E. S. Südhoff， L. Debicki， M. Decius， L. Merten， V. Niebel， G. Seide， T. Gries

亞琛工業(yè)大學(xué) 紡織技術(shù)研究所(德國)

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利用光衍射測量長絲紗的變形結(jié)構(gòu)

E. S. Südhoff， L. Debicki， M. Decius， L. Merten， V. Niebel， G. Seide， T. Gries

亞琛工業(yè)大學(xué) 紡織技術(shù)研究所(德國)

無變形的長絲紗傾向于以一種平行且均勻的方式排列在一起。相比于表面不太均勻且包含毛羽的短纖維紗線，無變形的長絲紗表面很光滑。在很多應(yīng)用中，人們期望可在保留長絲紗連續(xù)性的同時(shí)獲得短纖紗的某些特性。通過變形絲工藝，可以使長絲紗獲得特定的性能，如高膨松性、高彈性和孔隙度。在實(shí)驗(yàn)室中，可以離線測量變形紗的性能，但還沒有實(shí)現(xiàn)對運(yùn)行過程中的紗線進(jìn)行性能的實(shí)時(shí)在線光學(xué)檢測。離線測量方法成本高，且只能獲得隨機(jī)紗線樣本質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)信息。除介紹了最先進(jìn)的變形紗參數(shù)的測量外，還提出了一種直接光學(xué)測量變形紗的潛在方法。

長絲紗； 變形； 光學(xué)測量； 在線測量

1 變形原理、測量能力和特性

目前主要的變形工藝有假捻法、邊緣卷曲法、假編法、填塞箱法及噴氣變形法。所有的變形方法都具有使長絲產(chǎn)生波浪形變形的卷曲共性。類似于變形的交叉混合，可使紗線獲得一個(gè)確定的結(jié)構(gòu)。然而，在旋轉(zhuǎn)加工中長絲的結(jié)構(gòu)固定僅依靠與另一根長絲的表面摩擦力。交叉混合的目的是提高紗線卷曲性能，因此，需要提高平行長絲(纏結(jié))的抱合力或兩種不同紗線(混紡)的混合均勻度。

紗線質(zhì)量的穩(wěn)定性對于后續(xù)的生產(chǎn)工序非常重要，這也是要在生產(chǎn)后必須檢查紗線質(zhì)量的原因。通常根據(jù)特定需求測試變形紗的不同特性。變形紗最重要的性能參數(shù)有卷曲度、拉伸前后紗線長度的變化及紗線在承受張力情況下的結(jié)構(gòu)耐久性。測試工作一般在熱處理后紗線發(fā)生卷曲后進(jìn)行。比較有名的變形紗性能測試裝置為德國Textechno Herbert Stein公司生產(chǎn)的Texturmat ME+，該系統(tǒng)可以測試上述所有的參數(shù)，但其測試卷曲的方法是離線的。目前還沒有任何光學(xué)方法可以直接測量長絲紗的變形結(jié)構(gòu)。德國亞琛工業(yè)大學(xué)紡織技術(shù)研究所(ITA)與Textechno公司合作，開發(fā)了一種可以用于長絲紗變形結(jié)構(gòu)測量的潛在的測試方法。

2 長絲紗變形結(jié)構(gòu)光學(xué)測量的新方法

光衍射原理早已應(yīng)用于短纖維紗線毛羽情況的測試中。此外，光衍射還被用于測量紗線中纖維的長度和分布位置。測試過程中的傳感器原理如圖1所示。激光發(fā)射出一束平行光，光束經(jīng)過擴(kuò)束系統(tǒng)后直徑被放大。借助一種縫隙孔，可以精確測量光束的直徑。在孔通道方向安裝一個(gè)過濾器，以降低光的強(qiáng)度，保護(hù)用于測量的光學(xué)組件。在目標(biāo)工作面上短纖紗或長絲紗的夾持端，設(shè)置校準(zhǔn)安裝程序用以測量衍射圖譜。距目標(biāo)工作面f處安裝一傅里葉鏡頭，并確保傅里葉鏡頭與焦距工作面間距也為f。在焦距工作面處安裝一照相機(jī)，通過讀取相機(jī)的CCD芯片可以導(dǎo)出測試所得的圖片。圖2給出了一個(gè)實(shí)際測試過程中傳感器原理的實(shí)施方式。圖3示出了不同校準(zhǔn)設(shè)置下檢測到的試樣的衍射圖譜及其示意圖。由圖3可以看出，纖維的位置、直徑和數(shù)量會對衍射圖譜的形狀產(chǎn)生影響。在校準(zhǔn)設(shè)置步驟中，衍射圖產(chǎn)生于與纖維長度方向呈90°夾角間，不考慮光衍射的理論細(xì)節(jié)，這是光圓柱體或邊緣衍射的特性。目標(biāo)工作面上垂直黏貼的纖維數(shù)量與衍射圖譜光強(qiáng)度的關(guān)系，可以用焦距平面上的光敏接收器的電壓量化表示(圖4)。纖維數(shù)量與光強(qiáng)度呈線性關(guān)系，因此光束中的纖維越多，就會有越多的光參與衍射。隨著光束中邊緣數(shù)量的增加，光的散射也會相應(yīng)增加，因此光的強(qiáng)度可以通過衍射圖譜進(jìn)行預(yù)測。該理論已通過實(shí)際測試得以證實(shí)。

圖1 測量衍射圖譜的傳感器原理

圖2 傳感器原理的試驗(yàn)臺設(shè)置

圖3 不同校準(zhǔn)設(shè)置下的衍射圖譜及示意圖

基于衍射圖譜測量的原理，可以實(shí)現(xiàn)一種針對長絲變形結(jié)構(gòu)的光學(xué)測量方法。圖5給出了針對兩種不同的變形紗進(jìn)行的衍射圖譜測試結(jié)果。圖上分別示出了一種低變形紗的和一種高變形紗的實(shí)際測得的衍射圖譜及其示意圖。其中，低變形紗是由沿中心軸排列的纖維組成的，因此稍稍偏離中心軸，這在焦距工作面的衍射圖譜中得以體現(xiàn)：衍射圖譜垂直方向上的光強(qiáng)度顯著增強(qiáng)(白色標(biāo)記區(qū)域)，由該區(qū)域可以分辨出纖維的位置。被照射纖維的光強(qiáng)度值反映纖維的數(shù)量。高變形紗的纖維層分布均勻，因而衍射圖譜中的光強(qiáng)度也分布均勻。

圖4 衍射圖譜中光強(qiáng)度和纖維數(shù)量的關(guān)系

測試工藝的經(jīng)濟(jì)性對未來可能的工業(yè)應(yīng)用有著重要的影響。根據(jù)一項(xiàng)有關(guān)傳感器工業(yè)實(shí)施的報(bào)告，初步估計(jì)單個(gè)傳感器約需1 300歐元。相對于每個(gè)變形設(shè)備單元的投資成本(約3 200歐元)而言，傳感器的價(jià)格非常高?？紤]到在線變形結(jié)構(gòu)測試的攤銷，其成本回收期預(yù)計(jì)為1.5 a左右。

3 結(jié)論

基于現(xiàn)有的測試方法，開發(fā)出一種可以直接通過

光學(xué)測量測試變形紗結(jié)構(gòu)的方法。通過衍射圖譜的表征可知，目標(biāo)工作面中纖維的數(shù)量和位置直接影響焦距工作面上衍射圖譜的形狀和強(qiáng)度。未來的工作是進(jìn)一步擴(kuò)大研究范圍，并將實(shí)驗(yàn)室技術(shù)轉(zhuǎn)換為工業(yè)上可實(shí)際應(yīng)用的傳感器技術(shù)。尤其值得一提的是該方法為一種在線測量方法。光學(xué)組件類似于植入手機(jī)中的相機(jī)，工業(yè)化批量生產(chǎn)可分?jǐn)偝杀?，基于這一點(diǎn)，足以抵消光學(xué)傳感器技術(shù)的成本，并可推廣應(yīng)用于長絲紗的工業(yè)化生產(chǎn)中。

周書法 譯 李 剛 校

Light diffraction used as optical instrument to measure texturing of filament yarns

EricSchulteSüdhoff，LukaszDebicki，MichaelDecius，LukasMerten，VolkerNiebel，GunnarSeide，ThomasGries

Institut für Textilechnik(ITA)， RWTH Achen University， Achen/Germany

Non-textured filament yarns tend to exist side by side in a parallel and even way. The surface is smooth compared to the less uniform and hairy surface of staple fiber yarns. For many applications staple fiber specific properties are desirable with retention of the continuity of a filament at the same time. Through texturing the filament yarns obtain customizable properties such as high bulk, high elasticity and porosity. The properties of textured filament yarns are currently measured offline in the laboratory. Online optical methods for the characterization of filament yarns on the running yarn do not exist. Offline measurement methods are costly and generate only statistical information on the quality of the yarn by random sampling. Besides the state-of-the-art of the measurement of textured yarn parameters, a potential method for the direct optical measurement of textured filament yarn is presented here.

filament yarn； texturing； optical measurement； online measurement