СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СМИНАЕМОСТИ ТЕКСТИЛЬНЫХ ПОЛОТЕН Российский патент 2013 года по МПК G01N33/36 

Изобретение относится к текстильному материаловедению и предназначено для объективной оценки сминаемости материалов для одежды в текстильной и легкой промышленности, а также может быть использовано для исследовательских работ, периодических и сертификационных испытаний.

Известен способ определения сминаемости текстильных материалов, заключающийся в формировании образца материала, его смятии под нагрузкой, снятии нагрузки и оценке сминаемости по изменению геометрических размеров образца [1]. Образец формируется в виде цилиндра путем сшивания прямоугольного отрезка материала. Нагрузку прикладывают сверху к закрепленному вертикально образцу. Для оценки сминаемости измеряют высоту образца до и после приложения нагрузки. Недостатки известного способа заключаются в трудоемкости подготовки образца для испытаний, влиянии шва на геометрические размеры образца после восстановления и недостаточная имитация процесса смятия, возникающего при эксплуатации изделий, что снижает объективность результатов испытаний.

Способом, наиболее точно имитирующим процесс смятия материалов в одежде, является органолептический (экспертный) метод оценки сминаемости, где формирование в образце складок осуществляют смятием образца рукой эксперта в разных направлениях [2]. Однако данный способ не позволяет получить одинаковую силу воздействия на образец. При этом визуальная оценка сминаемости субъективна и характеризуется не количественной, а описательной оценкой (несминаемая, малосминаемая, сминаемая), что снижает объективность получаемых результатов.

Существует способ определения сминаемости текстильных материалов, согласно которому образец в форме круга радиусом 30 мм закрепляют, нагружают, формируя неориентированные складки, разгружают и после отдыха измеряют размеры. Сминаемость по заданным направлениям оценивают по изменению геометрических размеров образца [3]. Недостатком известного способа является недостаточная имитация реального процесса неориентированного смятия, вследствие смятия пробы только по четырем направлениям. Принципиальным недостатком способа является то, что оценка сминаемости по изменению геометрических размеров образца недостаточно объективна, поскольку сущность сминаемости заключается в образовании складок, грани которых резко разделяют две соседние части поверхности материала по-разному отражающие свет, вследствие чего складки делаются очень заметными и неприятными для зрительного восприятия, особенно когда множество складок образует неровную поверхность[4].

По критерию оценки сминаемости наиболее близким к предлагаемому способу является способ определения сминаемости ворса тканей [5]. В этом способе одновременно с помощью видеокамеры получают изображения смятого и немятого участков ворсовой ткани, а для оценки сминаемости используют показатель средней степени серости цифровых изображений. Принципиальным недостатком данного способа является то, что использование показателя средней серости не является достаточно достоверным, поскольку у смятой пробы темные участки могут компенсировать светлые участки, возникающие при смятии за счет неодинакового отражения света. В этом случае средняя серость смятого и несмятого участка может оказаться приблизительно одинаковой.

Наиболее распространенным в научной практике является стандартный метод определения сминаемости текстильных полотен при ориентированном смятии на приборе СМТ-10 [6]. Данный способ выбран в качестве прототипа. Предлагаемое в стандартном методе упорядоченное складкообразование плоских Т-образных образцов (даже при различных направлениях приложения нагрузки), не соответствует неориентированному смятию, возникающему в процессе эксплуатации одежды. Поэтому способ ориентированного смятия может быть целенаправленно использован для прогнозирования «позитивной» сминаемости тканей, в частности, при оценке устойчивости жестких складок, закладываемых в конструкцию швейного изделия в эстетических целях. Сложная конфигурация и небольшие линейные размеры образцов (S_раб.=1 см²) приводит к появлению «краевого эффекта», что оказывает существенное влияние на результаты испытаний, главным образом искажая их.

Техническим результатом заявляемого изобретения является приближение условий испытаний к условиям реального процесса смятия текстильных материалов в швейных изделиях, повышение достоверности результатов испытаний за счет использования более объективного критерия сминаемости.

Указанный технический результат при осуществлении способа достигается за счет применения метода распознавания оптических образов. В качестве критерия сминаемости используется соотношение яркости участков цифрового изображения смятой и несмятой пробы. По предлагаемому способу осуществляется цифровая фотосъемка несмятого образца с визуализацией изображения на экране монитора ЭВМ, нагружение выполняется после формирования неориентированных складок, далее осуществляется цифровая фотосъемка смятого образца. Далее на гистограммах цифровых изображений смятого и несмятого образцов выделяются области интегральной яркости (низкая, средняя, высокая) и сопоставляется интенсивность распределения яркости участков изображений по этим областям. Степень смятия определяется по процентному соотношению яркостей средней и крайних областей гистограмм несмятого и смятого образцов.

Сущность предлагаемого способа оценки сминаемости заключается в количественном определении светлых, средних и темных участков полотна, возникающих при смятии за счет неодинакового отражения света. Несмятое полотно имеет некоторую среднюю яркость, в нем отсутствуют очень светлые и очень темные участки.

Используя существующие универсальные графические редакторы (например, Photoshop) по гистограмме цифрового изображения устанавливаются границы яркости, в которых спектр несмятого образца полностью (97-100%) располагается в средней области гистограммы. Спектр смятого полотна за счет наличия более светлых и темных участков расширен относительно установленной для несмятого образца средней области яркости. По величине смещения границ спектра смятого образца в крайние (светлые и темные) области оценивается сминаемость материала.

О степени сминаемости судят по коэффициенту, определяемому по (формуле:

$$\text{K}=\frac{{\text{S}}_{\text{0}}-{\text{S}}_{\text{k}}}{{\text{S}}_{\text{0}}}\ast \text{100}\text{,}\left(\text{1}\right)$$

S₀ - величина спектра изображения несмятого образца в средней области гистограммы, %;

S_k величина спектра изображения смятого образца в средней области гистограммы, %.

Способ реализуют с помощью устройства, представленного следующими чертежами.

Фиг.1. Устройство для определения сминаемости текстильных

полотен (а - фронтальный вид в разрезе; б - вид сверху).

Фиг.2. Цифровое изображение образца (а - несмятого; б - смятого).

Фиг.3. Гистограммы изображений (а - несмятый образец, б - смятый).

Пример осуществления способа

Способом определяют сминаемость тканей, трикотажа, нетканых материалов. Полученные при испытании характеристики позволяют прогнозировать сминаемость различных деталей изделий.

Предлагаемый способ осуществляют на разработанном устройстве (фиг.1). Конструктивно устройство для оценки сминаемости текстильных полотен представляет собой комплексную систему, состоящую из трех блоков:

- механизма формирования неориентированных складок в образце;

- механизма нагружения и сжатия образца со сформированными неориентированными складками;

- блока получения цифрового изображения образца в реальном

времени на экране ЭВМ.

Оценка сминаемости текстильного полотна по предлагаемому методу осуществляется следующим образом. Вырезают образец 2 из текстильного полотна, например, трикотажа в форме круга радиусом 50 мм и располагают ее на верхней платформе 1 устройства. Образец находится в свободном положении на верхней платформе 1, при этом ползуны 5 в количестве шести штук, расположены по наружному краю образца испытуемого материала и находятся в крайнем внешнем положении внутри направляющих пазов 3 верхней платформы.

Веб-камерон 14, закрепленной на экране 19, осуществляют цифровую фотосъемку образца с передачей изображения в реальном времени на экран монитора ЭВМ.

Формирование неориентированных складок в образце происходит при перемещении шести ползунов 5 по направляющим пазов 3 к центру испытуемого образца. Эластичный материал 18, перемещающийся одновременно с ползунами 5, обеспечивает равномерный сдвиг краев испытуемого образца материала. Движение ползунов по направляющим пазов осуществляется одновременным натяжением гибких тяг 8 с помощью ролика 4 вертикального вала 7, расположенного между верхней 1 и нижней 12 платформами. Вращение вертикальному валу передается от маховика 11 горизонтального вала 9 через конические шестерни 10, расположенные внутри корпуса 17 устройства. Возврат ползунов в исходное крайнее положение осуществляется за счет пружин 6.

Съемный нагружающий элемент 13 осуществляет сжатие образца со сформированными неориентированными складками в течение 15 минут. Параметры испытания (усилие, время приложения нагрузки и отдыха) устанавливают стандартными [6]. По истечении времени нагружения образец освобождают от съемного нагружающего элемента, ползуны 5 посредством пружин 6 одновременно перемещаются в крайнее внешнее положение внутри направляющих пазов 3. Образец оставляют на время отдыха на верхней платформе 1. После отдыха осуществляют цифровую фотосъемку смятого образца Web-камерой 14. Объектив цифровой камеры и осветительный прибор располагаются под определенными углами к фотографируемой поверхности образца. Величина углов определена экспериментально для получения наиболее контрастных свето-теней смятого образца. С целью обеспечения еще большей контрастности свето-теней устройство окружено экраном 19.

Полученные цифровые изображения несмятого и смятого образца в реальном времени передаются на экран монитора ЭВМ. Далее, используя существующие универсальные графические редакторы, оптические изображения обрабатываются, а полученная информация преобразуется в количественные характеристики сминаемости текстильного полотна.

Проектные решения, положенные в основу метода определения сминаемости с использованием разработанного устройства позволяют достичь следующих технических результатов:

- имитация реального процесса смятия деталей одежды за счет неориентированного смятия образца материала и последующего нагружения и сжатия;

- повышение объективности результатов за счет использования в качестве критерия сминаемости соотношения яркости участков цифрового изображения образца материала до и после смятия;

- обеспечение точности оценки за счет использования цифровых технологий при получении и обработке входных и выходных данных.

В качестве примера на фиг.2 показаны цифровые изображения образцов льняного трикотажного полотна переплетением комбинированный репс до и после смятия. По гистограммам смятого и несмятого образцов, приведенным на фиг.3 видно, что спектр несмятого образца (фиг.3а) сосредоточен в более узкой области по сравнению со спектром смятого образца материала (фиг.3б). По гистограмме цифрового изображения несмятого образца для каждого цветового канала определяется левая и правая границы спектра. Далее рассчитывается среднее значение границ по трем цветовым каналам (в данном случае левая граница соответствует яркости 95, правая - 225). Эту область считаем областью средней яркости и в ней спектр несмятого образца располагается, как правило, на 97-99%, поскольку существует рассеяние точек, обусловленное переплетением полотна. Слева располагается область низкой яркости (от 0 до 95), справа - область высокой яркости (225-255).

Границы средней области яркости переносятся на гистограмму цифрового изображения смятого образца. Далее определяется величину смещения спектра смятой пробы за цветовые границы средней области яркости, заданные эталоном. В рассматриваемом примере спектр смятой пробы располагается в средней области яркости, установленной по несмятому образцу на 82%, смещение спектра в область низкой яркости составляет 1,2%, а в область высокой яркости - 16,8%. Расчет коэффициента смпнаемости исследуемого полотна, выполняется по формуле (1).

$$\text{K}=\frac{\text{99}\text{,6}-\text{82}}{\text{99}\text{,6}}\ast \text{100}=\text{17}\text{,67\%}$$

Результаты оценки сминаемости по гистограммам цифровых изображений, на примере льняного трикотажного полотна переплетением комбинированный репс представлены в таблице 1. В таблице 2 также приведены результаты определения сминаемости других текстильных полотен по стандартному и предлагаемому способам.

Таблица 1 Результаты спектрального анализа Область яркости Границы области интегральной яркости (для данного полотна) Величина спектра в интегральной области гистограммы, %. несмятый образец смятый образец Низкая (темная) 0-95 0,3 1,2 Средняя 95-225 99,6 82,0 Высокая (светлая) 225-255 0,1 16,8

Таблица 2 Результаты исследования текстильных материалов на смятие Наименование текстильного материала Стандартный способ [1],
(коэффициент несминаемости, %) Разработанный способ (коэффициент сминаемости, %) по длине по ширине Хлопчатобумажное трикотажное полотно переплетением кулирная гладь 72 64 20 Чистольняное трикотажное полотно переплетением комбинированный репс 83 71 17,6 Трикотажное полотно изсинтетических нитей 92 85 7,5

Список используемых источников

1. Соловьев А.Н., Шахбазян В.В. Оценка несминаемости текстильных полотен при многократном неориентированном смятии цилиндрических образцов. / Изв. ВУЗов. Технология текстильной промышленности, 1976, №4. С 9-13.

2. Додонкин Ю.В., Кирюхин С.М. Ассортимент, свойства и оценка качества тканей. - М.: Легкая индустрия, 1979. - 240 с.

3. Способ определения сминаемости текстильных полотен [Текст]: пат. №2189588 от 20.09.2002, Рос. Федерация: 7 G01N 33/36 / Смирнова Н.А., Костюкова Ю.А., Корабельников А.Р.; заявитель и патентообладатель Костромской гос.технол. ун-т.

4. Кесвел Р. Текстильные волокна, пряжа и ткани. М.: Ростехиздат, 1960.

5. Способ определения сминаемости ворса тканей [Текст]: пат.№2032903 от 19.12.1990, Рос.Федерация: G01N 33/36/Пьеро Юлита (IT); заявитель и патентообладатель Фиат Ауто С.п.А. (IT).

6. ГОСТ 19204-84. Полотна текстильные и штучные изделия. Методы определения несминаемости. М.: Гос. ком по стандартам. - 5 с.

Изобретение относится к текстильному материаловедению. При осуществлении способа образец нагружают, разгружают и после отдыха определяют сминаемость, причем погружение выполняется после формирования неориентированных складок с последующей цифровой фотосъемкой несмятого и смятого образца, передачей изображения на экран ЭВМ в реальном времени и обработкой цифровых изображений путем выделения областей интегральной яркости и сопоставления интенсивности распределения яркости участков изображений по этим областям, а о степени сминаемости судят по коэффициенту, рассчитываемому по формуле:

$$\text{K}=\frac{{\text{S}}_{\text{o}}-{\text{S}}_{\text{k}}}{{\text{S}}_{\text{o}}}\ast \text{100}$$

где S₀ - величина спектра изображения несмятого образца в средней области гистограммы, %;

S_k - величина спектра изображения смятого образца в средней области гистограммы, %.

Достигается моделирование реального процесса смятия текстильных материалов в швейных изделиях, повышение достоверности результатов испытаний за счет использования более объективного критерия сминаемости. 1 пр., 2 табл., 3 ил.

Способ определения сминаемости текстильных полотен, по которому образец нагружают, разгружают и после отдыха определяют сминаемость, отличающийся тем, что погружение выполняется после формирования неориентированных складок с последующей цифровой фотосъемкой несмятого и смятого образца, передачей изображения на экран ЭВМ в реальном времени и обработкой цифровых изображений путем выделения областей интегральной яркости и сопоставления интенсивности распределения яркости участков изображений по этим областям, а о степени сминаемости судят по коэффициенту, рассчитываемому по формуле
$$\text{K}=\frac{{\text{S}}_{\text{0}}-{\text{S}}_{\text{k}}}{{\text{S}}_{\text{0}}}\cdot \text{100}\text{,}$$
где S₀ - величина спектра изображения несмятого образца в средней области гистограммы, %;
S_k - величина спектра изображения смятого образца в средней области гистограммы, %.