纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置及其方法
【专利摘要】本发明提供了一种纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置，其特征在于，包括箱体、压缩机构和位移机构，箱体内设有光源及摄像器，箱体的左侧壁上刻有第一标定板；箱体的前壁上刻有第三标定板；箱体的底壁上刻有第二标定板，纺织材料固定在第二标定板上；所述的压缩机构包括滑行杆、压力传感器、固接杆和半球，滑行杆一端连接位移机构并可由位移机构驱动上下移动，另一端固接有压力传感器；固接杆一端固接有半球，另一端固接压力传感器。本发明可实现在线测量纺织材料球形压缩过程中的表面形态，尤其是压缩机构的部件与纺织材料的接触区域的表面形态，有助于明晰间隔织物结构与压缩性能的关系。
【专利说明】纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种纺织材料在球形压缩时的表面形态与接触轮廓的在线测量装置及方法，尤其是应用了一定的光学原理和图像处理技术，得到了织物表面在球形压缩时球体与织物表面接触的三维形态的在线测量方法和装置。
【背景技术】
[0002]间隔织物作为纺织材料的一种，由于其特有上、下表面层和中间的间隔丝夹层组成的典型立体结构，具有良好的透湿气，而颇受医用床垫和坐垫产品的青睐。虽然间隔织物的应用愈来愈多，但间隔织物与人体间的相互作用的关键之一，就是压缩力学行为的分析，从而指导和改进间隔织物的结构设计，改善间隔织物产品应用。间隔织物与人体的压缩交互作用可抽象为一定曲率球形硬物与间隔织物的压缩行为，而间隔织物在球形压缩条件下与球的交互作用的研究鲜见报道，故解析间隔织物球形压缩条件下的表面形态与间隔织物结构的关系极为重要，尤其是常规方法下在线测量间隔织物球形压缩条件下的间隔织物与球体的接触区域的表面形态更为重要。因此有必要研制间隔织物球形压缩测试时的在线压缩轮廓曲线及其表面形态的测量装置和方法。
[0003]目前还未见有间隔织物球形压缩时的表面形态的在线测量装置和方法，尤其是间隔织物与球接触区域的表面形态测量装置和方法，目前国际无相关报道。本发明借鉴纺织领域中的不踪纱法(Morton W E and Yen K C, The arrangement of fibers in fibroyarns, J.Text.1nst., 1952,43:60-6 ；Riding G, Filament migration in single yams,J.Text.1nst.,1964,55:9-17 ；Grishanov S A, Harwood R J and Bradshaw M S, A modelof fibre migration in staple-fibre yarn, J.Text.1nst., 1999,90:298-321),解决空气环境下可见光波段难以看到的间隔织物与球体接触区域的接触表面，而开发一种用于间隔织物球形压缩时表面接触轮廓的在线测量装置和方法。在这一测试系统中，为了避免球形压头对测试效果的影响，混合一种折射率高于球形压头的液体和一种折射率低于球形压头的液体，使得混合液体的折射率与玻璃球的折射率相等，则玻璃球在混合液体中的形态消失，即可见光波段，人肉眼看不见玻璃球。采用这一原理，将间隔织物与数码相机浸没在与玻璃球等同折射率的溶液中，球形压头不会产生光学影响，因此采用数码相机即可拍摄间隔织物球形压缩条件下的表面三维形态，尤其是获得间隔织物与球接触区域的表面形态的测量。
[0004]但是目前还未见有用于间隔织物球形压缩条件下的表面形态的在线测量方法，影响间隔织物的结构与压缩性能的分析。故为指导间隔织物的结构设计，开发新的功能产品，也为了明晰间隔织物的结构与压缩性能的关系，需要对间隔织物球形压缩后的表面形态进行观测，实现实时、快速、客观的有效测量。
【发明内容】
[0005]本发明目的是在于提供一种纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置及其方法，可对纺织材料在压缩条件下的表面变形形态进行实时、快速、客观测量；还可用于较厚的纺织材料在压缩作用下的表面变形形态的测量，尤其是纺织材料与压缩配件在压缩接触区域的表面变形形态的测量。
[0006]为了达到上述目的，本发明提供了一种纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置，其特征在于，包括箱体、压缩机构和位移机构，箱体内设有光源及摄像器，箱体的左侧壁上刻有第一标定板；箱体的前壁上刻有第三标定板；箱体的底壁上刻有第二标定板，纺织材料固定在第二标定板上；所述的压缩机构包括滑行杆、压力传感器、固接杆和半球，滑行杆一端连接位移机构并可由位移机构驱动上下移动，另一端固接有压力传感器；固接杆一端固接有半球，另一端固接压力传感器。
[0007]优选地，所述的位移机构包括支架、步进电机、涡轮、齿轮和丝杆，步进电机固定在支架上，涡轮固定在步进电机上，涡轮可带动齿轮转动，齿轮固定在丝杆上，丝杆固定在支架上；所述的滑行杆的一端套接在丝杆上。
[0008]更优选地，所述的箱体固定在位移机构的支架上。
[0009]优选地，所述的箱体包括顶壁、左侧壁、右侧壁、前壁、后壁、底壁及L型门，所述的L型门嵌入顶壁及前壁中，并与顶壁铰链连接；所述的顶壁上开有圆孔，所述的固接杆设于圆孔中，并可在竖直方向无摩擦上、下移动。
[0010]更优选地，所述的箱体的顶壁、左侧壁、右侧壁、前壁、后壁、底壁及L型门的内壁颜色均为黑色，且表面粗糙，粗糙度的对数值范围为2-10，粗糙度的对数值的变异系数为15% -50%。
[0011]优选地，所述的半球和固接杆为压缩屈服强力高于2000N的透明玻璃，所述的透明玻璃的折射率为1.48-1.51。
[0012]优选地，所述的第一标定板包括一组纵向设置的平行直线，纵向设置的平行直线的相邻两条平行直线的间距为0.2mm-10mm，第一标定板的所有直线的颜色为白色，宽度相等，且小于0.1mm ;第一标定板的长度大于20cm,高度高于IOcm所述的第三标定板包括一组纵向设置的平行直线，纵向设置的平行直线的相邻两条平行直线的间距为0.第三标定板的所有直线的颜色为白色，宽度相等，且小于0.1mm ;第三标定板的长度大于20cm，高度高于IOcm ;所述的第二标定板包括一组纵向设置的平行直线和一组横向设置的平行直线，纵向设置的平行直线和横向设置的平行直线垂直交错，纵向设置以及横向设置的相邻两条平行直线的间距皆为0.2mm-10mm，第二标定板的所有直线的颜色为白色，宽度相等，且小于0.1mm ;第二标定板的长度和宽度均大于20cm。
[0013]优选地，所述的光源由第一光源、第二光源、第三光源和第四光源构成，所述的光源均固定在箱体的顶壁上。
[0014]优选地，所述的摄像器包括第一摄像器、第二摄像器和第三摄像器，所述的第一摄像器固定在箱体的顶壁上，所述的第二摄像器固定在箱体的右侧壁上，所述的第三摄像器固定在箱体的前壁上，所述的第一摄像器、第二摄像器和第三摄像器均可在液体中拍摄图像。
[0015]优选地，所述的纺织材料上标记标定阵列线，所述的标定阵列线包括一组纵向设置的平行直线和一组横向设置的平行直线，纵向设置的平行直线和横向设置的平行直线垂直交错，纵向设置以及横向设置的相邻两条平行直线的间距皆为Imm-1Omm ;标定阵列线的材料为柔性反光线材、镀银尼龙线或画笔刻画的颜色线，且标定阵列线所用材料在溶液中不会溶解。
[0016]优选地，所述的纺织材料为间隔织物、三维机织物、三维针织物、非织物或复合织物。
[0017]本发明在于还提供了一种纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量方法，其特征在于，采用上述的纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置，具体步骤包括:
[0018]第一步:在纺织材料表面做标定阵列线，将纺织材料放在箱体的底壁上刻有第二标定板的位置上；
[0019]第二步:配置好与压缩机构的半球和固接杆具有相等折射率的混合溶液，浸没纺织材料，并浸没摄像器；
[0020]第三步:打开光源，照射漫反射光至箱体内，启动位移机构带动滑行杆、压力传感器、固接杆和半球垂直向下移动，半球对纺织材料进行球形压缩；
[0021]第四步:摄像器分别摄取纺织材料的俯视图、左侧视和前视图，经过图像处理，获得纺织材料表面的标定阵列线的三维坐标，从而实现在线测量纺织材料球形压缩过程中的表面形态。
[0022]本发明的实施原理在于首先在纺织材料表面做标定阵列线，将纺织材料放置在箱体的标定板上，且箱体的底壁、左侧壁和前壁上均刻有标定板。然后将配置好的与压缩机构的半球和固接杆具有相等折射率的液体(如选择折射率为1.5的玻璃加工成半球和固接杆，选择折射率为1.6576的α -溴代萘和折射率为1.467的石蜡油配置成折射率为1.5的混合液体，即可实现半球和固接杆在混合液体中的隐形)浸没纺织材料和摄像器的第一摄像器、第二摄像器和第三摄像器。打开光源透射漫反射光至纺织材料上，启动位移机构驱动压缩机构压缩纺织材料，摄像器分别摄取纺织材料的俯视图、左侧斜视图和前方斜视图。假设箱体的前壁的水平方向为X方向、左侧壁的水平方向为y方向，前壁和左侧壁的相交线为z方向；则根据摄像器摄取的纺织材料的俯视图和箱体的底壁上的第二标定板，可获得纺织材料压缩条件下的标定阵列线的x、y坐标；则根据摄像器摄取的纺织材料的左侧斜视图和箱体的前壁上的第三标定板，可获得纺织材料压缩条件下的纺织材料上平行于y方向的标定阵列线的z坐标；同理，则根据摄像器摄取的纺织材料的前方斜视图和箱体的左侧壁上的第一标定板，可获得纺织材料压缩条件下的纺织材料上平行于X方向的标定阵列线的z坐标。因此，根据摄像器分别摄取纺织材料的俯视图、左侧斜视图和前方斜视图，以及箱体的底壁上的第二标定板、前壁上的第三标定板和左侧壁上的第一标定板，通过图像处理获得纺织材料表面的标定阵列线的三维坐标(X，1，z)，从而获得纺织材料球形压缩后的表面变形形态。本发明可实现间隔织物球形压缩后的表面形态的在线测量，有助于明晰间隔织物结构与压缩性能的关系。
[0023]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0024]1.本发明涉及的纺织材料压缩条件下表面形态测量，创新地实现了纺织材料压缩过程中的表面形态的在线测量装置和方法，解决了压缩过程中仅仅分析压缩力-位移曲线而忽略表面形态的测量技术问题，建立了科学的表征手段；
[0025]2.本发明尤其是首先解决了纺织材料压缩条件下纺织材料与压缩球体(或其他压缩物体)的接触区域的表面形态的观察问题，成功实施了可见光波段下的接触区域可实时观测的技术方法，实现了精细化、实时化的纺织材料的在压缩作用下的表面变形的形态分析，为研究织物表面变化与结构的关系提供了测试装置和方法；
[0026]3.整个装置结构精巧，可实现简易、便捷、快速的纺织材料，尤其是间隔织物的表面三维变形形态的测试。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置示意图
[0028]图2为压缩结构、箱体及箱体内设机构的示意图
[0029]图3为箱体内注入与半球和固接杆相等折射率液体后的示意图
[0030]图4为第一摄像器和第二标定板获取纺织材料表面标定阵列线的x、y坐标示意图
[0031]图5为第二摄像器和第三标定板获取纺织材料表面的平行y方向的标定阵列线的z坐标示意图
[0032]图6为第二摄像器和第三标定板获取纺织材料表面的平行y方向的标定阵列线上的任意点A的z坐标示意图
[0033]图7为第三摄像器和第一标定板获取纺织材料表面的平行X方向的标定阵列线的z坐标示意图
[0034]图8为间隔织物试样变形前、后的示意图
[0035]图9为箱体的左侧壁示意图
[0036]图10为箱体的底壁示意图
[0037]图11为箱体的前壁示意图
[0038]图12为顶壁与前壁、左侧壁的衔接示意图
[0039]图13为箱体的顶壁与L型门的示意图
[0040]图14为顶壁与前壁的衔接示意图
[0041]图15为箱体的右侧壁示意图
[0042]图16为箱体的后壁示意图
[0043]图17为间隔织物的左侧斜视示意图
[0044]图18为间隔织物的前方斜视示意图
[0045]图19为间隔织物的表面形态三维示意图
[0046]图中:
[0047]1-箱体、11-顶壁、111-圆孔、12-左侧壁、121-第一标定板、13-右侧壁、14-前壁、141-第二标定板、15-后壁、16-底壁、161-第二标定板、17-L型门，2-光源、21-第一光源、22-第二光源、23-第三光源、24-第四光源，3-摄像器、31-第一摄像器、32-第二摄像器、
33-第三摄像器，4-试样、41-标定阵列线，5-压缩机构、51-滑行杆、52-压力传感器、53-固接杆、54-半球，6-位移机构、61-支架、62-步进电机、63-涡轮、64-齿轮、65-丝杆。
【具体实施方式】
[0048]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，作详细说明如下。
[0049]实施例1针织间隔织物压缩表面形态的测量
[0050]如图1所示，为纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置示意图，所述的纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置，包括箱体1，如图12-16所示，所述的箱体I由顶壁11、左侧壁12、右侧壁13、前壁14、后壁15、底壁16及L型门17组成，所述的L型门17嵌入顶壁11及前壁14中，并与顶壁11铰链连接；所述的顶壁11上开有圆孔111，压缩机构5的固接杆53设于圆孔111中，圆孔111与压缩机构5的圆柱形的固接杆53的直径耦合，便于固接杆53无摩擦地沿着垂直方向上、下移动；所述的箱体I的顶壁11、左侧壁12、右侧壁13、前壁14、后壁15、底壁16及L型门17的内壁颜色均为黑色，且表面粗糙，粗糙度的对数值为5，粗糙度的对数值的变异系数为15%。箱体I内设有光源2及摄像器3，所述的光源2由第一光源21、第二光源22、第三光源23和第四光源24构成，所述的光源2均固定在箱体I的顶壁11上。所述的摄像器3包括第一摄像器31、第二摄像器32和第三摄像器33，所述的第一摄像器31固定在箱体I的顶壁11上，所述的第二摄像器32固定在箱体I的右侧壁13上，所述的第三摄像器32固定在箱体I的前壁14上，所述的第一摄像器31、第二摄像器32和第三摄像器33均可在液体中拍摄图像。如图9-11所示，箱体I的左侧壁12上刻有第一标定板121 ;箱体I的前壁14上刻有第三标定板141 ;箱体I的底壁16上刻有第二标定板161，纺织材料4固定在第二标定板161上；所述的第一标定板121包括一组纵向设置的平行直线，纵向设置的平行直线的相邻两条平行直线的间距为1_，第一标定板121的所有直线的颜色为白色，宽度相等，且小于0.1mm ;第一标定板121的长度大于20cm，高度高于IOcm ;所述的第三标定板141包括一组纵向设置的平行直线，纵向设置的平行直线的相邻两条平行直线的间距为1mm，第三标定板141的所有直线的颜色为白色，宽度相等，且小于0.1mm ;第三标定板141的长度大于20cm，高度高于IOcm ;所述的第二标定板161包括一组纵向设置的平行直线和一组横向设置的平行直线，纵向设置的平行直线和横向设置的平行直线垂直交错，纵向设置以及横向设置的相邻两条平行直线的间距皆为1_，第二标定板161的所有直线的颜色为白色，宽度相等，且小于0.1mm;第二标定板161的长度和宽度均大于20cm。所述的纺织材料4上标记标定阵列线41，所述的标定阵列线41包括一组纵向设置的平行直线和一组横向设置的平行直线，纵向设置的平行直线和横向设置的平行直线垂直交错，纵向设置以及横向设置的相邻两条平行直线的间距皆为1_。如图1-2所示，所述的纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置，还包括压缩机构5和位移机构6，所述的位移机构6包括支架61、步进电机62、涡轮63、齿轮64和丝杆65，步进电机62固定在支架61上，涡轮63固定在步进电机62上，涡轮63可带动齿轮64转动，齿轮64固定在丝杆65上,丝杆65固定在支架61上；所述的压缩机构5由滑行杆51、压力传感器52、固接杆53和半球54构成，滑行杆51 —端套接在丝杆65上，另一端固接有压力传感器52 ;固接杆53 —端固接有半球54，另一端固接压力传感器52 ;所述的固接杆53和半球54选择压缩屈服强力高于2000N和折射率为1.5的透明玻璃制备而成。
[0051]采用上述的纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置，实施在线测量纺织材料球形压缩表面形态的方法为:
[0052]第一步:在针织间隔织物表面做标定阵列线41，标定阵列线41的材料为柔性镀银尼龙线，通过粘结剂将镀银尼龙线粘结到间隔织物的表面；将针织间隔织物放在箱体I的底壁16上刻有第二标定板161的位置上；
[0053]第二步:选择折射率为1.657的α -溴代萘和折射率为1.467的石蜡油配置成折射率为1.5的混合液体，配置好与压缩机构5的半球54和固接杆53具有相等折射率的混合溶液注入箱体1，浸没针织间隔织物，并浸没第一摄像器31、第二摄像器32和第三摄像器33，如图3所示，半球54、位于液体里的固接杆53在可见光波段隐形；
[0054]第三步:打开光源2，照射漫反射光至箱体I内，启动位移机构6的步进电机62带动涡轮63转动齿轮64，驱动丝杆65转动；丝杆65带动滑行杆51、压力传感器52、固接杆53和半球54垂直向下移动，半球54对针织间隔织物进行球形压缩；
[0055]第四步:摄像器3分别摄取针织间隔织物的俯视图(如图4所示)、左侧视图(如图5所示)和前视图(如图7所示)。假设箱体I的前壁14的水平方向为X方向、左侧壁12的水平方向为y方向，前壁14和左侧壁12的相交线为z方向；则根据摄像器3摄取的针织间隔织物的俯视图和箱体I的底壁16上的第二标定板161，可获得纺织材料压缩条件下的标定阵列线的X、y坐标；则根据摄像器3摄取的针织间隔织物的左侧斜视图和箱体I的前壁14上的第三标定板141，可获得纺织材料压缩条件下的纺织材料上平行于y方向的标定阵列线的z坐标(如图6所示)，基于第二摄像器和第三标定板获取纺织材料表面的平行y方向的标定阵列线上的任意点A的z坐标。假定A点的X坐标与第三标定板141上的LI的标定竖线的X坐标相同，位于垂直于X轴的平面、并平行于LI的平行线OC由第二摄像器拍摄的图片的显示距离为0D，纺织材料表面的平行y方向的标定阵列线上的任意点A在第二摄像器拍摄的图片的显示距离为0B，则OA的距离为OA=OCXOB / 0D，即得A的z坐标；同理，则根据摄像器3摄取的针织间隔织物的前方斜视图和箱体I的左侧壁12上的第一标定板121，可获得纺织材料压缩条件下的纺织材料上平行于X方向的标定阵列线的z坐标。因此，根据摄像器3分别摄取针织间隔织物的俯视图、左侧视图(如图17所示)和前方斜视图(如图18所示)，以及箱体I的底壁16上的第二标定板161、前壁14上的第三标定板141和左侧壁12上的第一标定板121，通过图像处理获得针织间隔织物变形前后表面的标定阵列线(如图8所示)的三维坐标X，y, z，从而实现在线获得针织间隔织物球形压缩过程中的表面形态形态(如图19所示)。
[0056]实施例2机织间隔织物压缩表面形态的测量
[0057]如图1所示，为一种纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置示意图，所述的纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置，包括箱体1，如图12-16所示，所述的箱体I由顶壁11、左侧壁12、右侧壁13、前壁14、后壁15、底壁16及L型门17组成，所述的L型门17嵌入顶壁11及前壁14中，并与顶壁11铰链连接；所述的顶壁11上开有圆孔111，压缩机构5的固接杆53设于圆孔111中，圆孔111与压缩机构5的圆柱形的固接杆53的直径耦合，便于固接杆53无摩擦地沿着垂直方向上、下移动；所述的箱体I的顶壁11、左侧壁12、右侧壁13、前壁14、后壁15、底壁16及L型门17的内壁颜色均为黑色，且表面粗糙，粗糙度的对数值为10，粗糙度的对数值的变异系数为50%。箱体I内设有光源2及摄像器3，所述的光源2由第一光源21、第二光源22、第三光源23和第四光源24构成，所述的光源2均固定在箱体I的顶壁11上。所述的摄像器3包括第一摄像器31、第二摄像器32和第三摄像器33，所述的第一摄像器31固定在箱体I的顶壁11上，所述的第二摄像器32固定在箱体I的右侧壁13上，所述的第三摄像器32固定在箱体I的前壁14上，所述的第一摄像器31、第二摄像器32和第三摄像器33均可在液体中拍摄图像。如图9-11所示，箱体I的左侧壁12上刻有第一标定板121 ;箱体I的前壁14上刻有第三标定板141 ;箱体I的底壁16上刻有第二标定板161，纺织材料4固定在第二标定板161上；所述的第一标定板121包括一组纵向设置的平行直线，纵向设置的平行直线的相邻两条平行直线的间距为5_，第一标定板121的所有直线的颜色为白色，宽度相等，且小于0.1mm ;第一标定板121的长度大于20cm，高度高于IOcm ;所述的第三标定板141包括一组纵向设置的平行直线，纵向设置的平行直线的相邻两条平行直线的间距为5mm，第三标定板141的所有直线的颜色为白色，宽度相等，且小于0.1mm ;第三标定板141的长度大于20cm，高度高于IOcm ;所述的第二标定板161包括一组纵向设置的平行直线和一组横向设置的平行直线，纵向设置的平行直线和横向设置的平行直线垂直交错，纵向设置以及横向设置的相邻两条平行直线的间距皆为2mm，第二标定板161的所有直线的颜色为白色，宽度相等，且小于0.1mm ;第二标定板161的长度和宽度均大于20cm。所述的纺织材料4上标记标定阵列线41，所述的标定阵列线41包括一组纵向设置的平行直线和一组横向设置的平行直线，纵向设置的平行直线和横向设置的平行直线垂直交错，纵向设置以及横向设置的相邻两条平行直线的间距皆为4_。如图1-2所示，所述的纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置，还包括压缩机构5和位移机构6，所述的位移机构6包括支架61、步进电机62、涡轮63、齿轮64和丝杆65，步进电机62固定在支架61上，涡轮63固定在步进电机62上，涡轮63可带动齿轮64转动，齿轮64固定在丝杆65上,丝杆65固定在支架61上；所述的压缩机构5由滑行杆51、压力传感器52、固接杆53和半球54构成，滑行杆51 —端套接在丝杆65上，另一端固接有压力传感器52 ;固接杆53 —端固接有半球54,另一端固接压力传感器52 ;所述的固接杆53和一定半径的半球54选择压缩屈服强力高于2000N和折射率为1.5的透明玻璃制备而成。
[0058]采用上述的纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置，实施在线测量纺织材料球形压缩表面形态的方法为:
[0059]第一步:在机织间隔织物表面做标定阵列线41，标定阵列线41为画笔刻画的颜色线；将机织间隔织物放在箱体I的底壁16上刻有第二标定板161的位置上；第二步:选择折射率为1.657的α —溴代萘和折射率为1.467的石蜡油配置成折射率为1.5的混合液体，配置好与压缩机构5的半球54和固接杆53具有相等折射率的混合溶液注入箱体1，浸没机织间隔织物，并浸没第一摄像器31、第二摄像器32和第三摄像器33，如图3所示，半球54、位于液体里的固接杆53在可见光波段隐形；第三步:打开光源2，照射漫反射光至箱体I内，启动位移机构6的步进电机62带动涡轮63转动齿轮64，驱动丝杆65转动；丝杆65带动滑行杆51、压力传感器52固接杆53和半球54垂直向下移动，半球54对机织间隔织物进行球形压缩；第四步:摄像器3分别摄取机织间隔织物的俯视图(如图4所示)、左侧视图(如图5所示)和前视图(如图7所示)。假设箱体I的前壁14的水平方向为X方向、左侧壁12的水平方向为y方向，前壁14和左侧壁12的相交线为z方向；则根据摄像器3摄取的机织间隔织物的俯视图和箱体I的底壁16上的第二标定板161，可获得纺织材料压缩条件下的标定阵列线的X、y坐标；则根据摄像器3摄取的机织间隔织物的左侧斜视图和箱体I的前壁14上的第三标定板141，可获得纺织材料压缩条件下的纺织材料上平行于y方向的标定阵列线的z坐标(如图6所示)，基于第二摄像器和第三标定板获取纺织材料表面的平行y方向的标定阵列线上的任意点A的z坐标。假定A点的X坐标与第三标定板141上的LI的标定竖线的X坐标相同，位于垂直于X轴的平面、并平行于LI的平行线OC由第二摄像器拍摄的图片的显示距离为0D，纺织材料表面的平行y方向的标定阵列线上的任意点A在第二摄像器拍摄的图片的显示距离为0B，则OA的距离为OA = OCXOB / 0D,即得A的z坐标；同理，则根据摄像器3摄取的机织间隔织物的前方斜视图和箱体I的左侧壁12上的第一标定板121，可获得纺织材料压缩条件下的纺织材料上平行于X方向的标定阵列线的z坐标。因此，根据摄像器3分别摄取机织间隔织物的俯视图、左侧斜视图和前方斜视图，以及箱体I的底壁16上的第二标定板161、前壁14上的第三标定板141和左侧壁12上的第一标定板121，通过图像处理获得机织间隔织物变形前后表面的标定阵列线(如图8所示)的三维坐标X，y, z，从而实现在线获得机织间隔织物球形压缩过程中的表面形态形态。
[0060]实施例3涤纶丝间隔织物压缩表面形态的测量
[0061]如图1所示，为一种纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置示意图，所述的纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置，包括箱体1，如图12-16所示，所述的箱体I由顶壁11、左侧壁12、右侧壁13、前壁14、后壁15、底壁16及L型门17组成，所述的L型门17嵌入顶壁11及前壁14中，并与顶壁11铰链连接；所述的顶壁11上开有圆孔111，压缩机构5的固接杆53设于圆孔111中，圆孔111与压缩机构5的圆柱形的固接杆53的直径耦合，便于固接杆53无摩擦地沿着垂直方向上、下移动；所述的箱体I的顶壁11、左侧壁12、右侧壁13、前壁14、后壁15、底壁16及L型门17的内壁颜色均为黑色，且表面粗糙，粗糙度的对数值为8，粗糙度的对数值的变异系数为30%。箱体I内设有光源2及摄像器3，所述的光源2由第一光源21、第二光源22、第三光源23和第四光源24构成，所述的光源2均固定在箱体I的顶壁11上。所述的摄像器3包括第一摄像器31、第二摄像器32和第三摄像器33，所述的第一摄像器31固定在箱体I的顶壁11上，所述的第二摄像器32固定在箱体I的右侧壁13上，所述的第三摄像器32固定在箱体I的前壁14上，所述的第一摄像器31、第二摄像器32和第三摄像器33均可在液体中拍摄图像。如图9-11所示，箱体I的左侧壁12上刻有第一标定板121 ;箱体I的前壁14上刻有第三标定板141 ;箱体I的底壁16上刻有第二标定板161，纺织材料4固定在第二标定板161上；所述的第一标定板121包括一组纵向设置的平行直线，纵向设置的平行直线的相邻两条平行直线的间距为6_，第一标定板121的所有直线的颜色为白色，宽度相等，且小于0.1mm ;第一标定板121的长度大于20cm，高度高于IOcm ;所述的第三标定板141包括一组纵向设置的平行直线，纵向设置的平行直线的相邻两条平行直线的间距为6mm，第三标定板141的所有直线的颜色为白色，宽度相等，且小于0.1mm ;第三标定板141的长度大于20cm，高度高于IOcm ;所述的第二标定板161包括一组纵向设置的平行直线和一组横向设置的平行直线，纵向设置的平行直线和横向设置的平行直线垂直交错，纵向设置以及横向设置的相邻两条平行直线的间距皆为2mm，第二标定板161的所有直线的颜色为白色，宽度相等，且小于0.1mm ;第二标定板161的长度和宽度均大于20cm。所述的纺织材料4上标记标定阵列线41，所述的标定阵列线41包括一组纵向设置的平行直线和一组横向设置的平行直线，纵向设置的平行直线和横向设置的平行直线垂直交错，纵向设置以及横向设置的相邻两条平行直线的间距皆为4_。如图1-2所示，所述的纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置，还包括压缩机构5和位移机构6，所述的位移机构6包括支架61、步进电机62、涡轮63、齿轮64和丝杆65，步进电机62固定在支架61上，涡轮63固定在步进电机62上，涡轮63可带动齿轮64转动，齿轮64固定在丝杆65上,丝杆65固定在支架61上；所述的压缩机构5由滑行杆51、压力传感器52、固接杆53和半球54构成，滑行杆51 —端套接在丝杆65上，另一端固接有压力传感器52 ;固接杆53 —端固接有半球54,另一端固接压力传感器52 ;所述的固接杆53和一定半径的半球54选择压缩屈服强力高于2000N和折射率为1.5的透明玻璃制备而成。
[0062]采用上述的纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置，实施在线测量纺织材料球形压缩表面形态的方法为:
[0063]第一步:在涤纶丝间隔织物表面做标定阵列线41，标定阵列线41的材料为柔性镀银尼龙线，将镀银尼龙线按照间隔织物表面的交织结构植入间隔织物的表面；将涤纶丝间隔织物放在箱体I的底壁16上刻有第二标定板161的位置上；第二步:选择折射率为1.657的α -溴代萘和折射率为1.467的石蜡油配置成折射率为1.5的混合液体，配置好与压缩机构5的半球54和固接杆53具有相等折射率的混合溶液注入箱体1，浸没涤纶丝间隔织物，并浸没第一摄像器31、第二摄像器32和第三摄像器33，如图3所示，半球54、位于液体里的固接杆53在可见光波段隐形；第三步:打开光源2，照射漫反射光至箱体I内，启动位移机构6的步进电机62带动涡轮63转动齿轮64，驱动丝杆65转动；丝杆65带动滑行杆51、压力传感器52固接杆53和半球54垂直向下移动，半球54对涤纶丝间隔织物进行球形压缩；第四步:摄像器3分别摄取涤纶丝间隔织物的俯视图(如图4所示)、左侧视图(如图5所示)和前视图(如图7所示)。假设箱体I的前壁14的水平方向为X方向、左侧壁12的水平方向为y方向，前壁14和左侧壁12的相交线为z方向；则根据摄像器3摄取的涤纶丝间隔织物的俯视图和箱体I的底壁16上的第二标定板161，可获得纺织材料压缩条件下的标定阵列线的X、y坐标；则根据摄像器3摄取的涤纶丝间隔织物的左侧斜视图和箱体I的前壁14上的第三标定板141，可获得纺织材料压缩条件下的纺织材料上平行于y方向的标定阵列线的z坐标(如图6所示)，基于第二摄像器和第三标定板获取纺织材料表面的平行I方向的标定阵列线上的任意点A的z坐标。假定A点的X坐标与第三标定板141上的LI的标定竖线的X坐标相同，位于垂直于X轴的平面、并平行于LI的平行线OC由第二摄像器拍摄的图片的显示距离为0D，纺织材料表面的平行y方向的标定阵列线上的任意点A在第二摄像器拍摄的图片的显示距离为0B，则OA的距离为OA=OCXOB / 0D，即得A的z坐标；同理，则根据摄像器3摄取的涤纶丝间隔织物的前方斜视图和箱体I的左侧壁12上的第一标定板121，可获得纺织材料压缩条件下的纺织材料上平行于X方向的标定阵列线的z坐标。因此，根据摄像器3分别摄取涤纶丝间隔织物的俯视图、左侧斜视图和前方斜视图，以及箱体I的底壁16上的第二标定板161、前壁14上的第三标定板141和左侧壁12上的第一标定板121，通过图像处理获得涤纶丝间隔织物变形前后表面的标定阵列线(如图8所示)的三维坐标X，y, z，从而实现在线获得涤纶丝间隔织物球形压缩过程中的表面形态形态。
[0064]实施例4玻璃纤维纱机织间隔织物压缩表面形态的测量
[0065]如图1所示，为一种纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置示意图，所述的纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置，包括箱体1，如图12-16所示，所述的箱体I由顶壁11、左侧壁12、右侧壁13、前壁14、后壁15、底壁16及L型门17组成，所述的L型门17嵌入顶壁11及前壁14中，并与顶壁11铰链连接；所述的顶壁11上开有圆孔111，压缩机构5的固接杆53设于圆孔111中，圆孔111与压缩机构5的圆柱形的固接杆53的直径耦合，便于固接杆53无摩擦地沿着垂直方向上、下移动；所述的箱体I的顶壁11、左侧壁12、右侧壁13、前壁14、后壁15、底壁16及L型门17的内壁颜色均为黑色，且表面粗糙，粗糙度的对数值为5，粗糙度的对数值的变异系数为25%。箱体I内设有光源2及摄像器3，所述的光源2由第一光源21、第二光源22、第三光源23和第四光源24构成，所述的光源2均固定在箱体I的顶壁11上。所述的摄像器3包括第一摄像器31、第二摄像器32和第三摄像器33，所述的第一摄像器31固定在箱体I的顶壁11上，所述的第二摄像器32固定在箱体I的右侧壁13上，所述的第三摄像器32固定在箱体I的前壁14上，所述的第一摄像器31、第二摄像器32和第三摄像器33均可在液体中拍摄图像。如图9-11所示，箱体I的左侧壁12上刻有第一标定板121 ;箱体I的前壁14上刻有第三标定板141 ;箱体I的底壁16上刻有第二标定板161，纺织材料4固定在第二标定板161上；所述的第一标定板121包括一组纵向设置的平行直线，纵向设置的平行直线的相邻两条平行直线的间距为10mm，第一标定板121的所有直线的颜色为白色，宽度相等，且小于0.1mm ;第一标定板121的长度大于20cm，高度高于IOcm所述的第三标定板141包括一组纵向设置的平行直线，纵向设置的平行直线的相邻两条平行直线的间距为10mm，第三标定板141的所有直线的颜色为白色，宽度相等，且小于0.1mm ;第三标定板141的长度大于20cm，高度高于IOcm ;所述的第二标定板161包括一组纵向设置的平行直线和一组横向设置的平行直线，纵向设置的平行直线和横向设置的平行直线垂直交错，纵向设置以及横向设置的相邻两条平行直线的间距皆为2mm,第二标定板161的所有直线的颜色为白色,宽度相等,且小于0.1mm ;第二标定板161的长度和宽度均大于20cm。所述的纺织材料4上标记标定阵列线41，所述的标定阵列线41包括一组纵向设置的平行直线和一组横向设置的平行直线，纵向设置的平行直线和横向设置的平行直线垂直交错，纵向设置以及横向设置的相邻两条平行直线的间距皆为6_。如图1-2所示，所述的纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置，还包括压缩机构5和位移机构6，所述的位移机构6包括支架61、步进电机62、涡轮63、齿轮64和丝杆65，步进电机62固定在支架61上，涡轮63固定在步进电机62上，涡轮63可带动齿轮64转动，齿轮64固定在丝杆65上,丝杆65固定在支架61上；所述的压缩机构5由滑行杆51、压力传感器52、固接杆53和半球54构成，滑行杆51 —端套接在丝杆65上，另一端固接有压力传感器52 ;固接杆53 —端固接有半球54,另一端固接压力传感器52 ;所述的固接杆53和一定半径的半球54选择压缩屈服强力高于2000N和折射率为1.5的透明玻璃制备而成。
[0066]采用上述的纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置，实施在线测量纺织材料球形压缩表面形态的方法为:
[0067]第一步:在玻璃纤维纱机织间隔织物表面做标定阵列线41，标定阵列线41的材料为柔性镀银尼龙线，将镀银尼龙线按照机织间隔织物表面的交织结构植入机织间隔织物的表面；将玻璃纤维纱机织间隔织物放在箱体I的底壁16上刻有第二标定板161的位置上；第二步:选择折射率为1.657的α -溴代萘和折射率为1.467的石蜡油配置成折射率为1.5的混合液体，配置好与压缩机构5的半球54和固接杆53具有相等折射率的混合溶液注入箱体1，浸没玻璃纤维纱机织间隔织物，并浸没第一摄像器31、第二摄像器32和第三摄像器33，如图3所示，半球54、位于液体里的固接杆53在可见光波段隐形；第三步:打开光源2，照射漫反射光至箱体I内，启动位移机构6的步进电机62带动涡轮63转动齿轮64，驱动丝杆65转动；丝杆65带动滑行杆51、压力传感器52固接杆53和半球54垂直向下移动，半球54对玻璃纤维纱机织间隔织物进行球形压缩；第四步:摄像器3分别摄取玻璃纤维纱机织间隔织物的俯视图(如图4所示)、左侧视图(如图5所示)和前视图(如图7所示)。假设箱体I的前壁14的水平方向为X方向、左侧壁12的水平方向为y方向，前壁14和左侧壁12的相交线为z方向；则根据摄像器3摄取的玻璃纤维纱机织间隔织物的俯视图和箱体I的底壁16上的第二标定板161，可获得纺织材料压缩条件下的标定阵列线的x、y坐标；则根据摄像器3摄取的玻璃纤维纱机织间隔织物的左侧斜视图和箱体I的前壁14上的第三标定板141，可获得纺织材料压缩条件下的纺织材料上平行于y方向的标定阵列线的z坐标(如图6所示)，基于第二摄像器和第三标定板获取纺织材料表面的平行I方向的标定阵列线上的任意点A的z坐标。假定A点的X坐标与第三标定板141上的LI的标定竖线的X坐标相同，位于垂直于X轴的平面、并平行于LI的平行线OC由第二摄像器拍摄的图片的显示距离为0D，纺织材料表面的平行y方向的标定阵列线上的任意点A在第二摄像器拍摄的图片的显示距离为0B，则OA的距离为OA=OCXOB / 0D，即得A的z坐标；同理，则根据摄像器3摄取的玻璃纤维纱机织间隔织物的前方斜视图和箱体I的左侧壁12上的第一标定板121，可获得纺织材料压缩条件下的纺织材料上平行于X方向的标定阵列线的z坐标。因此，根据摄像器3分别摄取玻璃纤维纱机织间隔织物的俯视图、左侧斜视图和前方斜视图，以及箱体I的底壁16上的第二标定板161、前壁14上的第三标定板141和左侧壁12上的第一标定板121，通过图像处理获得玻璃纤维纱机织间隔织物变形前后表面的标定阵列线(如图8所示)的三维坐标X，y, z，从而实现在线获得玻璃纤维纱机织间隔织物球形压缩过程中的表面形态形态。
【权利要求】
1.一种纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置，其特征在于，包括箱体(1)、压缩机构(5)和位移机构(6)，箱体⑴内设有光源(2)及摄像器(3)，箱体⑴的左侧壁(12)上刻有第一标定板(121);箱体⑴的前壁(14)上刻有第三标定板(141);箱体⑴的底壁(16)上刻有第二标定板(161)，纺织材料(4)固定在第二标定板(161)上；所述的压缩机构(5)包括滑行杆(51)、压力传感器(52)、固接杆(53)和半球(54)，滑行杆(51) —端连接位移机构(6)并可由位移机构(6)驱动上下移动，另一端固接有压力传感器(52);固接杆(53) —端固接有半球(54)，另一端固接压力传感器(52)。
2.如权利要求1所述的纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置，其特征在于，所述的位移机构(6)包括支架(61)、步进电机(62)、涡轮(63)、齿轮(64)和丝杆(65)，步进电机(62)固定在支架(61)上，涡轮(63)固定在步进电机(62)上，涡轮(63)可带动齿轮(64)转动，齿轮(64)固定在丝杆(65)上，丝杆(65)固定在支架(61)上；所述的滑行杆(51)的一端套接在丝杆(65)上。
3.如 权利要求1所述的纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置，其特征在于，所述的箱体(1)包括顶壁(11)、左侧壁(12)、右侧壁(13)、前壁(14)、后壁(15)、底壁(16)及L型门(17)，所述的L型门(17)嵌入顶壁(11)及前壁(14)中，并与顶壁(11)铰链连接；所述的顶壁(11)上开有圆孔(111)，所述的固接杆(53)设于圆孔(111)中，并可在竖直方向无摩擦上、下移动。
4.如权利要求3所述的纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置，其特征在于，所述的箱体(1)的顶壁(11)、左侧壁(12)、右侧壁(13)、前壁(14)、后壁(15)、底壁(16)及L型门(17)的内壁颜色均为黑色，且表面粗糙，粗糙度的对数值范围为2-10，粗糙度的对数值的变异系数为15% -50%。
5.如权利要求1所述的纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置，其特征在于，所述的半球(54)和固接杆(53)为压缩屈服强力高于2000N的透明玻璃，所述的透明玻璃的折射率为1.48-1.51。
6.如权利要求1所述的纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置，其特征在于，所述的第一标定板(121)包括一组纵向设置的平行直线，纵向设置的平行直线的相邻两条平行直线的间距为0.2mm-10mm，第一标定板(121)的所有直线的颜色为白色，宽度相等，且小于0.1mm ;第一标定板(121)的长度大于20cm，高度高于IOcm ;所述的第三标定板(141)包括一组纵向设置的平行直线，纵向设置的平行直线的相邻两条平行直线的间距为0.第三标定板(141)的所有直线的颜色为白色，宽度相等，且小于0.1mm ;第三标定板(141)的长度大于20cm，高度高于IOcm;所述的第二标定板(161)包括一组纵向设置的平行直线和一组横向设置的平行直线，纵向设置的平行直线和横向设置的平行直线垂直交错，纵向设置以及横向设置的相邻两条平行直线的间距皆为0.2mm-10mm，第二标定板(161)的所有直线的颜色为白色，宽度相等，且小于0.1mm;第二标定板(161)的长度和宽度均大于20cm。
7.如权利要求1所述的纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置，其特征在于，所述的光源(2)由第一光源(21)、第二光源(22)、第三光源(23)和第四光源(24)构成，所述的光源⑵均固定在箱体(1)的顶壁(11)上。
8.如权利要求1所述的纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置，其特征在于，所述的摄像器(3)包括第一摄像器(31)、第二摄像器(32)和第三摄像器(33)，所述的第一摄像器(31)固定在箱体(1)的顶壁(11)上，所述的第二摄像器(32)固定在箱体(1)的右侧壁(13)上，所述的第三摄像器(32)固定在箱体(1)的前壁(14)上，所述的第一摄像器(31)、第二摄像器(32)和第三摄像器(33)均可在液体中拍摄图像。
9.如权利要求1所述的纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置，其特征在于，所述的纺织材料(4)上标记标定阵列线(41)，所述的标定阵列线(41)包括一组纵向设置的平行直线和一组横向设置的平行直线，纵向设置的平行直线和横向设置的平行直线垂直交错，纵向设置以及横向设置的相邻两条平行直线的间距皆为1mm-1Omm ;标定阵列线(41)的材料为柔性反光线材、镀银尼龙线或画笔刻画的颜色线，且标定阵列线所用材料在溶液中不会溶解。
10.一种纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量方法，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述的纺织材料球形压缩的表面形态的在线测量装置，具体步骤包括: 第一步:在纺织材料(4)表面做标定阵列线(41)，将纺织材料(4)放在箱体(1)的底壁(16)上刻有第二标定板(161)的位置上； 第二步:配置好与压缩机构(5)的半球(54)和固接杆(53)具有相等折射率的混合溶液，浸没纺织材料(4)，并浸没摄像器(3)； 第三步:打开光源(2)，照射漫反射光至箱体(1)内，启动位移机构(6)带动滑行杆(51)、压力传感器(52)固接杆(53)和半球(54)垂直向下移动，半球(54)对纺织材料(4)进行球形压缩； 第四步:摄像器⑶分别摄取纺织材料⑷的俯视图、左侧视和前视图，经过图像处理，获得纺织材料(4)表面的标定阵列线(41)的三维坐标，从而实现在线测量纺织材料(4)球形压缩过程中的表面形态。
【文档编号】G01B11/30GK103727893SQ201410001932
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月2日 优先权日:2014年1月2日
【发明者】杜赵群, 吴韵眉, 刘鹏飞, 卢冠一, 唐宠佳 申请人:东华大学