CN106226314A - 基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量方法 - 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方法。本发明从纱线与织物的关系的角度去理解和表征纱线外观条干不匀，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，并进一步提出了纱线截面周长及基于纱线截面周长的条干均匀度的具体测量和计算方法。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，几乎不受温湿度和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，能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方法

技术领域

本发明属纱线质量检测方法领域，特别是指一种基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量方法。

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。因纤维在纱线中的分布不匀，纱线往往呈现结头、粗节、细节、条干不匀等周期性或非周期性的条干不匀。纱线条干不匀通常可划分为质量不匀和体积不匀，纱线质量不匀是由于纤维细度不匀和纤维根数差异所造成的，是造成纱线不匀的基础；纤维体积不匀是由纤维质量不匀和纤维体积分数的差异所造成的，外在表现为纱线外观不匀。纱线外观不匀主要包括外观直径不匀、捻度不匀和毛羽不匀。

纱线外观不匀与织物外观质量密切相关，市面上并无专门仪器测量纱线外观不匀，也并未建立纱线外观不匀的指标体系，相关纱线条干仪多以纱线质量不匀统称纱线条干不匀，并未将纱线外观不匀和纱线质量不匀严格区分开来。现有的纱线条干不匀测量仪器中，目前普遍采用的是电容测试方法，其原理是：测试纱线条干的传感器是由平行金属板组成的电容传感器，纤维材料因其介电常数大于空气的介电常数，当纱条以一定的速度进入由两平行金属版组成的电容器时，会使电容器的电容量增大。当通过电容器极板间的纱线线密度连续变化时，电容器的电容量也相应发生变化，从而将电容量的变化转化成电量的变化，即可得到纱线线密度的不匀率，也就是质量不匀率。但这种方法所测得的质量不匀不能完全取代纱线外观不匀，质量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。近年来不少厂家逐渐认识到电容式条干仪在预测布面质量时的不足，为此尝试增加了光电模块，以此预测布面质量。光电法的原理是：用纱线遮挡光束投射到接受装置上的阴影面积来探测纱线直径，目前接收装置主要有光电池和光电耦合器(CCD)两种。前者可通过遮挡前后的电信号差异来确定纱线直径，但其无法消除纱线毛羽所造成的测量误差，后者利用所采集图像原理进一步统计有效像素点数量来确定纱线直径，可利用图像处理技术消除纱线毛羽所引入的误差，但该方法的缺点是计算量较大，实时处理效果差。

但无论是光电法和电容法，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征纱线外观条干不匀，这些都是较为重要的因素。事实上，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，这也正是此发明的着眼点和立足点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种为克服上述现有技术存在的不足而提出了一种利用双轴向CCD的纱线截面周长测量方法，并计算纱线截面周长条干均匀度。

纱线截面周长的精确测量是影响截面周长条干准确性的重要因素，目前测量纱线截面周长有切片法、光学显微镜法和电子显微镜法等。这些方法过程复杂，无法满足实时性测量的需要，因此，纱线截面周长的快速测量是该方法用于生产实际的关键。

现有的光电法纱线条干的测量多是假定纱线截面是圆形的，当纱线截面等效为椭圆形时，这种不考虑纱线截面形状的单轴向测量法是不准确的，为此提出了一种基于椭圆形截面的双轴向CCD的纱线截面面积测量法。

椭圆纱线截面周长

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

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；

可见，准确测量纱线周长，不仅需要两相机所测得的纱线直径d′和d″，向心率f也是所必须的一个重要参数，向心率f也是由相机所测得的。

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方法，纱线的截面为基于椭圆模型的纱线截面；具体步骤为：

(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；

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

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方法，纱线直径按下述处理：采用相机采集纱线图像，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方法，所述测量两个相互垂直方向的纱线直径采用两个相互垂直的双轴向CCD相机。

如上所述的基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量方法，两双轴向CCD相机同时触发，同步测量。

相较于之前的电容法和单轴向光电法，该方法因其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，着眼于纱线外观条干均匀度与织物外观均匀度一致性评价，通过双轴向CCD相机测量纱线截面周长，在一定程度上消除了纱线毛羽对纱线条干的影响，减少测量误差。其测量结果有益于对织物质量的预测，且测试简单，实时性好。

有益效果

1.该方法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.该方法能有效减小纱线毛羽对纱线外观条干测量的影响。

3.该方法几乎不受温湿度、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.该方法测得的条干指标能更准确对织物质量进行预测。

附图说明

图1为基于椭圆纱线截面的双轴向CCD的纱线截面形状测量原理图；

图2为预处理后的双轴向CCD采集的纱线图像(a)和(b)；

图3为两个相机测得的纱线直径数据图(a)和(b)；

图中，d′和d″分别表示两个相互垂直方向的纱线直径，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，a为椭圆长轴长度，b为椭圆短轴长度，α为两CCD投射方向之间夹角，这里α＝π/2。

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方法，测量原理如图1所示，纱线的截面为基于椭圆模型的纱线截面；具体步骤为：

(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；

至少旋转一周，为相机围绕纱线至少旋转一周或纱线至少旋转一周；

(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；

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

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。

纱线直径按下述处理：采用相机采集纱线图像，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。

所述测量两个相互垂直方向的纱线直径采用两个相互垂直的双轴向CCD相机。

两双轴向CCD相机同时触发，同步测量。

实施例1

图2为预处理后的双轴向CCD采集的纱线图像(a)和(b)，从该图可以看出两CCD采集到的纱线直径并不是完全一致的，但在粗细节处具有较好一致性。图3为根据换算比例，统计出两方向上的纱线直径数据，(a)和(b)分别为两个相机测的纱线直径数据。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，最终算得YPCV＝14.32％。

Claims (4)

1.基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量方法，其特征是：纱线的截面为基于椭圆模型的纱线截面；

(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：e表示椭圆离心率，t表示弧度积分变量；

(5)计算纱线截面周长条干均匀度YPCV；

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

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方法，其特征在于，纱线直径按下述处理：采用相机采集纱线图像，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1所述的基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量方法，其特征在于，所述测量两个相互垂直方向的纱线直径采用两个相互垂直的双轴向CCD相机。

4.根据权利要求3所述的基于纱线截面周长的纱线条干均匀度测量方法，其特征在于，两双轴向CCD相机同时触发，同步测量。