专利名称：一种织物刚柔性测试仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种织物性能的测试仪器，具体为一种基于机器视觉方法获取织物弯曲曲线和伸出长度等织物刚柔性物理指标的测试仪，国际专利分类号拟为Int.C1 G01N 1/00(2006.01)背景技术织物的刚柔性是织物性能的重要指标。织物的服用性能与织物的刚柔性紧密相关，并且织物的材料和织物的组织结构、密度和纱线细度等都会对织物的刚柔性产生影响，因此织物的刚柔性能够在很大程度上反应出织物的性能。现有的织物刚柔性测试指标，主要是以织物伸出端点与织物顶点的连线与水平线之间的夹角到达设定值时织物的伸出长度来表示。但这种表示只能够粗略的反应织物的刚柔性。因为织物的刚柔性是由织物的弯曲性能和弯曲形态两个不同参数来表达的。例如，两种织物的伸出长度虽然相等，但是其弯曲形态并不相同，也即在伸出过程中织物的弯曲形态存在很大的差异，所以同样的伸出长度并不能说明织物刚柔性相同。目前的刚柔性或硬挺度测试仪器的改进主要包括专利文献(CN87200553U)介绍的红外光束检测角可调式硬挺度仪，它可将斜面法测试的有形斜面用红外光来替代；自动织物硬挺度测试仪(CN2421634Y)可实现测试时试样压板的平稳有效的起落等，但它们的改进是有局限的，即只能围绕测试织物的伸出长度本身，而不能表达出织物的弯曲形态，更无法获取织物在弯曲过程中的状态变化过程，并且现有仪器只能适用于斜面法测试，测试精度较差，特别是对于需要采用心形法测试的较软织物无能为力。在发明人检索的范围内，未见有应用机器视觉的方法来获取织物刚柔性参数的测试仪器及相关文献报道。
发明内容
针对现有的织物刚柔性测试仪器的不足，本发明拟解决的技术问题是提供一种织物刚柔性测试仪，该测试仪基于机器视觉方法，应用图像摄取装置来获取织物弯曲过程的全面信息，并提取出织物刚柔性参数和指标，绘制织物弯曲过程曲线，并具有结构简单，自动化程度高，操作容易，测试准确等优点。
本发明解决所述技术问题的技术方案是设计一种织物刚柔性测试仪，它采用上位机和下位机通讯结构，所述的上位机包括PC机及其相应软件以及分别与PC机相连的显示器和打印机；所述的下位机包括安装在壳体内的检测机构、传动机构、控制及传输机构和电源；所述的检测机构包括压板、底板和分离传感器，其特征在于所述壳体的顶面左侧靠前面板处设计有按键，其后依次为液晶显示屏和一个矩形凹槽，所述凹槽从所述壳体顶面的左侧开至中间部位，所述的底板置于该凹槽中，所述的压板置于底板的正上方，在所述凹槽的右侧装有可沿所述凹槽长度方向翻动的盖板；在所述盖板的正后方处开有一条与所述凹槽长度方向平行的插槽；在壳体前面板设计有光强调节旋钮和图像摄取装置位置调节旋钮；在壳体右侧板装有第一接口、第二接口和电源插座；在壳体的后面板装有角度调节旋钮；所述的检测机构还包括背景挡板、图像摄取装置、心形法测试夹头和光源，所述的背景挡板可通过所述的插槽插入壳体之中，所述的图像摄取装置置于壳体内所述背景挡板的正前方，且通过所述第一接口与所述PC机相连；可装卸的心形法测试夹头置于背景挡板和图像摄取装置的中间，且与所述压板位于同一个垂直面；所述分离传感器由接收部件和发送部件组成，接收部件与所述压板在同一个垂直面上，且与所述的底板的右端口相连，带导轨的角度调节圆弧板与分离传感器接收部件位于同一个垂直面，且置于所述角度调节旋钮正前方并与之相连；所述分离传感器的发送部件置于角度调节圆弧板的导轨内，且发射端指向分离传感器接收部件的接受面上。
所述的光源置于所述图像摄取装置的左侧且与所述壳体的光强调节旋钮相连；所述的上位机和下位机通过所述的第二接口相连。
与现有技术相比，本发明的织物刚柔性测试仪独特地通过基于机器视觉的方法应用图像摄取装置来获取织物弯曲过程信息，能精确的记录织物在平移伸出时织物弯曲过程当中的弯曲形态曲线和织物伸出长度，绘制织物弯曲过程曲线，并提取出织物刚柔性参数和指标，可全面地获取织物刚柔性信息，能够为织物的刚柔性和其他的力学性能参数的研究提供更多的信息，可为织物的风格设计和织物性能研究提供可靠参考，也可为新的织物刚柔性测试标准提供现代检测手段。同时，本发明的测试仪不仅能够对较硬挺的织物进行斜面法测试，而且可以对较软织物进行心形法测试，功能强大；并具有结构简单，自动化程度高，可有效减少人为因素的影响，操作容易，测试精度高等优点。
图1是本发明织物刚柔性测试仪一种实施例的整体外观结构示意图；图2是本发明织物刚柔性测试仪一种实施例的主机纵剖面结构示意图；图3是本发明织物刚柔性测试仪一种实施例的检测机构布置关系示意图；图4是本发明织物刚柔性测试仪一种实施例的元器件底板布置关系示意图；图5是本发明织物刚柔性测试仪一种实施例检测时的织物平移弯曲曲线示意图，其中，OA为测试织物平移伸出长度，OB为测试织物的垂落高度，OC为测试织物的伸出长度；图6是本发明织物刚柔性测试仪一种实施例的控制关系结构示意图；图7是本发明织物刚柔性测试仪一种实施例的下位机测试程序主循环结构流程图；图8是本发明织物刚柔性测试仪一种实施例的检测模块结构流程图；图9是本发明织物刚柔性测试仪一种实施例的中断1服务模块的流程图；图10是本发明织物刚柔性测试仪一种实施例的中断2服务模块的流程图；
图11是本发明织物刚柔性测试仪一种实施例的上位机检测程序流程图。
具体实施例方式
下面结合实施例及其附图详述本发明，但本发明不受实施例的限制本发明的织物刚柔性测试仪(以下简称测试仪，参见图1-4和6)采用了上位机和下位机的通讯结构。所述的上位机包括PC机24及其相应软件和与PC机24相连的显示器34和打印机33；所述的下位机包括安装在主机壳体1内的检测机构、包括驱动电机的传动机构、控制及传输机构和电源。所述的检测机构包括压板3、底板4和分离传感器20，其特征在于所述壳体1的顶面板左侧靠前面板处设计有按键6，其后依次为液晶显示屏5和一个矩形凹槽39，所述凹槽39从所述壳体1顶面的左侧开至中间部位，所述的底板4置于所述的凹槽39中。所述的压板3置于底板4的正上方。在所述凹槽39的右侧装有可沿所述凹槽39长度方向翻动或滑动的盖板8；在所述盖板8的正后方处开有一条与所述凹槽39长度方向平行的插槽37；在壳体1右侧板并列装有第一接口35、第二接口36和电源插座11；在壳体前面板并列装有光强调节旋钮10和图像摄取装置位置调节旋钮9；在壳体1的后面板装有角度调节旋钮23。所述的检测机构、传动机构、控制及传输机构和电源合理布装后，由所述的壳体1封装。壳体1表面及其内的各机构或元器件的安装位置或方式不限于实施例图所示情形。
本发明测试仪所述的检测机构除包括现有技术包括的压板3、底板4、和分离传感器20(包括分离传感器接收部件201和分离传感器发射部分202)等外、还包括本发明独特设计的背景挡板2、图像摄取装置17和心形法测试夹头19。所述的背景挡板2可通过所述的插槽37插入壳体1之中，所述的图像摄取装置17置于壳体1内所述背景挡板2的正前方，且通过所述的第一接口35与所述PC机相连；可移动的心形法测试夹头19置于背景挡板2和图像摄取装置17的中间，且与所述压板3的位于同一个垂直面。所述的光源18置于所述图像摄取装置17的左侧，且与所述壳体1前面板的光强调节旋钮10相连。所述分离传感器20的接收部件201也置于所述的压板3的同一个垂直面上，且与所述的底板4的右端口相连，带导轨的角度调节圆弧板22与分离传感器的接收部件201位于同一个垂直面，且置于所述角度调节旋钮23正前方并与之相连；分离传感器发送部件202置于角度调节圆弧板22的导轨内，且发射端指向分离传感器接收部件201的接受面上。所述的图像摄取装置17置于背景挡板2的正前方，并通过第一接口35与PC机24相连。所述的光源18置于图像摄取装置17左侧，且与所述壳体1光源调节旋钮10相连；所述的心形法测试夹头19与压板3在同一个垂直平面上，且置于背景挡板2和图像摄取装置17之间。所述的心形法测试夹头19为可装配设计。
本发明测试仪所述检测机构的光源18为可调节光强的标准光源。这样设计有利于采集图像明度的一致，并可增强仪器的抗干扰能力。所述检测机构的盖板8为能够沿所述凹槽39长度方向翻动的盖板。其目的是测试时封闭测试环境，减少环境光对于测试采集图像的影响。所述的盖板8也可以采用沿所述凹槽39长度方向滑动的结构设计。所述检测机构的背景挡板2为插板式设计，它可以根据测试需要更换。其目的是增加图像的对比度，防止背景与织物的颜色相同或相近。所述检测机构的分离传感器接收部件201和分离传感器发送部件202用于构建斜面法测试中的隐形斜面。本发明测试仪的测试角度为可调设计，可使测试仪适合各种测试标准，实施例具体采用了中间带导轨的圆弧形结构(参见图2)。所述检测机构的进一步特征是所述的压板3的下表面带有纹路，而底板4的上表面为光滑表面。这种设计有利于压板3带动试样在底板4上滑移。压板3的上表面可仍为光滑表面。很显然，所述压板3也可采用其他形状结构的下表面来增加与试样之间的摩擦力，例如贴附增摩材料等。但底板4应为光滑表面，以减少其与织物之间的摩擦力。本发明所述的图像摄取装置17可以为CMOS摄像机或者CCD摄像机。实施例采用了CMOS摄像机。
本发明测试仪所述的传动机构包括驱动电机12、丝杆27及与之配套的滑轨30和滑块25、弹簧32、升降控制板31和直流阀电磁铁21等。所述的丝杆27及与之配套的滑轨30和滑块25、弹簧32、升降控制板31和直流阀电磁铁21等机构为现有技术(可参见实用新型专利CN 2421634 Y)。它们被置于所述壳体1的底板4正下方的固定支架26上。但所述现有技术的试样位移驱动传动机构运动的是驱动(调速)电机12和一个简单的测速装置，其对试样位移的测试精度不够高，且速度控制不够灵活，本发明试样位移的驱动电机12改为步进电机12，它可以开环方式对试样移动位置进行精确测量和对电机速度进行灵活控制。
所述的控制及传输机构包括MCU15、步进电机驱动13、USB通讯电路14、输入输出电路7、信号处理电路16及其第二接口36。MCU15、USB通讯电路14、输入输出电路7和信号处理电路16等，它们合理布置于同一块电路板38上，且安装于仪器底板的中间位置；USB通讯电路14通过所述壳体1上的第二接口36与PC机24相连，输入输出电路7与所述的按键6和液晶显示屏5相连，信号处理电路16与所述分离传感器接收部件201和分离传感器发送部件202相连。
所述的电源包括为电路板38和直流阀电磁铁21供电的直流电源28和步进电机12的专用电源29以及交流电源插座11。
本发明测试仪所述的第一接口35为图像摄取装置17的接口。该接口可采用USB2.0接口和IEEE1349接口等。实施例具体采用了USB2.0接口。所述的第二接口36为上位机与下位机之间数据通讯接口。该接口可采用R232串行接口、R485串行接口、USB1.0接口、USB2.0接口或并行接口等。实施例具体采用了USB1.0接口。
本发明测试仪所述的控制及传输机构的MCU15选用P89C52；所述控制及传输结构的USB接口电路14实施例选用遵循USB1.1协议的PDIUSBD12作为下位机传输控制芯片，这种设计具有速度快、易于扩展、技术成熟的特点，且能实现即插即用。所述控制及输出机构中的按键6的数量可以根据要求功能的多少来确定。实施例设计了5个按键。直流电源28应与电路板38相匹配。所述心形法测试夹头19是可装配设计，具体为一带支架的夹头，是为较柔软织物刚柔性测试而配套设计的。当采用心形法测试较柔软织物时，可将所述的心形法测试夹头19放入所述的测试位置；而当进行斜面法测试较硬挺织物时，要将其从测试仪内取出，以免影响测试的进行和对测试采集图像信号的干扰。
本发明测试仪设计采用了上位机和下位机USB数据通讯接口连接的结构方式。上位机主要由PC机系统及其相应的软件构成。上位机通过USB1.0第二接口控制下位机，并与其进行数据和控制命令交换，同时还能通过USB2.0第一接口控制图像摄取装置17并采集图像信号。测试过程中可按一定的频率接收图像摄取装置17实时采集的图像数据，并提取图像中的织物弯曲曲线；当接收到下位机的停机信号时，即停止图像采集，处理数据并显示织物弯曲曲线和相应的伸出长度等测试指标。
本发明测试仪具有很高的自动化程度，还相应设计了上、下位机的专用软件或程序(参见图7-11)。下位机软件包括主循环模块和中断服务模块。主循环模块(参见图7)包括初始化模块、测试模块、返回模块、数据显示模块和数据传输模块，可实现初始化功能、试样检测功能和仪器调试功能等，并可以根据上位机发送的命令和按键命令来确定调用各功能模块。测试模块的功能是与上位机协同完成试样的刚柔性测试(参见图8)，中断服务程序包括中断1服务程序和中断2服务程序，中断1服务程序能检测交互信号和异常信号并把相应的信号送入变量中，在主循环模块中依据变量值对信号做出相应的处理，(参见图9)，中断2服务程序为与USB通讯电路上的数据传输和发送提供中断服务(参见图10)。上位机的软件包括测试、数据信息的处理、保存和打印等功能，测试功能主要为向下位机发送控制指令和传送参数，并采集图像和处理数据信息以获取与织物刚柔性相关的各项参数(参见图11)，例如伸出长度、弯曲曲线等。测试过程中，上位机可按照一定的频率采集测试样本的图像，并根据图像提取织物的弯曲曲线和保存信息；根据需要还可提取弯曲高度OB、水平伸出长度OA、织物伸出长度OC等参数指标(参见图5)；根据所采集的图像信息还可拟合出同种类型织物弯曲的曲线方程和织物伸出时端点的运动曲线方程。根据图7-11所示的程序原理框图和上述说明，计算机编程人员不难写出具体的程序。
本发明测试仪的工作原理如下在进行斜面法测试时(参见图5)，先取下仪器中的心形法测试夹头19，将试样放入所述压板3和底板4之间，然后从上位机测试软件启动测试仪，此时，上位机程序向下位机发送开机信号，下位机发回应答信号，然后上位机传送相应的测试参数；压板3在所述传动机构的带动下沿滑轨30运动，试样也随之稳定移动，下位机则实时记录步进电机12转动的步数，同时上位机控制图像摄取装置17按一定的频率采集织物的图像并进行处理；并且取图的频率可根据试样移动的速度进行控制，一般每秒钟采集一幅图像，当试样的前端切断所述分离传感器发射部件202发射的红外光时，分离传感器接收部件201将产生一个电信号，该信号经过信号处理电路16处理后发送到MCU15，MCU15控制步进电机12停止转动，并向上位机发送停止信号和其他测试参数，上位机对数据进行分析处理并显示测试结果，一次测试完成。可根据设计从接收的参数和采集图像信息中提取所需的织物各项刚柔性指标值。在进行心形法测试时，将试样的两端口向上，端口相向弯曲至端口向下后，试样两端口并拢由上至下夹入心形法测试夹头，使织物自然下垂呈心形，从上位机测试软件启动测试仪，每间隔一定时间拍摄一次织物的图像，并提取出织物的弯曲曲线、织物的悬垂高度指标值、织物悬垂宽度和悬垂高度值的变化量。
本发明测试仪测试时织物的平移是由可控的传动机构带动的，其平移速度均匀、稳定，且可调，通过采集织物在平移伸出时由于自身重力作用弯曲过程的图像，进而对所采集的图像进行实时分析，即可得出测试织物的弯曲曲线(其包含了更多的织物性能信息，因此能够得到更多更全面反应织物刚柔性的内在指标)、伸出长度、水平伸出长度和垂直伸出长度等所需的刚柔性指标。本发明测试仪可直接、精确、全面、量化地测量出织物的刚柔性能参数，不仅能够科学真实地反应出织物的性能，有利于科研院所织物性能的研究(如织物的力学性能和织物风格的研究)，而且对织物和服装性能的客观评价，生产企业有关标准的制订，商贸交易定价、质检机构监督等都提供了一种现代化的专用检测仪器和技术手段支持。
本发明测试仪未述及之处适用于现有技术。
权利要求
1.一种织物刚柔性测试仪，它采用上位机和下位机通讯结构，所述的上位机包括PC机及其相应软件以及分别与PC机相连的显示器和打印机；所述的下位机包括安装在壳体内的检测机构、包括驱动电机的传动机构、控制及传输机构和电源；所述的检测机构包括压板、底板、驱动电机和分离传感器，其特征在于所述壳体的顶面左侧靠前面板处设计有按键，其后依次为液晶显示屏和一个矩形凹槽，所述凹槽从所述壳体顶面的左侧开至中间部位，所述的底板置于该凹槽中，所述的压板置于底板的正上方，在所述凹槽的右侧装有可沿所述凹槽长度方向翻动或滑动的盖板；在所述盖板的正后方处开有一条与所述凹槽长度方向平行的插槽；在壳体前面板设计有光强调节旋钮和图像采集装置位置调节旋钮；在壳体右侧板装有第一接口、第二接口和电源插座；在壳体的后面板装有角度调节旋钮；所述的检测机构还包括背景挡板、图像采集装置、心形法测试夹头和光源，所述的背景挡板可通过所述的插槽插入壳体之中，所述的图像采集装置置于壳体内所述背景挡板的正前方，且通过所述第一接口与所述PC机相连；可装配的心形法测试夹头置于背景挡板和图像采集装置的中间，且与所述压板的位于同一个垂直面；所述分离传感器的接收部件也与所述压板3在同一个垂直面上，且与所述的底板的右端口相连，带导轨的角度调节圆弧板与分离传感器接收部件位于同一个垂直面，且置于所述角度调节旋钮正前方并与之相连；分离传感器的发送部件置于角度调节圆弧板的导轨内，且发射端指向分离传感器分接收部件的接受面上；所述的光源置于所述图像采集装置的左侧，且与所述的光强调节旋钮相连；所述的上位机和下位机通过所述的第二接口相连。
2.根据权利要求1所述的织物刚柔性测试仪，其特征在于所述的第一接口可采用USB2.0接口或IEEE1349接口；所述的第二接口可采用R232串行接口、R485串行接口、USB1.0接口、USB2.0接口或并行接口；所述的图像采集装置可采用CMOS摄像机或者CCD摄像机。
3.根据权利要求2所述的织物刚柔性测试仪，其特征在于所述的第一接口采用USB2.0接口；所述的第二接口采用USB1.0接口；所述的图像采集装置采用CMOS摄像机。
4.根据权利要求1、2或3所述的织物刚柔性测试仪，其特征在于所述的压板3的下表面带有纹路，而底板的上表面为光滑表面。
5.根据权利要求1、2或3所述的织物刚柔性测试仪，其特征在于所述传动机构的驱动电机为步进电机。
6.根据权利要求4所述的织物刚柔性测试仪，其特征在于所述传动机构的驱动电机为步进电机。
全文摘要
本发明涉及一种织物刚柔性测试仪，它采用上位机和下位机通讯结构，上位机包括PC机及其相应软件以及分别与PC机相连的显示器和打印机；下位机包括安装在壳体内的检测机构、传动机构、控制及传输机构和电源；所述的检测机构包括压板、底板和分离传感器，其特征在于检测机构还包括合理布装的背景挡板、图像采集装置、心形法测试夹头和光源。该测试仪基于机器视觉方法来获取织物弯曲过程的全面信息，具有结构简单，自动化程度高，操作容易，测试准确等优点。
文档编号D06H3/00GK1963458SQ20061012944
公开日2007年5月16日 申请日期2006年11月17日 优先权日2006年11月17日
发明者刘皓, 张毅 申请人:天津工业大学