CN1609603A - 化学纤维热收缩率的图像测试方法及其测试装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纺织测量仪器领域，它涉及一种化学纤维热收缩率的图像测试方法及其测试装置。该测试方法采用CCD摄像头用图像法依次对挂在试样圆筒架上的各根单纤维试样进行加热前后长度变化的测量，并通过计算机计算纤维热收缩率。该测试装置由步进电机、转盘、定位销、试样圆筒、升降装置、计量校准块、弹簧夹式上夹持器、张力夹式下夹持器、托持圆环、CCD摄像头、脉冲分配器、箱体、计算机、显示器、打印机共同组成。采用该测试方法和测试装置其测试结果数据可靠，精确度高，仪器结构简单，故障率小。

Description

化学纤维热收缩率的图像测试方法及其测试装置
技术领域
本发明属于纺织测量仪器领域，它涉及一种化学纤维热收缩率的图像测试方法及其测试装置，适用于化学纤维厂的质量控制以及纺织企业、检测机构对纤维质量的检验。
背景技术
化学纤维的热收缩率对制成品质量的影响很大。由于纤维热稳定的差异，不仅会影响制成品的尺寸稳定性，而且会造成变色，色差等不良的染色效应，如缝纫线所用涤纶纤维，由于热收缩率过大造成纱线的收缩使制品在缝线处产生皱缩，严重影响制品的外观质量，过大的收缩率还会使缝纫线的长度变短，直径变粗，影响出厂产品的质量和成本。
纤维热收缩率的测量方法，是要分别测量纤维加热前的原始长度和加热收缩后的长度，根据其长度差值除以加热前的原始长度求取被测纤维的热收缩率值。目前国内外测量纤维热收缩率有两种方法即单纤维法和束纤维法，束纤维法的测量误差较大，假如束纤维中每根纤维都处于伸直状态，则测得的收缩率是其中收缩最大的一根纤维，收缩值可能要比单根法测量的平均值偏大；如束纤维中各根纤维不全处于伸直状态，则测得结果可能比单根法偏小，目前国内现有的YG364束纤维热收缩仪由于存在上述问题，加上试样要手工整理、分束，肉眼读数，人工计算，效率很低，使用的单位不多。
目前国外现有的单纤维法有日本工业标准JISL 1015-1999和美国材料试验标准学会ASTM D 5104-2002等，日本和美国方法是简单地用手工操作，肉眼测量，如需要提高测量精度，采用测高仪测量纤维长度时，美国方法只测量10根，如离散太大，再测10根，长度至少50mm，分度值0.5mm，长度短于50mm的化学短纤维就无法用此方法，日本方法虽测量30根纤维，但没有规定适用的长度范围，如以测量长度为35mm，分度值为0.5mm计算，则收缩率的测量精度很低只有1.4％，目前国内现有的YG365单纤维热收缩仪采用移动光栅产生莫尔条纹记数的方法测量长度，存在误差大，结构复杂，故障率高等缺点，实际应用效果较差。
发明内容
为了克服上述缺陷本发明提供了一种化学纤维热收缩率的图像测试方法及其测试装置以解决现有技术存在的化学纤维热收缩率测量精度低的问题。
          本发明解决技术问题的技术方案如下：
一种化学纤维热收缩率的图像测试方法，其特征在于按如下步骤实现的：
(1)先打开纤维热收缩率测试装置和计算机的电源开关，预热半小时；
(2)打开箱体12上的带把手L型上罩盖1211后，用张力夹式下夹持器8夹持住单纤维试样，手拨开固装在试样园筒架4上的弹簧夹式上夹持器7的弹簧，用镊子将挂有张力夹式下夹持器8的单纤维试样上端夹入弹簧夹式上夹持器7中，在试样园筒架4上共固装35个弹簧夹式上夹持器7，共有35个挂有张力夹式下夹持器8的单纤维试样，关闭带把手L型上罩盖1211；
(3)通过试样园筒架4上的起始测量位置处装有的一个计量校准块6，在每次开始测量前能通过计量校准块6标定CCD摄像头10每个像素对应的长度值以此基础进行测量；
(4)由计算机13串行口输出脉冲信号通过脉冲分配器11送入步进电机1并通过步进电机1带动转盘2和其定位销3使试样园筒架4转动，每转过一定角度进行一根单纤维试样长度的测量，测量时采用分部测量法，即设置在试样园筒架4表面上的标准线41到张力夹式下夹持器8端部距离作为CCD摄像头10测量的长度，当试样园筒架4转过一周逐根测量单纤维试样长度时由CCD摄像头10获取图像长度信号并输入计算机13共可得到35个加热前单纤维试样长度的测试数据；
(5)打开箱体12上的带把手L型上罩盖1211，转动试样园筒架4上方普通螺旋结构升降装置5上的升降旋钮，使张力夹式下夹持器8被托持园环9托起，使单纤维试样呈自然松弛状态，然后将带有35个加热前单纤维试样的试样园筒架4从转盘2上取下，放入另外现有的烘箱内进行热烘处理，在纤维到达热烘处理温度100～200℃和15～60分钟时间后，从烘箱中取出试样园筒架4，放在恒温恒湿环境下，进行35个加热后单纤维试样的温湿度平衡；
(6)将试样园筒架4重新轻轻放在转盘2上，然后旋转试样园筒架4上方普通螺旋结构升降装置5上的升降旋钮，使张力夹式下夹持器8脱离托持园环9的托持，使单纤维试样自然伸直；
(7)关闭带把手L型上罩盖1211再启动步进电机1，同样采用分部测量法，当试样园筒架4转过一周逐根测量单纤维试样长度时，由CCD摄像头10获取图像信号并输入计算机13共可得到35个加热后单纤维试样长度的测试数据，由计算机13对单纤维试样加热前后长度的变化计算出单纤维试样热收缩率，取30个有效数据再由计算机13算出所需要的单纤维试样热收缩率的平均值指标，然后在显示器14上显示和由打印机15进行打印。
所述的化学纤维热收缩率的图像测试方法的测试装置，它包括步进电机1、定位销3、升降装置5弹簧夹式上夹持器7、张力夹式下夹持器8、脉冲分配器11、计算机13、计算机13的存储器内存有图像处理和计算单纤维试样长度和热收缩率的软件、显示器14、打印机15，其特征在于它还包括与步进电机1输出轴相连的转盘2、通过定位销3与转盘2相连且设有标准线41的试样园筒架4、安装在试样园筒架4上的计量校准块6，安装在试样园筒架4上的托持园环9、支撑在箱体12的下机箱122上的CCD摄像头10、支撑在试验台面上并包罩在步进电机1，转盘2，定位销3，试样园筒架4，弹簧夹式上夹持器7，张力夹式下夹持器8，托持园环9，CCD摄像头10和脉冲分配器11外部的箱体12；
所述的CCD摄像头10所采用的光源为2.5W座式小型冷光源节能灯，灯泡涂敷三基色高效荧光粉并安装在被测对象一侧；
所述的箱体12由包括设有通过铰链连接的带把手L型上罩盖1211的上机箱121和带撑脚下机箱122组成。
           与现有技术相比本发明的优点如下：
1、本发明采用CCD摄像技术精确地测量单纤维试样加热前与加热后的长度变化，分辨率为0.01mm，明显地并提高了单纤维试样热收缩率的测试精度且结构更可靠，故障率大为降低；
2、采用5根备用单纤维，保证每次测量单纤维试样有效根数不小于30根，提高了测试结果的可信度；
3、试样园筒架采用步进电机传动，运转平稳，控制精确可靠；
4、仪器采用封闭式箱体测量，不受环境照明的影响，提高了仪器测试结果的重现性。
附图说明
图1为本发明的化学纤维热收缩率的图像测试装示意图
图1中，1——步进电机，2——转盘，3——定位销，4——试样园筒架，41——标准线，5——升降装置，6——计量校准块，7-弹簧夹式上夹持器，8——张力夹式下夹持器，9——托持园环，10——CCD摄像头，11——脉冲分配器，12——箱体，13——计算机，14——显示器，15——打印机；
图2为分部测量法示意图
图2中，7——弹簧夹式上夹持器，8——张力夹式下夹持器，41——标准线，l1——固定长度，l2——实际测量长度，L——单纤维试样全部被夹持长度；
图3为箱体立体示意图
图3中，12——箱体，121——上机箱，1211——带把手L型上罩盖，122——带撑脚下机箱。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供的一种测量化学纤维热收缩率的图像测试方法及其测试装置，可分别测量单根纤维试样加热前和加热后的长度，由两者长度之差除以单纤维试样加热前的原始长度即能求得单纤维试样的热收缩率。本发明的一种化学纤维热收缩率的测试方法，其特征在于按如下步骤实现：先打开纤维热收缩率测试装置和计算机的电源开关预热半小时，在试样园筒架4上所装的上夹持器7为弹簧夹式结构，一端固装在试样园筒架4上方，手拨动其伸出头端打开弹簧时，即可用镊子将挂有张力夹式下夹持器8的单纤维试样上端放入弹簧夹式上夹持器7中夹住，试样园筒架4上固装有35个弹簧夹式上夹持器7故共装有35根单纤维试样，试样园筒架4的每次转动角度和停止进行测量时间，由计算机13发出的脉冲信号进行控制，该信号由计算机13串行口输出，通过脉冲分配器11送入步进电机1，带动安装于其上的转盘2转动，试样园筒架4通过定位销3装在转盘2上由转盘2带动转动，试样园筒架4可以从转盘2上方便地放上或取出，转盘2下面装有滚珠轴承，使转盘2和试样园筒架4转动更为灵活，试样园筒架4每转过一周，其上各单纤维试样依次由CCD摄像头10采用分部测量法获取单纤维试样加热前的长度图像信号，输入计算机13，在计算机13的存储器内存有图像处理和计算单纤维试样长度和热收缩率的软件，为此共可得到35个加热前单纤维试样长度的测试数据，接着通过在试样园筒架4上方普通螺旋结构升降装置5上的升降旋钮转动装在试样园筒架4中部的螺旋杆，由螺母将托持园环9平稳缓慢升起，避免突然托起外力给纤维长度测量带来误差，直到各纤维下端的张力夹式下夹持器8被托持园环9所架起，上下夹持器间的单纤维试样呈自然松弛状态，然后用手打开箱体12上的带把手L型上罩盖1211将带有35个加热前单纤维试样的试样园筒架4从转盘2上取下，放入另外现有的烘箱内进行热烘处理，在纤维热烘处理温度100～200℃和15～60分钟时间后，从烘箱中取出试样园筒架4，放在恒温恒湿环境下，进行35个加热后单纤维试样的温湿度平衡，平衡后将试样园筒架4重新轻轻放在转盘2上，先关闭带把手L型上罩盖1211然后旋转试样园筒架4上方普通螺旋结构升降装置5上的升降旋钮，使张力夹式下夹持器8脱离托持园环9的托持，使单纤维试样自然伸直，再启动步进电机1，同样采用分部测量法，当试样园筒架4转过一周逐根测量单纤维试样长度时，由CCD摄像头10获取图像信号并输入计算机13共可得到35个加热后单纤维试样长度的测试数据，由计算机13对单纤维试样加热前后长度的变化计算出单纤维试样热收缩率，取30个有效数据再由计算机13算出所需要的单纤维试样热收缩率的平均值指标，然后在显示器14上显示和由打印机15进行打印。
如图2所示，本发明采用弹簧夹式上夹持器7到设置在试样园筒架4表面上的标准线41之间的距离为固定长度l1，该长度l1不在CCD摄像头10测量范围之内，标准线41到张力夹式下夹持器8端部的距离l2为CCD摄像头10的实际测量长度，单纤维试样加热前后长度的变化在该长度范围之内，也就是CCD摄像头10不是测量整根单纤维试样全部被夹持长度L，而是测量单纤维试样加热前后长度l2的变化部分，使CCD摄像头10每个像素所测量的长度值大为减小，分辨率可达0.01mm，提高了单纤维试样热收缩率的测试精度。
为保证测试结果可信度，在试样园筒架4起始测量位置处装有计量校准块B，每次开始测量前仪器通过计量校准块6标定每个像素对应的长度值，以此为基础进行长度测量，可以保证测量的准确性以及各台仪器测量结果的一致性。
如图1，图3所示的化学纤维热收缩率的图像测试装置，它包括步进电机1、定位销3、弹簧夹式上夹持器7、张力夹式下夹持器8、脉冲分配器11、计算机13、计算机13的存储器内存有图像处理和计算单纤维试样长度和热收缩率的软件、显示器14、打印机15，其特征在于它述包括与步进电机1输出轴相连的转盘2、通过定位销3与转盘2相连且设有标准线41的试样园筒架4、安装在试样园筒架4上的计量校准块6、安装在试样园筒架4上的托持园环9、支撑在箱体12的下机箱122上的CCD摄像头10、支撑在试验台面上并包罩在步进电机1，转盘2，定位销3，试样园筒架4，弹簧夹式上夹持器7，张力夹式下夹持器8，托持园环9，CCD摄像头10和脉冲分配器11外部的箱体12。
对被测对象进行摄像时所用的光源，其发光强度应适中和具有柔和散射的照明，避免直接反射光对测量结果的影响，本发明采用2.5W座式小型冷光源节能灯，灯泡涂敷三基色高效荧光粉，装置在被测对象一边，进行侧向照明，对提高成像清晰度和测试结果准确度具有重要意义。
仪器箱体12由上机箱121和带撑脚下机箱122所组成，上机箱121上设有由通过铰链连接的带把手L型上罩盖1211，带把手L型上罩盖1211可以打开，放入试样园筒架4后，合下带把手L型上罩盖1211，在封闭箱体条件下，对单纤维试样长度进行摄像测量，可避免环境光强的变化对测量结果的影响。

Claims (4)

1、一种化学纤维热收缩率的图像测试方法，其特征在于按如下步骤实现的：
(1)先打开纤维热收缩率测试装置和计算机的电源开关，预热半小时；
(2)打开箱体(12)上的带把手L型上罩盖(1211)后，用张力夹式下夹持器(8)夹持住单纤维试样，手拨开固装在试样园筒架
(4)上的弹簧夹式上夹持器(7)的弹簧，用镊子将挂有张力夹式下夹持器(8)的单纤维试样上端夹入弹簧夹式上夹持器(7)中，在试样园筒架(4)上共固装35个弹簧夹式上夹持器(7)，共有35个挂有张力夹式下夹持器(8)的单纤维试样，关闭带把手L型上罩盖(1211)；
(3)通过试样园筒架(4)上的起始测量位置处装有的一个计量校准块(6)，在每次开始测量前能通过计量校准块(6)标定CCD摄像头(10)每个像素对应的长度值以此基础进行测量；
(4)由计算机(13)串行口输出脉冲信号通过脉冲分配器(11)送入步进电机(1)并通过步进电机(1)带动转盘(2)和其定位销(3)使试样园筒架(4)转动，每转过一定角度进行一根单纤维试样长度的测量，测量时采用分部测量法，即设置在试样园筒架(4)表面上的标准线(41)到张力夹式下夹持器(8)端部距离作为CCD摄像头(10)测量的长度，当试样园筒架(4)转过一周逐根测量单纤维试样长度时由CCD摄像头(10)获取图像长度信号并输入计算机(13)共可得到35个加热前单纤维试样长度的测试数据；
(5)打开箱体(12)上的带把手L型上罩盖(1211)，转动试样园筒架(4)上方普通螺旋结构升降装置(5)上的升降旋钮，使张力夹式下夹持器(8)被托持园环(9)托起，使单纤维试样呈自然松弛状态，然后将带有35个加热前单纤维试样的试样园筒架(4)从转盘(2)上取下，放入另外现有的烘箱内进行热烘处理，在纤维到达热烘处理温度100～200℃和15～60分钟时间后，从烘箱中取出试样园筒架(4)，放在恒温恒湿环境下，进行35个加热后单纤维试样的温湿度平衡；
(6)将试样园筒架(4)重新轻轻放在转盘(2)上，然后旋转试样园筒架(4)上方普通螺旋结构升降装置(5)上的升降旋钮，使张力夹式下夹持器(8)脱离托持园环(9)的托持，使单纤维试样自然伸直；
(7)关闭带把手L型上罩盖(1211)再启动步进电机(1)，同样采用分部测量法，当试样园筒架(4)转过一周逐根测量单纤维试样长度时，由CCD摄像头(10)获取图像信号并输入计算机(13)共可得到35个加热后单纤维试样长度的测试数据，由计算机(13)对单纤维试样加热前后长度的变化计算出单纤维试样热收缩率，取30个有效数据再由计算机(13)算出所需要的单纤维试样热收缩率的平均值指标，然后在显示器(14)上显示和由打印机(15)进行打印。
2、根据权利要求1所述的化学纤维热收缩率的图像测试方法的测试装置，它包括步进电机(1)、定位销(3)、升降装置(5)、弹簧夹式上夹持器(7)、张力夹式下夹持器(8)、脉冲分配器(11)、计算机(13)、计算机(13)的存储器内存有图像处理和计算单纤维试样长度和热收缩率的软件、显示器(14)、打印机(15)，其特征在于它还包括与步进电机(1)输出轴相连的转盘(2)、通过定位销(3)与转盘(2)相连且设有标准线(41)的试样园筒架(4)、安装在试样园筒架(4)上的计量校准块(6)、安装在试样园筒架(4)上的托持园环(9)、支撑在箱体(12)的下机箱(122)上的CCD摄像头(10)、支撑在试验台面上并包罩在步进电机(1)，转盘(2)，定位销(3)，试样园筒架(4)，弹簧夹式上夹持器(7)，张力夹式下夹持器(8)，托持园环(9)，CCD摄像头(10)和脉冲分配器(11)外部的箱体(12)。
3、根据权利要求2所述的化学纤维热收缩率的图像测试方法的测试装置，其特征在于所述的CCD摄像头(10)所采用的光源为2.5W座式小型冷光源节能灯，灯泡涂敷三基色高效荧光粉并安装在被测对象一侧。
4、根据权利要求2或3所述的化学纤维热收缩率的图像测试方法的测试装置，其特征在于所述的箱体(12)由包括设有通过铰链连接的带把手L型上罩盖(1211)的上机箱(121)和带撑脚下机箱(122)组成。
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