專利名稱：一種實時測量生絲細度的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生絲或纖維細度的測量方法，特別涉及一種動態(tài)、非接觸測量生絲(纖維)細度，屬于精密計量儀器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
細度是描述纖維與絲線粗細程度的外形尺寸指標(biāo)，生絲細度與生絲加工工藝及絲織物的品質(zhì)都有密切的關(guān)系.它決定著絲織物的品種、風(fēng)格、用途和物理機械性質(zhì)等。同時，由于生絲細度在一定程度上決定著絲織物的質(zhì)量，因此，生絲的平均細度以及細度分布成為評價生絲質(zhì)量的重要參數(shù)之一。生絲細度測量的方法可分為靜態(tài)和動態(tài)。靜態(tài)細度測量的方法包括1、定長稱重法；2、氣流法；3、激光掃描法。靜態(tài)細度測量法僅適用于在實驗室和工廠的工藝室使用，以靜態(tài)方法測定一批(次)生絲(纖維)的平均細度，不能檢測生絲的類節(jié)，而測試后的生絲只能報廢了。目前，動態(tài)細度測量的方法主要有1、電容式，它是利用生絲(纖維)直徑改變電容的極間距離，使得電容容量產(chǎn)生變化量AC，介電常數(shù)、2與生絲(纖維)質(zhì)地和測量環(huán)境中空氣濕度有關(guān)；2、光電式，它采用了測量光反射或折射的強度檢測生絲細度的原理，該測量裝置小巧靈便，檢測速度較快，但由于生絲(纖維)透明度及折射率離散性大，使檢測數(shù)據(jù)尚不能準(zhǔn)確反映生絲(纖維)絲徑；3、正交雙向C⑶光電檢測式，文獻“C⑶生絲細度動態(tài)測量系統(tǒng)的設(shè)計”([J]絲綢，2002(1) :44-46)中，公開了一種采用線陣CCD作為光電轉(zhuǎn)換器件實時測量生絲細度的方法，它是用線陣CCD作為測量元件，將測量光投射到CCD上， 利用待測生絲對光的遮擋所形成的暗斑，由于該方法測量暗斑的尺寸為亮背景成像測量， 通常生絲的測量直徑在60um左右，而線陣C⑶光敏元的尺寸為14um，限制了測量精度，雖然一般會采用顯微鏡改裝，形成顯微成象系統(tǒng)，待測生絲(纖維)被放大幾十倍，但是，在動態(tài)測量時，生絲(纖維)輕微抖動，成像也會隨之改變，造成測量誤差。另外，亮背景成像極容易使得CCD飽和。因此，這種方法在動態(tài)條件下測量存在著諸多不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對生絲(纖維)細度測量現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種穩(wěn)定性好，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場自動、連續(xù)、非接觸式動態(tài)測量生絲(纖維)細度的方法及其裝置。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是提供一種實時測量生絲細度的方法，將標(biāo)準(zhǔn)樣絲與待測生絲置于同一個光強均勻的平行光場中，它們的反射光經(jīng)傅立葉變換后，由光電傳感器得到一幀標(biāo)準(zhǔn)樣絲和待測生絲的圖像信號，再經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到待測生絲細度的測量結(jié)^ ο所述的標(biāo)準(zhǔn)樣絲與待測生絲材質(zhì)相同，至少包括一束細絲和一束粗絲。一種實時測量生絲細度的裝置，它包括一個光強均勻的平行光場、微距成像系統(tǒng)、光電傳感器和圖像處理系統(tǒng)。
該裝置中的平行光場，由半導(dǎo)體激光器發(fā)射的點光束經(jīng)圓柱面透鏡發(fā)散，再經(jīng)光學(xué)透鏡形成。述的微距成像系統(tǒng)包括成像透鏡。所述的光電傳感器為線陣CCD ；線陣CCD的成像面位于成像透鏡的二倍焦距之外，窄帶濾光器置于線陣CCD的感光元件前，線陣CCD的信號輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換連接，將接收到的圖像信號輸入到圖像處理系統(tǒng)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著效果在于
1、由于待測生絲和標(biāo)準(zhǔn)樣絲同處一個光場，在測量光場內(nèi)設(shè)置已知不同直徑、材質(zhì)相同的標(biāo)準(zhǔn)樣品作為測量值實時標(biāo)定的參照數(shù)據(jù)，即使照明光強度有變化，它們的反射光強為同比例的，不影響計算、標(biāo)定的測量結(jié)果，提高了測量精度。
2、通過微距成像后由線陣C⑶接收，獲得了一幀與生絲(纖維)反射后形成的圖像信息，由于CCD采集的是生絲的反射光，線陣CCD獲得的成像為暗背景信息，有效避免了 CXD感光元的飽和現(xiàn)象。
3、采用半導(dǎo)體激光器作為照射光源，實現(xiàn)曝光時間可程控測量系統(tǒng)光源采用半導(dǎo)體激光器，激光器發(fā)光的時間作為線陣CCD的電子曝光時間，該時間可以根據(jù)測量效果智能調(diào)整。
4、覆蓋于線陣C⑶上的濾光片只透過與激光器頻率相同的經(jīng)生絲樣品反射過來的光能，這將抑制環(huán)境雜光的干擾，進而提高系統(tǒng)測量的信噪比采用窄帶濾光器過濾環(huán)境雜光，提高原始測量信息的信號比。
本發(fā)明提供的測量裝置，可避免生絲(纖維)顫動引起的誤差，實現(xiàn)工業(yè)場合的動態(tài)實時測量，提高測量值的準(zhǔn)確率和穩(wěn)定性，適應(yīng)于生絲、羊毛、紡織纖維等，能夠準(zhǔn)確地得出平均直徑，標(biāo)準(zhǔn)差等生絲細度的統(tǒng)計測量值，應(yīng)用范圍、測量參數(shù)多、結(jié)果準(zhǔn)確可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場自動的連續(xù)測量。


圖1是本發(fā)明實施例提供的一種生絲細度實時測量裝置的功能模塊示意圖2是本發(fā)明實施例提供的一種生絲細度實時測量裝置光學(xué)測量部分的結(jié)構(gòu)示意其中，1、標(biāo)準(zhǔn)細絲；2、待測生絲；3、標(biāo)準(zhǔn)粗絲；4、平行光束；5、光學(xué)透鏡；6、發(fā)散形線光束；7、圓柱面透鏡；8、點光束；9、半導(dǎo)體激光器；10、成像透鏡；11、濾光元件；12、線陣 CXD感光元件；13、標(biāo)準(zhǔn)細絲成像曲線；14、待測生絲成像曲線；15、標(biāo)準(zhǔn)粗絲成像曲線；16、 反射光束。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細的闡述。
實施例1
參見附圖1，它是本實施例提供的一種生絲細度實時測量裝置的功能模塊示意圖； 該測量裝置包括激光光源模塊、光束整形模塊、微距成像模塊和CCD接收模塊組成的光學(xué)測量部分，圖像處理模塊和測量值輸出模塊組成數(shù)據(jù)處理及輸出部分。采用半導(dǎo)體激光器 LD作為本系統(tǒng)測量的光源，由于LD光源存在一定的發(fā)散和橢圓斑，會影響測量的效果，所以，本實施例采用一個圓柱面的光學(xué)透鏡，當(dāng)通過細光闌的激光束通過該光學(xué)透鏡產(chǎn)生一定角度的發(fā)散，圓柱直徑越大發(fā)散角越小。在發(fā)散的光路中放置一個凸透鏡，使得該凸透鏡的焦點與發(fā)散點相重合，在凸透鏡的另一側(cè)可得到一個寬度與凸透鏡的直徑相同的“一”形平行光。將生絲樣品(3根.其中二根為標(biāo)準(zhǔn)的參照絲，一根為待測量絲)，置于平行光場中，獲得反射圖像.由于反射圖像只有60um左右的光斑，需要一定量的放大。所以采用微距成像技術(shù)在鏡頭的成像面上得到一個放大的光斑像。用線陣CCD接收，輸出一幀模擬量的圖像信號，通過視頻ADC，得到相關(guān)的數(shù)據(jù)，其中二根參照絲(粗、細各一根)的數(shù)據(jù)將作為標(biāo)定的參考。數(shù)據(jù)處理的方法是已知二個標(biāo)準(zhǔn)樣品的數(shù)據(jù)，求解待測樣品的直徑。最終得到待測絲樣品的直徑。處理器除了計算數(shù)據(jù)，還將控制LD的點亮?xí)r間，通過實現(xiàn)多參數(shù)的曝光時間功能，來獲取最佳采樣信號。參見附圖2，它是本實施例提供的一種生絲細度實時測量裝置光學(xué)測量部分的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖中所示半導(dǎo)體激光器9發(fā)射的點光束8，經(jīng)圓柱面透鏡7形成發(fā)散形線光束6，經(jīng)光學(xué)透鏡5形成平行光束4，光束形成的光場為一個光強均勻的平行光場。測量時， 將標(biāo)準(zhǔn)細絲1、待測生絲2和標(biāo)準(zhǔn)粗絲3置于平行光場中，它們的反射光束16經(jīng)成像透鏡 10，透過窄帶濾光器11到達線陣CXD感光元件12并接收。線陣CXD在驅(qū)動時序信號的控制下，輸出一幀含有標(biāo)準(zhǔn)細絲13、待測生絲14及標(biāo)準(zhǔn)粗絲15的圖象信號。在本實施例中，用一只5mW的半導(dǎo)體激光器為發(fā)射光源，其發(fā)光頻率為635nm，將發(fā)射的點光束8的光斑直徑調(diào)至1. 2mm，經(jīng)直徑為3. Omm柱形透鏡，形成33. 08°發(fā)散角的線形光束，直徑與發(fā)散角成反比，將直徑為IOmm的光學(xué)透鏡的焦距(f = 25. 88mm)調(diào)至線形光束的發(fā)散點，根據(jù)光學(xué)成像原理經(jīng)焦點的光在透鏡的另一側(cè)形成平行光束，且仍為線形光束，形成的光場約14mm寬度，且為一均勻的平行光場。將直徑d2為45um的標(biāo)準(zhǔn)細絲、 待測生絲及直徑dl為75um的標(biāo)準(zhǔn)粗絲置于平行光場中，三根細絲相鄰間距為2mm。受激光的照射，它們的反射光經(jīng)直徑為25mm的成像透鏡，該成像透鏡的焦距F = 16mm異側(cè)的8. 5 倍處，放置HML1213線陣(XD，像元個數(shù)為2048，每個像元14*14um2，并在CXD感光窗口覆蓋帶通濾光器，其中心頻率為635nm，帶寬30nm。在驅(qū)動時序信號的控制下，線陣CCD接收感光信號，輸出一幀成像曲線其中含有標(biāo)準(zhǔn)細絲、待測生絲及標(biāo)準(zhǔn)粗絲的信息波形。從CXD輸出的一幀模擬量的圖像信號，由視頻ADC轉(zhuǎn)換成一幀2048個12bit的一組與位置相關(guān)聯(lián)的數(shù)組，其中包含了二根已知直徑的標(biāo)準(zhǔn)絲樣，通過光場中二根標(biāo)準(zhǔn)細絲所對應(yīng)的dl(75um)、d2(45um)直徑的實測值，根據(jù)它們之間的相關(guān)性，計算待測絲樣的dx 值。即為該裝置的最終測量結(jié)果。具體的計算方法為在CCD上的成像寬度為wl、w2，待測絲樣的成像寬度為《3。由于三根絲樣為同一質(zhì)地，又在同一光場中，因此他們具有相同的邊緣特征，即相同的斜率，所以將相同斜率處的寬度作比對。在數(shù)據(jù)處理時，可按如下方法計算標(biāo)準(zhǔn)粗絲直徑/待測絲樣直徑=wl/w3 ；或標(biāo)準(zhǔn)細絲直徑/待測絲樣直徑=w2/w3 ；依據(jù)二種標(biāo)準(zhǔn)生絲實時成像，求解出待測絲樣的直徑，標(biāo)定得到待測生絲細度。數(shù)據(jù)處理方法可采用多次采樣，獲選取多組值原始數(shù)據(jù)，然后求其平均值。本實施例中，取粗、 細不同的二根標(biāo)準(zhǔn)絲樣，是為了實現(xiàn)測量的更精準(zhǔn)。本實施方案選取標(biāo)準(zhǔn)樣絲與待測生絲為同一材質(zhì)，且待測生絲和標(biāo)準(zhǔn)樣絲同處一個光場，所以，在任意時刻，即使照明光強度有變化，它們的反射光強為同比例的，標(biāo)準(zhǔn)樣絲和待測生絲具有相同的透射率和反射率，故可忽略光強的不穩(wěn)定性、生絲的透明度以及生產(chǎn)場所嘈雜環(huán)境等帶來誤差，不會影響計算、標(biāo)定的測量結(jié)果。依據(jù)二根標(biāo)準(zhǔn)生絲的反射光能量數(shù)據(jù)，進而推算出待測生絲的直徑dx。其中，微距成像方式既放大樣品的圖像，同時又克服了樣品輕微抖動可能引起的失真。由于CCD采集的是生絲的反射光，圖像捕獲采用暗背景CCD成像模式，避免了亮背景模式易引起CCD像元飽和現(xiàn)象，增強了測量物感光信號的信噪比，從而提高了整個系統(tǒng)的測量精度，同時，由于CCD采集的是生絲的反射光，在工廠里生絲即使發(fā)生抖動，也不影響CCD的輸出結(jié)果，故本發(fā)明是一種實現(xiàn)非接觸式實時動態(tài)的生絲細度智能檢測系統(tǒng)。
本裝置適應(yīng)于生絲、羊毛、紡織纖維等，能夠準(zhǔn)確地得出平均直徑，標(biāo)準(zhǔn)差等生絲細度的統(tǒng)計測量值，應(yīng)用范圍、測量參數(shù)多、結(jié)果準(zhǔn)確可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場自動的連續(xù)測量。
權(quán)利要求
1.一種實時測量生絲細度的方法，其特征在于將標(biāo)準(zhǔn)樣絲與待測生絲置于同一個光強均勻的平行光場中，它們的反射光經(jīng)傅立葉變換后，由光電傳感器得到一幀標(biāo)準(zhǔn)樣絲和待測生絲的圖像信號，再經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到待測生絲細度的測量結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實時測量生絲細度的方法，其特征在于所述的標(biāo)準(zhǔn)樣絲與待測生絲材質(zhì)相同，至少包括一束細絲和一束粗絲。
3.一種實現(xiàn)如權(quán)利要求1所述方法的實時測量生絲細度的裝置，其特征在于它包括一個光強均勻的平行光場、微距成像系統(tǒng)、光電傳感器和圖像處理系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實時測量生絲細度的裝置，其特征在于所述的平行光場，由半導(dǎo)體激光器(9)發(fā)射的點光束(8)經(jīng)圓柱面透鏡(7)發(fā)散，再經(jīng)光學(xué)透鏡(5)形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實時測量生絲細度的裝置，其特征在于所述的微距成像系統(tǒng)包括成像透鏡(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實時測量生絲細度的裝置，其特征在于所述的光電傳感器為線陣CXD ；線陣CXD的成像面位于成像透鏡(10)的二倍焦距之外，窄帶濾光器(11)置于線陣CCD的感光元件前，線陣CCD的信號輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換連接，將接收到的圖像信號輸入到圖像處理系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實時測量生絲細度的方法及其裝置。該裝置包括平行光場、微距成像系統(tǒng)、光電傳感器和圖像處理系統(tǒng)；測量時，將標(biāo)準(zhǔn)樣絲與待測生絲置于同平行光場中，它們的反射光經(jīng)傅立葉變換后，由光電傳感器得到一幀標(biāo)準(zhǔn)樣絲和待測生絲的圖像信號，再經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到待測生絲細度的測量結(jié)果。由于測量中采集的是生絲的反射光，有效避免了CCD感光元的飽和現(xiàn)象；采用微距成像避免了顯微成像帶來的失真現(xiàn)象。同時，由于待測生絲和標(biāo)準(zhǔn)樣絲同處一個光場，測量精度不會受到環(huán)境因素的影響，有效提高了測量值的準(zhǔn)確率和穩(wěn)定性。它適應(yīng)于生絲、羊毛、紡織纖維等的纖度測量，是一種實現(xiàn)非接觸式實時動態(tài)纖維細度檢測的有效工具。
文檔編號G01B11/08GK102519373SQ20111042729
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者劉鳳嬌, 周望, 李丹, 李燁, 裔宏根, 費萬春 申請人:周望, 蘇州大學(xué)