楊 楊 王建萍 史 慧

(東華大學(xué) 服裝·藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，上海200051)

縫紉線動(dòng)態(tài)張力的測(cè)量與分析

楊 楊 王建萍 史 慧

(東華大學(xué) 服裝·藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，上海200051)

通過(guò)搭建動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)對(duì)縫紉線動(dòng)態(tài)張力進(jìn)行測(cè)量，并運(yùn)用 MATLAB軟件對(duì)所得信號(hào)進(jìn)行處理和運(yùn)算，進(jìn)一步分析了縫紉線動(dòng)態(tài)張力的形成及特點(diǎn)，為縫線張力的合理設(shè)置提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

縫紉線；動(dòng)態(tài)張力；應(yīng)變測(cè)量

在主要服裝生產(chǎn)過(guò)程中，縫紉加工是影響質(zhì)量的重要工序，適當(dāng)?shù)目p紉線張力是改善縫口外觀的常用方法，但在生產(chǎn)過(guò)程中，縫紉線張力的大小完全由縫紉工根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，是導(dǎo)致縫紉質(zhì)量不均衡的重要原因之一。

縫線張力是指在縫紉線被拉緊的狀態(tài)下，產(chǎn)生于內(nèi)部各段之間的應(yīng)力。作為一種被動(dòng)力，縫線張力的大小與其受到的主動(dòng)力及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。工業(yè)平縫機(jī)在縫紉時(shí)，面線通過(guò)一定的穿線路徑和裝置獲得張力后，隨著機(jī)針穿刺縫料，下降到死點(diǎn)后回升形成線環(huán)，旋梭梭尖鉤住線環(huán)并在各個(gè)機(jī)構(gòu)的配合下，面線底線穿套形成線跡[1]。

作為面料成縫的重要條件之一，縫紉線張力在實(shí)際縫紉中不斷波動(dòng)變化，只研究單一的張力數(shù)值，不能反映實(shí)際張力特點(diǎn)，因此對(duì)縫紉線動(dòng)態(tài)張力的測(cè)量與分析尤為重要。

1 縫紉線動(dòng)態(tài)張力的測(cè)量

1.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建

測(cè)試中采用高速電腦平縫機(jī)（Brother S-7200C-303A）作為實(shí)驗(yàn)用機(jī)，使用單滑輪張力傳感器（JZHL-1-20N）、靜態(tài)應(yīng)變儀（JM3812）進(jìn)行張力信號(hào)的采集，以及計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行采集信號(hào)的數(shù)據(jù)顯示和分析。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示。

本課題進(jìn)行的動(dòng)態(tài)張力測(cè)量方法，采用接觸式，即在縫紉線穿線路徑上設(shè)置張力傳感器，直接測(cè)量在縫紉過(guò)程中，縫紉線張力的波動(dòng)。

圖1 動(dòng)態(tài)張力測(cè)量系統(tǒng)框圖

張力傳感器類(lèi)型為電阻應(yīng)變式。其測(cè)量原理是由于內(nèi)部導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在受到外界力 (拉力或壓力)作用時(shí)，產(chǎn)生機(jī)械變形，機(jī)械變形導(dǎo)致其阻值變化，因?yàn)閷?dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻 R=pL/A電阻率p及其幾何尺寸 (其L為長(zhǎng)度，A為截面積)有關(guān)，當(dāng)導(dǎo)體或半導(dǎo)體在受外力作用時(shí)，這3者都會(huì)發(fā)生變化，從而引起電阻的變化。阻值的大小，反映外界作用力的大小[2]。

1.2 縫紉條件

實(shí)驗(yàn)面料選取常用棉型面料，面料信息詳見(jiàn)表1。面料縫紉方向選取有服裝縫合中常用的徑向，裁剪徑向方向?yàn)?5cm×4cm的縫條，其中90度為經(jīng)向，0度為緯向?？p紉條件詳見(jiàn)表2。

表1 面料信息

表2 縫紉條件

2 張力信號(hào)的分析

該應(yīng)變儀采樣頻率為512HZ，即每秒鐘采集電信號(hào)的個(gè)數(shù)為512個(gè)。將采集到的張力信號(hào)導(dǎo)入到MATLAB軟件中進(jìn)行處理，運(yùn)用MATLAB中強(qiáng)大的工程信號(hào)處理功能，對(duì)張力進(jìn)行分析。

2.1 平滑處理

通過(guò)傳感器、數(shù)據(jù)采集儀對(duì)縫紉線張力進(jìn)行測(cè)試所得信號(hào)由于測(cè)試過(guò)程中測(cè)試系統(tǒng)外部以及內(nèi)部各種因素的影響，在輸出上會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，為了減小誤差，排除干擾信號(hào)，需對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。

從原始電壓信號(hào)時(shí)間變化波形圖發(fā)現(xiàn)（圖3a），采集離散數(shù)據(jù)繪成的應(yīng)變值曲線上呈許多毛刺，為了消弱干擾信號(hào)的影響，提高曲線光滑度，常常需要對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理[3]。數(shù)據(jù)平滑處理的一般原則是既要消除數(shù)據(jù)中的干擾成分，又要保持原有曲線的變化特性，本文主要應(yīng)用的是五點(diǎn)三次平滑算法。

五點(diǎn)三次平滑法是利用最小二乘法原理對(duì)離散數(shù)據(jù)進(jìn)行3次最小二乘多項(xiàng)式平滑的方法。計(jì)算公式為：

其中xi表示觀測(cè)數(shù)據(jù)值，ym表示xi的平滑值。

2.2 編程實(shí)現(xiàn)

MATLAB作為大型數(shù)學(xué)計(jì)算應(yīng)用軟件系統(tǒng)，提供了強(qiáng)大的矩陣處理和繪圖功能，簡(jiǎn)單易用，可信度高，靈活性好，在世界范圍內(nèi)被科學(xué)工作者、工程師以及大學(xué)生和研究生廣泛使用。

為了驗(yàn)證張力信號(hào)測(cè)試中得到的原始信號(hào)平滑處理的效果，繪制同一時(shí)間段變化波形圖（4～5s時(shí)間段為例）?？梢钥吹浇?jīng)過(guò)平滑處理，圖形毛刺現(xiàn)象得到改善，一些雜亂的干擾信號(hào)得到有效的剔除。

3 動(dòng)態(tài)張力分析

縫紉線在面料縫合過(guò)程中其張力不停的運(yùn)動(dòng)與變化，這種運(yùn)動(dòng)和變化過(guò)程含有豐富的內(nèi)在信息。

根據(jù)張力時(shí)域分析，縫紉線動(dòng)態(tài)張力隨著時(shí)間變化呈規(guī)律的周期性。放大波形圖可以看出，在一個(gè)周期內(nèi)的波形可以分為4個(gè)區(qū)域，3段波峰值變化趨勢(shì)經(jīng)歷由小到最高后回到第一個(gè)波峰值位置，最后降到0值附近，完成一個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)。(圖4)

根據(jù)縫紉機(jī)各個(gè)構(gòu)件周期運(yùn)動(dòng)分析[1,4]，主軸位于300°~360°時(shí)，挑線桿從最低位置向上移動(dòng)，面線從旋梭中退出，上線張力值出現(xiàn)，形成波峰群1。

主軸在0°時(shí)，機(jī)針處于最高位置向下穿刺布料，挑線桿向上運(yùn)動(dòng)，面線處于張緊狀態(tài)。挑線桿在持續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，主軸在20°~60°時(shí)，收緊線跡并克服夾線器的張力向線軸抽取新線，此時(shí)縫線所受的張力達(dá)到最大，出現(xiàn)了主波峰的峰值。

隨著挑線桿向下運(yùn)動(dòng)將抽取的縫線送出，張力值從最大不斷減??；直到機(jī)針觸及縫料，縫線隨著機(jī)針穿刺縫料向下運(yùn)動(dòng)，縫線受面料的擠壓作用，張力值不再減小并出現(xiàn)波峰群2。

運(yùn)動(dòng)到下死點(diǎn)的位置時(shí)，張力減至0。在0值區(qū)，梭尖勾住并擴(kuò)大面線線環(huán)，面線處于松弛狀態(tài)并且持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)。

4 總結(jié)

縫紉線受到各機(jī)構(gòu)的作用，產(chǎn)生較復(fù)雜的張力變化。由動(dòng)態(tài)張力變化可知，在20°～60°的線軸供線線跡過(guò)程中，線張力很大，斷線的發(fā)生集中在此時(shí)間段附近?？p紉設(shè)備對(duì)縫線張力的要求是在滿足工藝要求的情況下，要求縫線張力縫值越小越好，張力波動(dòng)量越小越好。因此，張力信號(hào)的采集與分析為實(shí)現(xiàn)縫線張力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，調(diào)整縫線張力在縫合中始終處于合適的狀態(tài)，避免斷線、縫料褶皺等縫制不良現(xiàn)象的發(fā)生提供了基礎(chǔ)條件。

圖3 張力信號(hào)平滑處理情況比較圖

圖4 周期區(qū)域劃分

[1]孫蘇榕.服裝機(jī)械原理與設(shè)計(jì)[M].上海：中國(guó)紡織大學(xué)出版社，1994：94-178.

[2]黃賢武，鄭筱霞.傳感器原理與應(yīng)用(第二版)[M].北京：高等教育出版社，2004(3):21-22.

[3]孫苗鐘.基于MATLAB的振動(dòng)信號(hào)平滑處理方法[J].電子測(cè)量技術(shù)，2007，30(06):55-57.

Measurement and Analysis of Dynamic Sewing Thread Tension

YANG Yang WANG Jian-ping SHI Hui
(Fashion&Art Design Insitute,Donghua University,Shanghai 200051,China)

Dynamicstrain measurementsystemis builttomeasurethedynamicsewingthreadtensionandMATLAB software is used to process and operate the obtained signals.This paper analyzes the formation and characteristics of dynamic sewing thread tension,which provides experimental basis for its reasonable setting.

sewing thread;dynamic tension;strain measurement

TS941.63

B

1674-2346(2015)04-0021-04

(責(zé)任編輯：田 犇)

10.3969/j.issn.1674-2346.2015.04.005

2015－09－09

楊楊，女，碩士研究生。研究方向：服裝工程數(shù)字化王建萍，女，教授。研究方向：服裝設(shè)計(jì)與工程