CN212364100U - 一种多尺度纤维制品接触形态测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种多尺度纤维制品接触形态测试装置，包括平面接触形态测试系统和曲面接触形态测试系统，平面接触形态测试系统和曲面接触形态测试系统皆安装在机架上，该测试装置用于可视化地测定与分析在不同载荷下，不同纤维类型、不同组织结构的纤维束及织物与载体表面间接触形态；该测试装置既可以对生产织造过程中多尺度纤维制品与载体间的曲面接触形态进行测定，也可对使用过程中平面接触形态进行测定，为有效研究多尺度纤维制品表面性能及摩擦行为提供了方法，进而有效的改善多尺度纤维制品生产过程中的卷绕、纬纱移位等缺陷，提高产品质量。

Description

一种多尺度纤维制品接触形态测试装置

技术领域

本实用新型涉及纺织品检测设备领域，特别涉及一种多尺度纤维制品接触形态测试装置。

背景技术

复合材料已经发展成为与金属材料、无机非金属材料、高分子材料并列的四大材料体系之一，在航空航天，汽车，建筑等领域有着广泛的应用，如宝马i3电动车，其整体车身采用碳纤维复合材料制成；“梦想飞机”波音B787复合材料用量更是高达50%。纺织复合材料是含有纤维、纱线或织物的复合材料，构件工作时，复合材料中的树脂起着传递载荷的作用，大部分的负荷则由复合材料组成成分中的纤维、纱线或织物承担。因此，纤维及其制品本身的强度、模量、断裂伸长率等性能以及纤维制品在复合材料中的空间结构、体积含量等均影响着纺织复合材料的性能。而纤维及其制品的力学性能很大程度上受到织造工艺、产品质量及使用条件的影响。纵观纤维加工和服役的全过程，摩擦行为贯穿始终，其在很大程度上影响和决定了纤维及其制品的加工质量与风格参数。与此同时，由于纤维制品多由几何尺度细小的纤维丝加工而成，且存在较好的柔韧性，使其摩擦性能与刚性物体摩擦性能变化规律存有较大差异。对多尺度纤维制品的接触形态的影响因素及测试方法展开研究，对于掌握纤维及其制品表面性能和摩擦行为，改善织造工艺，提升纤维及其制品的产品质量，保障纺织复合材料力学性能具有重大意义。

现有的研究纤维制品表面性能的仪器设备往往局限于表面的摩擦系数、凹凸纹理等有限的几种参数；同时，各种测试仪器的实现原理多是基于传统的Amontons定律，只能定性的分析压力、速度等有限因素对摩擦系数等的影响。同时，纤维材料在力学性能方面更为特殊，由细小纤维构成的多尺度纤维制品与载体间的接触行为较刚性体更为复杂，纱线/纤维束粗细、织物结构、作用条件等均会对其接触形态造成影响，改变其摩擦行为；而现有的各种测试仪器无法精确的对上述数据进行测定。

因此，为解决上述问题，确有必要提供一种创新的多尺度纤维制品接触形态测试装置，以克服现有研究设备和方法的所述缺陷，本案由此产生。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种多尺度纤维制品接触形态测试装置，解决上述现有技术问题，可以实现多尺度纤维制品与载体间的平面及曲面接触形态的测定，并能够实现在不同载荷条件下对不同纤维类型、不同粗细的纤维束及其构成的不同组织结构的织物与载体间的接触形态进行分析，为纤维及其制品表面性能及摩擦行为的研究提供了新方法，提供了改善织造工艺的理论依据，进而提高纤维及其制品的质量。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：

一种多尺度纤维制品接触形态测试装置，包括平面接触形态测试系统和曲面接触形态测试系统，平面接触形态测试系统和曲面接触形态测试系统皆安装在机架上，该测试装置用于可视化地测定与分析在不同载荷下，不同纤维类型、不同组织结构的纤维束及织物与载体表面间接触形态。

进一步，平面接触形态测试系统包括平面加压装置、光源a和工业相机a；工业相机a、光源a和平面加压装置由上至下依次设置。

进一步，平面加压装置包括压力传感器、法兰、测试板、透明玻璃板和回形压板；回形压板置于透明玻璃板上；透明玻璃板置于测试板上，两者之间用于放置待测样品；测试板通过法兰与压力传感器固连；压力传感器固定于工作台上；工作台固定于机架上。

进一步，回形压板通过螺栓与工作台连接，且在螺栓与回形压板之间装有弹簧；通过拧紧回形压板四个角上的螺栓挤压弹簧，实现对回形压板施加压力，进而调节施加在待测样品上的压力，并通过压力传感器测定。

进一步，所述的曲面接触形态测试系统包括曲面加压装置、光源b和工业相机b；工业相机b安装于移位装置上，工业相机b能沿着移动装置上的移动轨道进行移动；移位装置固定于机架上。

进一步，曲面加压装置包括透明曲面辊、夹具、施力装置和S型力传感器；透明曲面辊安装于机架上，其表面用于承载样品；样品的一侧由夹具a夹持；夹具a与S型力传感器a连接；S型力传感器a固定于机架上；样品的另外一侧由另一个夹具b夹持，该夹具b与另一个S型力传感器b连接，该侧的S型力传感器b与施力装置相连；施力装置安装于机架上；光源b位于透明曲面辊与工业相机b之间。

进一步，所述施力装置包括双轨丝杠、滑台和凸台；双轨丝杠安装在机架上，滑台安装在双轨丝杠上，两者能相对移动，凸台与滑台配合安装，凸台与S型力传感器b连接；通过调节滑台的垂直位置，从而实现改变待测样品所受到的力。

进一步，夹具包括L块和条形块；待测样品的一端放置在L块和条形块之间，L块和条形块紧固连接；该夹具中的L块与条形块的配合能够紧紧夹持的待测样品，避免了待测样品与夹具之间产生位移的情形发生，从而避免了检测数据的错误。

进一步，所述移位装置，包括滑槽和滑块，滑块安装在滑槽内，能沿着滑槽内的轨道进行滑动，该轨道为圆弧形；工业相机b与滑块固连；该移位装置的设置保证工业相机b在不同角度拍摄时其与透明曲面辊间的距离皆相同，使得不同位置上拍摄图片效果的一致性，便于后续的图片融合的操作。

进一步，所述光源皆包括灯带和支架；光源为方形光源，四个灯带分别安装在支架上的四个方向上；该光源结构的设置保证了照射在待测样品上的灯光均匀，使得被拍摄的照片效果更佳。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型通过可视化的方法实现对多尺度纤维制品与载体间的接触形态进行测试，可在同一台装置上实现多种形式的接触形态的测定。本实用新型中的测试系统既可以对生产织造过程中多尺度纤维制品与载体间的曲面接触形态进行测定，也可对使用过程中平面接触形态进行测定，为有效研究多尺度纤维制品表面性能及摩擦行为提供了方法，进而有效的改善多尺度纤维制品生产过程中的卷绕、纬纱移位等缺陷，提高产品质量。

附图说明

图1是本实用新型的纤维制品接触形态可视化测试装置装配图；

图2是本实用新型的平面接触形态测试系统施力装置爆照图；

图3是本实用新型的曲面接触形态测试系统施力装置装配图；

图4是本实用新型的曲面接触形态测试系统夹具爆炸图；

图5是本实用新型的光源装配图；

图6是本实用新型的曲面接触形态测试系统相机移位装置爆炸图；

图7是本实用新型的曲面接触形态测试系统原理图；

图8是本实用新型的图像拼接算法基本流程图。

其中：1、机架；2、工作台；3、压力传感器；4、测试板；5、回形压板；6、弹簧；7、螺栓；8、光源a；9、工业相机a；10、调节装置；11、滑杆；12、透明曲面辊；13、光源b；14、移位装置；141、滑槽；142、滑块；15、工业相机b；16、夹具a；161、L块；162、条形块；17、双头螺栓a；18、S型力传感器a；19、固定板；20、安装板；21、施力装置；211、双轨丝杠；212、滑台；213、凸台；22、S型力传感器b；23、双头螺栓b；24、夹具b；25、透明玻璃板；26、待测样品；27、法兰； 81、灯带；82、支架。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

一种多尺度纤维制品接触形态测试装置，包括平面接触形态测试系统和曲面接触形态测试系统，该测试装置可以实现多尺度纤维制品与载体间的平面及曲面接触形态的测定，并能够实现在不同载荷条件下对不同纤维类型、不同粗细的纤维束及其构成的不同组织结构的织物与载体间的接触形态进行分析。

如图1所示，平面接触形态测试系统和曲面接触形态测试系统皆安装在机架1上。

如图1所示，所述平面接触形态测试系统包括平面加压装置、光源a8和工业相机a9。平面接触形态测试系统安装在机架的工作台2上方，其中工业相机a9、光源a8皆安装于滑杆11上，而滑竿固定于工作台2上；工业相机a9、光源a8和平面加压装置由上至下依次设置；光源a8提供光照于夹持在平面加压装置上待测样品26，工业相机a9用于捕捉待测样品26的形态。

如图2所示，平面加压装置包括压力传感器3、法兰27、测试板4、透明玻璃板25和回形压板5；回形压板5置于透明玻璃板25上；透明玻璃板25置于测试板4上；测试板4固定于压力传感器3上；压力传感器3固定于工作台2上；工作台2固定于机架1上。

其中，回形压板5通过螺栓7与工作台2连接，且在螺栓7与回形压板5之间装有弹簧6。回形压板5放置在玻璃板25上，透明玻璃板25置于待测样品26上，待测样品26放置于测试板4上，测试板4通过法兰27与压力传感器3固连，压力传感器与工作台2固连。工作时，通过拧紧回形压板5四个角上的螺栓7挤压弹簧6，实现对回形压板5施加压力，进而调节施加在待测样品26上的压力，并通过压力传感器3测定。

如图1所示，所述工业相机a9，其通过调节装置10与滑杆11进行连接。工作时，根据工业相机a9的焦距对工业相机a9的空间高度进行调整，以保证获得高清晰度的图片。

如图1所示，所述的曲面接触形态测试系统包括曲面加压装置、光源b13和工业相机b15。曲面接触形态测试系统安装在机架上。

如图1所示，曲面加压装置包括透明曲面辊12、夹具、安装板19、施力装置21和S型力传感器；透明曲面辊12安装于机架1上，其表面用于承载样品。样品的一侧由夹具a16夹持；夹具a16通过双头螺栓a17与S型力传感器a18连接；S型力传感器a18通过安装板19固定于机架1上。样品的另外一侧由另一个夹具b24夹持，该夹具b24通过双头螺栓b23与另一个S型力传感器b22连接，该侧的S型力传感器b22与施力装置21相连；施力装置21通过安装板20安装于机架1上。

如图3所示，所述施力装置21包括双轨丝杠211、滑台212和凸台213。双轨丝杠211与安装板20连接，滑台212安装在双轨丝杠211上，两者可相对移动，凸台213与滑台212配合安装，凸台213与S型力传感器b22连接。工作时，通过双轨丝杠211带动凸台213上下移动，实现对待测样品施加和改变初始预加张力值。

如图4所示，上述夹具包括L块161和条形块162；工作时，将待测样品26的一端放置在L块161和条形块162之间，L块161和条形块162紧固连接。

根据测定对象的不同，待测样品26夹持在夹具上的方法也不同，具体分为以下两种情况：

测定纤维束与透明曲面辊12之间的接触形态时，需要事先对纤维束进行处理夹持，根据GB/T3362-2007中纤维复丝拉伸性能实验方法要求，纤维束的端部由两块薄铝板夹持，后将铝板夹持的端部放置于L块161和条形块162之间，再将两者通过螺栓连接进行紧固，实现对待测纤维束的牢固夹持。

测定织物与透明曲面辊12间的接触状态时，则直接将样品布的一端放置在L块161和条形块162之间，保证待测样品布覆盖L板的161的两个直角面，再用条形块162压紧在L板161的两个直角面上，后将两者通过螺栓连接进行紧固，实现对织物样品的牢固夹持。

如图1所示，光源b8安装于机架1上，光源b8位于透明曲面辊12与工业相机b15之间。

如图5所示，上述光源皆包括灯带81和支架82。所述光源为方形光源，四个灯带81分别安装在支架82上的四个方向上。工作时，根据待测样品26的大小和位置，调节各方向灯带81的照射角度；根据待测样品26表面光泽及环境亮度调节各方向灯带81的光照强度，以保证获得对比度高、清晰度高的图片。

工业相机b15安装于移位装置14上，工业相机b15可沿着移动装置14上的移动轨道进行移动；移位装置14固定于机架1上。

如图6所示，所述移位装置14，包括滑槽141和滑块142，滑块142安装在滑槽141内，可沿着滑槽141内的轨道进行滑动，该轨道为圆弧形；工业相机b15与滑块142间固连，可随滑块142在滑槽141中移动。如图7所示，工作时，调整滑块142在滑槽141中的位置，改变工业相机b15的拍摄位置，每设定一次张力，至少拍摄三个不同拍摄角度的照片，并对其进行融合。圆弧形滑槽141有效保证了工业相机b15在不同拍摄角度时，其与透明曲面辊12间的距离皆相同，保证了不同位置上拍摄图片效果的一致性，便于后续的图片融合的操作。

通过上述装置可采集到待测样品的图像，后采用图像拼接算法对采集到的样品图像进行分析处理；如图8所示，所述图像拼接算法，首先对不同角度采集到的图像进行预处理，主要对采集的图像进行几何畸变矫正，然后基于SURF算法对不同视角的采集图像进行特征点的提取和匹配，再利用求得的变换矩阵进行图像配准，并根据匹配的点集将其转换到同一坐标下，最后将其他几幅图像拷贝到一幅视角采集图像的特定位置进行图像的融合拼接，以取得曲面上样品接触形态的全景图像。

采用本装置中的平面接触形态测试系统对待测样品进行平面接触形态测试与分析，其操作过程如下所述：

首先将待测样品放置在平面加压装置内部，对其进行施压，具体为，将待测样品放置在测试板4上，将透明玻璃板25置于待测样品之上，回形压板5压在玻璃板25上，拧紧回形压板5四个角上的螺栓7挤压弹簧6，实现对回形压板5施加压力，进而调节施加在待测样品26上的压力，并通过压力传感器3测定所施加的压力并记录。

同时通过调节装置10调整工业相机a9的高度，工业相机a9拍摄处于平面加压装置内的待测样品形态。

采用图像拼接算法对采集到的待测样品图像进行分析处理。

通过上述方法，拍摄分析在不同受力状态下的待测样品的形态，可的出相应的实验数据。

采用本装置中的曲面接触形态测试系统对待测样品进行曲面接触形态测试与分析，其操作过程如下所述：

首先将待测样品放置在曲面加压装置内部，对其进行施压，具体为，将待测样品放置在透明曲面辊12上方表面，待测样品的一端由夹具a16夹持，其另一端由夹具b24夹持，调节施力装置21对待测样品施加压力，并通过S型力传感器测定所施加的压力并记录。

同时利用处于移位装置14上的工业相机b15多角度拍摄此刻处于曲面加压装置内的待测样品形态。

采用图像拼接算法对采集到的待测样品图像进行分析处理。

通过上述方法，拍摄分析在不同受力状态下的待测样品的形态，可的出相应的实验数据。

通过上述操作方法，可以实现多尺度纤维制品与载体间的平面及曲面接触形态的测定，并能够实现在不同载荷条件下对不同纤维类型、不同粗细的纤维束及其构成的不同组织结构的织物与载体间的接触形态进行分析。

以上是本实用新型优选实施方式，在本实用新型构思前提下所做出若干其他简单替换和改动，都应当视为属于本实用新型的保护范畴。

Claims (10)

1.一种多尺度纤维制品接触形态测试装置，其特征在于：包括平面接触形态测试系统和曲面接触形态测试系统，平面接触形态测试系统和曲面接触形态测试系统皆安装在机架上，该测试装置用于可视化地测定与分析在不同载荷下，不同纤维类型、不同组织结构的纤维束及织物与载体表面间接触形态。

2.根据权利要求1所述的一种多尺度纤维制品接触形态测试装置，其特征在于：平面接触形态测试系统包括平面加压装置、光源a和工业相机a；工业相机a、光源a和平面加压装置由上至下依次设置。

3.根据权利要求2所述的一种多尺度纤维制品接触形态测试装置，其特征在于：平面加压装置包括压力传感器、法兰、测试板、透明玻璃板和回形压板；回形压板置于透明玻璃板上；透明玻璃板置于测试板上，两者之间用于放置待测样品；测试板通过法兰与压力传感器固连；压力传感器固定于工作台上；工作台固定于机架上。

4.根据权利要求3所述的一种多尺度纤维制品接触形态测试装置，其特征在于：回形压板通过螺栓与工作台连接，且在螺栓与回形压板之间装有弹簧；通过拧紧回形压板四个角上的螺栓挤压弹簧，实现对回形压板施加压力，进而调节施加在待测样品上的压力，并通过压力传感器测定。

5.根据权利要求1所述的一种多尺度纤维制品接触形态测试装置，其特征在于：所述的曲面接触形态测试系统包括曲面加压装置、光源b和工业相机b；工业相机b安装于移位装置上，工业相机b能沿着移动装置上的移动轨道进行移动；移位装置固定于机架上。

6.根据权利要求5所述的一种多尺度纤维制品接触形态测试装置，其特征在于：曲面加压装置包括透明曲面辊、夹具、施力装置和S型力传感器；透明曲面辊安装于机架上，其表面用于承载样品；样品的一侧由夹具a夹持；夹具a与S型力传感器a连接；S型力传感器a固定于机架上；样品的另外一侧由另一个夹具b夹持，该夹具b与另一个S型力传感器b连接，该侧的S型力传感器b与施力装置相连；施力装置安装于机架上；光源b位于透明曲面辊与工业相机b之间。

7.根据权利要求6所述的一种多尺度纤维制品接触形态测试装置，其特征在于：所述施力装置包括双轨丝杠、滑台和凸台；双轨丝杠安装在机架上，滑台安装在双轨丝杠上，两者能相对移动，凸台与滑台配合安装，凸台与S型力传感器b连接。

8.根据权利要求6所述的一种多尺度纤维制品接触形态测试装置，其特征在于：夹具包括L块和条形块；待测样品的一端放置在L块和条形块之间，L块和条形块紧固连接。

9.根据权利要求5所述的一种多尺度纤维制品接触形态测试装置，其特征在于：所述移位装置，包括滑槽和滑块，滑块安装在滑槽内，能沿着滑槽内的轨道进行滑动，该轨道为圆弧形；工业相机b与滑块固连。

10.根据权利要求2或5所述的一种多尺度纤维制品接触形态测试装置，其特征在于：所述光源皆包括灯带和支架；光源为方形光源，四个灯带分别安装在支架上的四个方向上。

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