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CN118209414A - 棉纤维品质及机械性能的测试方法及专用的测试装置 - Google Patents

棉纤维品质及机械性能的测试方法及专用的测试装置 Download PDF

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CN118209414A
CN118209414A CN202410354437.9A CN202410354437A CN118209414A CN 118209414 A CN118209414 A CN 118209414A CN 202410354437 A CN202410354437 A CN 202410354437A CN 118209414 A CN118209414 A CN 118209414A
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罗树丽
陈春晖
石玉花
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Abstract

本发明涉及一种棉纤维品质及机械性能的测试方法及专用的测试装置，测试装置包含夹具(1)、夹具安放架(2)、照明灯(8)、观察镜(7)、伺服电机(3)和主控制器，夹具安放架(2)上有两个纤维夹(1‑2)并至少一个纤维夹(1‑2)为电磁夹，通过力传感器(2‑2)和观察镜获取纤维数据，获得棉纤维试样的回弹性能和拉伸断裂波动变化曲线，进而分析纤维断裂强度，实现棉纤维性能的多功能测试，特别是可以监测纤维表面形态结构的细微变化，得到棉纤维的品质及机械性能。

Description

棉纤维品质及机械性能的测试方法及专用的测试装置
技术领域
本发明涉及一种棉纤维品质及机械性能的测试方法及专用的测试装置。
背景技术
棉花生长的地区不同，采收的时间或方式不同，最终得到的棉花的纤维性能的差异会很大，如果不能很好地了解和掌握棉花纤维的性能，就会严重影响棉纤维产品的使用，导致最终的产品达不到预期的水平。
在纺织领域里，棉纤维机械性能是决定织物使用性能的重要因素，其中，棉纤维的卷曲率、回弹性及断裂强度是棉纤维性能测试的重要内容，因此采用正确的试验方法和合适的仪器测试这些指标十分必要。
目前，我国现有的纤维拉伸测试装置不能同时满足现有生产和加工中多种性能的检测，测试棉纤维卷曲率和回弹性时需要用纤维卷曲弹性仪，测试棉纤维断裂强度时需要用纤维强力测试仪，每种仪器测试的性能相对局限。
为了解棉纤维在受机械拉伸情况下的性能变化，一种棉纤维品质及机械性能测试方法及专用的测试装置就应运而生。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种棉纤维品质及机械性能测试方法及专用的测试装置。
本发明的棉纤维品质及机械性能测试装置包含夹具(1)、夹具安放架(2)、照明灯(8)、观察镜(7)、伺服电机(3)和主控制器，其特征在于：
所述的夹具安放架(2)包含两根拉杆，两根拉杆上均设有夹具安放槽(2-1)，该夹具安放槽(2-1)至少在两根拉杆相对的一端设有立面；
所述的夹具(1)包含连接杆(1-1)，该连接杆(1-1)为一滑杆，滑杆上设有两个滑块(1-5)，滑块(1-5)下部设有与连接杆(1-1)上的夹具安放槽(2-1)相对应的凸块(1-6)，滑块(1-5)上部设有纤维夹(1-2)；
两个滑块(1-5)上的纤维夹(1-2)中的至少一个纤维夹(1-2)为电磁夹；
所述的主控制器的信号输入端设有模数转换器和至少一个力传感器(2-2)，所述力传感器(2-2)安放于夹具安放槽(2-1)两根拉杆相对的一端的立面与滑块(1-5)的凸块(1-6)之间；
所述的主控制器的信号输出端控制照明灯(8)、电磁夹、观察镜(7)和伺服电机的工作，观察镜(7)的信号输出端连接有模数转换器，模数转换器的信号输出端连接到主控制器的信号输入端，伺服电机设有至少一个并驱动两根拉杆中的一根；
所述的主控制器还设有通过输入输出总线连接的触摸屏。
进一步地，上述夹具(1)的纤维夹(1-2)的上下夹口间设有软质的夹口垫(1-4)。
进一步地，上述夹具(1)的纤维夹(1-2)的上下夹口之间设有紧固螺栓(1-7)。
进一步地，上述的观察镜(7)由横向的观察镜和纵向观察镜组成，所述的照明灯(8)设置于观察镜上构成顶灯和侧灯。
进一步地，上述的两根拉杆上均设有力传感器(2-2)。
进一步地，上述的主控制器还设有与外部计算机连接的数据接口，并可与外部计算机连接。
本发明的棉纤维品质及机械性能测试方法，利用上述的装置，采用纵向观察系统和横向观察系统观察棉纤维试样的卷曲率和回弹性能，采用夹具固定棉纤维试样的两端，将棉纤维试样的图像调节至显示器图像显示区域内，进而利用图像分析得出棉纤维试样的卷曲率，卷曲率测完之后，此时通过控制箱驱动力传感器缓慢移动，直至在横向观察系统和纵向观察系统中观察到棉纤维试样拉伸至平衡状态，再将棉纤维试样的一端松开，使得纤维回弹，进而采用图像分析法得出棉纤维试样的回弹性。
进行棉纤维断裂强度测试，固定棉纤维试样两端，采用计算机输入输出设备通过控制箱驱动力传感器带动夹具拉伸，此时由于拉伸作用，夹具带动棉纤维试样缓慢移动，当计算机输入输出设备接收到与夹具相连的力传感器的信号时，在计算机显示器上实时显示位移-强力曲线，直至纤维断裂后，夹具停止拉伸，进而分析位移-强力曲线得出棉纤维试样的断裂强度，之后利用纵向观察系统和横向观察系统对纤维断裂直径进行测量。
首先，将棉纤维夹持固定；其次，调节顶灯和侧灯方向的旋钮，使得棉纤维形态能够清晰的呈现在显示器软件操作界面，经过图像的预处理和特征值提取；最后，统计纤维上侧边缘和下侧边缘即可实现纤维断裂直径的测试。本发明可通过横向及纵向观察纤维卷曲率及回弹性，同时也可在显示器上实时显示纤维拉伸断裂波动变化曲线，进而分析纤维断裂强度，实现棉纤维性能的多功能测试，特别是可以监测纤维表面形态结构的细微变化，得到棉纤维的品质及机械性能。
附图说明
图1为本发明实施例1主视的结构示意图。
图2为本发明实施例1中夹具的结构示意图。
图3为本发明实施例1控制系统的结构示意图。
图4为本发明实施例2中测试装置的结构示意图。
图5为本发明实施例中具体测试中截取的棉纤维断口图。
图中标记所示：夹具1，连接杆1-1，纤维夹1-2，电磁模块1-3，夹口垫1-4，滑块1-5，凸块1-6，紧固螺栓1-7，夹具安放架2，夹具安放槽2-1，伺服电机3，反光板4，控制器箱5，显示屏6，观察镜7，照明灯8，外部计算机9。
具体实施方式
下面详细说明本发明的优选实施方式。
实施例1：参照图1-3，为本发明实施例1的结构示意图，为一种棉纤维品质及机械性能测试装置，包含夹具1、夹具安放架2、照明灯8、观察镜7、伺服电机3和主控制器。
所述的夹具安放架2包含两根拉杆，两根拉杆上均设有夹具安放槽2-1，该夹具安放槽2-1为拉杆上设有前后两个立面凹槽。
所述的夹具1包含连接杆1-1，该连接杆1-1为一滑杆，滑杆上设有两个滑块1-5，滑块1-5下部设有与连接杆1-1上的夹具安放槽2-1相对应的凸块1-6，滑块1-5上部设有纤维夹1-2；
两个滑块1-5上的纤维夹1-2中的一个纤维夹1-2为电磁夹，该电磁夹通过电磁模块1-3实现：在纤维夹的两个夹板上各设置一组电磁线圈，电磁线圈的电流控制可实现对纤维的夹紧或释放，另一个纤维夹1-2的上下夹口之间设有紧固螺栓1-7。
所述的主控制器的信号输入端设有模数转换器和至少一个力传感器2-2，所述力传感器2-2安放于夹具安放槽2-1两根拉杆相对的一端的立面与滑块1-5的凸块1-6之间；
所述的主控制器的信号输出端控制照明灯8、电磁夹、观察镜7和伺服电机的工作，观察镜7的信号输出端连接有模数转换器，模数转换器的信号输出端连接到主控制器的信号输入端，伺服电机设有至少一个，并且该伺服电机驱动两根拉杆中的一根；
所述的主控制器还设有通过输入输出总线连接的触摸屏。
进一步地，上述夹具1的纤维夹1-2的上下夹口间设有软质的夹口垫1-4。
进一步地，上述夹具1的纤维夹1-2的上下夹口之间还右设有紧固螺栓1-7。
进一步地，上述的观察镜7由横向的观察镜和纵向观察镜组成，所述的照明灯8设置于观察镜上构成顶灯和侧灯。
进一步地，上述的两根拉杆上均设有力传感器2-2。
进一步地，上述的主控制器还设有与外部计算机连接的数据接口，并可与外部计算机连接。
实施例2：参照图2，为本发明实施例2的结构示意图，与实施例1相比，本实施例的区别在于：两根拉杆上的夹具安放槽2-1相对的一端设有立面，两个滑块1-5上的纤维夹1-2均为电磁夹。
本发明的棉纤维品质及机械性能测试方法如下，采用纵向观察系统和横向观察系统观察棉纤维试样的卷曲率和回弹性能，采用夹具固定棉纤维试样的两端，将棉纤维试样的图像调节至显示器图像显示区域内，进而利用图像分析得出棉纤维试样的卷曲率，卷曲率测完之后，此时通过控制箱驱动力传感器2-2缓慢移动，直至在横向观察系统和纵向观察系统中观察到棉纤维试样拉伸至平衡状态，再将棉纤维试样的一端松开，使得纤维回弹，进而采用图像分析法得出棉纤维试样的回弹性。
进行棉纤维断裂强度测试，固定棉纤维试样两端，采用计算机输入输出设备通过控制箱驱动力传感器2-2带动夹具拉伸，此时由于拉伸作用，夹具带动棉纤维试样缓慢移动，当计算机输入输出设备接收到与夹具相连的力传感器2-2的信号时，在计算机显示器上实时显示位移-强力曲线，直至纤维断裂后，夹具停止拉伸，进而分析位移-强力曲线得出棉纤维试样的断裂强度，之后利用纵向观察系统和横向观察系统对纤维断裂直径进行测量。
首先，将单根棉纤维夹持固定；其次，调节顶灯和侧灯方向的旋钮，使得棉纤维形态能够清晰的呈现在显示器软件操作界面，经过图像的预处理和特征值提取；最后，统计纤维上侧边缘和下侧边缘即可实现纤维断裂直径的测试。并通过调节纤维位置对同一根纤维进行多处测量，每根纤维测试5-15组取平均值，最后得出结论。
棉纤维图像的预处理如下。
1).灰度化处理是将彩色图像转换为灰度图像的过程，通过加权平均值法将图像中的每个像素的颜色信息转换为相应的灰度值，从而减少图像的复杂性。对于棉纤维断口图像，灰度化处理有助于突出图像中的纹理和形状特征，便于后续的图像分析和处理。
2).噪声消除及图像增强处理棉纤维断口图像时，噪声消除和图像增强是关键步骤，通过对比度增强法以提高图像质量和准确性。
3).二值化是将图像转换成只包含黑色和白色两个像素值的图像，利用全局阈值二值化方法突出棉纤维的轮廓特征，这对于后续的图像分析和特征提取十分关键。
4).棉纤维的外轮廓提取是由计算机输入输出系统对棉纤维的二值图像上每一个像素点进行扫描，并记录所扫描到的白色像素点，就可以得到棉纤维的外围轮廓，通过外轮廓的提取分析棉纤维的形状、大小等信息。
特征值提取，通过大量实验发现棉纤维断裂的方式大致归纳为四种：直接断裂、轴向断裂、扭转断裂、丝间滑移断裂，具体形式如图5所示。
四种断裂形式的形态结构不同，可以对形态结构的细节特征以进行区分。
一般地，直径在13-15μm之间为扭转断裂，15-17μm之间为丝间滑移断裂，17-19μm之间为轴向断裂，19-21μm之间为直接断裂。
单根纤维断裂横截面积测算如下：由所得的纤维直径利用纤维横截面积公式计算纤维断裂的横截面积，计算公式如下：
单根纤维转曲角：根据前期所测转曲率对纤维进行断裂形式分类，转曲角β＝tan-1(πD/h)的不同，其断裂形式也不同，当0＜β＜15°时，纤维为直接断裂；当15＜β＜30°时，纤维为轴向断裂；当30＜β＜45°时，纤维为丝间滑移断裂；当β＞45°时，纤维为扭转断裂。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种棉纤维品质及机械性能测试装置，包括夹具(1)、夹具安放架(2)、照明灯(8)、观察镜(7)、伺服电机(3)和主控制器，其特征在于：
所述的夹具安放架(2)包含两根拉杆，两根拉杆上均设有夹具安放槽(2-1)，该夹具安放槽(2-1)至少在两根拉杆相对的一端设有立面；
所述的夹具(1)包含连接杆(1-1)，该连接杆(1-1)为一滑杆，滑杆上设有两个滑块(1-5)，滑块(1-5)下部设有与连接杆(1-1)上的夹具安放槽(2-1)相对应的凸块(1-6)，滑块(1-5)上部设有纤维夹(1-2)；
两个滑块(1-5)上的纤维夹(1-2)中的至少一个纤维夹(1-2)为电磁模块；
所述的主控制器的信号输入端设有模数转换器和至少一个力传感器(2-2)，所述力传感器(2-2)安放于夹具安放槽(2-1)两根拉杆相对的一端的立面与滑块(1-5)的凸块(1-6)之间；
所述的主控制器的信号输出端控制照明灯(8)、电磁夹、观察镜(7)和伺服电机的工作，观察镜(7)的信号输出端连接有模数转换器，模数转换器的信号输出端连接到主控制器的信号输入端，伺服电机设有至少一个并驱动两根拉杆中的一根；
所述的主控制器还设有通过输入输出总线连接的触摸屏。
2.如权利要求1所述的棉纤维品质及机械性能测试装置，其特征在于，所述的夹具(1)的纤维夹(1-2)的上下夹口间设有软质的夹口垫(1-4)。
3.如权利要求1所述的棉纤维品质及机械性能测试装置，其特征在于，所述的夹具(1)的纤维夹(1-2)的上下夹口之间设有紧固螺栓(1-7)。
4.如权利要求1所述的棉纤维品质及机械性能测试装置，其特征在于，所述的观察镜(7)由横向的观察镜和纵向观察镜组成，所述的照明灯(8)设置于观察镜上构成顶灯和侧灯。
5.如权利要求1所述的棉纤维品质及机械性能测试装置，其特征在于，所述的两根拉杆上均设有力传感器(2-2)。
6.如权利要求1所述的棉纤维品质及机械性能测试装置，其特征在于，所述的主控制器还设有与外部计算机连接的数据接口，并可与外部计算机连接。
7.一棉纤维品质及机械性能测试方法，其特征在于，利用权利要求1-6任一种所述的装置，采用纵向观察系统和横向观察系统观察棉纤维试样的卷曲率和回弹性能，采用夹具固定棉纤维试样的两端，将棉纤维试样的图像调节至显示器图像显示区域内，进而利用图像分析得出棉纤维试样的卷曲率，卷曲率测完之后，此时通过控制箱驱动力传感器缓慢移动，直至在横向观察系统和纵向观察系统中观察到棉纤维试样拉伸至平衡状态，再将棉纤维试样的一端松开，使得纤维回弹，进而采用图像分析法得出棉纤维试样的回弹性；
进行棉纤维断裂强度测试，固定棉纤维试样两端，采用计算机输入输出设备通过控制箱驱动力传感器带动夹具拉伸，此时由于拉伸作用，夹具带动棉纤维试样缓慢移动，当计算机输入输出设备接收到与夹具相连的力传感器的信号时，在计算机显示器上实时显示位移-强力曲线，直至纤维断裂后，夹具停止拉伸，进而分析位移-强力曲线得出棉纤维试样的断裂强度，之后利用纵向观察系统和横向观察系统对纤维断裂直径进行测量；
首先，将棉纤维夹持固定；其次，调节顶灯和侧灯方向的旋钮，使得棉纤维形态能够清晰的呈现在显示器软件操作界面，经过图像的预处理和特征值提取；最后，统计纤维上侧边缘和下侧边缘即可实现纤维断裂直径的测试。
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