基于棉襪機(jī)的織物花型CAD系統(tǒng)研究

冀永樂，張團(tuán)善，顏亞飛，張 帆，蒙春學(xué)

（西安工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，陜西西安 710048）

花型CAD系統(tǒng)的主要功能[1]是：將設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的花型經(jīng)一定的處理后，轉(zhuǎn)換成控制計(jì)算機(jī)需要的花型信號(hào)。在傳統(tǒng)的花型設(shè)計(jì)時(shí)，需要人工先進(jìn)行花型圖案的構(gòu)思，然后利用特殊的符號(hào)表示不同的色紗在設(shè)計(jì)紙上按照織物組織形狀排列出來，這樣設(shè)計(jì)出來的花型圖案對(duì)稱效果比較差，修改起來比較麻煩，工作量大，因此對(duì)花型CAD系統(tǒng)的研究是棉襪織物生產(chǎn)過程中的前提條件，是提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。

CAD技術(shù)隨著機(jī)械加工的發(fā)展變得成熟起來，它使得設(shè)計(jì)工作更加的主動(dòng)便捷，工作人員也能更輕松的用電腦操作來完成設(shè)計(jì)工藝，主要是將不同顏色按照組織規(guī)律填入到方格中拼成一個(gè)完整的花型圖案，直觀效果比較好。在利用CAD設(shè)計(jì)時(shí)可以利用區(qū)域性換色，復(fù)制等操作，實(shí)現(xiàn)更加完整美觀的花型圖案，將其保存為bmp文件應(yīng)用到機(jī)器控制器中；另一方面設(shè)計(jì)人員在修改設(shè)計(jì)方案時(shí)也比較方便，可以提高設(shè)計(jì)效率[2]。

針織襪機(jī)花型CAD系統(tǒng)的關(guān)鍵在花型編輯的方便簡(jiǎn)捷和易于修改，它是決定棉襪產(chǎn)品外觀的決定性因素。文獻(xiàn)[3]提出了對(duì)繪圖所需的各種圖形元素進(jìn)行抽象，按 C++的繼承特性將共同的屬性像線條顏色、背景色等和操作方法如剪切、復(fù)制等集合于父類，構(gòu)建出相關(guān)的類層次花型文件，花型設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)單，局限性大。文獻(xiàn)[4]提出了兩種花形設(shè)計(jì)的方法，一種是先根據(jù)色紗數(shù)、花寬、花高畫出色紗方格和意匠方格，選擇完色紗后工藝人員憑借想象或以現(xiàn)有圖片作樣本，利用各種作圖工具逐個(gè)填充意匠方格形成一定花紋;另一種可以把現(xiàn)有的圖片掃描，轉(zhuǎn)換成bmp格式的圖片，然后再把它轉(zhuǎn)換成意匠圖花型圖案，操作難度大，意匠圖不易理解。

本課題基于恒強(qiáng)棉襪機(jī)針織CAD系統(tǒng)上借助Qt語言研究花型CAD系統(tǒng)。利用Qt語言強(qiáng)大的界面編輯能力和模塊化控制的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行花型CAD設(shè)計(jì)，花型設(shè)計(jì)多種多樣，花型存儲(chǔ)文件方便其它機(jī)器上應(yīng)用，實(shí)用性好。

1 棉襪機(jī)CAD系統(tǒng)分析

1.1 開發(fā)軟件介紹

Qt是由Qt Company開發(fā)的跨平臺(tái)C++圖形用戶界面應(yīng)用程序開發(fā)框架[5]，容易擴(kuò)展，以其跨平臺(tái)移植方面的優(yōu)越性能著稱[6]。Qt Creator是一個(gè)用于Qt開發(fā)的跨平臺(tái)集成開發(fā)環(huán)境[7]。它的優(yōu)點(diǎn)有：一，操作方便，在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，采用程序模塊化包裝，能夠方便更快的查找出程序設(shè)計(jì)所遇到的問題。二，在界面設(shè)計(jì)時(shí)，能夠直接移入所用的工具框，大大減少了程序設(shè)計(jì)，提高了軟件開發(fā)的效率。

Qt的模塊化程度高，可重用性較好，對(duì)于用戶開發(fā)來說是非常方便。它由數(shù)個(gè)模塊構(gòu)成，每個(gè)模塊都有自己的類使得元件之間的協(xié)同工作變得十分簡(jiǎn)單[8]。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成

軟件系統(tǒng)分為不同模塊，各個(gè)模塊中間分工協(xié)同工作，使系統(tǒng)運(yùn)作效率提高。系統(tǒng)框圖如圖1所示[9]。

圖1 棉襪機(jī)花型CAD系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)的構(gòu)成主要考慮以下幾個(gè)方面。

一是，圖形操作簡(jiǎn)單以及操作指令方便有效，考慮到花型設(shè)計(jì)人員的操作簡(jiǎn)單性，參考其它應(yīng)用廣泛的繪圖軟件布局以及快捷設(shè)置，提高系統(tǒng)的實(shí)用性。

二是，系統(tǒng)各個(gè)模塊分工合作，實(shí)現(xiàn)其功能模塊化，盡量減少各個(gè)系統(tǒng)之間的耦合性，這樣可以方便查找錯(cuò)誤，使代碼包裝更方便。

1.3 圖形處理模塊

圖形處理模塊是花型設(shè)計(jì)的核心功能。在紡織品工藝設(shè)計(jì)中要進(jìn)行大量的色紗配置，組織選擇以及織物設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中大多數(shù)的工作都是人工完成，每設(shè)計(jì)一種新的花型，設(shè)計(jì)人員需要畫圖設(shè)計(jì)，使得紡織品花型設(shè)計(jì)新品少，周期長(zhǎng)，達(dá)不到市場(chǎng)更新?lián)Q代的需求。隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的快速發(fā)展，加快了紡織品花型設(shè)計(jì)系統(tǒng)的優(yōu)化。紡織CAD系統(tǒng)主要為了解決市場(chǎng)需求擴(kuò)大同花型設(shè)計(jì)效率低下之間的矛盾，也是圖形處理模塊主要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)[10]。

圖形處理模塊的主要功能如下。

（1）基本繪圖操作：包括點(diǎn)，直線，圓，噴涂等基本繪圖操作。

（2）圖形編輯：包括圖形的復(fù)制，粘貼，剪切，取消，重繪，導(dǎo)入圖形，導(dǎo)出圖形等。

（3）顏色處理：包括顏色的選擇，區(qū)域性顏色的改變等。

（4）選擇區(qū)域操作：包括區(qū)域換色，圖形的鏡像，旋轉(zhuǎn)等功能。

（5）調(diào)色板管理：通過設(shè)定所需色紗的調(diào)色板，應(yīng)用調(diào)色板中的顏色來進(jìn)行繪圖設(shè)計(jì)，調(diào)色板管理功能在圖形處理模塊尤為重要。

（6）繪圖操作：在系統(tǒng)繪圖界面上通過放大畫布，在其上進(jìn)行表格填充，繪制設(shè)計(jì)圖案，并進(jìn)行尺寸及花型在成品中的位置設(shè)計(jì)等。

1.4 文件管理模塊

該棉襪CAD系統(tǒng)主要有花型位圖文件[11]，色設(shè)配置文件，指令文件。

花型設(shè)計(jì)完成后，直接保存為256色的BMP格式，目的是方便設(shè)計(jì)的花型文件能夠在棉襪機(jī)的硬件控制系統(tǒng)中應(yīng)用。

色紗配置文件，在花型設(shè)計(jì)過程中，畫布上每一個(gè)小方格代表一個(gè)像素，每個(gè)像素占用一個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)空間，通過對(duì)每個(gè)小方格的顏色填充來實(shí)現(xiàn)色紗的靈活配置。

指令文件是計(jì)算機(jī)處理后的機(jī)器指令，花型位圖文件與相應(yīng)的色紗文件，通過程序轉(zhuǎn)換為指令文件應(yīng)用到機(jī)器控制器中。

2 棉襪機(jī)編制原理

電腦棉襪機(jī)是通過傳動(dòng)系統(tǒng)、送紗系統(tǒng)、編織系統(tǒng)和密度系統(tǒng)之間的相互協(xié)調(diào)動(dòng)作進(jìn)行編織的[12]。棉襪機(jī)在選針系統(tǒng)和三角系統(tǒng)的緊密配合下，可以形成成圈編織、集圈編織、浮線編織[13-15]。編織不同部位時(shí)，需要選針器和氣閥控制不同的三角配合，使織針按照特定的集圈編織走針軌跡，完成特定的動(dòng)作[16]。

棉襪機(jī)編織時(shí)主要由橡筋梭編織系統(tǒng)提供緯紗，由主編織梭喂入主紗進(jìn)行成圈編織，而色紗梭主要配合完成色紗編織。織針以大約30Hz左右的頻率做上下20mm的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還要能夠提供引線拉力，來勾拉紗線編織成襪[17]。根據(jù)舊線圈、新線圈和織針在成圈過程中相對(duì)位置的不同可將成圈過程分為：起針一退圈一壓針墊紗一帶紗一閉口一套圈一脫圈一彎紗一成圈一牽拉[18]。

棉襪機(jī)三角系統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)圖如圖2[19]。

圖2 棉襪機(jī)三角系統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)圖

1中菱角，2左(右)菱角，3平針菱角4左活絡(luò)板，5右活絡(luò)板，6左活絡(luò)頭，7右活絡(luò)頭，8左退圈輔助護(hù)板，9右退圈輔助護(hù)板，10挑針器，11撳針器，12壓針刀，13扎口分針刀，14輔助壓針板，15攔針刀，16退圈刀，17起針刀，18橡筋刀，19選針器，20、21、22提花刀，23 C3、C4、C5平針刀，24中剛?cè)Γ?5下剛?cè)Α?/p>

襪子成圈編織時(shí)，平針刀和選針器將參與成圈編織的織針選至退圈點(diǎn)，織針分別墊上C2～C5色紗、F1主紗，在左菱角壓針的作用下完成彎紗成圈[20]。棉襪機(jī)采用從襪口向下進(jìn)行順序編織，利用襪機(jī)控制系統(tǒng)不斷調(diào)整三角，氣閥選針器與織針之間的配合關(guān)系以完成襪子織物成型編織[21]。編織順序如圖3。

圖3 棉襪機(jī)成型編織順序

綿襪在編織前必須嚴(yán)格設(shè)計(jì)襪子各個(gè)部位的針數(shù)及行列數(shù)，這樣才能夠使得編織出來的襪子有特定的形狀，具有一定的舒適性。

3 CAD系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

花型設(shè)計(jì)界面主要包括工具欄、色紗顏色選擇區(qū)域、畫布工作區(qū)域等部分。色紗顏色選擇區(qū)域主要是確定某種顏色在圖像中所代表的調(diào)色板索引值，因此所列出的每種顏色都能夠在對(duì)應(yīng)的調(diào)色板中索引。畫布工作區(qū)域是花型設(shè)計(jì)的主區(qū)域，把畫布放大后可視為多個(gè)小方格組成，每個(gè)方格單位為像素，然后在其繪畫基礎(chǔ)上加入一些合適的圖形轉(zhuǎn)換工具。

該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能：導(dǎo)入圖像、花型繪圖、色彩配置管理；可對(duì)圖形進(jìn)行局部放大、顏色填充等多種功能；選擇功能包括旋轉(zhuǎn)、鏡像，區(qū)域換色等編輯操作。軟件設(shè)計(jì)出的花型如圖4所示。

圖4 軟件設(shè)計(jì)花型效果圖

4 結(jié)語

本課題以棉襪機(jī)為研究對(duì)象，在恒強(qiáng)棉襪機(jī)制版系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研究棉襪花型CAD系統(tǒng)。系統(tǒng)應(yīng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，可以縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，增加產(chǎn)品系列，提高產(chǎn)品質(zhì)量，快速應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求的變化。還能降低程序復(fù)雜程度，使程序設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單。通過該CAD系統(tǒng)應(yīng)用操作，系統(tǒng)可以初步達(dá)到對(duì)花型設(shè)計(jì)的預(yù)期效果。與其他CAD系統(tǒng)相比具有花型設(shè)計(jì)操作簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包裝便捷、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，具有參考應(yīng)用價(jià)值。

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