基于棉襪機的織物花型CAD系統研究

冀永樂，張團善，顏亞飛，張 帆，蒙春學

（西安工程大學機電工程學院，陜西西安 710048）

花型CAD系統的主要功能[1]是：將設計人員設計的花型經一定的處理后，轉換成控制計算機需要的花型信號。在傳統的花型設計時，需要人工先進行花型圖案的構思，然后利用特殊的符號表示不同的色紗在設計紙上按照織物組織形狀排列出來，這樣設計出來的花型圖案對稱效果比較差，修改起來比較麻煩，工作量大，因此對花型CAD系統的研究是棉襪織物生產過程中的前提條件，是提高生產效率的關鍵。

CAD技術隨著機械加工的發展變得成熟起來，它使得設計工作更加的主動便捷，工作人員也能更輕松的用電腦操作來完成設計工藝，主要是將不同顏色按照組織規律填入到方格中拼成一個完整的花型圖案，直觀效果比較好。在利用CAD設計時可以利用區域性換色，復制等操作，實現更加完整美觀的花型圖案，將其保存為bmp文件應用到機器控制器中；另一方面設計人員在修改設計方案時也比較方便，可以提高設計效率[2]。

針織襪機花型CAD系統的關鍵在花型編輯的方便簡捷和易于修改，它是決定棉襪產品外觀的決定性因素。文獻[3]提出了對繪圖所需的各種圖形元素進行抽象，按 C++的繼承特性將共同的屬性像線條顏色、背景色等和操作方法如剪切、復制等集合于父類，構建出相關的類層次花型文件，花型設計方案簡單，局限性大。文獻[4]提出了兩種花形設計的方法，一種是先根據色紗數、花寬、花高畫出色紗方格和意匠方格，選擇完色紗后工藝人員憑借想象或以現有圖片作樣本，利用各種作圖工具逐個填充意匠方格形成一定花紋;另一種可以把現有的圖片掃描，轉換成bmp格式的圖片，然后再把它轉換成意匠圖花型圖案，操作難度大，意匠圖不易理解。

本課題基于恒強棉襪機針織CAD系統上借助Qt語言研究花型CAD系統。利用Qt語言強大的界面編輯能力和模塊化控制的優勢進行花型CAD設計，花型設計多種多樣，花型存儲文件方便其它機器上應用，實用性好。

1 棉襪機CAD系統分析

1.1 開發軟件介紹

Qt是由Qt Company開發的跨平臺C++圖形用戶界面應用程序開發框架[5]，容易擴展，以其跨平臺移植方面的優越性能著稱[6]。Qt Creator是一個用于Qt開發的跨平臺集成開發環境[7]。它的優點有：一，操作方便，在進行程序設計時，采用程序模塊化包裝，能夠方便更快的查找出程序設計所遇到的問題。二，在界面設計時，能夠直接移入所用的工具框，大大減少了程序設計，提高了軟件開發的效率。

Qt的模塊化程度高，可重用性較好，對于用戶開發來說是非常方便。它由數個模塊構成，每個模塊都有自己的類使得元件之間的協同工作變得十分簡單[8]。

1.2 系統構成

軟件系統分為不同模塊，各個模塊中間分工協同工作，使系統運作效率提高。系統框圖如圖1所示[9]。

圖1 棉襪機花型CAD系統框圖

系統的構成主要考慮以下幾個方面。

一是，圖形操作簡單以及操作指令方便有效，考慮到花型設計人員的操作簡單性，參考其它應用廣泛的繪圖軟件布局以及快捷設置，提高系統的實用性。

二是，系統各個模塊分工合作，實現其功能模塊化，盡量減少各個系統之間的耦合性，這樣可以方便查找錯誤，使代碼包裝更方便。

1.3 圖形處理模塊

圖形處理模塊是花型設計的核心功能。在紡織品工藝設計中要進行大量的色紗配置，組織選擇以及織物設計，傳統設計中大多數的工作都是人工完成，每設計一種新的花型，設計人員需要畫圖設計，使得紡織品花型設計新品少，周期長，達不到市場更新換代的需求。隨著計算機輔助設計系統的快速發展，加快了紡織品花型設計系統的優化。紡織CAD系統主要為了解決市場需求擴大同花型設計效率低下之間的矛盾，也是圖形處理模塊主要實現的目標[10]。

圖形處理模塊的主要功能如下。

（1）基本繪圖操作：包括點，直線，圓，噴涂等基本繪圖操作。

（2）圖形編輯：包括圖形的復制，粘貼，剪切，取消，重繪，導入圖形，導出圖形等。

（3）顏色處理：包括顏色的選擇，區域性顏色的改變等。

（4）選擇區域操作：包括區域換色，圖形的鏡像，旋轉等功能。

（5）調色板管理：通過設定所需色紗的調色板，應用調色板中的顏色來進行繪圖設計，調色板管理功能在圖形處理模塊尤為重要。

（6）繪圖操作：在系統繪圖界面上通過放大畫布，在其上進行表格填充，繪制設計圖案，并進行尺寸及花型在成品中的位置設計等。

1.4 文件管理模塊

該棉襪CAD系統主要有花型位圖文件[11]，色設配置文件，指令文件。

花型設計完成后，直接保存為256色的BMP格式，目的是方便設計的花型文件能夠在棉襪機的硬件控制系統中應用。

色紗配置文件，在花型設計過程中，畫布上每一個小方格代表一個像素，每個像素占用一個字節存儲空間，通過對每個小方格的顏色填充來實現色紗的靈活配置。

指令文件是計算機處理后的機器指令，花型位圖文件與相應的色紗文件，通過程序轉換為指令文件應用到機器控制器中。

2 棉襪機編制原理

電腦棉襪機是通過傳動系統、送紗系統、編織系統和密度系統之間的相互協調動作進行編織的[12]。棉襪機在選針系統和三角系統的緊密配合下，可以形成成圈編織、集圈編織、浮線編織[13-15]。編織不同部位時，需要選針器和氣閥控制不同的三角配合，使織針按照特定的集圈編織走針軌跡，完成特定的動作[16]。

棉襪機編織時主要由橡筋梭編織系統提供緯紗，由主編織梭喂入主紗進行成圈編織，而色紗梭主要配合完成色紗編織。織針以大約30Hz左右的頻率做上下20mm的往復運動，同時還要能夠提供引線拉力，來勾拉紗線編織成襪[17]。根據舊線圈、新線圈和織針在成圈過程中相對位置的不同可將成圈過程分為：起針一退圈一壓針墊紗一帶紗一閉口一套圈一脫圈一彎紗一成圈一牽拉[18]。

棉襪機三角系統平面結構圖如圖2[19]。

圖2 棉襪機三角系統平面結構圖

1中菱角，2左(右)菱角，3平針菱角4左活絡板，5右活絡板，6左活絡頭，7右活絡頭，8左退圈輔助護板，9右退圈輔助護板，10挑針器，11撳針器，12壓針刀，13扎口分針刀，14輔助壓針板，15攔針刀，16退圈刀，17起針刀，18橡筋刀，19選針器，20、21、22提花刀，23 C3、C4、C5平針刀，24中剛圈，25下剛圈。

襪子成圈編織時，平針刀和選針器將參與成圈編織的織針選至退圈點，織針分別墊上C2～C5色紗、F1主紗，在左菱角壓針的作用下完成彎紗成圈[20]。棉襪機采用從襪口向下進行順序編織，利用襪機控制系統不斷調整三角，氣閥選針器與織針之間的配合關系以完成襪子織物成型編織[21]。編織順序如圖3。

圖3 棉襪機成型編織順序

綿襪在編織前必須嚴格設計襪子各個部位的針數及行列數，這樣才能夠使得編織出來的襪子有特定的形狀，具有一定的舒適性。

3 CAD系統實現

花型設計界面主要包括工具欄、色紗顏色選擇區域、畫布工作區域等部分。色紗顏色選擇區域主要是確定某種顏色在圖像中所代表的調色板索引值，因此所列出的每種顏色都能夠在對應的調色板中索引。畫布工作區域是花型設計的主區域，把畫布放大后可視為多個小方格組成，每個方格單位為像素，然后在其繪畫基礎上加入一些合適的圖形轉換工具。

該系統能夠實現的功能：導入圖像、花型繪圖、色彩配置管理；可對圖形進行局部放大、顏色填充等多種功能；選擇功能包括旋轉、鏡像，區域換色等編輯操作。軟件設計出的花型如圖4所示。

圖4 軟件設計花型效果圖

4 結語

本課題以棉襪機為研究對象，在恒強棉襪機制版系統的基礎上研究棉襪花型CAD系統。系統應采用模塊化結構，可以縮短產品研發周期，增加產品系列，提高產品質量，快速應對市場需求的變化。還能降低程序復雜程度，使程序設計更為簡單。通過該CAD系統應用操作，系統可以初步達到對花型設計的預期效果。與其他CAD系統相比具有花型設計操作簡單、數據結構包裝便捷、操作方便等優點，具有參考應用價值。

[1]許為民，張方華.從電腦提花圓機的研制看我國針織工業的技術創新，紡織學報，2000(8)，第21卷第4期，60-62，21.

[2]陳永良，李丹青.電腦提花針織襪機花型CAD處理系統設計[J].中國計量學院學報，1999(1):89-93.

[3]金永敏.針織大圓機花型制版CAD軟件設計與研究[J].科技創新與應用，2015(2):74.

[4]李 晴，趙展誼.毛針織服裝花型與圖案CAD系統設計[J].毛紡科技，2004(2):59-61.

[5]JASMIN B，MARK S.C++ GUI Qt4 編程 [M].閆鋒欣，曾泉人，張志強，譯.2版.北京：電子工業出版社，2010.

[6]Cheng D W，Jin X J，Xing K L.GUI Design for Electro-Hydraulic Proportional Controller Based on Qt [J].Advanced Materials Research，2012，466-467，474-478.

[7]Berton，Dave.The Qt Designer IDE.Dr.Dobb’s Journal,2004.9,v29,n9:57-60.

[8]Blanchette J，Summerfield M.C++GUI Programming wieth Qt4[M].USA: Prentice Hall,2006．

[9]李忠遠.織物花型計算機輔助設計系統開發[D].浙江大學電氣工程學院,2010.

[10]黃鳳玲.淺談計算機圖形學的發展歷程及應用前景[J].讀與寫：教育教學刊,2009,6(7):183.

[11]Lu W G，BAI J，ZHANG C.Design of carpet knitting machine control system based on embedded System[J].Applied Mechanics and Materials，2015，743:239-243.

[12]呂雙慶，張團善，胡秀芳，等.基于LPC4357的嵌入式電腦棉襪機控制系統設計[J].西安工程大學學報，2014，28(6):740-744.

[13]吳曉光，張建鋼，張 弛，左小艷.電腦提花襪機選針器控制系統的研究與實踐[J].針織-T業，2008(4)：8—11.

[14]宋縱杰．襪機提花三角新型軌道初探[J].針織工業，2000(4)：46-47.

[15]呂建飛，傅建中.數字控制在電腦橫機選針中的應用[J].針織工業，2005(11)：18-20.

[16]朱建江. 電腦襪機提花系統研究及控制方法設計[D].浙江工業大學，2012.

[17]劉 凱，張團善，胥光申，等 基于U型直線電機的襪機織針系統的參數選擇[J]. 紡織報告,2018(1):58-60.

[18]孟家光.羊毛衫設計與生產工藝[M].北京：中國紡織出版社，2006:45-50.

[19]王 輝，紡織工程[D]浙江理工大學：2009.

[20]針織機械一(三)襪機[J].紡織機械，2003(2):5-6.

[21]許呂崧，龍海如.《針織工藝與設備》[M].中國紡織出版社,2003:230.