馮 珣,湯曉華,劉美蓮
(北京工商大學(xué) 材料與機械工程學(xué)院,北京 100048)
電腦刺繡機斷線率是影響生產(chǎn)效率和繡品質(zhì)量重要因素之一。斷線的產(chǎn)生是由電腦刺繡機多參數(shù)、多因素構(gòu)成的各個環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)運動所決定的,是一個綜合性的問題。斷線的因素主要表現(xiàn)為以下幾種[1]:線質(zhì)不好,過線接觸面有劃痕或毛刺,轉(zhuǎn)速過高,供線—需線量不協(xié)調(diào)等,但這些都與線張力之間有非常重要的關(guān)系。所以在運動過程找到斷線的成因,就要從線張力入手,通過分析挑線桿、針桿的運動特性找到影響斷線的具體因素。
本文以圖像處理為手段,運用Matlab軟件,回歸出挑線桿線孔中心點以及刺繡針針孔運動軌跡曲線,找到易發(fā)生斷線的角度區(qū)間和原因,為進(jìn)一步完成機頭線張力建模理論奠定了實驗基礎(chǔ)。
圖1所示為挑線桿細(xì)節(jié)圖,圖2所示為針桿細(xì)節(jié)圖。由于二者可采用同樣的機器視覺及軟件處理方法得到運動學(xué)參數(shù),因此本文僅以挑線桿為例加以說明。
本文采用MotionBLITZ Cube4工業(yè)級高速照相機,配以NIKON 52mm鏡頭以及相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施,搭建了一套完整的機器視覺硬件系統(tǒng),以實現(xiàn)對高速運動的被測對象的圖像采集。
圖2 針桿細(xì)節(jié)圖Fig.2 Detail diagram of needle bar
圖3 視覺測量平臺原理圖Fig.3 Schematic of visual measurement platform
由于挑線桿形狀復(fù)雜,在后期軟件處理中有一定難度,因此本文采取了一種間接的圖像采集方法:在挑線桿上附著一個黑點作為標(biāo)識圓,其余空間覆蓋全白。在挑線桿運動過程中,由于附著在挑線桿上,這一標(biāo)識圓點與挑線桿相對靜止,若可知其運動軌跡,就能真實還原出挑線桿的運動情況。于是拍攝出如圖4所示的一組圖片。
圖4 挑線桿中心孔間接圖像采集Fig.4 The center hole of the thread take-up indirect image acquisition
圖5 繡針緊定螺釘間接圖像采集Fig.5 The embroidery needleset screws indirect imageimage acquisition
有了一組運動圖片后,利Matlab軟件對每一張圖片依進(jìn)行圖像處理:二值化,將色標(biāo)識圓從白色背景中分離來;擬合圓,還原標(biāo)識圓;成圓心坐標(biāo),提取出所關(guān)心圖片信息[2,3]。
通過上述圖片處理過程,每張圖片信息濃縮為一個坐標(biāo)。將這些坐標(biāo)繪制在一張圖片上,即可得到挑線桿的運動軌跡,即位移曲線,對位移曲線進(jìn)行求導(dǎo)計算,可得速度曲線;再對速度曲線進(jìn)行求導(dǎo)運算,可得加速度曲線。至此,本文得到了所有所關(guān)心的運動學(xué)參數(shù)。
綜合挑線桿、針桿的運動學(xué)曲線及拍攝圖像,對其進(jìn)行分析如表1所示[4]。
表1 挑線桿、針桿運動相位分析
由于電腦刺繡機的工作特性,其在主軸轉(zhuǎn)速升高時,斷線率也隨之上升。因此,本文選取1150rpm為刺繡機工作點,做了20組的斷線實驗,并識別出發(fā)生斷線時的主軸角度。
實驗過程如下:將高速相機拍攝幀頻設(shè)置為2000Hz;在刺繡機穩(wěn)定工作時開啟相機,拍攝運動照片,捕捉到斷線畫面后停止拍攝,并將運動圖片導(dǎo)入電腦中;由上表可以看出,14組在40°附近,6組在160°附近。即斷線的發(fā)生集中在主軸角度為40°及160°附近。結(jié)合表1,主軸角度在40°附近時,挑線桿速度向上減小,針桿速度向下增大,20°~60°為從線軸供線過程,此時線張力很大,壓線彈簧處線張力壓力越大,斷線角度則越提前。160°時針桿即將到達(dá)最低點,速度向下減小,加速度已接近最大值,線為張緊狀態(tài),此時,線受到的剪力很大。
表2 斷線情況統(tǒng)計
通過拍攝電腦刺繡機工作狀態(tài)的圖像,編制相應(yīng)Matlab程序,繪制出針桿,挑線桿的位移、速度、加速度的運動曲線圖,并根據(jù)實測斷線相位,分析出斷線的具體原因,所得出的結(jié)論可用于電腦刺繡機結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計,以降低實際生產(chǎn)中的斷線率 (北京工商大學(xué)青年教師科研啟動基金資助項目)。
[1]秦榮.電腦繡花機斷線問題的研究[D].中國紡織出版社,2010
[2]張強,王正林.精通MATLAB圖像處理[M].電子工業(yè)出版社,2009.
[3]張廣軍.視覺測量[M].科學(xué)出版社,2008.
[4]孫金階.服裝機械原理[M].中國紡織出版社,2011.