智能织物气密性测试仪的研制

何 翔

(准邦检测仪器(扬州)有限公司，江苏 扬州 225000)

0 引言

随着生活水平的提高,人们对于织物在各种情况下的透气性能有了越来越高的要求。在纺织品行业中,目前市场上虽然已有类似织物胀破性能测试仪、织物静水压测试仪、织物透气量测试仪等仪器,但还未出现可用于测试织物防水透气性能的产品,且智能化的仪器在纺织行业还处于起步阶段,需要更为深入的研究与开发。

准邦检测仪器(扬州)有限公司从实际出发,根据用户的需求,为其订制研发了一台专用于测试织物防水透气性能的产品——智能织物气密性测试仪。此产品满足当前客户的需求,其检测功能和运行稳定性得到了客户的充分认可。

1 仪器测试原理及工作流程

1.1 测试原理

智能织物气密性测试仪的测试原理如图1所示,测试样品平放于上、下两筒的法兰之间,上筒注入2 L水,排水阀门W1关闭,进水阀门W2不断通水,以压缩下筒内空气,当压力增大到一定程度时,空气会穿过测试样品,以气泡形式在上筒内冒出,此时压力传感器记录的下筒空气压力值与测试面积相结合,可得此样品的透气性能值。

图1 智能织物气密性测试仪的测试原理

1.2 工作流程

仪器工作流程如图2所示[1],现对主要流程做简要描述:

1-增压装置;2,15,16-水位传感器;3,11-水泵;4,10,14-电磁阀;5-下筒;6-排水管;7-溢流水槽;8-上筒;9-过滤器;12-摄像头;13-水箱;17-样品;18-压力传感器

(1) 手动放置样品17,平铺样品17并置于下筒5上表面。

(2) 上筒压紧:气缸推动上筒8下移压住样品17,使样品17外边缘分别与上筒8和下筒5压紧;电磁阀14打开后,水箱13内的水因自重进入上筒8大约2 L;水位不断上升,触发水位传感器15时电磁阀4关闭,停止进水,上筒8内的水保持约2 L。

(3) 下筒加压:气体增压装置1工作,内置水箱13内的水被压进下筒5,使下筒5内的水位上升的同时挤压水位上方的空气,空气透过样品17上表面时会产生气泡。

(4) 记录数据:摄像头12捕捉到气泡的同时,系统自动记录下压力传感器18当前的气压值,测试结束(此过程也可以在人眼观察到屏幕上气泡产生瞬间,手动按键记录气压值,实现手动和自动功能供客户选择)。

(5) 上、下筒排水:电磁阀10和电磁阀4打开,使上筒8、下筒5均与水箱13连通,水泵11和水泵3同时工作抽水至水箱13,其中上筒8抽水管路中设有过滤器9,用于过滤上筒8水中的样品毛线等杂质,延长循环水的使用寿命。当水快要排尽上筒8内的水位触发水位传感器16时,水泵11停止抽水,同时电磁阀10关闭以防管内的水倒流;下筒5内的水位触发水位传感器2时,水泵3停止抽水,电磁阀4关闭以防管内的水倒流。

(6) 上筒复位:气缸垂直向上拉回上筒8,上筒8和下筒5将保持一定距离,以便人手进行取出样品17或放置样品17操作;此时上筒8内会有少量未排尽的水,经环形溢流水槽7的外接排水管6流出。

(7) 手动取出样品。

2 主要功能介绍

2.1 加水排水

加水排水系统设有储水水箱,液面降于一定位置时屏幕提示加水。水分两路分别进入上、下筒,上筒为自重进水,实验结束后,经泵排出,且在回路中由过滤器过滤上筒水中的杂质,并排至水箱,且上筒底部设有传感器用于检测水是否排尽;下筒为增压泵将水压入筒内,同时下筒内的气压传感器实时检测压力,实验结束后由泵将水排至水箱,同样设有传感器用于检测水是否排尽。

2.2 试样压紧

智能织物气密性测试仪结构示意图如图3所示[2],上筒向下运动,压紧下筒,样品置于两筒之间平铺,此推动力由单作用气缸产生,卸去气压气缸复位向上提起。该产品测试部分的主体结构采用了悬臂式结构,可将测试部分充分暴露在前端,方便测试人员进行样品的装、取操作。当悬臂连杆受到向上反作用力时会发生微量弹性形变,此时上筒与下筒前端面的间隙会略大于后端间隙;上筒与悬臂连杆的连接采用旋转轴连接,可避免因采用刚性连接造成上筒与下筒的间隙不一问题,从而保证上、下筒在测试过程中的密封性。

图3 智能织物气密性测试仪结构示意图

2.3 图像处理

图像处理系统组成框图见图4,主要包括工业摄像头、图像分析软件、光源控制器、压力传感器和打印机。当环境光较暗或较亮时,光源控制器可自动调节灯光的明暗以满足图像检测的要求。工业摄像头拍摄到图像后,实时传送给图像分析软件进行分析判断是否有气泡生成,识别完成后软件自动记录压力传感器的数值,并将相关数值一起打印输出。

图4 图像处理系统组成框图

2.4 数据分析

仪器的图像处理流程如图5所示,在对图片进行处理前,先进行程序初始化;当测试程序开始时,即对画面进行录像拍摄(如图6所示),并通过软件对拍摄内容持续进行检测分析,直至检测到样品表面有气泡生成;记录当前下筒中空气压力值,即空气通过样品瞬间的压力值;软件保存相关数据并发送命令给打印机将测试数据输出。

图5 仪器的图像处理流程图

图6 摄像头持续检测画面范围

3 测试效果

测试效果如图7所示,从气泡冒出瞬间效果图可以看出,在圆形样品范围内有气泡冒出,且已被系统准确识别,并用红框标记出来。

4 仪器特点及优势

(1) 该仪器是专门用于测试织物防水透气性能的设备,自动化程度高,可对2 mm以下不同厚度样品进行测试;体积小,便于在空间有限的实验室环境中排布。

(2) 智能识别气泡。运用先进的机器视觉图像识别技术,自动记录整个过程中液面的状态,随时调取查看,无需人工进行实时观察,减少了实验的失误率。

(3) 操作便捷。装样后可一键操作实现自动测试、自动读数;测试完成后,机械机构自动复位,方便操作人员取出样品。减少了测试过程过多的人为操作,从而保证了每次测试过程的一致性。

(4) 循环水路具有过滤功能。水作为工作介质,其使用寿命能明显延长,并保护整个回路中的电磁阀、泵等关键控制元件和执行元件,使其能够长期可靠地工作。

(5) 运行稳定、安全。采用低噪声低抖动元器件,减震性能良好,整个仪器运行平稳。同时考虑到操作人员的人身安全,气缸操作按钮采用双按钮双手操作,避免单手操作设备可能造成的危险后果。

5 结语

智能织物气密性测试仪为一键自动运行仪器,创新应用机器视觉图像识别技术于织物防水透气性测试中,使得测试工作更可靠、便捷,改变了传统手动设备体积大、安全性低、运行不稳定的现状。同时,创新应用了悬臂式结构,开放式的外观使装样和取样更方便、更安全。采用专用样品夹持器,基本杜绝了装、取样时对于手部的伤害。

智能织物气密性测试仪是目前市场上较为先进的新产品,目前已得到多家使用单位的好评,并一致认为其运行稳定,测试结果可靠,在纺织行业中具有一定的推广应用价值。