反射式纺织材料球形压缩表面形态的在线测量装置与方法
【专利摘要】本发明提供了一种反射式纺织材料球形压缩表面形态的在线测量装置，包括箱体，其特征在于，还包括压缩机构和位移机构，箱体内设有光源及形态摄取机构，箱体的左侧壁上刻有第一标定板；箱体的后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，滑行杆的一端连接位移机构并可由位移机构驱动上下移动，滑行杆的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。本发明可实现纺织材料球形压缩过程中的表面形态的在线测量，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】反射式纺织材料球形压缩表面形态的在线测量装置与方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种反射式纺织材料球形压缩表面形态的在线测量装置与方法，尤其是应用了一定的光学原理和图像处理技术，通过一次拍摄可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]作为座垫用的间隔织物由于具有良好的透气性而在汽车座垫、护膝、文胸和医用床垫等领域得到青睐，而间隔织物与人体间的相互压缩作用是其中最为关键的，压力过大将造成人体的压迫感和不舒适。因此，为了开发压迫舒适性合理的座垫间隔织物，须研究间隔织物压缩过程中的压缩力学行为，从而指导和改进间隔织物的结构设计，提升间隔织物的生理性能。而研究压缩力学行为的关键是获取间隔织物压缩过程中的表面形态，尤其是间隔织物与人体接触区域的表面形态；由于目前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。因此有必要研制间隔织物球形压缩测试时的压缩轮廓曲线及其表面形态的在线测量装置和方法。
[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 yarns,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改进，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反射式纺织材料球形压缩表面形态的在线测量装置与方法，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的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压缩接触区域的表面形态的测量。
[0006]为了达到上述目的，本发明提供了一种反射式纺织材料球形压缩表面形态的在线测量装置，包括箱体，其特征在于，还包括压缩机构和位移机构，箱体内设有光源及形态摄取机构，所述的形态摄取机构包括摄像器、第一反射抛光镜和第二反射抛光镜，所述的摄像器固定在箱体的顶壁上，所述的第一反射抛光镜固定在箱体的前壁上，所述的第二反射抛光镜固定在箱体的底壁上，箱体的左侧壁上刻有第一标定板；箱体的后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，滑行杆的一端连接位移机构并可由位移机构驱动上下移动，滑行杆的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形门，所述的L形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。
[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形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，所述的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，所述的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，所述的光源包括第一光源、第二光源、第三光源和第四光源，所述的光源均固定在箱体的顶壁上。
[0014]优选地，所述的第一反射抛光镜的表面与后壁上的第三标定板上的所有标定线成相等的角度；所述的第二反射抛光镜的表面与左侧壁上的第一标定板上的所有标定线成相等的角度；所述的摄像器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，所述的颜色线不溶于溶液。
[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]本发明提供了一种反射式纺织材料球形压缩表面形态的在线测量方法，其特征在于，采用上述的反射式纺织材料球形压缩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，用所述的混合溶液浸没纺织材料，并浸没摄像器、第一反射抛光镜和第二反射抛光镜；
[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:摄像器一次性摄取纺织材料的俯视图、经第一反射抛光镜的成像视图和第二反射抛光镜的成像视图，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，从而实现一次拍摄可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、左侧壁和后壁上均刻有标定板。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)浸没纺织材料和形态摄取机构的摄像器、第一反射抛光镜和第二反射抛光镜。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，形态摄取机构同时摄取纺织材料的俯视图、经第一反射抛光镜的成像视图和第二反射抛光镜的成像视图。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；则根据形态摄取机构中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；则根据形态摄取机构中摄像器摄取的纺织材料经第一反射抛光镜的反射成像视图和箱体的后壁上的第三标定板，可获得纺织材料压缩条件下的纺织材料上平行于X方向的标定阵列线的z坐标，为了更优获取经第一反射抛光镜的反射成像视图，可调整第一反射抛光镜与底壁水平面所成的角度，获得较佳的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；同理，则根据形态摄取机构中摄像器摄取的纺织材料经第二反射抛光镜的成像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y方向的标定阵列线的z坐标，为了更优获取经第二反射抛光镜的反射成像视图，可调整第二反射抛光镜与底壁水平面所成的角度，获得较佳的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。因此，根据形态摄取机构同时摄取纺织材料的俯视图、经第一反射抛光镜的成像视图和第二反射抛光镜的成像视图，以及箱体的底壁上的第二标定板、后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U，y, z)，从而获得纺织材料球形压缩后的表面形态。本发明可实现球形压缩后的表面形态的在线测量，有助于明晰纺织材料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.本发明通过一次拍摄，借助光学成像原理，即可获得间隔织物压缩过程中的表面形变形态；
[0027]4.整个装置结构精巧，可实现简易、便捷、快速的纺织材料的表面三维变形形态的测试。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为反射式纺织材料球形压缩表面形态的在线测量装置示意图
[0029]图2为压缩结构、箱体及箱体内设机构的示意图
[0030]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
[0031]图4为摄像器中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
[0032]图5为第一反射抛光镜和第三标定板在摄像器中呈像，即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
[0033]图6为第一反射抛光镜和第三标定板在摄像器中呈像，即纺织材料表面的平行X方向的标定阵列线上的任意点A的z坐标示意图
[0034]图7为第二反射抛光镜和第一标定板在摄像器中呈像，即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
[0035]图8为间隔织物试样变形前、后的示意图
[0036]图9为箱体的左侧壁示意图
[0037]图10为箱体的底壁示意图
[0038]图11为箱体的前壁示意图
[0039]图12为顶壁与前壁、左侧壁的衔接示意图
[0040]图13为箱体的顶壁与L形门的示意图
[0041]图14为顶壁与前壁的衔接示意图
[0042]图15为箱体的右侧壁示意图
[0043]图16为箱体的后壁示意图
[0044]图17为间隔织物的左侧斜视示意图
[0045]图18为间隔织物的前方斜视示意图
[0046]图19为间隔织物的表面形态三维示意图
[0047]图中:
[0048]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、
15-后壁、151-第二标定板、16-底壁、161-第二标定板、17-L形门，2-光源、21-第一光源、22-第二光源、23-第三光源、24-第四光源，3-形态摄取机构、31-摄像器、32-第一反射抛光镜、33-第二反射抛光镜,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】
[0049]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。
[0050]实施例1纺织材料球形压缩表面形态的测量
[0051]如图1所示，为一种反射式纺织材料球形压缩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形门17组成，所述的L形门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，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形门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及形态摄取机构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。所述的形态摄取机构3包括摄像器31、第一反射抛光镜32和第二反射抛光镜33，所述的摄像器31固定在箱体I的顶壁11上，所述的第一反射抛光镜32固定在箱体I的前壁14上，所述的第二反射抛光镜33固定在箱体I的底壁16上，所述的摄像器31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的后壁15上刻有第三标定板151 ;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1mm，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151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151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151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1mm，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1mm。如图1-2所示，所述的反射式纺织材料球形压缩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、润轮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的透明玻璃制成。
[0052]采用上述的反射式纺织材料球形压缩表面形态的在线测量装置，实施反射式纺织材料球形压缩表面形态的在线测量方法为:
[0053]第一步:在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；
[0054]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，浸没间隔织物，并浸没摄像器31、第一反射抛光镜32和第二反射抛光镜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；
[0055]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对间隔织物进行球形压缩；
[0056]第四步:形态摄取机构3同时摄取间隔织物的俯视图(如图4所示)、经第一反射抛光镜32的成像视图(如图5所示)和第二反射抛光镜33的成像视图(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；则根据形态摄取机构3中摄像器31摄取的间隔织物的俯视图和箱体I的底壁16上的第二标定板161，可获得间隔织物压缩条件下的标定阵列线的X、y坐标；则根据形态摄取机构3中摄像器31摄取的间隔织物经第一反射抛光镜32的成像视图和箱体I的后壁15上的第三标定板151，可获得间隔织物压缩条件下的间隔织物上平行于X方向的标定阵列线的z坐标，基于第一反射抛光镜32和第三标定板151获取间隔织物表面的平行X方向的标定阵列线上的任意点A的z坐标(如图6所示)。假定A点的X坐标与平行第三标定板151上的标定竖线LI的X坐标相同，位于垂直于X轴的平面、取LI上的线段OC的长度为1，间隔织物表面的平行X方向的标定阵列线上的任意点A，过A点做OC的等长度平行线ED，D点与O点的z坐标相等，假定间隔织物表面的平行X方向的标定阵列线上的任意点A在第一反射抛光镜成像视图与线段OC上的B点重合0B，则DA的距离为DA= OB = 1X0B/0C,即得A的z坐标；同理，则形态摄取机构3中摄像器31摄取的间隔织物经第二反射抛光镜33的成像视图和箱体I的左侧壁12上的第一标定板121，可获得间隔织物压缩条件下的间隔织物上平行于I方向的标定阵列线的z坐标。因此，根据形态摄取机构3中摄像器31同时摄取间隔织物的俯视图、经第一反射抛光镜32的成像视图如图17所示和第二反射抛光镜33的成像视图如图18所示，以及箱体I的底壁16上的第二标定板161、后壁15上的第三标定板151和左侧壁12上的第一标定板121，通过图像处理获得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，从而实现在线获得间隔织物球形压缩过程中的表面形态(如图19所示)。
[0057]实施例2机织间隔织物压缩表面形态的测量[0058]如图1所示，为一种反射式纺织材料球形压缩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形门17组成，所述的L形门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，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形门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及形态摄取机构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。所述的形态摄取机构3包括摄像器31、第一反射抛光镜32和第二反射抛光镜33，所述的摄像器31固定在箱体I的顶壁11上，所述的第一反射抛光镜32固定在箱体I的前壁14上，所述的第二反射抛光镜33固定在箱体I的底壁16上，所述的摄像器31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的后壁15上刻有第三标定板151 ;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4mm，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151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4mm，第三标定板151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151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3mm。如图1-2所示，所述的反射式纺织材料球形压缩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、润轮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的玻璃制备而成。
[0059]采用上述的反射式纺织材料球形压缩表面形态的在线测量装置，实施反射式纺织材料球形压缩表面形态的在线测量方法为:
[0060]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；
[0061]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，并浸没摄像器31、第一反射抛光镜32和第二反射抛光镜33,如图3所不,半球54、位于液体里的固接杆53在可见光波段隐形；
[0062]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；
[0063]第四步:形态摄取机构3同时摄取机织间隔织物的俯视图(如图4所示)、经第一反射抛光镜32的成像视图(如图5所示)和第二反射抛光镜33的成像视图(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I方向，前壁14和左侧壁12的相交线为z方向；则根据形态摄取机构3中摄像器31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，可获得机织间隔织物压缩条件下的标定阵列线的x、y坐标；则根据形态摄取机构3中摄像器31摄取的机织间隔织物经第一反射抛光镜32的成像视图和箱体I的后壁15上的第三标定板151，可获得机织间隔织物压缩条件下的机织间隔织物上平行于X方向的标定阵列线的z坐标，基于第一反射抛光镜和第三标定板获取机织间隔织物表面的平行X方向的标定阵列线上的任意点A的z坐标(如图6所示)。假定A点的X坐标与平行第三标定板151上的标定竖线LI的X坐标相同，位于垂直于X轴的平面、取LI上的线段OC的长度为1，机织间隔织物表面的平行X方向的标定阵列线上的任意点A，过A点做OC的等长度平行线ED，D点与O点的z坐标相等，假定机织间隔织物表面的平行X方向的标定阵列线上的任意点A在第一反射抛光镜成像视图与线段OC上的B点重合0B，则DA的距离为DA = OB = I X 0B/0C,即得A的z坐标；同理，则形态摄取机构3中摄像器31摄取的机织间隔织物经第二反射抛光镜33的成像视图和箱体I的左侧壁12上的第一标定板121，可获得机织间隔织物压缩条件下的机织间隔织物上平行于y方向的标定阵列线的z坐标。因此，根据形态摄取机构3中摄像器31同时摄取机织间隔织物的俯视图、经第一反射抛光镜32的成像视图和第二反射抛光镜33的成像视图，以及箱体I的底壁16上的第二标定板161、后壁15上的第三标定板151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。
[0064]实施例3针织间隔织物压缩表面形态的测量
[0065]如图1所示，为一种反射式纺织材料球形压缩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形门17组成，所述的L形门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，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形门17的内壁颜色均为黑色，且表面粗糙，粗糙度的对数值为7，粗糙度的对数值的变异系数为25%。箱体I内设有光源2及形态摄取机构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。所述的形态摄取机构3包括摄像器31、第一反射抛光镜32和第二反射抛光镜33，所述的摄像器31固定在箱体I的顶壁11上，所述的第一反射抛光镜32固定在箱体I的前壁14上，所述的第二反射抛光镜33固定在箱体I的底壁16上，所述的摄像器31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的后壁15上刻有第三标定板151 ;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6mm，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151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151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151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1mm，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2mm。如图1-2所示，所述的反射式纺织材料球形压缩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、润轮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的玻璃制备而成。
[0066]采用上述的反射式纺织材料球形压缩表面形态的在线测量装置，实施反射式纺织材料球形压缩表面形态的在线测量方法为:
[0067]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；
[0068]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，并浸没摄像器31、第一反射抛光镜32和第二反射抛光镜33,如图3所不,半球54、位于液体里的固接杆53在可见光波段隐形；
[0069]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；
[0070]第四步:形态摄取机构3同时摄取针织间隔织物的俯视图(如图4所示)、经第一反射抛光镜32的成像视图(如图5所示)和第二反射抛光镜33的成像视图(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I方向，前壁14和左侧壁12的相交线为ζ方向；则根据形态摄取机构3中摄像器31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，可获得针织间隔织物压缩条件下的标定阵列线的x、y坐标；则根据形态摄取机构3中摄像器31摄取的针织间隔织物经第一反射抛光镜32的成像视图和箱体I的后壁15上的第三标定板151，可获得针织间隔织物压缩条件下的针织间隔织物上平行于X方向的标定阵列线的z坐标，基于第一反射抛光镜和第三标定板获取针织间隔织物表面的平行X方向的标定阵列线上的任意点A的z坐标(如图6所示)。假定A点的X坐标与平行第三标定板151上的标定竖线LI的X坐标相同，位于垂直于X轴的平面、取LI上的线段OC的长度为1，针织间隔织物表面的平行X方向的标定阵列线上的任意点A，过A点做OC的等长度平行线ED，D点与O点的z坐标相等，假定针织间隔织物表面的平行X方向的标定阵列线上的任意点A在第一反射抛光镜成像视图与线段OC上的B点重合0B，则DA的距离为DA = OB = I X 0B/0C,即得A的z坐标；同理，则形态摄取机构3中摄像器31摄取的针织间隔织物经第二反射抛光镜33的成像视图和箱体I的左侧壁12上的第一标定板121，可获得针织间隔织物压缩条件下的针织间隔织物上平行于y方向的标定阵列线的z坐标。因此，根据形态摄取机构3中摄像器31同时摄取针织间隔织物的俯视图、经第一反射抛光镜32的成像视图和第二反射抛光镜33的成像视图，以及箱体I的底壁16上的第二标定板161、后壁15上的第三标定板151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。
[0071]实施例4玻璃纤维纱机织间隔织物压缩表面形态的测量
[0072]如图1所示，为一种反射式纺织材料球形压缩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形门17组成，所述的L形门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，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形门17的内壁颜色均为黑色，且表面粗糙，粗糙度的对数值为3，粗糙度的对数值的变异系数为15%。箱体I内设有光源2及形态摄取机构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。所述的形态摄取机构3包括摄像器31、第一反射抛光镜32和第二反射抛光镜33，所述的摄像器31固定在箱体I的顶壁11上，所述的第一反射抛光镜32固定在箱体I的前壁14上，所述的第二反射抛光镜33固定在箱体I的底壁16上，所述的摄像器31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的后壁15上刻有第三标定板151 ;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1mm，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151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151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151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1mm，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2mm。如图1-2所示，所述的反射式纺织材料球形压缩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、润轮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的玻璃制备而成。
[0073]采用上述的反射式纺织材料球形压缩表面形态的在线测量装置，实施反射式纺织材料球形压缩表面形态的在线测量方法为:
[0074]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，通过粘结剂将镀银尼龙线粘结到间隔织物的表面；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；
[0075]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，并浸没摄像器31、第一反射抛光镜32和第二反射抛光镜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；
[0076]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；
[0077]第四步:形态摄取机构3同时摄取玻璃纤维纱机织间隔织物的俯视图(如图4所示)、经第一反射抛光镜32的成像视图(如图5所示)和第二反射抛光镜33的成像视图(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；则根据形态摄取机构3中摄像器31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，可获得玻璃纤维纱机织间隔织物压缩条件下的标定阵列线的x、y坐标；则根据形态摄取机构3中摄像器31摄取的玻璃纤维纱机织间隔织物经第一反射抛光镜32的成像视图和箱体I的后壁15上的第三标定板151，可获得玻璃纤维纱机织间隔织物压缩条件下的玻璃纤维纱机织间隔织物上平行于X方向的标定阵列线的z坐标,基于第一反射抛光镜和第三标定板获取玻璃纤维纱机织间隔织物表面的平行X方向的标定阵列线上的任意点A的Z坐标(如图6所示)。假定A点的X坐标与平行第三标定板151上的标定竖线LI的X坐标相同，位于垂直于X轴的平面、取LI上的线段OC的长度为1，玻璃纤维纱机织间隔织物表面的平行X方向的标定阵列线上的任意点A，过A点做OC的等长度平行线ED，D点与O点的z坐标相等，假定玻璃纤维纱机织间隔织物表面的平行X方向的标定阵列线上的任意点A在第一反射抛光镜成像视图与线段OC上的B点重合0B，则DA的距离为DA = OB = I X 0B/0C,即得A的z坐标；同理，则形态摄取机构3中摄像器31摄取的玻璃纤维纱机织间隔织物经第二反射抛光镜33的成像视图和箱体I的左侧壁12上的第一标定板121，可获得玻璃纤维纱机织间隔织物压缩条件下的玻璃纤维纱机织间隔织物上平行于I方向的标定阵列线的z坐标。因此，根据形态摄取机构3中摄像器31同时摄取玻璃纤维纱机织间隔织物的俯视图、经第一反射抛光镜32的成像视图和第二反射抛光镜33的成像视图，以及箱体I的底壁16上的第二标定板161、后壁15上的第三标定板151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。
【权利要求】
1.一种反射式纺织材料球形压缩表面形态的在线测量装置，包括箱体(1)，其特征在于，还包括压缩机构(5)和位移机构(6)，箱体(1)内设有光源(2)及形态摄取机构(3)，所述的形态摄取机构(3)包括摄像器(31)、第一反射抛光镜(32)和第二反射抛光镜(33)，所述的摄像器(31)固定在箱体(1)的顶壁(11)上，所述的第一反射抛光镜(32)固定在箱体(I)的前壁(14)上，所述的第二反射抛光镜固定在箱体(1)的底壁(16)上，箱体(1)的左侧壁(12)上刻有第一标定板(121);箱体(1)的后壁(15)上刻有第三标定板(151);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)的一端连接位移机构(6)并可由位移机构(6)驱动上下移动，滑行杆(51)的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所述的反射式纺织材料球形压缩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所述的反射式纺织材料球形压缩表面形态的在线测量装置，其特征在于，所述的箱体⑴包括顶壁(11)、左侧壁(12)、右侧壁(13)、前壁(14)、后壁(15)、底壁(16)及L形门(17)，所述的L形门(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)。
4.如权利要求1所述的反射式纺织材料球形压缩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形门(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所述的反射式纺织材料球形压缩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所述的反射式纺织材料球形压缩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，所述的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(151)包括一组纵向设置的平行直线，所述的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.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所述的反射式纺织材料球形压缩表面形态的在线测量装置，其特征在于，所述的光源(2)包括第一光源(21)、第二光源(22)、第三光源(23)和第四光源(24)，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所述的反射式纺织材料球形压缩表面形态的在线测量装置，其特征在于，所述的第一反射抛光镜(32)的表面与后壁(15)上的第三标定板(151)上的所有标定线成相等的角度；所述的第二反射抛光镜的表面与左侧壁(12)上的第一标定板(121)上的所有标定线成相等的角度；所述的摄像器(31)可在液体中拍摄图像。
9.如权利要求1所述的反射式纺织材料球形压缩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，所述的颜色线不溶于溶液。
10.一种反射式纺织材料球形压缩表面形态的在线测量方法，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述的反射式纺织材料球形压缩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，用所述的混合溶液浸没纺织材料(4)，并浸没摄像器(31)、第一反射抛光镜(32)和第二反射抛光镜(33)； 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(31) —次性摄取纺织材料(4)的俯视图、经第一反射抛光镜(32)的成像视图和第二反射抛光镜(33)的成像视图，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，从而实现一次拍摄可在线测量纺织材料(4)球形压缩过程中的表面形态。
【文档编号】G01B11/24GK103697814SQ201410001953
【公开日】2014年4月2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, 唐宠佳, 卢冠一 申请人:东华大学