БЕСКОНТАКТНЫЙ СПОСОБ АНАЛИЗА СТРУКТУРЫ ТКАНИ Российский патент 1999 года по МПК G01N33/36 

Изобретение относится к текстильной отрасли и может быть использовано как для анализа структурных параметров вырабатываемых тканей, так и для проектирования нового ассортимента.

В текстильной отрасли для анализа структуры ткани используют следующие способы: микроскопический, радиографический, высокоскоростная киносъемка, фотография микросрезов, просвечивание лазером. Известные способы характеризуются низкой точностью из-за деформирования нитей и большой трудоемкостью при изготовлении микросрезов, малой информативностью (киносъемка и лазерное исследование), а также разрушением ткани при анализе и экологической небезопасностью (радиографический).

Известен фотограмметрический способ, предложенный в [1, 2] и позволяющий производить анализ структуры ткани без ее разрушения, что дает возможность исследования одного и того же элемента ткани на разных стадиях ее производства. Эффект неразрушающего фотограмметического способа достигается тем, что структура ткани не изменяется под действием каких-либо внешних воздействий (например, лезвие при микроскопическом анализе). Однако метод не получил широкого распространения в связи со значительной трудоемкостью и субъективным выбором опорных точек, что снижает точность оценок. Современный уровень развития вычислительной техники позволяет устранить имеющиеся недостатки.

Изобретение направлено на повышение точности и увеличение оперативности неразрушающего метода анализа структуры ткани. Конечной целью бесконтактного способа анализа структуры ткани является компьютерное построение профиля нити, заработанной в ткань, а также последующий расчет структурных параметров ткани: фаза строения, коэффициенты линейного и поверхностного заполнения, коэффициенты заполнения ткани волокнистым материалом, уработка основных и уточных нитей в ткани, поверхностная плотность. Эти параметры в дальнейшем используются для проектирования тканей рациональной структуры.

На фиг. 1 представлены два изображения одного и того же участка ткани, на которых отмечены опорные точки; на фиг. 2 изображен профиль нити, заработанной в ткань, полученный в результате бесконтактного способа анализа структуры ткани; на фиг. 3 показан алгоритм построения профиля нити машинным способом.

Сущность предлагаемого способа заключается в методах получения изображений участка ткани и их обработки. На станке или столе на расстоянии 5-20 см (в зависимости от используемой аппаратуры) от ткани устанавливают фотоаппарат. Ткань должна быть дополнительно освещена. Фиксируют расстояние от объектива до снимаемой ткани (H), определяют фокусное расстояние (f). Съемку производят в двух положениях фотокамеры, причем второй снимок делается со смещением по горизонтали относительно первого на величину (B), которая составляет 5-7 см. Полученные снимки сканируют film-сканером, затем изображения участка ткани визуализируют на компьютере. В дальнейшем используют два изображения в виде двухмерного массива чисел, хранящегося и отредактированного в редакторе corel draw или foto-shop. Данный массив несет в себе информацию, характеризующую освещенность нитей в ткани. При съемке ткани участки нитей вследствие их изгиба находятся на разных высотных уровнях по отношению к снимающему объективу (напр. фиг. 1, 2 точки A1 ближе, A3 - дальше) и поэтому при визуализации изображений на мониторе компьютера они приобретают разную оттеночность. Наиболее светлый оттенок будет иметь точка, расположенная ближе к объективу фотокамеры, то есть имеющая наивысшее расположение (фиг. 2) A1. Самый темный оттенок будет соответствовать точке A3, имеющей низшее положение. Для определения координаты точки O2, которая используется при построении профиля нити, на изображениях размещают точку A4, которая является наивысшей точкой противоположной системы нитей, перекрывающей исследуемую нить. Причем опорная точка A4 должна быть размещена на оси данной нити. Пользователь в ручном или автоматическом режиме определяет опорные точки (фиг. 2), имеющие соответственно наивысшее (A1 и A4) и низшее положение (A3). В точке, имеющей промежуточный полутон, располагают точку A2, через которую проводят базовую прямую OO'. Базовая прямая, проведенная через точку A2 на первом изображении, является базой для второго изображения и не проходит через точку A2'. Таким образом производят расстановку опорных точек на обоих изображениях участка ткани (фиг. 1) A1, A2, A3, A4 и A1', A2', A3', A4'. В автоматическом режиме производят расстановку промежуточных точек, которые получают путем деления отрезков между опорными точками и базовой прямой на n равных участков. В результате получают n-1 промежуточных точек (Ai). После выбора первой точки (A1, A1') при помощи программы, алгоритм которой приведен на фиг. 3, перебирают строки получившихся массивов, находят края выбранной нити, определяют размер поперечника, например основной нити (b). Затем продолжая исследования строк, определяют размер просвета (f) между нитями и межосевое расстояние (d). Исследуя столбцы исходного массива, получают аналогичные параметры для уточной нити (a, c, e). Для получения высотных размеров элементов первоначально определяют расстояния X1, X3, X4, Xi, X1', X3', X4', Xi' от опорных и промежуточных точек до базовой прямой OO'. Затем рассчитывают координаты P и h соответственно по горизонтали и вертикали для опорных и промежуточных точек A1, A3, A4 и Ai относительно базовой прямой по формулам (1),(2).

P1 = X1-X1'; P3 = X3-X3'; P4 = X4-X4'; Pi = Xi-Xi' (1)

Для построения профиля нити в ткани по исходным данным об основе и утке (блок 4, фиг. 3) проводят расчеты теоретического диаметра поперечного сечения нитей и коэффициентов смятия (блок 5). Коэффициенты смятия нитей по горизонтали (Nог и Nуг) и вертикали (Nов и Nув), a также размеры поперечников нитей по вертикали (a' и b') определяются по формулам (3) - (5).

Nог = b/do; Nуг = a/dу (3)
Noв = 2-Noг; Nув = 2-Nуг (4)
b' = do/Nов; a' = dy/Nув (5)
где do и dy - теоретические диаметры основных и уточных нитей.

Tо и Tу - линейная плотность основных и уточных нитей,
Cо и Cу - коэффициент рода волокна основных и уточных, нитей
В связи с тем, что нити могут иметь некоторую ворсистость и неравномерность, предусмотрена проверка правильности определения коэффициентов смятия (блок 6). Если не выполняется условие Nr•Ng≤1, то производят переход к обработке данных по другой нити.

Построение поперечного и продольного профиля нити в ткани аналогично, например рассмотрим построение поперечного профиля. Для построения профиля нити (фиг. 2) размещают базовую прямую OO', на которой отмечают точки A2 и O1, от последней на расстоянии (c) строят перпендикуляр к базовой прямой. Затем по координатам P1, P3, P4, Pi и h1, h3, h4, hi строят точки A1, A3, A4, Ai. Ha расстоянии 1/2 (a) от точки A4 по перпендикуляру к базовой прямой отмечают точку O2. Сечения основных нитей строят в виде эллипсов с центрами в точках O1 и O2, большая ось эллипсов равна размеру поперечника основной нити по горизонтали (b), малая ось - размеру поперечника основной нити по вертикали (b'). От точки O2 по перпендикуляру к базовой прямой строят на расстоянии 1/2 (a) опорную точку A4''. Полученные опорные и промежуточные точки последовательно соединяют между собой. Затем из точки A1'' параллельно полученной линии строят кривую на расстоянии, равном поперечнику уточной нити по вертикали (a').

Основное принципиальное отличие предлагаемого способа с построением профиля нити по двум изображениям одного и того же участка ткани, полученным путем фотографирования со смещением аппарата по горизонтали на некоторую величину, от прототипа заключается в том, что изображения ткани получают с помощью двух видеокамер, а затем воспроизводят на компьютере, после чего по различной оттеночности определяют опорные точки элементов нити, находящихся из-за ее изгиба на разной высоте относительно базы.

Другим отличием является то, что для построения профиля нити кроме опорных точек используют промежуточные точки, полученные путем деления отрезков между опорными точками и базовой прямой на n равных частей.

Следующее отличие от прототипа в том, что вместо фотографий используют видеоизображения участка ткани, полученные при помощи двух видеокамер, что дает возможность исследовать структуру движущейся ткани, при этом оптический или цифровой трансфокатор камеры должен быть не менее x20. Полученные таким образом изображения воспроизводят на мониторе компьютера, где и проводится их дальнейшая обработка.

Для анализа ткани в статическом состоянии для расширения функциональных возможностей способа и повышения оперативности анализа структуры ткани вместо фотоаппарата предлагается использовать цифровую фотокамеру, которая должна обладать разрешающей способностью не менее 600 pcl/inch и оптическим трансфокатором не менее х20. Полученные цифровые изображения разных по оттенку участков нитей записывают на CD-ROM, затем при помощи мультимедийных функций компьютера изображение визуализируют на мониторе.

Использование предлагаемого бесконтактного способа анализа структуры ткани обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: возможность анализа и исследования одного и того же элемента ткани во времени без его разрушения; возможность исследования движущегося элемента ткани; повышение точности результатов измерения параметров структуры ткани; снижение трудоемкости и увеличение оперативности анализа.

Источники информации:
1. Верман Т.Н. Применение фотограмметрии при изучении формирования ткани на ткацком станке. - М.: ЦИНТИЛегпром., серия VI, 1966. - прототип.

2. Верман Т.Н. Применение методов фотограмметрии при исследовании структуры и качества ткани. - М.: МДНТП., сб. 1, 1966. - прототип.

Бесконтактный способ анализа структуры ткани с построением профиля нити по двум изображениям одного и того же участка ткани, полученным путем фотографирования со смещением аппарата по горизонтали на некоторую величину, позволяет повысить точность анализа структуры ткани, при этом изображения ткани получают с помощью двух видеокамер, а затем воспроизводят на компьютере, после чего по различной оттеночности определяют опорные точки элементов нити, находящихся из-за ее изгиба на разной высоте относительно базы, а для построения профиля нити кроме опорных точек используют промежуточные точки, полученные путем деления отрезков между опорными точками и базовой прямой на n равных частей. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Бесконтактный способ анализа структуры ткани с построением профиля нити по двум изображениям одного и того же участка ткани, полученным путем фотографирования со смещением аппарата по горизонтали на некоторую величину, отличающийся тем, что изображения ткани получают с помощью двух видеокамер, а затем воспроизводят на компьютере, после чего по различной оттеночности определяют опорные точки элементов нити, находящихся из-за ее изгиба на разной высоте относительно базы, а для построения профиля нити кроме опорных точек используют промежуточные точки, полученные путем деления отрезков между опорными точками и базовой прямой на n равных частей. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для повышения оперативности анализа структуры ткани в статическом состоянии предлагается использовать цифровую фотокамеру.