，与测试压片工作面接触时吻合平行)、钢直尺、计时器；(2)将每组试样分别整齐叠放在工作台上，测试压片放在试样上，然后加上重锤A，30秒后取下重锤A，纺织30秒，如此重复操作3次后，去掉重锤放置30秒，立即用钢直尺测量试样四角处从工作台上表面至测试压片下表面的丝绵被高度，取其算术平均值；(3)在测试压片上加上重锤B，30秒后取下，立即测量四角处从工作台至测试压片间的高度，取其算术平均值；(4)在重锤B取下后的3分种后，立即测量试样的四角高度，取其算术平均值；(5)通过测量出的3个高度平均值，利用公式计算出压缩率及回复率。上述检测过程中，取三组试样的平均值，作为测试结果。

在上述测量过程中，存在着影响测试数据精度、准确度的诸多因素：

①GB/T 24252-2009附录D、GB/T 22796-2009附录B、行业标准FZ/T 81005-2006附录B、FZ/T 64003-2011附录A中，规定了各自产品压缩回弹性试验方法，其中对于重锤的质量精度未作规定，测试压片的质量精度较差，钢直尺的分度值为1毫米(FZ/T 64003-2011中钢直尺的分度值为0.5毫米)，上述因素会影响测量的精度；②测量时，操作人员对钢直尺的垂直度把握不准，会造成高度测量误差；③测量时间难以控制，由于需要从四个方向分别测量试样的四角高度，在30秒内测量人员要围绕工作台行走一周，用钢直尺测量并记录高度数据，实际操作难度较大，通常需要2位操作人员合作才能完成，否则将造成超时，因压缩变形状态的变化而影响测量的准确度。上述3点问题的存在，尤其是人为操作因素的存在，使目前测量丝绵被的压缩回弹性指标操作繁琐且测量误差较大。

针对GB/T 24252-2009《蚕丝被》附录D中测量准确度的问题，在某些方面进行了一些改进(盛家镛，徐雅香，李兵等，丝绵被的压缩回弹性测试仪，苏州大学，申请号：200720033371.5，授权公告号：CN 201014974Y，授权公告日：2008年1月30日)，但仅仅是改进了工作台，此工作台包括底座及分别设在平台底座四角的向上延伸的测量标尺，加压让然采用砝码的方式。

如何解决这一问题，针对上述情况，本发明提出开发出一个通用的仪器及其平台，使之满足纺织相关产品厚度和压缩性能的测量，同时开发出与之配套的集样器和线框，使之能用于纤维、片状材料或片状包装用缓冲材料静态压缩性能的测试。开发出这样一台仪器，将会做到一机多用，从而节省大量的资金购买其他设备，同时减少实验室占地，节约资源。

发明内容

本发明的目的是提供一种便于测量纺织相关产品厚度和压缩回弹性和纤维的压缩性能的测试仪，在增加仪器通用性的同时，以提高测试数据的准确度。为达到上述目的，本发明发明采用的技术方案是：构建通用的主体框架(一个底座、两根垂直立柱、一个中横梁)，伸长器(包括相应的水平支撑板)、一系列压脚、传感器、集样器、输出接口及输出设备等。

一种用于纺织产品厚度、压缩回复性能的自动测试仪，包括仪器主框架、伸长器、一系列压脚、传感器、集样器、输出接口、输出设备、软件控制系统，所述仪器主框架包括一个底座、两根垂直立柱、一个中横梁，所述伸长器包括相应的水平支撑板，利用软件控制系统设定压脚压力、运行速度，自动测定纺织产品的厚度、压缩回复性能及纤维压缩性能，其测试数据自动输出，并根据试验所需输出相关统计图表；

所述软件控制系统包括位移系统、压力系统，安装在所述中横梁上的所述一系列压脚通过位移系统上下移动，通过压力系统对试样施加规定的作用力，对于某些样品需要使用所述集样器进行样品固定和收集，通过所述软件控制系统控制测试仪自动测试后，通过数据记录系统将实验结果进行记录和显示；

所述的位移系统由速度控制系统和位移测定系统构成；所述速度控制系统通过交流伺服电机经过同步带轮减速后，通过滚珠丝杆传动来带动所述中横梁上下运动，所述中横梁设置在两个所述滚珠丝杆之间；

所述位移测定系统则是由所述伸长器和安装伸长器的所述水平支撑板组成，所述水平支撑板与一系列所述压脚相连接；

所述的压力系统由压力测定系统和压力恒定系统构成；所述压力测定系统采用伺服电机电动施压，压力可调节范围广，运转平稳；

通过安装在所述伸长器中的光栅尺来测定所述一系列压脚移动的距离，所述一系列压脚与所述底座间的初始距离减去所述一系列压脚移动距离，得到试样的厚度或压缩位移；

所述的一系列压脚通过连接器使其与所述传感器相连，连接器的四角安装有水平调节丝杆，连接器下平面嵌入强磁铁，所述一系列压脚被强磁铁吸合安装，方便其他型号压脚更换；

所述集样器上边缘有朝外的弧形倒角。

所述底座可以手动调节，达到所需水平要求的一个平台，两根立柱垂直安装在平台的左右两边，确保在一条直线上，两立柱之间的平台部分作为测试工作面，样品直接放置在平台上。

对于某些样品如絮用纤维产品、纤维等进行测试时，将所述集样器放置在测试工作面上，再将测试样品放入所述集样器中。

启动仪器让所述中横梁下移，使所述一系列压脚压在所述测试工作面上，通过调节连接器四角的水平调节丝杆来调节所述一系列压脚，使所述一系列压脚与所述测试工作面平行，所述一系列压脚与所述测试工作面的最大直线距离为250mm。

所述交流伺服电机编码器采用2500线编码器，所述中横梁连接的所述一系列压脚速度最小可为0.01mm/min，最高速的可以达到1000mm/min。

2500线电机编码器和紧密的滚珠丝杆保证位移的精度。

所述压力测定系统采用32bit ARM控制器运行速度达到70MHz，配备24位高速、高精度AD转换器，通过有效地电路滤波及软件滤波，保证采样频率在5000次/秒，从而确保随时捕捉压力值，保证精度。

所述压力恒定系统则是通过PID算法控制电机，来增加或减小压力来实现恒定。

所述的数据记录系统由输出接口，电脑、打印机和安装在电脑上的软件控制系统构成；

本仪器采用虚拟仪器工作模式，下位机完成采集及工作指令任务，上位机完成数据分析及数据处理机打印任务。

专业软件功能强大，所有执行任务参数由所述上位机设定好，发送给测试仪器，软件功能主要包括：

1)操控仪器和对状态时时监控；

2)设置仪器参数、试验参数、试验动作；

3)试验数据接收、保存、时时显示、绘制曲线；

4)试验数据分析处理、生成报表；

5)试验数据查询，报表打印，数据管理。

通过安装在电脑上的控制系统，可将试验实时记录的数据、数据处理结果和实验结果打印输出。

本仪器数据记录主要是电脑软件记录方式，数据存储量只与硬盘容量有关，可以导出不同格式文件，方便数据传输和共享。

数据内容包括：

测试曲线可以自由选择；

测试报表单次测试，多次平均，多次CV值，多次均方差，多次最大，最小值；

测试综合报表多曲线，测试列表及分析结果。

所述的集样器由透明有机玻璃制成的无底框；用于絮用纤维产品压缩性能测试的集样器，高250±1mm，内径大小为20cm*20cm，使用20cm*20cm规格的所述一系列压脚对样品施加作用力。

所述集样器上边缘有朝外的弧形倒角，一是放置试样时减少试样与所述集样器内边缘的摩擦，二是当所述一系列压脚刚与所述集样器接触时，减少其对内边缘的摩擦；用于各种纤维压缩性能测试的集样器为圆柱形，高50±1mm，底面面积大小有200cm2、100cm2和50cm2三种规格，测试时样品放入所述集样器中，对应规格的所述一系列压脚对样品施加作用力。

所述的纺织产品厚度、压缩回复性能的自动测试仪的用途，一是用于各种纺织产品，包括纺织品、非织造布、絮用纤维产品的厚度和压缩性能测试；二是用于纤维压缩性能测试的纤维指各种纤维，还包括羽绒、羽毛。

由于上述技术方案运用，本发明发明与现有技术相比具有下列优点；

1、加压方式采用电动加压，压力范围可调节，克服了实用重物块加压的局限；压力检测通过配备高精度控制器和AD转换器，采样频率达5000次/秒，确保随时捕捉压力值，保证精度。通过PID算法控制电机，来增加或减小压力来实现压力恒定；

2、压脚的上升和下降有电脑控制，且移动速度可根据需要设定，避免了认为操作时，放置和取下重块时速度不一，而引起的试验结果的误差；

3、测量过程中的压力和位移可以实时显示，且对相关曲线具有积分功能，可计算压缩功、回复功，试验结果可直接打印输入；

4、厚度测量时，其检测范围为0mm～250mm，适应纺织产品的品种范围广，厚度值直接显示在输出设备上，不用手工用直尺测量，避免了人为误差；

5、通过配置集样器，对絮用纤维产品(褥子、被子、绗缝制品、絮片等)进行厚度和压缩性能测试时，将样品放入其中，压脚对试样上表面均匀施压，避免了人为放置重块时无法保证压力均匀分布的问题；

6、通过配置集样器，可对各种纤维压缩性能进行测试和研究，还可对羽绒、羽毛等物质进行测试。

附图说明

图1是仪器的结构和组成示意图；

图2是压脚安装示意图；

图3是水平底座图。

具体实施方式

通过下面的实施例有助于理解本发明，但并不限于本发明的内容。

实施例1

采用本发明测试仪进行纺织产品厚度测试时，根据相关标准要求，配置安装相应规格的压脚，并使压脚回复到原位，通过软件控制系统设定压力为0.02kPa，压脚的下降速度和测试完毕后的回升速度，对不同厚度类型的15个样品进行测试。同时，依据相关测试仪和装置进行再次测试，数据见下表。

表1本发明测试仪与其他测试装置厚度测试比对(单位mm)

实施例2

采用本发明测试仪进行纺织产品压缩回复性能测试时，根据相关标准要求，配置安装20cm×20cm的压脚，并使压脚回复到原位，选取5块喷胶棉絮片作为测试样。通过软件控制系统设定轻压为0.5kPa，加压时间30s后测定厚度，静置30s(压脚提升和返回的过程包含在内)再次加压，重复此操作过程3次。设定重压为1.0kPa，加压时间30s后测定厚度，静置3min后(压脚快速提升)测定厚度，重复此操作过程3次。

参照GB/T 24442.1-2009A法，同时使用重块加压手工操作对该5块喷胶棉絮片进行压缩性能测试，加压面积为20cm×20cm的测试压片，轻压时手工加上2kg砝码，计时30s后测定四角厚度计算其平均值，静置30s，重复此操作过程3次。重压时手工加上4kg砝码，计时30s后测定四角厚度计算其平均值，静置3min后测定四角厚度计算其平均值，重复此操作过程3次。通过相关公式计算出压缩率及压缩弹性率，数据见下表。

表2 1号试样三次测量的详细数据

表3本发明测试仪与重块法压缩弹性测试比对数据

Claims (12)

1.一种用于纺织产品厚度、压缩回复性能的自动测试仪，包括仪器主框架、伸长器、压脚、传感器、集样器、数据记录系统、软件控制系统，所述仪器主框架包括一个底座、两根垂直立柱、一个中横梁，一个垂直支杆，一个水平支撑板，垂直支杆上端连接中横梁，下端穿过水平支撑板，其特征在于利用软件控制系统设定压脚压力、运行速度，自动测定纺织产品的厚度、压缩回复性能及纤维压缩性能，其测试数据自动输出，并根据试验所需输出相关统计图表；

所述纺织产品包括纺织品、非织造布、絮用纤维产品；纤维指各种纤维原料，还包括羽绒、羽毛；

所述软件控制系统包括位移系统、压力系统，安装在垂直支杆下端的所述压脚通过位移系统上下移动，通过压力系统对试样施加规定的作用力，对于某些样品需要使用所述集样器进行样品固定和收集，通过所述软件控制系统控制测试仪自动测试后，通过数据记录系统将实验结果进行记录和显示；

所述的位移系统由速度控制系统和位移测定系统构成；所述速度控制系统通过交流伺服电机经过同步带轮减速后，通过滚珠丝杆传动来带动所述中横梁上下运动，所述中横梁设置在两个所述滚珠丝杆之间；所述滚珠丝杆安装在所述主框架的垂直立柱内部；

所述位移测定系统则是由所述伸长器和安装伸长器的所述水平支撑板组成，伸长器垂直固定在水平支撑板上；

所述的压力系统由压力测定系统和压力恒定系统构成；所述压力测定系统采用伺服电机电动施压；

通过安装在所述伸长器中的光栅尺来测定所述压脚移动的距离，所述压脚与所述底座间的初始距离减去所述压脚移动距离，得到试样的厚度或压缩位移；

所述的压脚通过连接器使其与所述垂直支杆相连，连接器的四角安装有水平调节丝杆，连接器下平面嵌入强磁铁，所述压脚被强磁铁吸合安装，方便其他型号压脚更换；

所述集样器上边缘有朝外的弧形倒角；

所述传感器固定在所述底座上，所述传感器位于测试工作面的下方，样品放置在测试工作面上进行测试。

2.按照权利要求1所述的纺织产品厚度、压缩回复性能的自动测试仪，其特征在于，对絮用纤维产品、纤维进行测试时，将所述集样器放置在测试工作面上，再将测试样品放入所述集样器中。

3.按照权利要求1所述的纺织产品厚度、压缩回复性能的自动测试仪，其特征在于，启动仪器让所述中横梁下移，使所述压脚压在所述测试工作面上，通过调节连接器四角的水平调节丝杆来调节所述压脚，使所述压脚与所述测试工作面平行，所述压脚与所述测试工作面的最大直线距离为250mm。

4.按照权利要求1所述的纺织产品厚度、压缩回复性能的自动测试仪，其特征在于，所述压脚运行速度最小可为0.01mm/min，最高可以达到1000mm/min。

5.按照权利要求1所述的纺织产品厚度、压缩回复性能的自动测试仪，其特征在于，所述压力测定系统采用32bit ARM控制器运行速度达到70MHz，配备24位高速、高精度AD转换器，通过有效地电路滤波及软件滤波，保证采样频率在5000次/秒，从而确保随时捕捉压力值，保证精度。

6.按照权利要求1所述的纺织产品厚度、压缩回复性能的自动测试仪，其特征在于，所述压力恒定系统则是通过PID算法控制电机，增加或减小压力来实现恒定。

7.按照权利要求1所述的纺织产品厚度、压缩回复性能的自动测试仪，其特征在于，所有执行任务参数由所述上位机设定好，发送给测试仪器，软件功能主要包括：

1)操控仪器和对状态时时监控；

2)设置仪器参数、试验参数、试验动作；

3)试验数据接收、保存、时时显示、绘制曲线；

4)试验数据分析处理、生成报表；

5)试验数据查询，报表打印，数据管理。

8.按照权利要求7所述的纺织产品厚度、压缩回复性能的自动测试仪，其特征在于，本仪器数据记录主要是电脑软件记录方式，数据存储量只与硬盘容量有关，可以导出不同格式文件，方便数据传输和共享。

9.按照权利要求7所述的纺织产品厚度、压缩回复性能的自动测试仪，其特征在于，数据内容包括：

测试报表单次测试，多次平均，多次CV值，多次均方差，多次最大，最小值；

测试综合报表多曲线，测试列表及分析结果；

测试曲线可以自由选择。

10.按照权利要求1所述的纺织产品厚度、压缩回复性能的自动测试仪，其特征在于，所述的集样器由透明有机玻璃制成的无底框；

11.按照权利要求1所述的纺织产品厚度、压缩回复性能的自动测试仪，其特征在于，用于絮用纤维产品压缩性能测试的集样器，高250±1mm，内径大小为20cm*20cm，使用20cm*20cm规格的所述压脚对样品施加作用力。

12.按照权利要求1所述的纺织产品厚度、压缩回复性能的自动测试仪，其特征在于，用于各种纤维压缩性能测试的集样器为圆柱形，高50±1mm，底面面积大小有200cm²、100cm²和50cm²三种规格，测试时样品放入所述集样器中，对应规格的所述压脚对样品施加作用力。