皮革触觉特性参数测试方法的分析与研究

摘要

随着人们现代生活水平的提高，消费者对皮革制品的质量要求和皮革的触觉特性（主要包括柔软度、丰满度和弹性度）的要求越来越高。皮革触觉特性的评价多年来一直采用皮革专家主观评价的方法，即手检法，后来发展为从皮革的力学性能出发，分析皮革的四种力学性能（压缩、顶伸、弯曲、拉伸）与皮革触觉特性之间的关系，典型的仪器代表就是陕西科技大学研制的皮革触觉特性参数测试仪（以下统称为测试仪）。近年来有以传感器测试为主代替机械测试为主的仪器，其代表为美国欣赛宝科技公司研制的丰宝仪。但上述两种客观测试方法都没有被广泛应用到实际生产中。因此，寻找更加合适的皮革触觉特性的客观评价方法是当前急需解决的主要问题。
　　本文在对皮革触觉特性的研究现状及存在的主要问题进行分析后，围绕如何使用仪器代替具有主观因素的人工检测，进行了以下内容的研究:
　　(1)丰宝仪用于皮革触觉特性参数测试的分析
　　选取多组牛皮革试样，在研究传统手工评价皮革触觉特性参数的基础上，使用进口的丰宝测试仪器进行了评价结果的研究，研究结果初步表明丰宝仪仅对皮革的柔软度及相对手感值进行评判，但该仪器价格昂贵且测试参数较为单一，要满足皮革触觉特性测试的要求，还有一定的距离。
　　(2)测试仪用于皮革触觉特性参数测试的分析
　　选取丰宝仪测试过的牛皮革试样，采用测试仪测试皮革试样的压缩性能和顶伸性能，并对测试的位移—载荷—时间曲线进行分析。根据分析得到皮革触觉特性参数，由此判断出皮革触觉特性参数的优劣等级，然后将结果与专家评判结果进行对比分析。分析结果表明测试仪可对柔软度、丰满度及弹性度等主要的参数进行评判，与专家评判结果有良好的一致性，但测试费时且操作不太方便。
　　(3)测试仪结构优化
　　为了提高测试效率，对测试仪的夹持装置提出了几种优化方案，方案包括压缩性能和弯曲性能组合测试，压缩性能和顶伸性能组合测试，压缩性能多点多传感器测试，顶伸性能多点多传感器测试，压缩性能与顶伸性能组合多点多传感器测试等，并对这几种方案的优劣进行了分析，分析结果表明压缩性能和顶伸性能多点多传感器测试效果更佳。
　　(4)探索了采用指尖皮肤传感装置测试的实现途径及数据处理方法
　　通过对国外的丰宝测试仪器及我校研制的测试仪测试结果的分析，研究了不单纯依靠载荷—位移参数特性来判定皮革触觉特性参数的方法，结合人的触觉生理因素，探索了采用指尖皮肤传感装置测试皮革触觉特性参数的新途径。
　　本文使用的载荷—位移—时间测试方法能够极大程度的代替传统的人工检测皮革触觉参数特性，通过测试试样的顶伸、压缩特性参数能够更加完善的反映皮革触觉特性参数，在对皮革触觉特性参数测试仪的夹持装置进行优化后，能够进行准确的测试评价，将大大提高测试的效率，对于建立机器测试标准具有实际意义和推广价值。

目录

摘要

1 绪论

1．1 前言

1．2 本课题研究背景及意义

1．3 国内外皮革触觉特性研究现状及发展动态

1．3．1 国内皮革触觉特性研究现状及发展动态

1．3．2 国外皮革触觉特性研究现状及发展动态

1．4 当前研究存在的主要问题

1．5 本课题主要研究内容及技术路线

1．6 本课题的技术难点

1．7 本课题的章节安排

2 丰宝仪测试皮革触觉特性参数的实验研究

2．1 皮革试样的专家评定

2．2 实验环境

2．3 实验装置

2．3．1 Phabrometer简介

2．3．2 Phabrometer评价系统测试原理

2．4 实验结果与分析

2．4．1 相关参数的概念

2．4．2 结果及分析

2．5 本章小结

3 皮革触觉特性测试仪的实验研究及与丰宝仪实验结果的对比

3．1 皮革手感主要参数的概念

3．2 皮革触觉特性参数测试仪的结构

3．3 皮革触觉特性参数测试仪的检测原理

3．4 实验前准备条件

3．4．1 皮革试样的专家评定

3．4．2 实验条件

3．4．3 载荷传感器的标定

3．5 皮革触觉特性参数的压缩实验

3．5．1 压缩性能参数测定方法

3．5．2 压缩性能与皮革触觉特性参数关系

3．6 皮革触觉特性参数的顶伸实验

3．6．1 顶伸性能参数测定方法

3．6．2 顶伸性能与皮革触觉特性参数关系

3．7 实验结果与分析

3．7．1 加载过程曲线拟合

3．7．2 卸载过程曲线拟合

3．7．3 结果分析

3．8 丰宝仪实验结果仪器验证

3．8．1 两种测试仪器自身特点对比分析

3．8．2 两种测试仪器测试结果对比分析

3．9 测试仪评定结果误差分析

3．10 本章小结

4 皮革触觉特性参数测试仪结构的优化

4．1 测试仪模型及存在的不足

4．1．1 测试仪及力学性能夹持装置的三维模型

4．1．2 测试仪存在的不足

4．2 测试仪及力学性能夹持装置的优化

4．2．1 测试仪机械结构的优化

4．2．2 夹持装置的优化

4．3 优化方案的对比

4．4 本章小结

5 指尖皮肤传感装置测试

5．1 智能传感器

5．1．1 智能传感器的定义

5．1．2 智能传感器的主要功能和特点

5．1．3 触觉传感器

5．2 柔性薄膜压力传感器

5．2．1 柔性薄膜压力传感器的工作原理

5．2．2 薄膜压力传感器替代测力传感器实验结果

5．3 指尖皮肤传感装置的研制思路

5．3．1 皮革的触觉质感

5．3．2 人手指的感受小体分布

5．3．3 人手感受器和皮革触觉特性参数的关系

5．3．4 光电容积描记传感元件

5．3．5 电荷耦合传感元件

5．3．6 指尖皮肤传感装置

5．4 本章小结

6 论文的总结与展望

6．1 论文的总结

6．2 创新性

6．3 未来研究展望

致谢

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文目录

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