一种织物材料各向异性表征方法和测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种织物材料各向异性表征方法和测量装置，表征方法为：将定量液滴施加在水平放置的织物表面后，以设定时间间隔同步采集各时刻下织物上表面和下表面的润湿轮廓图像，在润湿轮廓图像中建立极坐标系后，测量和计算得到指标，利用指标表征织物材料各向异性；测量装置包括移液器、试样固定台、上摄像头、下摄像头和计算机系统；移液器用于移取定量液滴；试样固定台用于将织物水平固定；上摄像头和下摄像头分别用于以设定时间间隔同步采集各时刻下织物上表面和下表面的润湿轮廓图像；计算机系统用于测量和计算得到指标。本发明专利技术的一种织物材料各向异性表征方法和测量装置，适用于对片状、孔隙结构材料的各向异性结构特征进行表征。

A Characterization Method and Measuring Device for Anisotropy of Fabric Material

【技术实现步骤摘要】
一种织物材料各向异性表征方法和测量装置
本专利技术属于纺织测试方法领域，涉及一种织物材料各向异性表征方法，同时涉及一种基于该表征方法的测量装置。
技术介绍
织物是由纱线以一定的组织结构序列织造而成(机织，针织)或由散状纤维以一定的排列和加固工艺加工而成(非织)。因此织物在宏观上呈现为纱线的有序规则排列，而在细观上表现为各向异性。织物结构体内部的各向异性是影响和决定织物在宏观和细观的物理、力学性能的内在机制之一，但由于织物内部结构的细微性和复杂性，目前尚未有有效方法对织物结构的各向异性程度和特征进行客观表征，制约了相应理论研究和产品开发的发展。液体在织物中扩散后会在织物表面呈现不规整的润湿形态，且不同类型的织物表面上液体的润湿轮廓形状不同，该现象既是织物材料结构各向异性的表现，同时又能够较大程度上反映相应织物材料结构的各向异性特征，因此，可利用液体在织物中扩散现象的各向异性特征来间接反映织物内部结构各向异性的特征。在纺织检测领域内，对织物导液特性的测量和表征方法，通常有条带芯吸法、条带虹吸法、平面芯吸法、称重法和滴液法等5类。条带芯吸法和条带虹吸法通过芯吸高度、芯吸长度和吸液量等指标表征织物材料的单向导液能力，而平面芯吸法和称重法则反映织物整体的吸液、导液能力，上述4类方法都不能在单次实验中确切反映织物导液行为的各向异性特征。滴液法通过观测定量液体在织物中的润湿区域和扩散轨迹来反映液体在织物结构内的传输行为特征，根据表征指标及信息获取手段，采用滴液法表征织物导液性的相关研究经历了不同发展阶段，在测量手段上，经历了手动、静态测量(描绘润湿轮廓线—剪纸—称重)、准动态测量(拍照获取最终润湿轮廓图像—图像处理)及实时获取信息的阶段；在表征方式上，从纯静态、整体性指标(润湿面积、周长)发展到以按时间序列获取动态信息、反映特定方向扩散程度的指标(经/纬向、45°方向等的扩散位移)。当前，液滴在布面指定方向上的最远传输距离被用来表征液滴在织物中扩散的方向性特征，但是该方法忽略了最远传输点以外的润湿轮廓信息，仅适用于润湿轮廓为规整的圆、椭圆形状，不适于局部有凸出凹进的、不规则形态的润湿轮廓；而绝大多数织物上被定量液体润湿的轮廓外形都为不规则形状，现有指标难以确切表达液体在织物中传输的方向差异性，因此不能用于表征其各向异性特征。获取液滴在织物中润湿信息的手段，通常有图像法和电信号法两类方法。图像法是通过图像处理方式从获取的润湿轮廓图像中提取面积、位置、距离等信息的方法；电信号法在织物中安置探针、驻极，织物被液体润湿区域其导电性、透光性改变，通过探针或驻极间电阻的变化或透光信号的变化来获取润湿轮廓的位置信息。电信号法受探针/驻极间距的影响，可测精准度和可测的数据量有限；输出信号对液量、环境条件等因素敏感，信号与润湿区域的变化为非线性关系，不易理清输出信息与信号源的变化关系；探针、驻极插入或接触待测织物，对液体原有传输路径造成干扰甚至破坏，令数据真实性下降。图像法为非接触式测量，测量准确度取决于图像信号的分辨率，当前的图像信息处理软硬件技术条件下可以对液体在织物中扩散的位置信息实现实时、准确的测量。综上，织物结构的各向异性特征可以通过织物在面内、面间导液行为的各向异性行为特征进行表征，然而目前对织物结构体导液行为的各向异性特征，尚需更为准确、恰当的表征指标体系。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中对织物结构体导液行为的各向异性特征的表征指标体系不够准确、恰当，进而难以确切反映织物内部结构的各向异性特征的问题，提供一种织物材料各向异性表征方法和测量装置。为达到上述目的，本专利技术采用的方案如下：一种织物材料各向异性表征方法，将定量液滴施加在水平放置的织物表面后，以设定时间间隔同步采集各时刻下织物上表面和下表面的润湿轮廓图像，在润湿轮廓图像中建立极坐标系后，测量和计算得到指标，利用指标表征织物材料各向异性，采集过程中，摄像头放大倍数、景深等都不再改变，织物也固定的，所以一个实验采集到的所有图像中，像素点和实物的对应关系也不变了，液滴最起始在上表面扩散的区域的中心为极心，以过极心向右的经纱方向为零度射线，建立极坐标系，极轴以极点为圆心，逆时针旋转方向为0～360°方向；对下表面的图像序列来说，同样以最起始扩散区域的中心为极心，为跟上表面极坐标系方向一致，零度极轴方向为从极点出发向左沿经纱的方向，极轴以极点为圆心顺时针旋转方向为0～360°方向，因此，第一张图片上极坐标建立后，后面所有图像中所有点的极坐标就确定了，跟直角坐标一样对待的；极坐标系以液滴起始扩散区的中心为极点，同时以从极点出发向右沿经纱方向的射线为零度极轴；一般而言，织物材料各向异性是指同一织物材料的内部结构在不同方向上的差异性，可表现为织物上/下表面的面内不同方向上的差异和上、下表面之间的差异，其是利用织物上/下表面面内润湿区域的扩散特征(润湿面积、速度、轮廓周长、指定方向扩散量、各向异性度)、上、下表面之间润湿区域扩散特征的差异性(润湿面积比、速度比、轮廓周长比、指定方向扩散量比、各向异性度比)表征的，也可以是指不同织物材料的内部结构在厚度方向上的差异性，可利用渗透时间表征；本专利技术中织物材料各向异性是指同一织物材料的面间结构差异性，即上、下表面之间的结构差异性，其是利用织物上表面与下表面的润湿面积的比值、扩散速度的比值、润湿轮廓周长的比值、β方向上的扩散量的比值或表面各向异性度A的比值表征的(不一定是上表面比下表面，也可以为下表面比上表面)，其中，t时刻润湿面积St的计算公式如下：式中，n为将极坐标系从0°到360°划分的份数，θi(1≤i≤n)代表第i份所对应的极角，均分时取值为360°i/n，也可以不均分，θ0＝0(°)，ε为360°，rti代表t时刻润湿轮廓在极角θi上的极径，其是根据润湿轮廓在极角θi上的坐标计算得到的；t时刻扩散速度vt为曲线St-t在t时刻的斜率，计算公式如下：t时刻润湿轮廓周长Ct的计算公式如下：t时刻β方向上的扩散量Lβt的计算公式如下：式中，β为极坐标系中任一角度，取值区间为[0°,360°]；t时刻表面各向异性度At的计算公式如下：式中，R为表面润湿区域的当量半径；织物上、下表面各指标的比值与1的差值的绝对值越大，说明织物上、下表面之间的结构差异性越大，即面间结构差异性越大；反之，则说明织物上、下表面之间的结构差异性越小，即面间结构差异性越小；或者，织物材料各向异性是指同一织物材料的面内结构差异性，即上表面的结构差异性或下表面的结构差异性，其是利用表面各向异性度A表征的；表面各向异性度A越接近1，说明润湿区域越接近圆形，该表面的面内结构差异性越小，即各向异性越小；反之，则说明该表面的面内结构差异性越大，即各向异性越大；或者，织物材料各向异性是指同一织物材料的面内结构差异性，即上表面的面内结构差异性或下表面的面内结构差异性，其是利用对不同指定方向扩散量的数据进行直接比较来表征的；不同指定方向扩散量的数据之间越接近(差的绝对值接近零，或比值接近1)，说明润湿区域越接近圆形，该表面的面内结构差异性越小，即各向异性越小；反之，则说明该表面的面内结构差异性越大，即各向异性越大；或者，织物材料各向异性是指不同织物材料的结构差异性，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种织物材料各向异性表征方法，其特征是：将定量液滴施加在水平放置的织物表面后，以设定时间间隔同步采集各时刻下织物上表面和下表面的润湿轮廓图像，在润湿轮廓图像中建立极坐标系后，测量和计算得到指标，利用指标表征织物材料各向异性；极坐标系以液滴起始扩散区的中心为极点，同时以从极点出发向右沿经纱方向的射线为零度极轴；织物材料各向异性是指同一织物材料的面间结构差异性，即上、下表面之间的结构差异性，其是利用织物上表面与下表面的润湿面积的比值、扩散速度的比值、润湿轮廓周长的比值、β方向上的扩散量的比值或表面各向异性度A的比值表征的，其中，t时刻润湿面积St的计算公式如下：

【技术特征摘要】
1.一种织物材料各向异性表征方法，其特征是：将定量液滴施加在水平放置的织物表面后，以设定时间间隔同步采集各时刻下织物上表面和下表面的润湿轮廓图像，在润湿轮廓图像中建立极坐标系后，测量和计算得到指标，利用指标表征织物材料各向异性；极坐标系以液滴起始扩散区的中心为极点，同时以从极点出发向右沿经纱方向的射线为零度极轴；织物材料各向异性是指同一织物材料的面间结构差异性，即上、下表面之间的结构差异性，其是利用织物上表面与下表面的润湿面积的比值、扩散速度的比值、润湿轮廓周长的比值、β方向上的扩散量的比值或表面各向异性度A的比值表征的，其中，t时刻润湿面积St的计算公式如下：式中，n为将极坐标系从0°到360°划分的份数，θi(1≤i≤n)代表第i份所对应的极角，单位为°，θ0＝0(°)，ε为360°，rti代表t时刻润湿轮廓在极角θi上的极径，其是根据润湿轮廓在极角θi上的坐标计算得到的；t时刻扩散速度vt为曲线St-t在t时刻的斜率，计算公式如下：t时刻润湿轮廓周长Ct的计算公式如下：t时刻β方向上的扩散量Lβt的计算公式如下：式中，β为极坐标系中任一角度，取值区间为[0°,360°]；t时刻表面各向异性度At的计算公式如下：式中，R为表面润湿区域的当量半径；或者，织物材料各向异性是指同一织物材料的面内结构差异性，即上表面的结构差异性或下表面的结构差异性，其是利用表面各向异性度A表征的；或者，织物材料各向异性是指不同织物材料的结构差异性，其是利用渗透时间T的差值或比值表征的，渗透时间T为从液体接触上表面开始，到下表面发现液体润湿区的时间。2.根据权利要求1所述的一种织物材料各向异性表征方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪峰，楚晓艳，周倩倩，王妮，李毓陵，张瑞云，李晓锋，李一，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31