基于图像技术的纱线条干均匀度测量及直观评价方法研究

发布时间：2020-11-01 22:49

　　 纱线的性能直接决定了织物的质量,而条干均匀度是评价纱线质量的重要指标,对其进行检测和分析是控制和改善纱线质量的必要条件。然而,现有纱线条干均匀度测试仪器主要采用电容法与光电法相结合的测量原理,其检测结果易受环境温湿度和纱线表面毛羽等因素的影响,且检测精度较低、切断长度不灵活,无法反映出纱线细微片段内的直径变化;同时,现有仪器的测量结果多属统计指标,其无法直观反映纱线以及织物真实外观条干不匀的情况。针对以上问题,本文提出了一种基于图像检测技术的纱线条干均匀度测量和评价方法,设计了一套图像式纱线条干均匀度检测系统(Image Dectection System for Yarn Evenness,IDS-YE),能够测量获得像素级纱线直径和纱线条干不匀一般测量指标结果,并在此基础上,提出更能在细微片段内表征纱线条干不匀的新指标,依据测量指标并结合利用图像技术获得的纱线主干图像,提出通过构建电子黑板和仿真织物对纱线条干均匀度进行直观评价的方法。本文的主要研究内容和结论如下:(1)搭建了用于评估纱线条干均匀度并具有高实时性的图像式纱线条干均匀度检测系统IDS-YE,系统集成了纱线传动控制单元模块、高分辨率图像的动态采集模块以及纱线图像实时检测输出模块等三大模块。通过设计纱线传动路径,调配光源、纱线、相机三者的位置高度以及协调软件与硬件之间的配合,满足系统在较高速度下图像采集稳定性的需求,为得到准确、稳定的测量结果奠定前提条件。为确保算法运行的实时性,采用基于硬盘缓冲技术的多线程系统框架实现高帧率纱线图像的实时采集与处理。通过拟合多幅纱线图像中纱线主干中心线的位置验证了系统所采集图像中的纱线保持了较好的垂直度,证明了系统图像采集方案的可靠性。为使采集的纱线图像连续无遗漏,根据序列图像中重合位置的波动情况,提出了图像拼接的处理方案。对若干组纱线试样进行重复测量实验,证明了组建系统的可重复性和区分性。(2)根据对纱线主干及毛羽特征的分析研究,提出一种动态间隔自动获取阈值的方法和基于像素模板判断的毛羽及孤立区域去除算法,配合阈值处理和最大区域提取等步骤,完成了纱线主干图像的有效分割,以保障纱线直径的精确获取。为确保获得的纱线图像数据的连续性,提出一种基于纱线毛羽信息特征的图像去重合算法,计算序列图像间的重合位置,并根据该位置去除序列图像中的重叠区域。通过与人工处理方法结果对比,上述方法与人工方法的处理结果具有高度一致性,证明了所提方法的有效性,为纱线外观直径的准确获取奠定基础。(3)根据获得的纱线主干图像提取基于时间序列的纱线直径数据,建立表征图像法测量纱线条干均匀度的指标体系。结合纱线条干均匀度一般测量指标的定义,分别对不同片段长度下纱线外观直径变异系数的计算方法、基于一维傅里叶变换的纱线直径波谱图的计算方法、偏移率和积分偏移率的计算方法、变异-长度曲线的计算方法以及常发性疵点数量的记数方法进行了公式的重新表达和理论阐述。为了能够从细微结构上和更精确的对纱线条干均匀度进行评价,在纱线主干图像以及微米级检测精度的基础上提出纱线条干不匀微观测量指标,包括表征纱线微片段长度下的外观直径变异系数CV_P指标和纱线细节长度百分比T_C指标,用于实现纱线条干均匀度的精细评估。(4)根据建立的指标体系,利用IDS-YE系统对不同线密度的纱线进行检测,并将检测结果与现有仪器的检测结果进行了对比分析。实验表明,对于一般测量指标,两种仪器的测量结果在平均直径值、不同切断长度下的CV%、相关系数、直径偏离度频率直方图、波谱图、DR和IDR曲线、变异-长度曲线、片段间不匀和片段内不匀曲线、常发性纱疵数量上都保持着高度的一致性,即符合纱线生产中的实际情况,又可在上述参数中相互印证数据的准确性,故组建的IDS-YE系统可用于纱线条干均匀度的评估。在提出的条干不匀微观测量指标的分析中,测得微片段直径变异系数和纱线细节长度百分比指标在与现有仪器测得CV值和纱疵数量结果趋势一致的情况下,提出的指标更能反映纱线条干细微结构处的不匀性,表现出了更强的条干不匀表征能力,验证了提出的条干不匀微观指标的有效性,实现了纱线条干均匀度低精度和高精度的综合表征。(5)为了更好的评估纱线条干的真实外观,基于图像分割中获得的纱线条干真实外观轮廓,提出了利用电子黑板和仿真织物直观评价纱线条干均匀度的方法,以弥补现有检测仪器采用统计指标无法体现纱线条干真实外观情况的缺陷。根据提出的去重合算法将获取的纱线图像处理成连续无遗漏的完整纱线主干图像和主干真实图像,提取主干图像的边界位置和第一行中心线位置信息,并根据实际纱线黑板的要求,建立电子黑板构建模型,实现纱线条干均匀度在电子黑板中的直观显示。通过建立织物组织变化模型、横截面调整模型、长度方向调整模型、纱线在织物中的弯曲模型以及纱线在织物中的外观光照模型,实现利用完整的纱线主干图像和真实图像进行仿真织物的构建,真实反映纱线条干不匀的分布情况以及纱线织入织物中的外观效果。利用不同线密度的纱线以及含有粗细节和棉结的纱线数据分别对电子黑板和仿真织物进行构建,从测量指标和显示效果上验证电子黑板和仿真织物用于直观评价纱线条干均匀度的可行性。最后对全文进行了总结和展望,对本文的主要研究结论进行了归纳,给出了本文研究中存在的不足,并展望了研发的图像式纱线条干均匀度检测系统。
【学位单位】：江南大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TS107;TP391.41
【部分图文】：

图 1-3 摇黑板机和两种纱线黑板图arn examining machine (a) and two kinds of yarn blackboard；20 世纪 30 年代，采用光电技术检测纱线条干技术的限制，并未得到广泛的应用。近年来随着大量发展与应用，由 CCD 传感器等搭建的光电法成熟，其主要测量纱线的表观直径，与纱线织物中利用获得的数据预测的织物外观状况。根据采用线直径的方法分为线阵 CCD 测径法和激光测径两场均匀的检测区，当纱线运行于检测区时，由于挡住到的光能减少，光能的改变量将会反映检测区内纱化为电信号，其幅值大小对应于纱线的表观直径[25光电接受单元纱线信号处理V

第一章 绪论精度是 0.5mm，仍有较大的提升空间；（2）测试指标不足，EIB 是由美国委托开发，其测试标准为 ASTM2255-90，提出的指标仍然局限于传统指适应范围小；（3）未对数据进行波谱图的分析[34]；（4）本质仍然是光电法结合图像智能分析方法，对纱线外观，尤其是毛羽检测的原理进行改进和提

内纱线条干代表性检测仪器：（a）陕西长岭 CT4000；（b）苏州长风 C（c）江西圣蓝 SY100 Domestic yarn evenness testing equipment: (a) Shanxi Changling CT4000; (Changfeng CFE500; (c) Jiangxi Shenlan SY100.，国产最新的 CT4000（长岭）和 CFE500（长风）条干均匀度放市场，它们都是电容式与光电式相互结合的综合全自动检测线质量变异与外观直径不匀，且检测速度都可达到 800m/min干检测仪器，随着技术的提升，国产条干仪器在各个功能和性善，与国际先进水平也越来也越靠近。但是，目前国产仪器基和光电法相结合的检测原理，其基本属于 USTER 仪器仿制品观上并没有创新，检测结果也没有形成标准。因此国产仪器在，特别是在国际上，仍需要进一步提升，且在国内一些较大的产仪器的占有量仍较少。线条干不匀图像检测方法研究现状
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本文编号：2866212