縫紉線動態張力的測量與分析

楊 楊 王建萍 史 慧

(東華大學 服裝·藝術設計學院，上海200051)

縫紉線動態張力的測量與分析

楊 楊 王建萍 史 慧

(東華大學 服裝·藝術設計學院，上海200051)

通過搭建動態應變測量系統對縫紉線動態張力進行測量，并運用 MATLAB軟件對所得信號進行處理和運算，進一步分析了縫紉線動態張力的形成及特點，為縫線張力的合理設置提供實驗基礎。

縫紉線；動態張力；應變測量

在主要服裝生產過程中，縫紉加工是影響質量的重要工序，適當的縫紉線張力是改善縫口外觀的常用方法，但在生產過程中，縫紉線張力的大小完全由縫紉工根據經驗確定，是導致縫紉質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下，產生于內部各段之間的應力。作為一種被動力，縫線張力的大小與其受到的主動力及運動狀態有關。工業平縫機在縫紉時，面線通過一定的穿線路徑和裝置獲得張力后，隨著機針穿刺縫料，下降到死點后回升形成線環，旋梭梭尖鉤住線環并在各個機構的配合下，面線底線穿套形成線跡[1]。

作為面料成縫的重要條件之一，縫紉線張力在實際縫紉中不斷波動變化，只研究單一的張力數值，不能反映實際張力特點，因此對縫紉線動態張力的測量與分析尤為重要。

1 縫紉線動態張力的測量

1.1 實驗平臺的搭建

測試中采用高速電腦平縫機（Brother S-7200C-303A）作為實驗用機，使用單滑輪張力傳感器（JZHL-1-20N）、靜態應變儀（JM3812）進行張力信號的采集，以及計算機軟件進行采集信號的數據顯示和分析。實驗系統如圖1所示。

本課題進行的動態張力測量方法，采用接觸式，即在縫紉線穿線路徑上設置張力傳感器，直接測量在縫紉過程中，縫紉線張力的波動。

圖1 動態張力測量系統框圖

張力傳感器類型為電阻應變式。其測量原理是由于內部導體或半導體材料在受到外界力 (拉力或壓力)作用時，產生機械變形，機械變形導致其阻值變化，因為導體和半導體的電阻 R=pL/A電阻率p及其幾何尺寸 (其L為長度，A為截面積)有關，當導體或半導體在受外力作用時，這3者都會發生變化，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

實驗面料選取常用棉型面料，面料信息詳見表1。面料縫紉方向選取有服裝縫合中常用的徑向，裁剪徑向方向為25cm×4cm的縫條，其中90度為經向，0度為緯向。縫紉條件詳見表2。

表1 面料信息

表2 縫紉條件

2 張力信號的分析

該應變儀采樣頻率為512HZ，即每秒鐘采集電信號的個數為512個。將采集到的張力信號導入到MATLAB軟件中進行處理，運用MATLAB中強大的工程信號處理功能，對張力進行分析。

2.1 平滑處理

通過傳感器、數據采集儀對縫紉線張力進行測試所得信號由于測試過程中測試系統外部以及內部各種因素的影響，在輸出上會產生一定的誤差，為了減小誤差，排除干擾信號，需對所得數據進行預處理。

從原始電壓信號時間變化波形圖發現（圖3a），采集離散數據繪成的應變值曲線上呈許多毛刺，為了消弱干擾信號的影響，提高曲線光滑度，常常需要對采樣數據進行平滑處理[3]。數據平滑處理的一般原則是既要消除數據中的干擾成分，又要保持原有曲線的變化特性，本文主要應用的是五點三次平滑算法。

五點三次平滑法是利用最小二乘法原理對離散數據進行3次最小二乘多項式平滑的方法。計算公式為：

其中xi表示觀測數據值，ym表示xi的平滑值。

2.2 編程實現

MATLAB作為大型數學計算應用軟件系統，提供了強大的矩陣處理和繪圖功能，簡單易用，可信度高，靈活性好，在世界范圍內被科學工作者、工程師以及大學生和研究生廣泛使用。

為了驗證張力信號測試中得到的原始信號平滑處理的效果，繪制同一時間段變化波形圖（4～5s時間段為例）。可以看到經過平滑處理，圖形毛刺現象得到改善，一些雜亂的干擾信號得到有效的剔除。

3 動態張力分析

縫紉線在面料縫合過程中其張力不停的運動與變化，這種運動和變化過程含有豐富的內在信息。

根據張力時域分析，縫紉線動態張力隨著時間變化呈規律的周期性。放大波形圖可以看出，在一個周期內的波形可以分為4個區域，3段波峰值變化趨勢經歷由小到最高后回到第一個波峰值位置，最后降到0值附近，完成一個周期的運動。(圖4)

根據縫紉機各個構件周期運動分析[1,4]，主軸位于300°~360°時，挑線桿從最低位置向上移動，面線從旋梭中退出，上線張力值出現，形成波峰群1。

主軸在0°時，機針處于最高位置向下穿刺布料，挑線桿向上運動，面線處于張緊狀態。挑線桿在持續向上運動，主軸在20°~60°時，收緊線跡并克服夾線器的張力向線軸抽取新線，此時縫線所受的張力達到最大，出現了主波峰的峰值。

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

運動到下死點的位置時，張力減至0。在0值區，梭尖勾住并擴大面線線環，面線處于松弛狀態并且持續時間最長。

4 總結

縫紉線受到各機構的作用，產生較復雜的張力變化。由動態張力變化可知，在20°～60°的線軸供線線跡過程中，線張力很大，斷線的發生集中在此時間段附近。縫紉設備對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，張力波動量越小越好。因此，張力信號的采集與分析為實現縫線張力的實時監測，調整縫線張力在縫合中始終處于合適的狀態，避免斷線、縫料褶皺等縫制不良現象的發生提供了基礎條件。

圖3 張力信號平滑處理情況比較圖

圖4 周期區域劃分

[1]孫蘇榕.服裝機械原理與設計[M].上海：中國紡織大學出版社，1994：94-178.

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

[3]孫苗鐘.基于MATLAB的振動信號平滑處理方法[J].電子測量技術，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：服裝工程數字化王建萍，女，教授。研究方向：服裝設計與工程