專利名稱：紗線或織物表面特征的光學(xué)與力學(xué)組合測量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于紡織精密計(jì)量儀器技術(shù)領(lǐng)域，涉及紗線、繩和織物表面特征的光學(xué)與力學(xué)組合測量方法及裝置，可適用于紗線可織造和可加工性能的評價，織物的蓬松性能、光澤和服用性能評價等的研究和測定。
背景技術(shù)：
紗線表面毛羽的數(shù)量和分布、紗線的壓縮性能和摩擦性能不僅影響織物成形時的加工性能，如經(jīng)、緯停機(jī)、織造開口不清、織造效率、制成率、產(chǎn)品織疵和后道的染色印染質(zhì)量，而且影響織物的質(zhì)量、外觀效果、穿著舒適性和他用性能。因此，對紗線和織物的表面毛羽、壓縮性能和摩擦性能進(jìn)行測量和分析及其定量化的表征，有著及其重要的實(shí)用意義。
目前，國內(nèi)外測量上述性能的儀器主要采取單機(jī)單測單指標(biāo)為主，如紗線毛羽測試儀Zweigle G 565 Hairiness Meter(A.Barella，A.Egio，L.Castro，and J.M.Gelabert.Textile Res.J.，1989，59，711)，該儀器給出毛羽12個等級長度的頻率譜圖和毛羽指數(shù)；Uster Tester 3(Zellweger Uster AG.’Measurement of YarnHairiness’(TE 460)，Zellweger Uster AG，Uster，Switzerland，1984)，該測試儀利用毛羽對光的衍射和透射進(jìn)行感光測量，但對經(jīng)吸光染料整理后的毛羽測量不適用；Shirley Yarn Hairiness Tester(Shirley Developments Ltd.Catalogue，1989，pp.44，46)和國產(chǎn)YG-172型紗線毛羽測試儀，在攝取紗線表面毛羽前由于毛羽已經(jīng)經(jīng)過羅拉的壓縮作用而產(chǎn)生倒伏，因此，對結(jié)果有一定的偏差。紗線摩擦測試儀有TwistFriction Method(ASTM.D 3412-95，Standard Test Method for Coefficient ofFriction，Yarn-to-Yarn，in Annual Book of ASTM Standards，American Society forTesting and Materials，Philadelphia，PA，USA.1995)和Zweigle G 532-Meter等；紗線壓縮測量儀(孫建鵬，張玲.紗線橫向壓縮性能測試儀的研制.天津紡織工學(xué)院學(xué)報，1992，11(3)，42-46)；織物摩擦測量儀有KES-FB4表面性能實(shí)驗(yàn)儀和YG-821風(fēng)格儀；織物壓縮測量儀有KES-FB3壓縮實(shí)驗(yàn)儀、FAST-1壓縮儀和YG-821風(fēng)格儀等。
上述實(shí)驗(yàn)儀器和方法僅用于測量單項(xiàng)指標(biāo)，是傳統(tǒng)的單機(jī)單測單指標(biāo)或多機(jī)多測多指標(biāo)的測量，無法在同一臺儀器上完成紗線和織物的測量，或完成紗線或織物的表面毛羽、壓縮性能和摩擦性能的全部測量。然而，實(shí)際中需要這些性能同用同測，便于紗線和織物之間的各項(xiàng)力學(xué)性能研究和分析。
因此，從實(shí)用和理論研究中都有必要研究和開發(fā)可同機(jī)分析紗線和織物表面毛羽、摩擦和壓縮性能的組合測量方法及裝置。這樣的裝置既能降低儀器成本、減少實(shí)驗(yàn)試樣使用數(shù)量及更換測量單元或裝置的次數(shù)，從而提高實(shí)驗(yàn)效率，又能實(shí)施同樣的單次測量，回避換樣和操作誤差，提高測量的精度和穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)紗線或織物表面特征與性能的組合原位測量與表征。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種紗線和織物表面特征的光學(xué)與力學(xué)組合測量方法及裝置，可對紗線、繩和織物的表面毛羽、表觀厚度、壓縮性能和摩擦性能進(jìn)行光學(xué)與力學(xué)組合式的原位測量。
本發(fā)明的測量原理是通過導(dǎo)紗輥托起和羅拉牽引試樣，使用高分辨率數(shù)碼CCD攝像器動態(tài)攝取試樣表面毛羽形態(tài)和獲得毛羽數(shù)量；通過驅(qū)動壓縮塊壓縮導(dǎo)紗輥上托起的試樣，測量試樣的表觀厚度；驅(qū)動壓塊豎直方向往復(fù)壓縮支撐塊上的試樣，測量試樣壓縮性能和壓縮回彈性；羅拉牽引試樣水平方向移動，測量試樣的摩擦性能，以及給出試樣的力學(xué)行為特征。
本發(fā)明的測量裝置主要包括力測量機(jī)構(gòu)，羅拉牽引機(jī)構(gòu)，光學(xué)測量機(jī)構(gòu)，位移驅(qū)動機(jī)構(gòu)，力及形態(tài)信號采集、各機(jī)構(gòu)驅(qū)動與控制模塊、程序軟件和計(jì)算機(jī)七大部分組成。其基本結(jié)構(gòu)和原理是a.力測量機(jī)構(gòu)主要由三個不同量程的高精度力傳感器、壓縮塊、壓塊、支撐塊、底板組件組成，完成對紗線和織物表觀厚度、表面摩擦和壓縮力學(xué)性能的測量，力學(xué)測量范圍0～500g和0～100g；精度為0.02％。所述力傳感器分別與壓縮塊、壓塊和支撐塊相連，均通過底板固定；力值信號傳輸?shù)紸/D數(shù)據(jù)采集卡完成微力測量；b.羅拉牽引機(jī)構(gòu)包括一對前羅拉和一對后羅拉、一對傳動齒輪、一對可移動滑塊、盛樣筒。一對前羅拉和一對后羅拉通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)動共同牽引試樣；試樣經(jīng)羅拉牽引在導(dǎo)紗輥上移動實(shí)現(xiàn)光學(xué)測量機(jī)構(gòu)連續(xù)攝取試樣長度方向上的表面形態(tài)；可移動滑塊用于調(diào)節(jié)一對前羅拉與一對后羅拉鉗口處的水平距離；盛樣筒用于裝載試樣；c.光學(xué)測量機(jī)構(gòu)由高分辨率數(shù)碼CCD攝像器組成，可完成試樣長度方向上任意位置橫截面的表面形態(tài)，并通過圖像采集卡輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算機(jī)圖像處理與判斷可獲取設(shè)定長度的表面毛羽數(shù)量、毛羽總長度、毛羽指數(shù)等；d.位移驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括壓縮塊、壓塊、支撐塊和羅拉機(jī)構(gòu)的位移機(jī)構(gòu)即壓縮塊的豎直移動、壓塊和支撐塊的豎直移動，一對前羅拉和一對后羅拉的水平移動機(jī)構(gòu)。各套機(jī)構(gòu)均由絲桿機(jī)構(gòu)和步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成，裝于底板上，完成位移機(jī)構(gòu)一般位移和精密位移。步進(jìn)電機(jī)的控制由計(jì)算機(jī)程序構(gòu)成，滑塊的水平移動由轉(zhuǎn)動曲柄手動轉(zhuǎn)動完成；e.信號采集和輸入系統(tǒng)由模/數(shù)轉(zhuǎn)換卡，圖像采集卡構(gòu)成。模/數(shù)轉(zhuǎn)換卡用于將力傳感器感應(yīng)的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；圖像采集卡用于試樣表面毛羽形態(tài)的采集，能以高速、高倍、光學(xué)變焦攝取圖像。模/數(shù)轉(zhuǎn)換卡和圖像采集卡均與計(jì)算機(jī)相連，完成對數(shù)據(jù)的預(yù)處理和輸入計(jì)算機(jī)；f.各機(jī)構(gòu)的驅(qū)動和控制模塊包括位移模塊和轉(zhuǎn)動模塊，即壓縮組件機(jī)構(gòu)水平和豎直移動模塊、羅拉牽引機(jī)構(gòu)移動和轉(zhuǎn)動模塊。由數(shù)/模轉(zhuǎn)換卡、電壓/頻率變頻器、驅(qū)動電路和步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成，以完成摩擦和壓縮模式中的機(jī)構(gòu)運(yùn)行和數(shù)據(jù)采集與輸入g.程序軟件與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)采集與處理模塊、圖像采集與處理模塊、運(yùn)行模式與控制模塊、界面操作與參數(shù)設(shè)置模塊，及計(jì)算控制、處理、分析的基本功能模塊構(gòu)成?？赏瓿闪托螒B(tài)圖像采集處理、實(shí)時顯示與存儲、界面操作程序控制、測量設(shè)置和模式選擇，可獲得毛羽數(shù)量-位移曲線、毛羽指數(shù)-位移曲線、壓力-位移曲線和摩擦力-位移曲線與包括表觀厚度、靜摩擦系數(shù)、動摩擦系數(shù)均值、壓縮線性度、壓縮功、壓縮回彈率和壓縮功回復(fù)率在內(nèi)的力學(xué)特征參數(shù)的提取與計(jì)算。
本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的紗線和織物表面特征的光學(xué)與力學(xué)組合測量方法及裝置，如圖1所示，包括由底板組件1，壓縮組件機(jī)構(gòu)2、5和6，轉(zhuǎn)動和水平移動組件機(jī)構(gòu)3和4，力傳感器機(jī)構(gòu)7和光學(xué)測量機(jī)構(gòu)8，以及相應(yīng)的力和形態(tài)圖像信號處理系統(tǒng)及位移驅(qū)動與轉(zhuǎn)動驅(qū)動控制系統(tǒng)組成。上述測量方法的實(shí)現(xiàn)是通過其測量裝置完成的，該測量裝置的構(gòu)成與作用如下a.底板組件1是由底板11、載物臺12和定位桿13組成，通過底板11固定壓縮組件機(jī)構(gòu)2、5和6及轉(zhuǎn)動和水平移動組件機(jī)構(gòu)3和4與光學(xué)測量機(jī)構(gòu)8；對于紗線或繩類試樣，可通過定位桿13直接固定；或與織物等扁平試樣松散放于載物臺12上，便于試樣的無損牽引，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
b.壓縮組件機(jī)構(gòu)是由支撐塊豎直移動組件機(jī)構(gòu)2與壓塊豎直移動組件機(jī)構(gòu)5構(gòu)成壓縮行為的測量機(jī)構(gòu)和壓縮塊豎直移動組件機(jī)構(gòu)6組成的表觀厚度測量機(jī)構(gòu)。所述的支撐塊豎直移動組件機(jī)構(gòu)2由步進(jìn)電機(jī)21、蝸桿22、蝸輪23、螺桿24、握持桿25、螺釘26和支撐塊27構(gòu)成，通過步進(jìn)電機(jī)21、轉(zhuǎn)動螺桿24、驅(qū)動握持桿25和支撐塊27豎直移動，可觸及試樣，實(shí)施試樣的定位和拉伸；所述的壓塊豎直移動組件機(jī)構(gòu)5由步進(jìn)電機(jī)51、蝸桿52、蝸輪53、螺桿54、握持桿55、螺釘56和壓塊57構(gòu)成，通過步進(jìn)電機(jī)51轉(zhuǎn)動螺桿54驅(qū)動握持桿55和壓塊57豎直移動，可下壓觸及試樣，實(shí)施單次或多次壓縮，測量試樣的壓縮性能和壓縮回彈性能；所述的壓縮塊豎直移動組件機(jī)構(gòu)6由步進(jìn)電機(jī)61、蝸桿62、蝸輪63、螺桿64、握持桿65、螺釘66、壓縮塊67和導(dǎo)紗輥68構(gòu)成，通過步進(jìn)電機(jī)61轉(zhuǎn)動螺桿64驅(qū)動握持桿65、螺釘66和壓縮塊67豎直移動，可豎直壓縮或循環(huán)壓縮試樣，測量試樣的表觀厚度及其抗壓縮性能，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
c.轉(zhuǎn)動和水平移動組件機(jī)構(gòu)3和4是由掛裝在水平移動組件機(jī)構(gòu)3上的前羅拉轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)和掛裝在水平移動組件機(jī)構(gòu)4上的后羅拉轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)組成。所述的水平移動組件機(jī)構(gòu)3由步進(jìn)電機(jī)31、蝸桿32、蝸輪33、傳動齒輪34、盛樣桶35、轉(zhuǎn)動曲柄36、螺桿37、滑塊38和一對前羅拉39構(gòu)成，通過步進(jìn)電機(jī)31驅(qū)動傳動齒輪34轉(zhuǎn)動前羅拉39從定位桿13牽引紗線或織物至盛樣筒35；旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動曲柄36轉(zhuǎn)動螺桿37驅(qū)動滑塊38在水平方向移動，完成一對前羅拉39水平方向定位。所述的水平移動組件機(jī)構(gòu)4由步進(jìn)電機(jī)41、蝸桿42、蝸輪43、傳動齒輪44、轉(zhuǎn)動曲柄45、螺桿46、滑塊47和一對后羅拉48構(gòu)成，通過步進(jìn)電機(jī)41驅(qū)動傳動齒輪44轉(zhuǎn)動后羅拉48從定位桿13牽引紗線或織物，通過轉(zhuǎn)動曲柄45轉(zhuǎn)動螺桿46驅(qū)動滑塊47和一對后羅拉48在水平方向移動，完成一對后羅拉48在水平方向的定位，其結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。
d.力傳感器機(jī)構(gòu)7其特征是由高精度力傳感器71、72和73組成，分別與支撐塊27、壓塊57和壓縮塊67相連并感應(yīng)受力，實(shí)現(xiàn)試樣壓縮性能下的力學(xué)值測量。
e、光學(xué)測量機(jī)構(gòu)8是由轉(zhuǎn)動曲柄81、螺桿82、握持桿83和高分辨率數(shù)碼CCD攝像器84構(gòu)成，通過轉(zhuǎn)動曲柄81轉(zhuǎn)動螺桿82驅(qū)動握持桿83和高分辨率數(shù)碼CCD攝像器84在水平方向移動，完成高分辨率數(shù)碼CCD攝像器84的聚焦、放大，高分辨率數(shù)碼CCD攝像器84與計(jì)算機(jī)通過高速圖像采集卡相連，可高速、實(shí)時讀取導(dǎo)紗輥68上試樣的表面毛羽形態(tài)。
實(shí)現(xiàn)紗線和織物表面特征的光學(xué)與力學(xué)組合測量方法是通過下述具體過程完成的a.通過轉(zhuǎn)動曲柄36和45分別轉(zhuǎn)動螺桿37和46驅(qū)動滑塊38和47和一對前羅拉39及一對后羅拉48至設(shè)定水平位置，完成對此鉗口水平距離的定位；再由步進(jìn)電機(jī)21轉(zhuǎn)動螺桿24驅(qū)動握持桿25和支撐塊27豎直移動至設(shè)定高度；再通過轉(zhuǎn)動曲柄81轉(zhuǎn)動螺桿82驅(qū)動握持桿83和高分辨率數(shù)碼CCD攝像器84至設(shè)定水平方向位置完成高分辨率數(shù)碼CCD攝像器84的水平方向聚焦和放大定位。
b.紗管可以直接放于定位桿13上，或紗線可以松散放在載物臺12上；織物需裁剪成一定長×寬的織物水平松散放于載物臺12上；然后將試樣(紗線、繩或織物等)沿著導(dǎo)紗輥68、后羅拉48鉗口放置，通過步進(jìn)電機(jī)41轉(zhuǎn)動后羅拉48牽引試樣至前羅拉39鉗口，再通過步進(jìn)電機(jī)31轉(zhuǎn)動前羅拉39牽引試樣至盛樣筒35。
c.啟動高分辨率數(shù)碼CCD攝像器84在設(shè)定時間段內(nèi)攝取導(dǎo)紗輥68上試樣的表面形態(tài)，由此獲得毛羽數(shù)量-位移曲線、毛羽指數(shù)-位移曲線等。
d.由驅(qū)動電路驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)61轉(zhuǎn)動螺桿64驅(qū)動握持桿65和壓縮塊67豎直下移壓縮導(dǎo)紗輥68上托起的試樣，壓縮塊67通過螺釘66(壓縮塊67亦可采用圓柱形或長方體等三維形狀，再通過螺釘66固定)固定并與傳感器73相連，傳感器73感應(yīng)受力，由此獲得壓力-位移曲線及其表觀厚度等。
e.由驅(qū)動電路驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)51轉(zhuǎn)動螺桿54驅(qū)動握持桿55和壓塊57單次或多次壓縮支撐塊27上托起的試樣，壓塊57通過螺釘56固定(壓塊57亦可更換成圓柱形或長方體等三維形狀，再通過螺釘56固定)并與傳感器72相連，傳感器72感應(yīng)受力由此獲得壓力-位移曲線、壓縮線性度、壓縮功、壓縮回彈率和壓縮功回復(fù)率等特征值。
f.由驅(qū)動電路驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)51轉(zhuǎn)動螺桿54驅(qū)動握持桿55和壓塊57豎直向下壓縮支撐塊27上試樣直至設(shè)定壓力值下停止移動；再由驅(qū)動電路驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)31和41分別驅(qū)動前羅拉39和后羅拉48轉(zhuǎn)動牽引試樣從定位桿13、導(dǎo)紗輥68、后羅拉48鉗口間、支撐塊27和壓塊57之間及前羅拉39鉗口間至盛樣桶35；試樣由前羅拉39牽引時由于受壓塊57和支撐塊27正壓力作用須克服試樣與壓塊57和支撐塊27之間的摩擦力，支撐塊27通過螺釘26與力傳感器71相連，傳感器71感應(yīng)受力，由此獲得試樣在正壓力作用下的摩擦力，力傳感器71感應(yīng)受力，由此獲得摩擦力-正壓力曲線和靜摩擦系數(shù)與動摩擦系數(shù)等特征值，各機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與基本原理如圖1所示。
整個裝置的控制、數(shù)據(jù)采集與處理、界面操作和設(shè)置由計(jì)算機(jī)及各軟件模塊完成，所述的軟件模塊由數(shù)據(jù)采集與處理模塊、圖像采集與處理模塊、運(yùn)行模式與控制模塊、界面操作與參數(shù)設(shè)置模塊，及計(jì)算控制、處理、分析的基本功能模塊構(gòu)成，其系統(tǒng)流程圖如圖2所示。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括如下優(yōu)點(diǎn)a.本發(fā)明通過光學(xué)測量機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)試樣動態(tài)牽引條件下其表面形態(tài)的圖像攝??；
b.本發(fā)明通過微力測量機(jī)構(gòu)能評價試樣的表面毛羽與表觀變形量；c.本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)試樣不同位置、不同壓力下厚度測量以及試樣壓縮松弛行為和回彈性的測量；d.本發(fā)明可以集紗線和織物的靜、動摩擦性能測試于一體，且整個測量自動化、實(shí)時化、智能化和高精度，且儀器機(jī)構(gòu)簡單、結(jié)構(gòu)精巧、操作簡便。
可廣泛用于紗線、繩類和織物的表面毛羽、表觀厚度、壓縮性能和摩擦性能的綜合原位分析，尤其是紗線可織造性能和織物風(fēng)格等的評價。


圖1紗線和織物表面特征的光學(xué)與力學(xué)組合測量裝置主視2紗線毛羽指數(shù)-位移曲線圖3織物壓縮力-位移曲線圖4織物動摩擦系數(shù)-位移曲線圖5紗線和織物表面特征的光學(xué)與力學(xué)組合測量裝置數(shù)據(jù)采集及數(shù)控系統(tǒng)流程中11-底板、12-載物臺、13-定位桿；21-步進(jìn)電機(jī)、22-蝸桿、23-蝸輪、24-螺桿、25-握持桿、26-螺釘、27-支撐塊；31-步進(jìn)電機(jī)、32-蝸桿、33-蝸輪、34-傳動齒輪、35-盛樣桶、36-轉(zhuǎn)動曲柄、37-螺桿、38-滑塊、39-前羅拉；41-步進(jìn)電機(jī)、42-蝸桿、43-蝸輪、44-傳動齒輪、45-轉(zhuǎn)動曲柄、46-螺桿、47-滑塊、48-后羅拉；51-步進(jìn)電機(jī)、52-蝸桿、53-蝸輪、54-螺桿、55-握持桿、56-螺釘、57-壓塊；61-步進(jìn)電機(jī)、62-蝸桿、63-蝸輪、64-螺桿、65-握持桿、66-螺釘、67-壓縮塊、68-導(dǎo)紗輥；71-力傳感器、72-壓力傳感器、73-壓力傳感器；81-轉(zhuǎn)動曲柄、82-螺桿、83-握持桿，84-高分辨率數(shù)碼CCD攝像器。
具體實(shí)施例方式通過以下的基本實(shí)施方式和實(shí)施例有助于理解本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。
本發(fā)明的裝置主視圖如圖1所示，該裝置數(shù)據(jù)采集及數(shù)控系統(tǒng)流程如圖5所示。
按照測量要求，通過轉(zhuǎn)動曲柄(36和45)分別轉(zhuǎn)動螺桿(37和46)驅(qū)動滑塊(38和47)和一對前羅拉39及一對后羅拉48至設(shè)定水平位置，完成對此鉗口水平距離定位；再由步進(jìn)電機(jī)21轉(zhuǎn)動螺桿24驅(qū)動握持桿25和支撐塊27豎直移動至設(shè)定高度；再通過轉(zhuǎn)動曲柄81轉(zhuǎn)動螺桿82驅(qū)動握持桿83使高分辨率數(shù)碼CCD攝像器84至合適的放大倍率與清晰聚焦位置完成高分辨率數(shù)碼CCD攝像器84的水平方向定位。將織物裁剪成一定長×寬的織物松散放于載物臺12上；將紗管(或繩類等試樣)直接放于定位桿13上，或松散放于載物臺12上；然后將試樣(紗線、繩或織物等)沿著導(dǎo)紗輥68、后羅拉48鉗口放置，通過步進(jìn)電機(jī)41轉(zhuǎn)動后羅拉48牽引試樣至前羅拉39鉗口，再控制步進(jìn)電機(jī)31轉(zhuǎn)動前羅拉39牽引試樣至盛樣筒35。
實(shí)施例1，毛羽指數(shù)-位移曲線獲得按測量要求并執(zhí)行上述測量預(yù)備步驟，將紗管固定于定位桿13上，然后沿導(dǎo)紗輥68牽引紗線至后羅拉48鉗口處，通過步進(jìn)電機(jī)41驅(qū)動后羅拉48轉(zhuǎn)動牽引紗線至前羅拉39鉗口處，再由步進(jìn)電機(jī)31驅(qū)動前羅拉39轉(zhuǎn)動牽引紗線至盛樣桶35。啟動高分辨率數(shù)碼CCD攝像器84在設(shè)定時間段內(nèi)攝取導(dǎo)紗輥68上試樣的表面形態(tài)，由此獲得毛羽指數(shù)-位移曲線見圖2。
實(shí)施例2，表觀厚度參數(shù)獲得按測量要求，裁一定長×寬的織物試樣松散放于定位桿13上，然后沿導(dǎo)紗輥68牽引織物至后羅拉48鉗口處，通過步進(jìn)電機(jī)41驅(qū)動后羅拉48轉(zhuǎn)動牽引織物至前羅拉39鉗口處，再由步進(jìn)電機(jī)31驅(qū)動前羅拉39轉(zhuǎn)動牽引織物至盛樣桶35。由驅(qū)動電路驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)61轉(zhuǎn)動螺桿64驅(qū)動握持桿65和壓縮塊67豎直下移壓縮導(dǎo)紗輥68上試樣的表面，壓力通過與壓縮塊67相連的力傳感器73感應(yīng)受力，由此獲得壓力-位移曲線、試樣厚度-壓力曲線，按兩個設(shè)定壓力(N1、N2)作用下分別測得的試樣厚度(H1、H2)，獲得試樣表觀厚度T，其結(jié)果見下表1。
表1試樣表觀厚度測量數(shù)據(jù)

實(shí)施例3，壓力-位移曲線及參數(shù)獲得按測量要求，裁一定長×寬的織物試樣，按實(shí)施例2的測試步驟完畢后，由驅(qū)動電路驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)51轉(zhuǎn)動螺桿54驅(qū)動握持桿55和壓塊57循環(huán)壓縮試樣(循環(huán)次數(shù)可以設(shè)定，本實(shí)施例只做一次循環(huán))，由此獲得壓力-位移曲線見圖3，根據(jù)壓力-位移曲線可求得相應(yīng)的力學(xué)特征參數(shù)。
實(shí)施例4，動摩擦系數(shù)-位移曲線及參數(shù)獲得按測量要求裁取一定長×寬的織物試樣，按實(shí)施例2和實(shí)施例3的測試步驟完畢后，由驅(qū)動電路驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)51轉(zhuǎn)動螺桿54驅(qū)動握持桿55和壓塊57豎直向下壓縮支撐塊27上托起的試樣直至設(shè)定壓力值下停止移動；再由驅(qū)動電路驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)(31和41)分別驅(qū)動前羅拉39和后羅拉48轉(zhuǎn)動牽引試樣從定位桿13、導(dǎo)紗輥68、后羅拉48鉗口間、支撐塊27和壓塊57之間及前羅拉39鉗口間至盛樣桶35，由此獲得試樣在正壓力作用下的摩擦力，獲得摩擦力—正壓力曲線(見圖4)和靜摩擦系數(shù)與動摩擦系數(shù)等特征值。
權(quán)利要求
1.一種紗線或織物的表面毛羽、表觀厚度、壓縮性能和摩擦性能的光學(xué)與力學(xué)組合原位測量方法，該方法是通過導(dǎo)紗輥托起和羅拉牽引試樣，使用數(shù)碼攝像器動態(tài)攝取試樣的表面毛羽形態(tài)和獲得毛羽數(shù)量；通過驅(qū)動壓縮塊壓縮導(dǎo)紗輥上托起的試樣，測量試樣的表觀厚度；驅(qū)動壓塊豎直方向往復(fù)壓縮支撐塊上的試樣，測量試樣壓縮性能和壓縮回彈性；羅拉水平方向牽引試樣，測量試樣的摩擦性能；所述的導(dǎo)紗輥托起和羅拉牽引是通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動羅拉轉(zhuǎn)動，進(jìn)而牽引紗線或織物沿著導(dǎo)紗輥表面移動，再使用高分辨率數(shù)碼CCD攝像器攝取位于導(dǎo)紗輥上試樣的表面毛羽形態(tài)，并隨著試樣在導(dǎo)紗輥上不斷移動，測得試樣長度方向上任意位置的表面毛羽形態(tài)，然后，采用數(shù)字圖像處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)運(yùn)算獲得試樣長度方向任意位置的表面毛羽數(shù)量；所述的壓縮塊壓縮導(dǎo)紗輥是通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動壓縮塊豎直向下移動，與導(dǎo)紗輥一起組成試樣表觀厚度測量壓縮機(jī)構(gòu)壓縮試樣，測量試樣的表觀厚度及其表面毛羽的抗壓縮性能；所述的豎直方向往復(fù)壓縮是指通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動支撐塊豎直向上移動至與前羅拉及后羅拉鉗口處水平位置一致，使試樣水平平放在支撐塊上；再驅(qū)動壓塊豎直向下移動與支撐塊一起組成試樣壓縮性能測量機(jī)構(gòu)測量試樣的壓縮性能和壓縮回彈性能；所述的水平方向牽引是在試樣被壓塊與克服水平方向摩擦力的支撐塊以正壓力壓縮的條件下，通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動一對前羅拉和一對后羅拉轉(zhuǎn)動牽引試樣，測量試樣的摩擦性能；所述的測量方法是測量紗線和織物的表面毛羽、表觀厚度、壓縮性能和摩擦性能；其中表面毛羽是指設(shè)定長度的毛羽數(shù)量、毛羽總長度、毛羽指數(shù)和所攝取圖像中距離試樣中心線設(shè)定長度的毛羽感光面積；表觀厚度是指在兩個設(shè)定壓力作用下所測試樣厚度的差值；壓縮性能是指在單次或多次壓縮條件下試樣的抗壓縮性能和壓縮回彈性能，包括壓縮線性度、壓縮功、壓縮回彈率和壓縮功回復(fù)率特征值；摩擦性能是指在壓力作用下試樣表面的摩擦行為，包括靜摩擦系數(shù)和動摩擦系數(shù)特征值；相應(yīng)的特征曲線為毛羽數(shù)量—位移曲線、毛羽指數(shù)—位移曲線、壓力—位移曲線、摩擦力—位移曲線。
2.按照權(quán)利要求1所述方法的測量裝置，其特征在于是一光學(xué)與力學(xué)組合原位測量機(jī)構(gòu)，由力測量機(jī)構(gòu)、羅拉牽引機(jī)構(gòu)、光學(xué)測量機(jī)構(gòu)、位移驅(qū)動機(jī)構(gòu)、力及形態(tài)信號采集、控制和處理系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量裝置，其特征在于所述的力測量機(jī)構(gòu)由三個高精度力傳感器、導(dǎo)紗輥、壓縮塊、壓塊和支撐塊及底板組件組成，力值測量范圍0～500g和0～100g，精度為0.02％。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法的測量裝置，其特征在于所述的底板組件由固定壓縮機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動和水平移動機(jī)構(gòu)和光學(xué)測量機(jī)構(gòu)的底板、載物臺和定位桿組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量裝置，其特征在于所述的羅拉牽引機(jī)構(gòu)，由完成紗線或織物在導(dǎo)紗輥、后羅拉、壓塊和支撐塊之間及前羅拉上的移動一對前羅拉和一對后羅拉組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量裝置，其特征在于所述的光學(xué)測量機(jī)構(gòu)由高速、實(shí)時讀取試樣長度方向任意時刻試樣表面毛羽形態(tài)的高分辨率數(shù)碼CCD攝像器構(gòu)成，并與計(jì)算機(jī)通過高速圖像采集卡相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量裝置，其特征在于所述的位移驅(qū)動機(jī)構(gòu)由裝于底板上的五套絲桿機(jī)構(gòu)和步進(jìn)電機(jī)及相應(yīng)驅(qū)動電路構(gòu)成，其有效量程為0～250mm，精度≤±3μm，速度為1～200mm/min可調(diào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量裝置，其特征在于所述的光學(xué)與力學(xué)測量機(jī)構(gòu)，由壓縮組件驅(qū)動和羅拉轉(zhuǎn)動，力傳感器感應(yīng)受力和試樣表面形態(tài)的信號采集及程序控制，由對應(yīng)的驅(qū)動控制卡、數(shù)據(jù)采集卡、圖像采集卡，以及與之相連的帶有程序軟件的計(jì)算機(jī)所構(gòu)成的測量系統(tǒng)，所述的驅(qū)動控制是指對由壓縮塊、壓塊和支撐塊組成的壓縮組件和羅拉的驅(qū)動與控制，包括數(shù)模轉(zhuǎn)換卡、電壓/頻率變頻器和步進(jìn)電機(jī)；所述的信號采集是指對力和試樣表面形態(tài)信號的采集的力信號數(shù)據(jù)采集卡和毛羽形態(tài)圖像采集卡；所述的程序測量是指按軟件設(shè)定的程序進(jìn)行的完整測量，其包括信號采集與實(shí)時顯示模塊、驅(qū)動控制模塊、圖像采集與處理模塊、數(shù)據(jù)處理和曲線實(shí)時顯示及相應(yīng)的存儲、打印模塊和界面操作模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于用于紗線、繩類和織物的測量。
全文摘要
本發(fā)明涉及紗線或織物的表面毛羽、表觀厚度、壓縮性能和摩擦性能的光學(xué)與力學(xué)組合測量方法及裝置。該方法是通過導(dǎo)紗輥托起和羅拉牽引試樣，使用高分辨率數(shù)碼CCD攝像器動態(tài)攝取試樣表面毛羽形態(tài)并獲得毛羽數(shù)量；通過驅(qū)動壓縮塊壓縮導(dǎo)紗輥上托起的試樣，測量試樣的表觀厚度；通過驅(qū)動壓縮桿豎直往復(fù)壓縮支撐塊上的試樣，測量試樣壓縮性能和壓縮回彈性；通過羅拉牽引試樣水平方向移動，測量試樣的摩擦性能。實(shí)現(xiàn)該方法的裝置是由底板，載物臺，定位桿，導(dǎo)紗輥，壓縮塊，一對前羅拉，壓塊，支撐塊，一對后羅拉，盛樣桶，高分辨率數(shù)碼CCD攝像器，分別與壓縮塊、壓塊和支撐塊相連的力傳感器，羅拉牽引機(jī)構(gòu)，位移驅(qū)動機(jī)構(gòu)，力及形態(tài)信號采集、控制和處理系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)構(gòu)成。其特點(diǎn)是測量為光學(xué)與力學(xué)的組合原位測量，且機(jī)構(gòu)精巧、測量簡便、快速。
文檔編號G01N33/36GK1699999SQ20051002590
公開日2005年11月23日 申請日期2005年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月18日
發(fā)明者于偉東, 杜趙群 申請人:東華大學(xué)