缝纫线动态张力的测量与分析

杨 杨 王建萍 史 慧

(东华大学 服装·艺术设计学院，上海200051)

缝纫线动态张力的测量与分析

杨 杨 王建萍 史 慧

(东华大学 服装·艺术设计学院，上海200051)

通过搭建动态应变测量系统对缝纫线动态张力进行测量，并运用 MATLAB软件对所得信号进行处理和运算，进一步分析了缝纫线动态张力的形成及特点，为缝线张力的合理设置提供实验基础。

缝纫线；动态张力；应变测量

在主要服装生产过程中，缝纫加工是影响质量的重要工序，适当的缝纫线张力是改善缝口外观的常用方法，但在生产过程中，缝纫线张力的大小完全由缝纫工根据经验确定，是导致缝纫质量不均衡的重要原因之一。

缝线张力是指在缝纫线被拉紧的状态下，产生于内部各段之间的应力。作为一种被动力，缝线张力的大小与其受到的主动力及运动状态有关。工业平缝机在缝纫时，面线通过一定的穿线路径和装置获得张力后，随着机针穿刺缝料，下降到死点后回升形成线环，旋梭梭尖钩住线环并在各个机构的配合下，面线底线穿套形成线迹[1]。

作为面料成缝的重要条件之一，缝纫线张力在实际缝纫中不断波动变化，只研究单一的张力数值，不能反映实际张力特点，因此对缝纫线动态张力的测量与分析尤为重要。

1 缝纫线动态张力的测量

1.1 实验平台的搭建

测试中采用高速电脑平缝机（Brother S-7200C-303A）作为实验用机，使用单滑轮张力传感器（JZHL-1-20N）、静态应变仪（JM3812）进行张力信号的采集，以及计算机软件进行采集信号的数据显示和分析。实验系统如图1所示。

本课题进行的动态张力测量方法，采用接触式，即在缝纫线穿线路径上设置张力传感器，直接测量在缝纫过程中，缝纫线张力的波动。

图1 动态张力测量系统框图

张力传感器类型为电阻应变式。其测量原理是由于内部导体或半导体材料在受到外界力 (拉力或压力)作用时，产生机械变形，机械变形导致其阻值变化，因为导体和半导体的电阻 R=pL/A电阻率p及其几何尺寸 (其L为长度，A为截面积)有关，当导体或半导体在受外力作用时，这3者都会发生变化，从而引起电阻的变化。阻值的大小，反映外界作用力的大小[2]。

1.2 缝纫条件

实验面料选取常用棉型面料，面料信息详见表1。面料缝纫方向选取有服装缝合中常用的径向，裁剪径向方向为25cm×4cm的缝条，其中90度为经向，0度为纬向。缝纫条件详见表2。

表1 面料信息

表2 缝纫条件

2 张力信号的分析

该应变仪采样频率为512HZ，即每秒钟采集电信号的个数为512个。将采集到的张力信号导入到MATLAB软件中进行处理，运用MATLAB中强大的工程信号处理功能，对张力进行分析。

2.1 平滑处理

通过传感器、数据采集仪对缝纫线张力进行测试所得信号由于测试过程中测试系统外部以及内部各种因素的影响，在输出上会产生一定的误差，为了减小误差，排除干扰信号，需对所得数据进行预处理。

从原始电压信号时间变化波形图发现（图3a），采集离散数据绘成的应变值曲线上呈许多毛刺，为了消弱干扰信号的影响，提高曲线光滑度，常常需要对采样数据进行平滑处理[3]。数据平滑处理的一般原则是既要消除数据中的干扰成分，又要保持原有曲线的变化特性，本文主要应用的是五点三次平滑算法。

五点三次平滑法是利用最小二乘法原理对离散数据进行3次最小二乘多项式平滑的方法。计算公式为：

其中xi表示观测数据值，ym表示xi的平滑值。

2.2 编程实现

MATLAB作为大型数学计算应用软件系统，提供了强大的矩阵处理和绘图功能，简单易用，可信度高，灵活性好，在世界范围内被科学工作者、工程师以及大学生和研究生广泛使用。

为了验证张力信号测试中得到的原始信号平滑处理的效果，绘制同一时间段变化波形图（4～5s时间段为例）。可以看到经过平滑处理，图形毛刺现象得到改善，一些杂乱的干扰信号得到有效的剔除。

3 动态张力分析

缝纫线在面料缝合过程中其张力不停的运动与变化，这种运动和变化过程含有丰富的内在信息。

根据张力时域分析，缝纫线动态张力随着时间变化呈规律的周期性。放大波形图可以看出，在一个周期内的波形可以分为4个区域，3段波峰值变化趋势经历由小到最高后回到第一个波峰值位置，最后降到0值附近，完成一个周期的运动。(图4)

根据缝纫机各个构件周期运动分析[1,4]，主轴位于300°~360°时，挑线杆从最低位置向上移动，面线从旋梭中退出，上线张力值出现，形成波峰群1。

主轴在0°时，机针处于最高位置向下穿刺布料，挑线杆向上运动，面线处于张紧状态。挑线杆在持续向上运动，主轴在20°~60°时，收紧线迹并克服夹线器的张力向线轴抽取新线，此时缝线所受的张力达到最大，出现了主波峰的峰值。

随着挑线杆向下运动将抽取的缝线送出，张力值从最大不断减小；直到机针触及缝料，缝线随着机针穿刺缝料向下运动，缝线受面料的挤压作用，张力值不再减小并出现波峰群2。

运动到下死点的位置时，张力减至0。在0值区，梭尖勾住并扩大面线线环，面线处于松弛状态并且持续时间最长。

4 总结

缝纫线受到各机构的作用，产生较复杂的张力变化。由动态张力变化可知，在20°～60°的线轴供线线迹过程中，线张力很大，断线的发生集中在此时间段附近。缝纫设备对缝线张力的要求是在满足工艺要求的情况下，要求缝线张力缝值越小越好，张力波动量越小越好。因此，张力信号的采集与分析为实现缝线张力的实时监测，调整缝线张力在缝合中始终处于合适的状态，避免断线、缝料褶皱等缝制不良现象的发生提供了基础条件。

图3 张力信号平滑处理情况比较图

图4 周期区域划分

[1]孙苏榕.服装机械原理与设计[M].上海：中国纺织大学出版社，1994：94-178.

[2]黄贤武，郑筱霞.传感器原理与应用(第二版)[M].北京：高等教育出版社，2004(3):21-22.

[3]孙苗钟.基于MATLAB的振动信号平滑处理方法[J].电子测量技术，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

(责任编辑：田 犇)

10.3969/j.issn.1674-2346.2015.04.005

2015－09－09

杨杨，女，硕士研究生。研究方向：服装工程数字化王建萍，女，教授。研究方向：服装设计与工程