CN106012472A - 基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量系统。本发明从纱线与织物的关系的角度去理解纱线外观条干不匀，技术上以椭圆纱线截面模型为基础，利用双轴向CCD相机获取相互垂直两个方向纱线图像，实现了一种新型的纱线条干均匀度测量系统。本发明能有效减小纱线不规则截面、纱线毛羽等对纱线外观条干测量的影响，几乎不受温湿度、大气状态等外界条件、纱线混纺状态及纱线光学性质差异等所造成的影响。本发明充分考虑了纱线截面对纱线条干的影响以及纱线到织物过程中的变形关系，有利于纱线外观条干均匀度与织物外观均匀度一致性评价，相较于现有仪器更适用于纱线外观质量客观评价及织物外观质量预测领域。

Description

基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量系统

技术领域

本发明属纱线质量检测领域，涉及一种纱线条干均匀度测量系统，特别是指一种本发明涉及一种基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量系统。

背景技术

纱线条干均匀度是评价纱线质量的重要指标，对织物的外观质量有重要影响，是决定纱线品级和价格的重要因素。

现有的纱线条干不匀测量系统中，目前普遍采用的方式是电容式和光电式。电容式是从成纱质量控制角度来测量纱线条干数据，其测得的实质上是纱线线密度不匀，将之用于预测织物质量时会发现预测的结果稳定性差。这是因为织物质量的优劣主要表现为成品的视觉效果，其与纱线外观不匀密切相关。线密度不匀其与纱线外观不匀间相关性依纱线品种不同各异，相关性好的纱线品种两种不匀指标具有较好的一致性，但相关性差的纱线品种则差异巨大，因此造成了电容法测得的纱线条干数据在预测织物质量时稳定性较差。随着机器视觉技术的不断发展，近几年出现的光电法检测纱线条干在预测织物质量方面成效显著，但仍无法替代传统的黑板检测法，且现有的技术多停留在单轴向检测法，未充分考虑纱线截面的影响。并且现有光电法只是单纯参照黑板条干法进行纱线品级的客观评定和量化，并未从织物和纱线质量的关系角度，将纱线到织物的织造过程考虑进去。实际上，在织造过程中，椭圆形的纱线截面会受力拉伸、压缩、扭转和压扁而变形，在预测成品的质量时候这些都是需要加以考虑的。

现有的光电式和电容式纱线条干均匀度测试系统，均难以获得纱线截面信息，尤其是纱线的截面面积和截面周长。而从纱线到织物的关系角度去考虑表达纱线外观条干不匀，这些都是较为重要的因素。织物织造过程中，自然状态纱线受力变形后，近似为椭圆形的纱线截面会受力拉伸、压缩、扭转和压扁。在这一过程中纱线截面面积和纱线周长等截面形态是不断连续变化的，其中纱线截面面积变化较为剧烈，但此过程中纱线截面周长变化较小，可近似认为纱线截面周长基本不变。因此，纱线截面周长是建立自然状态下纱线与织物中纱线关系的桥梁，纱线截面周长的快速测量是精确建立纱线与织物间质量关系的关键，同时也是纱线外观条干均匀度与织物外观均匀度一致性评价的突破点，对织物质量预测具有重要意义。

基于此，本发明提出了一种基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量系统。

发明内容

本发明提出的一种基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量系统，主要分为三大部分，自左向右依次为纱线输送装置、纱线数据处理系统和纱线收集装置。其中纱线输送装置由筒纱和导纱器件构成；纱线数据处理系统是该仪器的核心部分，由Camera Link连接线、相机a、相机b、LED面光源a、LED面光源b、图像采集处理板卡、PC机、LED面光源b’、LED面光源a’、相机微调托架a、相机总调节轴a、机箱和相机微调托架b等组成；纱线收集装置由张力控制器和卷筒等构成，主要功能是保证纱线在一定张力状态下输送速度与相机扫描速度相互配合，输送平稳无抖动。

相机a和相机b相互垂直，两光电耦合器(CCD)相机支架有相应三维微调装置，可上下、左右、前后微调，这保证了两相机采集到的图像准确、清晰、不歪斜。图像采集与处理板卡同时向两相机发送控制信号，两相机同步触发，同步采集，确保两相机采集的是同一纱线截面的图像数据。

本发明通过以下技术方案实现：

基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量系统，纱线的截面为基于椭圆模型的纱线截面；所述纱线条干均匀度测量系统是在纱线条干均匀度测量装置上实现，所述纱线条干均匀度测量装置主要由筒纱、导纱器件、张力控制器、卷筒、Camera Link连接线、相机a、相机b、LED面光源a、LED面光源b、图像采集处理板卡、PC机、LED面光源b’和LED面光源a’组成；所述筒纱上纱线在导纱器件的导引，张力控制器和卷筒的牵引下，水平经过相互垂直的相机a和相机b，所述相机a和相机b同时采集纱线双轴向图像数据，后经Camera Link连接线传输到图像采集处理板卡上，经处理后将结果传输到PC机上进一步处理和显示；相机a的对面和左侧45°方向上安装有LED面光源a和LED面光源a’，相机b的对面和左侧45°方向上安装有LED面光源b和LED面光源b’，这些光源分别负责两相机的反射式和投射式光照照射。该系统测量流程如下：

(1)测量两个相互垂直方向的纱线直径d′和d″；

(2)至少旋转一周，测量纱线的最大直径d_max和最小直径d_min；

计算向心率f＝b/a＝d_min/d_max；

式中：a表示椭圆长轴长度，b表示椭圆短轴长度；

(3)计算纱线截面面积S_i；

$S_i=\frac{1}{2}(S^{\′}+S^{\′\′})=\frac{\mathrm{\π}(d^{\′2}+d^{\′\′2})}{8};$

其中，S′为以d′为纱线直径的等效圆面积，S″为以d″为纱线直径的等效圆面积；

(4)计算纱线截面周长L_i；

$\begin{array}{c}{L}_i=4a{\∫}_0^{\frac{\mathrm{\π}}{2}}\sqrt{1-e^2\sin {\left(t\right)}^2}dt=4a{\∫}_0^{\frac{\mathrm{\π}}{2}}\sqrt{1-(1-f^2)\sin {\left(t\right)}^2}dt\\ =4\sqrt{\frac{s_i}{f\mathrm{\π}}}{\∫}_0^{\frac{\mathrm{\π}}{2}}\sqrt{1-(1-f^2)\sin {\left(t\right)}^2}dt=4\sqrt{\frac{(d^{\′2}+d^{\′\′2})}{8f}}{\∫}_0^{\frac{\mathrm{\π}}{2}}\sqrt{1-(1-f^2)\sin {\left(t\right)}^2}dt\end{array};$ ；

式中：a表示椭圆长轴长度，e表示椭圆离心率，t表示弧度积分变量，f表示向心率，S_i表示纱线截面面积，d′和d″表示两个相互垂直方向的纱线直径；

(5)根据各纱线片段的纱线截面周长L_i，计算纱线截面周长条干均匀度YPCV；

$YPCV\%=\frac{1}{\stackrel{\‾}{L}}\sqrt{\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{(L_i-\stackrel{\‾}{L})}^2}\×100\%;$

式中：表示所有测试点纱线截面平均周长，n表示测试点总个数，n≥10000，L_i是各纱线片段的纱线截面周长。

如上所述的基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量系统，所述测量两个相互垂直方向的纱线直径按下述处理：采用相机a和相机b采集纱线图像，标定图像像素与纱线实际尺寸间关系，从而确定换算关系，再将该图像进行消除杂质及毛羽，纠偏预处理，进而计算出纱线直径。

如上所述的基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量系统，所述相机a和相机b是两个投射方向相互垂直的双轴向CCD相机，且处于与纱线前进方向垂直的同一平面上。

如上所述的基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量系统，所述相机a和相机b同时触发，同步测量。

如上所述的基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量系统，所述测量纱线的最大直径和最小直径采用相机a或相机b。

如上所述的基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量系统，所述CameraLink连接线和图像采集处理板卡满足实时性要求，传输及处理速度不小于10Mbps/s。

有益效果

1.本发明的基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量系统能有效减小纱线不规则截面对纱线外观条干测量的影响。

2.本发明的基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量系统能有效减小纱线毛羽对纱线外观条干测量的影响。

3.本发明的基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量系统几乎不受温湿度、大气状态等外界条件及纱线混纺状态纱线光学性质差异所造成的影响。

4.本发明的基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量系统测得的条干指标能更有利于对织物质量进行预测。

附图说明

图1是本发明的硬件框架示意图；

图2是本发明的纱线数据处理系统部分对应的机械结构示意图；

图3是预处理后的相机a采集的纱线图像；

图4是预处理后的相机b采集的纱线图像；

图5是相机a测得的纱线直径数据；

图6是相机b测得的纱线直径数据。

图中，1为筒纱，2为导纱器件，3为纱线，4为张力控制器，5为卷筒，6为Camera Link连接线，7为相机a，8为相机b，9为LED面光源a，10为LED面光源b，11为图像采集处理板卡，12为PC机，13为LED面光源b’，14为LED面光源a’，15为相机微调托架a，16为相机总调节轴a，17为机箱，18为相机微调托架b。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量系统，纱线的截面为基于椭圆模型的纱线截面；纱线条干均匀度测量系统是在纱线条干均匀度测量装置上实现，纱线数据处理系统是该仪器的核心部分，纱线条干均匀度测量装置主要由筒纱1、导纱器件2、张力控制器4、卷筒5、相机a7、相机b8、Camera Link连接线6、图像采集处理板卡11和PC机12组成；筒纱上纱线在导纱器件2的导引，张力控制器4和卷筒5的牵引下，水平经过相机a7和相机b8，相机a7和相机b8同时采集纱线图像，后经Camera Link连接线6传输到图像采集处理板卡上11，经处理后将结果传输到PC机上进一步处理和显示；相机a7的对面和左侧45°方向上安装有LED面光源a9和LED面光源a’14，相机b8的对面和左侧45°方向上安装有LED面光源b10和LED面光源b’13，这些光源分别负责两相机的反射式和投射式光照照射，如图1，图2所示，该系统测量流程如下：

该系统测量流程如下：

(1)测量两个相互垂直方向的纱线直径d′和d″；

(2)至少旋转一周，测量纱线的最大直径d_max和最小直径d_min；

计算向心率f＝b/a＝d_min/d_max；

式中：a表示椭圆长轴长度，b表示椭圆短轴长度；

(3)计算纱线截面面积S_i；

$S_i=\frac{1}{2}(A_{0-1}+A_{0-2})=\frac{\mathrm{\π}(d^{\′2}+d^{\′\′2})}{8};$

其中，A_0-1为以d′为纱线直径的等效圆面积，A_0-2为以d″为纱线直径的等效圆面积；

(4)计算纱线截面周长L_i；

$\begin{array}{c}{L}_i=4a{\∫}_0^{\frac{\mathrm{\π}}{2}}\sqrt{1-e^2\sin {\left(t\right)}^2}dt=4a{\∫}_0^{\frac{\mathrm{\π}}{2}}\sqrt{1-(1-f^2)\sin {\left(t\right)}^2}dt\\ =4\sqrt{\frac{s_i}{f\mathrm{\π}}}{\∫}_0^{\frac{\mathrm{\π}}{2}}\sqrt{1-(1-f^2)\sin {\left(t\right)}^2}dt=4\sqrt{\frac{(d^{\′2}+d^{\′\′2})}{8f}}{\∫}_0^{\frac{\mathrm{\π}}{2}}\sqrt{1-(1-f^2)\sin {\left(t\right)}^2}dt\end{array};$ ；

式中：a表示椭圆长轴长度，e表示椭圆离心率，t表示弧度积分变量，f表示向心率，S_i表示纱线截面面积，d′和d″表示两个相互垂直方向的纱线直径；

(5)根据各纱线片段的纱线截面周长L_i，计算纱线截面周长条干均匀度YPCV；

$YPCV\%=\frac{1}{\stackrel{\‾}{L}}\sqrt{\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{(L_i-\stackrel{\‾}{L})}^2}\×100\%;$

式中：表示所有测试点纱线截面平均周长，n表示测试点总个数，n≥10000，L_i是各纱线片段的纱线截面周长。

测量两个相互垂直方向的纱线直径按下述处理：采用相机a7和相机b8采集纱线图像，标定图像像素与纱线实际尺寸间关系，从而确定换算关系，再将该图像进行消除杂质及毛羽，纠偏预处理，进而计算出纱线直径。

相机a7和相机b8相互垂直，两光电耦合器(CCD)相机支架有相应的三维微调装置，具体对应相机微调托架a15和相机微调托架b18，通过相机总调节轴a16，可上下、左右、前后微调，这保证了机箱17内两相机采集到的图像准确、清晰、不歪斜。图像采集与处理板卡同时向两相机发送控制信号，两相机同步触发，同步采集，确保两相机采集的是同一纱线截面的图像数据。相机a和相机b是两个投射方向相互垂直的双轴向CCD相机，且处于与纱线前进方向垂直的同一平面上。

相机a和相机b同时触发，同步测量。

测量纱线的最大直径和最小直径采用相机a或相机b。

Camera Link连接线和图像采集处理板卡满足实时性要求，传输及处理速度不小于100Mbps/s。

测试前，先用校准标准件校准仪器，得到图像像素点数量与纱线实际尺寸间换算关系。将纱线运作速度控制在10m/min平稳运行，连续采集纱线图像，再将该图像进行消除杂质及毛羽，纠偏等预处理。图3、图4为该基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量系统所采集并预处理后的相机a和相机b采集的纱线图像。将采样步长设置为2mm，图5、图6为依次统计各步长相机a和相机b所得到的纱线直径数据。随后在纱线不同位置随机选取10处测量点，每个测量点分别旋转一周，利用其中一个相机(这里以相机a为例)测得旋转纱线的最大直径和最小直径计算出这10处的向心率，得出纱线椭圆截面的平均向心率，f＝0.91。依次计算每个测量点纱线截面面积S_i、计算纱线截面周长L_i，并最终计算出该段纱线的截面周长条干均匀度YPCV＝14.32％。

Claims (6)

1.基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量系统，其特征是：纱线的截面为基于椭圆模型的纱线截面；纱线条干均匀度测量系统是在纱线条干均匀度测量装置上实现，所述纱线条干均匀度测量装置主要由筒纱、导纱器件、张力控制器、卷筒、相机a、相机b、CameraLink连接线、图像采集处理板卡和PC机组成；所述筒纱上纱线在导纱器件的导引，张力控制器和卷筒的牵引下，水平经过相机a和相机b，所述相机a和相机b同时采集纱线图像，后经CameraLink连接线传输到图像采集处理板卡上，经处理后将结果传输到PC机上进一步处理和显示；该系统测量流程如下：

(1)测量两个相互垂直方向的纱线直径d′和d′^t；

(2)至少旋转一周，测量纱线的最大直径d_max和最小直径d_mtn；

计算向心率f＝b/a＝d_min/d_max；

式中：a表示椭圆长轴长度，b表示椭圆短轴长度；

(3)计算纱线截面面积S_i；

$S_i=\frac{1}{2}(S^{\′}+S^{\′\′})=\frac{\mathrm{\π}(d^{\′2}+d^{\′\′2})}{8};$

其中，S′为以d′为纱线直径的等效圆面积，S″为以d″为纱线直径的等效圆面积；

(4)计算纱线截面周长L_i；

$\begin{array}{c}{L}_i=4a{\∫}_0^{\frac{\mathrm{\π}}{2}}\sqrt{1-e^2\sin {\left(t\right)}^2}dt=4a{\∫}_0^{\frac{\mathrm{\π}}{2}}\sqrt{1-(1-f^2)\sin {\left(t\right)}^2}dt\\ =4\sqrt{\frac{S_i}{f\mathrm{\π}}}{\∫}_0^{\frac{\mathrm{\π}}{2}}\sqrt{1-(1-f^2)\sin {\left(t\right)}^2}dt=4\sqrt{\frac{(d^{\′2}+d^{\′\′2})}{\mathrm{\ϵ}f}}{\∫}_0^{\frac{\mathrm{\π}}{2}}\sqrt{1-(1-f^2)\sin {\left(t\right)}^2}dt\end{array};$ ；

式中：e表示椭圆离心率，t表示弧度积分变量；

(5)根据各纱线片段的纱线截面周长L_i，计算纱线截面周长条干均匀度YPCV；

$YPCV\%=\frac{1}{\stackrel{\‾}{L}}\sqrt{\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{(L_i-\stackrel{\‾}{L})}^2}\×100\%;$

式中：表示所有测试点纱线截面平均周长，n表示测试点总个数，n≥10000，L_i是各纱线片段的纱线截面周长。

2.根据权利要求1所述的基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量系统，其特征在于，所述测量两个相互垂直方向的纱线直径按下述处理：采用相机a和相机b采集纱线图像，标定图像像素与纱线实际尺寸间关系，从而确定换算关系，再将该图像进行消除杂质及毛羽，纠偏预处理，进而计算出纱线直径。

3.根据权利要求2所述的基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量系统，其特征在于，所述相机a和相机b是两个投射方向相互垂直的双轴向CCD相机，且处于与纱线前进方向垂直的同一平面上。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量系统，其特征在于，所述相机a和相机b同时触发，同步测量。

5.根据权利要求1所述的基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量系统，其特征在于，所述测量纱线的最大直径和最小直径采用相机a或相机b。

6.根据权利要求1所述的基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量系统，其特征在于，所述Camera Link连接线和图像采集处理板卡满足实时性要求，传输及处理速度不小于10Mbps/s。