纱线条干均匀度检测方法基础研究

摘要

纱线外观不匀是影响纱线及纺织品质量的关键因素，亦是纺织界永恒的研究主题。《纺织工业“十二五”科技进步纲要》提出“开展纺纱织造在线监测控制系统的基本理论研究”。本文以视觉图象技术为基础，分析纱线外观不匀检测机理，研究其测量方法和评价机制，得到如下结论:
　　(1)建立了单光束入射纱线直径测量模型，确定入射角γ=π/2时，投影测量直径与偏心率无关;建立了直径和质量变异系数关系模型，验证了其线性关系的相关性大于0.95，且线密度不匀表现为一定的比例的外观不匀;纱线捻度沿着其轴线变化，且高捻度在细节的部分集中，捻度和毛羽不规则加剧外观不匀。
　　(2)基于样本聚合原理，建立了理想纱线总体不规则和变异系数关系模型，分析表明随着聚合度增加，总体不规则和自相关性逐渐减小，总体不规则趋近于稳定值，而自相关系数以近似指数衰减的速度趋近于0;建立了变异长度曲线模型，验证了自相关性的指数衰减模型;分析了测量场长度的检测效率及对周期性和随机性不规则检测的影响，确定了当ΔL≤2mm时，检测效率达到98％以上。
　　(3)构建了基于线阵CCD激光传感器的纱线外观直径测量系统，建立了测量系统的传递函数和振幅比灵敏度模型，确定了系统能够测量不规则的最小波长是光束宽度的10倍，且当测量头长度与波长的比为整数时，振幅比灵敏度高;提出了递归平均滤波和基于高斯拟合曲线插值的亚像素细分算法，仿真结果表明两次递归平均滤波处理后，全部消除高频噪声和毛羽信号，且测量系统的分辨率提高4倍，最小分辨率达到10μm，能够测量更加细微的纱线毛羽特征。
　　(4)基于时间序列理论，验证了纱线直径采样过程为随机平稳过程，且信号分布近似正态分布;建立了时间序列聚合和记忆性均值方差估计模型，确定了总体不规则指数拟合曲线的衰减速度满足v25％＜vo＜v50％＜ v75％，聚合后的纱线直径测量信号不规则的变异系数减小17.27％;研究纱线直径测量信号记忆特征，确定了信号的长记忆性及其方差时间图的最佳估计方法。
　　(5)设计开发了便携式纱线外观不匀测量系统，确定了纱线直径测量的光照强度的阈值比例为25％～35％，实验结果表明在相同的测量长度内，随着采样间隔增加，纱线直径变异系数、粗节、和细节逐渐减小到0;提出了动态重叠批均值算法，实现在线测量数据的压缩与处理;纺纱系统的对比试验显示变异系数的单值偏差率|E|≤2％，组平均偏差率|Em|≤1.49％，组平均相关系数r≥99.9％，实现了棉条、粗纱和细纱的外观不匀在线测量与评价。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 纱线条干不匀的根源

1．2．2 纱线条干不匀测量方法

1．2．3 纱线条干不匀分析

1．2．4 常用变异函数分析

1．2．5 基于图像处理的纱线条干不匀测量

1．3 研究目的与研究内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

第二章 纱线条干外观不匀检测机理分析

2．1 纱线几何特征对外观不匀检测的影响

2．1．1 纱线横截面形状对外观不匀的影响

2．1．2 纱线线密度对外观不匀的影响

2．1．3 纱线捻度对外观不匀的影响

2．1．4 纱线毛羽对外观不匀的影响

2．2 测量长度对纱线外观不匀的影响

2．2．1 测量长度内纱线外观总体不匀影响

2．2．2 纱线的相关性对外观不匀的影响

2．2．3 纱线采样长度对外观不匀的影响

2．2．4 测量场长度对纱线外观不匀的影响

2．3 本章小结

第三章 基于线性阵列的纱线直径测量方法研究

3．1 线性阵列概述

3．1．1 线性阵列特征

3．1．2 线性阵列测量方法

3．2 基于线性阵列的纱线直径测量系统

3．2．1 线阵传感器测径原理

3．2．2 光源的选择

3．2．3 测径系统组成

3．3 系统采样

3．3．1 等间隔积分测量方法

3．3．2 测量信号幅频特性分析

3．3．3 采样长度间隔

3．3．4 数据获取频率的确定

3．4 纱线核直径提取算法

3．4．1 线轮廓特征信号递归平均滤波原理

3．4．2 纱线核直径像素坐标提取

3．4．3 算法的实现

3．4．4 递归平均滤波算法仿真与分析

3．5 亚像素细分算法

3．5．1 亚像素细分算法基本原理

3．5．2 亚像素细分算法的可行性分析

3．5．3 光照强度高斯分布统计模型

3．5．4 基于高斯拟合的亚像素细分算法

3．6 本章小结

第四章 基于时间序列的纱线外观不匀随机过程表征

4．1 随机时间序列

4．1．1 时间序列定义

4．1．2 时间序列的统计特征

4．1．3 平稳随机过程及遍历性

4．1．4 时间序列的平稳性检验

4．2 时间序列聚合

4．2．1 时间序列的重叠与非重叠聚合

4．2．2 时间序列聚合样本均值估计

4．3 时间序列长记忆过程

4．3．1 自相似过程

4．3．2 短记忆性

4．3．3 长记忆性

4．3．4 纱线测量信号长记性特征参数估计

4．4 本章小结

第五章 纱线外观不匀在线测量系统

5．1 系统标定与实验数据获取

5．1．1 便携式在线测量系统组成

5．1．2 实验材料

5．1．3 系统标定

5．1．4 实验数据获取

5．2 纱线在线测量数据处理

5．2．1 批均值数据处理原理

5．2．2 纱线直径信号动态批均值处理算法

5．3 纺纱系统的在线测量应用

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

附录

致谢