CN109557094A - 显微结构控制织物成品特性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供显微结构控制织物成品特性的方法，在原材料选用、产品工艺设计和生产过程中全程跟踪检测控制其显微结构。利用动态显微结构控制面料宏观特性，通过面料宏观特性控制风格和品质。在原材料选用、产品工艺设计和生产过程中全程跟踪检测控制其显微结构，最终达成预定的成品特性。通过动态显微结构控制织物成品特性的方法从根本上改变了通过传统的工艺参数来控制调节的方式。于此同时，针对显微结构的描述，利用参数化的建模方式，将往常需要专业人员感知的面料通过参数化进行区分与量化，完整和全面地描述面料的显微结构。

Description

显微结构控制织物成品特性的方法
技术领域
本发明涉及面料领域，具体涉及到显微结构控制织物成品特性的方法。
背景技术
毛纺生产分为纺纱、织造和后整理等工艺制造环节。毛纺产品的加工工艺正在向高舒适、高性能、高环保和高智能方向发展。时尚化、个性化、小批量、多品种、快交货的市场需求，对纺织品的原材料选用、产品工艺设计和生产过程中的工艺参数控制带来了前所未有的难题，使传统的毛纺企业陷入了窘境。
在纺织工艺过程中，各个工序的生产要素相互关联，影响因子众多，因子间耦合性复杂。纺织工艺过程处于内外部环境的扰动之中，甚至发生“突变”。目前纺织行业还是通过传统的工艺参数，以及个别孤立的工艺设计模型来指导原材料选用、产品工艺设计和生产过程中的工艺参数控制，导致最终产品与预计的特性产生较大偏差，无法满足产业升级的需要，智能化无法在毛纺企业的推广应用。
显微结构是决定纺织品成品特性的主要因素。通过动态显微结构控制面料宏观特性，通过面料宏观特性控制风格和品质。在原材料选用、产品工艺设计和生产过程中全程跟踪检测控制其显微结构，最终达成预定的成品特性。通过动态显微结构控制织物成品特性的方法从根本上改变了通过传统的工艺参数来控制调节的方式。为了实现以上目的，本发明所述的显微结构控制织物成品特性的方法，在原材料选用、产品工艺设计和生产过程中全程跟踪检测控制其显微结构。
显微结构的描述：利用参数化的建模方式，将往常需要专业人员感知的面料通过参数化进行区分与量化，完整和全面地描述面料的显微结构。
发明内容
（一）要解决的技术问题
鉴于以上所述，本发明的目的在于提供显微结构控制织物成品特性的方法，在原材料选用、产品工艺设计和生产过程中全程跟踪检测控制其显微结构。利用动态显微结构控制面料宏观特性，通过面料宏观特性控制风格和品质。在原材料选用、产品工艺设计和生产过程中全程跟踪检测控制其显微结构，最终达成预定的成品特性。通过动态显微结构控制织物成品特性的方法从根本上改变了通过传统的工艺参数来控制调节的方式。于此同时，针对显微结构的描述，利用参数化的建模方式，将往常需要专业人员感知的面料通过参数化进行区分与量化，完整和全面地描述面料的显微结构。
（二）技术方案
为解决所述技术问题，本发明提供显微结构控制织物成品特性的方法，其特征在于，在后整理过程中纺织原料、纱线、胚布以及面料进处于动态变化过程，利用显微仪器对纺织原料、纱线、胚布以及面料的显微结构动态变化进行分析进而控制最终面料的特性。
本发明提供的优选方案为所述显微结构是纺织原料、纱线、胚布以及面料结构的透视3D影像，通过超声扫描、工业CT和X射线扫描中的一种或多种组合方式而获得，利用3D影像进一步获得显微指标。
本发明提供的优选方案为所述显微结构是纺织原料、纱线、胚布以及面料结构表面大景深成像的3D影像，通过超声扫描、激光雷达、结构光、自聚焦3D显微、工业CT和X射线扫描中的一种或多种组合方式而获得，利用3D影像进一步获得显微指标。
本发明提供的优选方案为所述显微结构是纺织纤维材料的空间分布3D影像，通过超声扫描、激光雷达、结构光、自聚焦3D显微、工业CT和X射线扫描中的一种或多种组合方式而获得，利用3D影像进一步获得显微指标。
本发明提供的优选方案为所述显微结构是羊毛和/或羊绒上的鳞片的空间分布3D影像，通过超声扫描、激光雷达、结构光、自聚焦3D显微、工业CT和X射线扫描中的一种或多种组合方式而获得，利用3D影像进一步获得显微指标。
本发明提供的优选方案为原料的显微指标包括但不限于显微结构下毛羽数量、纤维结构粗细、长短、卷曲度及纤维之间缠绕度、细微杂质度，并控制显微指标来调整面料的手感、绒面和疵点。
本发明提供的优选方案为纱线的显微指标包括但不限于显微结构下纱线弯曲度、粗细、光洁度与绒毛、条感、捻度，并控制显微指标来调整面料的纹理、手感、缩率和疵点。
本发明提供的优选方案为胚布的显微指标包括但不限于显微结构下成品坯布空隙、布面的毛羽长短、密度、边中差、显微结构方向性、啮合程度、丰厚度，并控制显微指标来调整面料的纹理、手感、缩率、克重和疵点。
本发明提供的优选方案为面料的显微指标包括但不限于显微结构下面料颜色深浅明暗、边中色，并控制显微指标来调整面料的颜色及色差。
本发明提供的优选方案为羊毛和/或羊绒的显微指标包括但不限于鳞片的形状和大小、分布形态、重叠形态、稀疏特制、分布的均匀性和一致性，通过控制显微指标来调整面料的手感、绒面和疵点。
通过后整理装备中显微仪器来测量和控制原料、纱线、坯布、面料的显微结构及其动态变化。对上述获得的后整理过程中动态特征参数和纺织参考样品进行系统辨识，进一步获得规律性的专家库。
（三）有益效果
本发明提供的技术方案其优势主要集中在对后整理过程中原料、纱线、胚布以及面料动态变化的显微结构分析，利用显微指标来调整面料的性能。其中
相对于原料目前行业中采用显微仪器只针对原料配比或配方分析原料的静态特性。本发明提出的方案则对成品上原料显微指标进行调整进而控制面料的手感、绒面和疵点；
相对于纱线目前行业中采用乌斯特条干均匀度测定仪测量纱线，针对布上的纱线不能使用上述方法进行测量。本发明提供的方案则对纱线显微结构弯曲度、粗细度、光洁度与绒毛、条感、捻度等指标，控制面料的纹理、手感、缩率、疵点等特性；
相对于胚布目前行业中采用力学特性测试仪和风格仪，属于静态特性。本发明提出的方案则通过成品上坯布显微结构，测量出成品坯布空隙，布面的毛羽长短、密度、边中差，显微结构方向性，啮合程度，丰厚度等指标，控制面料的纹理，手感，绒面，缩率，克重，疵点等特性；
相对于面料色彩目前行业中肉眼观察居多，本发明提出的方案则通过对面料显微结构来判定颜色深浅明暗，边中色差等特性。
附图说明
图1为本发明提供的实施例1中Ω型面料显微结构下的内部结构图；
图2为本发明提供的实施例1中Ω型面料最小单元的示意图；
图3为本发明提供的实施例1中Ω型面料单元长和宽、直径的表征图；
图4为本发明提供的实施例1中Ω型面料单元高度的表征图；
图5为本发明提供的实施例1中样条曲线的空间模拟图；
图6为本发明提供的实施例2中“井”字型面料显微结构下的内部结构图；
图7为本发明提供的实施例2中“井”字型面料最小单元的示意图；
图8为本发明提供的实施例2中“井”字型面料最小单元的侧面图；
图9为本发明提供的显微结构控制织物成品特性的方法中计算纱线长度的三次B样条曲线几何图解；
图10为本发明提供的显微结构控制织物成品特性的方法中显微结构下毛原料卷曲度和相互之间缠绕度的示意图；
图11为为本发明提供的显微结构控制织物成品特性的方法中显微结构下纱线弯曲度的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。基于本发明中的三维显微结构参数表征和计算方法，采用其它方式和算法描述，而本领域技术人员在同样表征出三维显微结构没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它方式和算法描述，都属于本发明保护的范围；基于本发明中的设计评估显微结构参数和离线或者在线获取的面料样品实际显微结构参数进行智能分析从而反馈和控制后整理工艺流程，最终控制面料特性的方法，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他控制方法，都属于本发明保护的范围。基于本发明中的实施例的其它方面，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，其为一种经纬编针织而成的Ω型面料内部显微结构。图2中为Ω型经纬编针织面料单元，参数x1表征面料最小单元区间的长，参数y1表征面料最小单元区间的宽，参数h1表征面料单元区间的高。如图3、4所示，Ω型面料显微结构参数y1表征面料Ω型单元的长，参数x1表征面料Ω型单元的宽，参数h1表征面料单元的高，参数d1表征面料单元的纱线截面直径。
设计和评估时单元内纱线空间曲线形状的描述。由面料单元纱线的样条空间3维曲线进行拟合得到单元内纱线空间曲线形状。如图5所示的空间坐标系中建立模拟面料纱线单元样条曲线的方法，目的是通过一组控制点而得到一条曲线，曲线的大致形状由这些点予以控制，得到的最终曲线与目标曲线的曲线允差在1%即为合理的拟合曲线。
B样条曲线克服了贝塞尔曲线无法局部修改的性质，包含了贝塞尔曲线的所有优势，并以参数连续为基础，能很好处理了样条曲线连接问题，有利于对曲线的灵活控制。以三次B样条曲线片段的数学模型为基础建立几何模型，对三次B样条曲线的特殊处理构造新的三次B样条曲线模型，通过多个新的三次B样条曲线的拼接拟合构建中心线走向。根据三次B样条曲线的性质可知，绘制出任意由i+1个控制点控制的三次B样条曲线，该曲线实质上是由i-2段相邻三个点组成的抛物线拼接拟合而成，并在连接处达到一阶连续。如图9所示，三次B样条曲线的起点E和终点F是由控制点坐标自动计算而来，为了直接指定三次B样条曲线的起点和终点，对B样条曲线进行特殊处理，利用三顶点共线的方法构造通过第一个控制点、最后一个控制点的特殊曲线。
设计和评估时单元内纱线长度的计算值。在样条曲线离散的基础上，用直线段的逼近和近似求出三次B样条曲线长度。由于曲线分割终止条件是由控制多边形控制顶点到离散直线段的最大距离定义的，故逼近精度既可以表示离散直线段逼近曲线程度，也可控制控制多边形逼近曲线的程度。曲线离散完成后，控制多边形和逼近直线段在逼近精度控制下同时逼近曲线。控制多边形构成的凸包在曲线外侧逼近，逼近直线段在曲线内侧逼近，取两者长度的均值将更为准确。
设计和评估时面料纱线显微结构上的弯曲度由单元内纱线长度和对应单元的结构尺寸计算得到。
面料纱线显微结构上的粗细度由图3的直径参数d1表征。面料纱线显微结构上的光洁度与绒毛，可由纱线单位长度对应的纤维数伸出数量和长度，伸出长度对应的纤维卷曲度，图10和图11为2种纱线上不同的光洁度与绒毛分布情况。面料纱线显微结构上的其它参数，如条感，捻度等指标采用等级分类表征。在毛料后整理关键的工艺检查点，在线或者离线快速获取样品的三维显微结构，由专用软件分析出样品实物的显微结构弯曲度，粗细度，光洁度与绒毛，条感，捻度等指标，与设计和评估指标进行智能分析，从而第一时间反馈和控制后整理工艺流程，最终控制面料的纹理，手感，缩率，疵点等特性。
后整理过程中纺织原料处于动态变化过程，后整理过程中坯布处于动态变化过程后整理过程中面料色彩处于动态变化过程，表征参数有所不同，但都可以上面类似的方法进行控制。
实施例2
图6为经纬纱线交织而成的“井”字型面料内部显微结构。如图7所示，“井”字型面料单元参数x2表征面料最小单元区间的长，参数y2表征面料最小单元区间的宽，参数h2表征面料单元区间的高。如图8所示，“井”字型面料显微结构参数x2表征面料“井”字型单元的宽，参数h2表征面料单元的高，参数d2表征面料单元的纱线截面直径。
设计和评估时单元内纱线空间曲线形状的描述。由面料单元纱线的样条空间3维曲线进行拟合得到单元内纱线空间曲线形状。在空间坐标系中建立模拟面料纱线单元样条曲线的方法，目的是通过一组控制点而得到一条曲线，曲线的大致形状由这些点予以控制，得到的最终曲线与目标曲线的曲线允差在1%即为合理的拟合曲线。
B样条曲线克服了贝塞尔曲线无法局部修改的性质，包含了贝塞尔曲线的所有优势，并以参数连续为基础，能很好处理了样条曲线连接问题，有利于对曲线的灵活控制。以三次B样条曲线片段的数学模型为基础建立几何模型，对三次B样条曲线的特殊处理构造新的三次B样条曲线模型，通过多个新的三次B样条曲线的拼接拟合构建中心线走向。根据三次B样条曲线的性质可知，绘制出任意由i+1个控制点控制的三次B样条曲线，该曲线实质上是由i-2段相邻三个点组成的抛物线拼接拟合而成，并在连接处达到一阶连续。如图9所示，三次B样条曲线的起点E和终点F是由控制点坐标自动计算而来，为了直接指定三次B样条曲线的起点和终点，对B样条曲线进行特殊处理，利用三顶点共线的方法构造通过第一个控制点、最后一个控制点的特殊曲线。
设计和评估时单元内纱线长度的计算值。在样条曲线离散的基础上，用直线段的逼近和近似求出三次B样条曲线长度。由于曲线分割终止条件是由控制多边形控制顶点到离散直线段的最大距离定义的，故逼近精度既可以表示离散直线段逼近曲线程度，也可控制控制多边形逼近曲线的程度。曲线离散完成后，控制多边形和逼近直线段在逼近精度控制下同时逼近曲线。控制多边形构成的凸包在曲线外侧逼近，逼近直线段在曲线内侧逼近，取两者长度的均值将更为准确。
设计和评估时面料纱线显微结构上的弯曲度由单元内纱线长度和对应单元的结构尺寸计算得到。
面料纱线显微结构上的粗细度由图8的直径参数d1表征。面料纱线显微结构上的光洁度与绒毛，可由纱线单位长度对应的纤维数伸出数量和长度，伸出长度对应的纤维卷曲度，图10和图11为2种纱线上不同的光洁度与绒毛分布情况。面料纱线显微结构上的其它参数，如条感，捻度等指标采用等级分类表征。在毛料后整理关键的工艺检查点，在线或者离线快速获取样品的三维显微结构，由专用软件分析出样品实物的显微结构弯曲度，粗细度，光洁度与绒毛，条感，捻度等指标，与设计和评估指标进行智能分析，从而第一时间反馈和控制后整理工艺流程，最终控制面料的纹理，手感，缩率，疵点等特性。
后整理过程中纺织原料处于动态变化过程，后整理过程中坯布处于动态变化过程后整理过程中面料色彩处于动态变化过程，表征参数有所不同，但都可以上面类似的方法进行控制。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.显微结构控制织物成品特性的方法，其特征在于，在后整理过程中纺织原料、纱线、胚布以及面料进处于动态变化过程，利用显微仪器对纺织原料、纱线、胚布以及面料的显微结构动态变化进行分析进而控制面料的特性。
2.根据权利要求1所述的显微结构控制织物成品特性的方法，其特征在于，所述显微结构是纺织原料、纱线、胚布以及面料结构的透视3D影像，通过超声扫描、工业CT和X射线扫描中的一种或多种组合方式而获得，利用3D影像进一步获得显微指标。
3.根据权利要求2所述的显微结构控制织物成品特性的方法，其特征在于，所述显微结构是纺织原料、纱线、胚布以及面料结构表面大景深成像的3D影像，通过超声扫描、激光雷达、结构光、自聚焦3D显微、工业CT和X射线扫描中的一种或多种组合方式而获得，利用3D影像进一步获得显微指标。
4.根据权利要求3所述的显微结构控制织物成品特性的方法，其特征在于，所述显微结构是纺织纤维材料的空间分布3D影像，通过超声扫描、激光雷达、结构光、自聚焦3D显微、工业CT和X射线扫描中的一种或多种组合方式而获得，利用3D影像进一步获得显微指标。
5.根据权利要求4所述的显微结构控制织物成品特性的方法，其特征在于，所述显微结构是羊毛和/或羊绒上的鳞片的空间分布3D影像，通过超声扫描、激光雷达、结构光、自聚焦3D显微、工业CT和X射线扫描中的一种或多种组合方式而获得，利用3D影像进一步获得显微指标。
6.根据权利要求1或2所述的显微结构控制织物成品特性的方法，其特征在于，原料的显微指标包括但不限于显微结构下毛羽数量、纤维结构粗细、长短、卷曲度及纤维之间缠绕度、细微杂质度，并控制显微指标来调整面料的手感、绒面和疵点。
7.根据权利要求1或2所述的显微结构控制织物成品特性的方法，其特征在于，纱线的显微指标包括但不限于显微结构下纱线弯曲度、粗细、光洁度与绒毛、条感、捻度，并控制显微指标来调整面料的纹理、手感、缩率和疵点。
8.根据权利要求1或2所述的显微结构控制织物成品特性的方法，其特征在于，胚布的显微指标包括但不限于显微结构下成品坯布空隙、布面的毛羽长短、密度、边中差、显微结构方向性、啮合程度、丰厚度，并控制显微指标来调整面料的纹理、手感、缩率、克重和疵点。
9.根据权利要求1或2所述的显微结构控制织物成品特性的方法，其特征在于，面料的显微指标包括但不限于显微结构下面料颜色深浅明暗、边中色，并控制显微指标来调整面料的颜色及色差。
10.根据权利要求5所述的显微结构控制织物成品特性的方法，其特征在于，羊毛和/或羊绒的显微指标包括但不限于鳞片的形状和大小、分布形态、重叠形态、稀疏特制、分布的均匀性和一致性，通过控制显微指标来调整面料的手感、绒面和疵点。
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