復(fù)雜段構(gòu)圖案織物校準(zhǔn)方法及軟件開發(fā)

孟天玉,李文雅,薛 濤,任學(xué)勤

(西安工程大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安 710048)

復(fù)雜段構(gòu)圖案織物是一種通過紗線外觀無規(guī)律變化使得織物呈現(xiàn)出特定圖案的新興織物[1]。復(fù)雜段構(gòu)圖案織物對紗線結(jié)構(gòu)的精確度要求較高,誤差會在紡紗過程中累積導(dǎo)致織物圖案準(zhǔn)確性降低,所以紡紗工藝參數(shù)的微小誤差即會導(dǎo)致織物圖案偏斜[2]。由于紡紗工藝參數(shù)需要人工測量,誤差難以避免;且紡紗工藝參數(shù)也受生產(chǎn)設(shè)備參數(shù)及狀態(tài)變化的影響,同一工藝在不同織造設(shè)備上生產(chǎn)出的織物也不相同。所以在復(fù)雜段構(gòu)圖案織物設(shè)計過程中往往需要耗費(fèi)大量時間,多次打樣并校準(zhǔn)紡紗工藝。邱艷茹在MATLAB 平臺上采用非剛體配準(zhǔn)法對復(fù)雜段構(gòu)圖案織物進(jìn)行校準(zhǔn),通過提取實(shí)際織物圖案的輪廓并匹配特征點(diǎn)的方法進(jìn)行校準(zhǔn)[3]。但未將其開發(fā)為成熟的應(yīng)用軟件,且織物圖案偏斜的形式與非剛體配準(zhǔn)法的校準(zhǔn)方式不同,因此該方法的校準(zhǔn)效果有限。相關(guān)研究領(lǐng)域仍缺少專業(yè)的校準(zhǔn)方法與軟件,因此基于復(fù)雜段構(gòu)圖案織物偏斜的原因,設(shè)計并開發(fā)校準(zhǔn)軟件,以實(shí)現(xiàn)快速校準(zhǔn)復(fù)雜段構(gòu)圖案織物,縮短產(chǎn)品研發(fā)周期,將產(chǎn)品快速推向市場。

1 圖案偏斜原因

復(fù)雜段構(gòu)圖案織物依靠紗線的花式段和非花式段有規(guī)則地排列以織物結(jié)構(gòu)來形成圖案。不同于提花織物基于織物結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)圖案的形式,復(fù)雜段構(gòu)圖案織物中紗線的花式段在織物中的位置會受到多種因素影響而發(fā)生變化,導(dǎo)致圖案發(fā)生偏斜。而圖案偏斜與否主要受紗線工藝和織造設(shè)備2個方面因素的影響[4]。

1.1 紗線工藝

織物線圈長度是計算紡紗工藝的重要參數(shù),線圈長度的誤差是導(dǎo)致織物圖案偏斜的主要因素。當(dāng)測量出線圈長度大于實(shí)際線圈長度時,紗線段在紗線中實(shí)際位置長于預(yù)期,織物中的紗線段從預(yù)期位置沿著織造方向移動;反之,紗線段會從預(yù)期位置逆著織造方向反向移動。此外,紗線段移動的距離隨著織造行數(shù)的增加而增加[5]。圖1(a)所示的預(yù)期圖案若發(fā)生偏斜,其在針織橫機(jī)上織造時體現(xiàn)為織物圖案以單雙行的規(guī)律呈金字塔狀分布在預(yù)期位置兩側(cè),如圖1(b)所示;在圓形織機(jī)上織造時體現(xiàn)為織物圖案以固定的角度向一側(cè)偏斜,如圖1(c)所示。

圖1 圖案偏斜方式

1.2 織造參數(shù)

因為復(fù)雜段構(gòu)圖案織物根據(jù)織造設(shè)備定制紡紗工藝的特性,紗路張力、織造速度、織造起始位置等因素形成的誤差也會影響織物圖案的準(zhǔn)確性。紗路張力、織造速度大于測定值時會導(dǎo)致織物線圈長度小于測定的線圈長度;反之,織物線圈長度大于測定長度,其對織物圖案的影響同1.1節(jié)所述。

復(fù)雜段構(gòu)圖案織物需以紗線工藝起始或結(jié)束的位置為織造起始位置進(jìn)行織造?？椩鞎r起始位置出現(xiàn)偏差會導(dǎo)致所有紗線段以偏差距離同時發(fā)生偏移。在針織橫機(jī)上織造時體現(xiàn)為圖案以單雙行的規(guī)律均勻分布在預(yù)期位置兩側(cè),在圓形織機(jī)上織造時體現(xiàn)為預(yù)期圖案在織物上橫向平移。

2 校準(zhǔn)軟件設(shè)計

因為復(fù)雜段構(gòu)圖案織物完全依靠紗線外觀變化呈現(xiàn)圖案,所以其圖案偏斜是以單行線圈結(jié)構(gòu)為單位的橫向偏移?；趶?fù)雜段構(gòu)圖案織物的偏斜形式,使用Python語言和Py Qt5、OpenCV 等模塊設(shè)計開發(fā)復(fù)雜段構(gòu)圖案織物的校準(zhǔn)軟件。通過在校準(zhǔn)軟件中將實(shí)際織物圖案與預(yù)期圖案的圖片進(jìn)行擬合的方式實(shí)現(xiàn)復(fù)雜段構(gòu)圖案織物的校準(zhǔn)。

(1)提取預(yù)期圖案嵌入織物照片,調(diào)整預(yù)期圖案大小與位置,使其高度和位置與織物照片中圖案部分基本重合。

(2)擬合預(yù)期圖案與織物圖案,整體調(diào)整預(yù)期圖案初步擬合,逐行調(diào)整圖案完全擬合。

(3)根據(jù)擬合結(jié)果記錄圖案偏斜方式與距離。

(4)根據(jù)偏斜數(shù)據(jù)計算校準(zhǔn)后紡紗工藝,完成校準(zhǔn)。

2.1 偏斜擬合

預(yù)期圖案以圖片的形式存儲,在擬合之前需要從圖片中提取出預(yù)期圖案,以避免圖片背景遮擋底層的織物照片。軟件采取閾值分割的方法從單色背景中提取預(yù)期圖案[6],使用提取出的預(yù)期圖案與織物照片圖案進(jìn)行擬合。

為實(shí)現(xiàn)將預(yù)期圖案與實(shí)際織物圖案的擬合,預(yù)期圖案需要拆分成數(shù)個橫向條狀圖案,每個條狀圖案需要能橫向移動及調(diào)整寬度。因為線圈具有嵌套結(jié)構(gòu),嵌套結(jié)構(gòu)由2個條狀圖案部分重疊的形式體現(xiàn),所以條狀圖案的高度需要由實(shí)際織物參數(shù)和預(yù)期圖案高度共同決定,其計算公式見式(1)。相鄰2條狀圖案間距見式(2)。

式中:h為條狀圖案高度;l為2條狀圖案間距;H為預(yù)期圖案高度;n為實(shí)際織物中圖案所占織物行數(shù);B為織物的圈高;D為完整線圈的高度。

預(yù)期圖案以h為高度,l為間距被拆分為n個橫向條狀圖案,如圖2(a)所示。在軟件界面調(diào)整每個條狀圖案位置與寬度,使其與照片中織物圖案完全重合,達(dá)到擬合效果。擬合方式有整體擬合和逐行擬合2種方式。整體擬合是根據(jù)織物的織造設(shè)備逐行累積偏移量,使得預(yù)期圖案一次性完成擬合,橫機(jī)織物的擬合方式如圖2(b)所示,圓機(jī)織物的擬合方式如圖2(c)所示。第二種擬合方式針對織物的不規(guī)則歪斜,指定織物中任意行線圈對應(yīng)的條狀圖案單獨(dú)進(jìn)行局部擬合,如圖2(d)所示。

圖2 軟件擬合方式

2.2 工藝校準(zhǔn)

在擬合過程中,預(yù)期圖案發(fā)生了位移與形變,分析計算得出每個條狀圖案的位移量及形變量,最終根據(jù)該數(shù)據(jù)與原紡紗工藝計算出校準(zhǔn)后的紡紗工藝。

擬合數(shù)據(jù)中,形變量為條狀圖案擬合后的寬度與預(yù)期圖案寬度的比值,位移量為條狀圖案移動距離與預(yù)期圖案寬度比值的相反數(shù)。

基于獲得的擬合數(shù)據(jù),在原紡紗工藝中選擇條狀圖案對應(yīng)的花式段紗線的紡紗工藝,逐行對紡紗工藝進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)步驟如下:

(1)選擇預(yù)期圖案對應(yīng)的紗線工藝,該工藝區(qū)間為該行的第一段花式段起始位置到該行最后一段花式段結(jié)束位置。

(2)根據(jù)形變量處理預(yù)期圖案對應(yīng)的紡紗工藝,該工藝區(qū)間中每一段工藝長度校準(zhǔn)為其與該行形變量的乘積。工藝區(qū)間后一段紡紗工藝長度以區(qū)間內(nèi)總變化長度反向增減。

(3)根據(jù)位移量處理預(yù)期圖案對應(yīng)的紡紗工藝,該工藝區(qū)間位移長度為該工藝區(qū)間總長度與位移量的乘積。工藝區(qū)間前一段工藝校準(zhǔn)為其與位移長度之和,工藝區(qū)間后一段工藝校準(zhǔn)為其與位移長度之差。

(4)重復(fù)步驟(1)至步驟(3),直至完成所有工藝的校準(zhǔn)。

將完成校準(zhǔn)的紡紗工藝轉(zhuǎn)換生產(chǎn)設(shè)備的工藝參數(shù)后即可進(jìn)行織造。

3 織物校準(zhǔn)驗證

為驗證校準(zhǔn)軟件及其校準(zhǔn)后工藝的準(zhǔn)確性,需織造復(fù)雜段構(gòu)圖案織物進(jìn)行驗證。試驗采用的原料為花式紗線結(jié)子線,織造設(shè)備為KU483圓形編織機(jī)(無錫市振榮針紡機(jī)械有限公司)。校準(zhǔn)前織物如圖3(a)所示,該織物經(jīng)過校準(zhǔn)軟件擬合后效果如圖3(b)所示。

圖3 軟件擬合方式

織物校準(zhǔn)前部分紡紗工藝見表1、校準(zhǔn)后部分紡紗工藝見表2。

表1 校準(zhǔn)前部分紡紗工藝單位:cm

表2 校準(zhǔn)后部分紡紗工藝單位:cm

使用校準(zhǔn)后的工藝織造出的復(fù)雜段構(gòu)圖案織物如圖4所示。

圖4 校準(zhǔn)后織物

通過對比校準(zhǔn)前后的復(fù)雜段構(gòu)圖案織物可知,校準(zhǔn)前織物表面圖案有明顯偏斜,校準(zhǔn)后織物表面圖案無明顯偏斜,與預(yù)期圖案一致。校準(zhǔn)前后織物圖案高度相同,圖案部分每行花式段長度一致,且校準(zhǔn)前后織物風(fēng)格一致。

為便于展示復(fù)雜段構(gòu)圖案織物的校準(zhǔn)方法,選擇較為簡單的圖案織物(圖4)進(jìn)行校準(zhǔn)。上述方法和軟件也可校準(zhǔn)更為復(fù)雜的段構(gòu)圖案織物,以商標(biāo)為圖案織造出的復(fù)雜段構(gòu)織物如圖5(a)所示,以書法“?！弊譃閳D案織造出的復(fù)雜段構(gòu)圖案如圖5(b)所示。

圖5 其他復(fù)雜段構(gòu)圖案織物的校準(zhǔn)前后對比

由圖5可知,商標(biāo)圖案的形狀較為規(guī)則,圖案中各形狀分布較為均勻,工藝中花式段長度差異較小,該種圖案校準(zhǔn)結(jié)果良好,與預(yù)期圖案一致?！案！弊謭D案形狀不規(guī)則、復(fù)雜度更高,工藝中花式段數(shù)量更多且差異較大,該種圖案校準(zhǔn)后偏斜程度明顯改善,但與預(yù)期圖案相比仍存在輕微變形情況。

綜上所述,研究提出的通過擬合預(yù)期圖案與織物照片進(jìn)行校準(zhǔn)的方法能夠快速有效解決織物圖案歪斜的狀況?；谠摲椒ň帉懙男?zhǔn)軟件大幅縮短織物圖案校準(zhǔn)周期,有效校準(zhǔn)復(fù)雜段構(gòu)圖案織物的圖案偏斜問題,但對于過于復(fù)雜的圖案校準(zhǔn)效果仍有待提升。

4 結(jié) 論

(1)設(shè)計的復(fù)雜圖案織物校準(zhǔn)方法及軟件能夠?qū)D案發(fā)生偏斜的生產(chǎn)工藝進(jìn)行有效校準(zhǔn),生產(chǎn)出符合預(yù)期圖案的復(fù)雜段構(gòu)圖案織物。

(2)使用軟件快速校準(zhǔn)圖案,不再需要人工計算紡紗工藝參數(shù),有效減少打樣次數(shù),提升復(fù)雜段構(gòu)圖案織物的設(shè)計效率。

(3)校準(zhǔn)軟件對于過于復(fù)雜的預(yù)期圖案能夠起到校準(zhǔn)作用,但校準(zhǔn)效果有限,仍有輕微變形狀況存在。