彩虹段彩紗構造針織物圖案的機制及其設計軟件開發

朱 洋， 陳 革， 薛 元

(1. 東華大學 紡織裝備教育部工程研究中心， 上海 201620； 2. 江南大學 紡織服裝學院， 江蘇 無錫 214122)

彩虹段彩紗構造針織物圖案的機制及其設計軟件開發

朱 洋1， 陳 革1， 薛 元2

(1. 東華大學 紡織裝備教育部工程研究中心， 上海 201620； 2. 江南大學 紡織服裝學院， 江蘇 無錫 214122)

為提高花色針織物的設計水平和效率，基于數控環錠細紗機的耦合牽伸系統紡制多組分新型彩虹段彩紗。以織物幅寬、彩虹紗顏色數及紗線花型周期長度為基本要素，構建了豎向、橫向、交錯、點狀及復雜圖案形成的理論模型，明晰了彩虹段彩紗構造針織物圖案的機制。在此基礎上，用Java語言開發出彩虹紗針織物圖案設計仿真軟件。軟件包括文件操作、參數設置、正向推導、反向推導4個模塊。正向推導從紗線段彩分布長度、織物幅寬、圈長等參數推導出紗線在緯編橫機上織成的織物圖案；反向推導是通過仿真軟件設計織物圖案，再分析計算出段彩長度分布。

數控環錠細紗機； 段彩紗； 針織物圖案； 仿真軟件

目前，國內生產段彩紗的方法有并條機分段喂入法、細紗機三羅拉牽伸法、細紗機四羅拉牽伸法，但上述方法都存在一定缺陷。在環錠紡紗機上使用多根不同顏色的粗紗經耦合牽伸再匯合加捻形成的多色彩段彩紗，是一種新型段彩紗生產方法。該方法克服了已有段彩紗紡紗結構存在的缺陷，實現了主紗與輔紗同步同點位控制紗線成形[1-2]。由于這種紗線在顏色變化時產生了過渡效果，這種過渡效果類似彩虹，所以將這種新型工藝生產的段彩紗稱為彩虹段彩紗。彩虹段彩紗的誕生，是近幾年色紡花式紗線生產技術和理論的新突破[3]。

利用彩虹段彩紗顏色在紗線長度方向上可形成段彩長度規律分布這一點，可通過控制段彩長度形成不同的織物圖案。本文對段彩紗與織物圖案對應關系分析研究，建立了構造橫向、豎向、交錯、點狀條紋模型，并開發出一套軟件用于輔助設計織物圖案。

1 紡紗方法及混色RGB值計算

圖1示出三粗紗喂入的異步牽伸-混合加捻復合紡紗系統[4-5]。假定3根粗紗的顏色分別為(R1，G1，B1)、(R2，G2，B2)、(R3，G3，B3)三色，則基于三粗紗的異步牽伸、混合加捻，可使三色纖維以任意配比進行混合，實現任意配比的混色紡紗[6]。

1.1 紗線混色比的調控方法與機制

由圖1可知，將具有不同色彩的3根粗紗4、5、6由3組后羅拉分別喂入牽伸區，1、2、3為3個相互嵌套的軸套組成的組合后羅拉，7、8、9為與后羅拉對應的上皮輥，10、11為上皮輥和中羅拉，13、14為上皮輥和前羅拉。

3根粗紗須條經兩級牽伸再匯合加捻后形成的紗線線密度ρy為

(1)

根據上述紡紗模型可知，3根粗紗經二級牽伸和加捻后形成紗線，其混紡比k1、k2和k3可表達如下：

(2)

(3)

(4)

在紡紗過程中，假定vq、ρ1、ρ2、ρ3是常量，如果保持紡紗線密度ρy為常量，則由式(1)可知，任意一個后羅拉速度的變化，必將導致其他2個后羅拉速度的變化，式(1)表達的3個后羅拉速度是耦合的。異步牽伸就是通過3個后羅拉的不同步喂入實現的。同時由式(2)～(4)可知，在異步牽伸時，雖然(vh1×ρ1+vh2×ρ2+vh3×ρ3)為常量，當后羅拉喂入速度改變時，即會引起彩虹紗混紡(色)比的變化，因而后羅拉速度變化，會導致彩虹紗混紡(色)比跟隨變化。

1.2 彩虹段彩紗混色效果分析

根據上節所述的原理：彩虹紗可分為色彩分段分布的彩虹紗、色彩微量漸變的彩虹紗；也可根據彩虹紗顏色數量分為雙色彩虹紗、三色彩虹紗和多色彩虹紗。根據配色粗紗的顏色是三原色還是混色，分為原色混色彩虹紗和復色混色彩虹紗。

一般，彩虹紗變化的色彩取決于該段紗線中不同顏色纖維的混合比例，色纖維混合比例不同，產生的紗線混配色效果就不同。紡紗時動態調控各后羅拉喂入粗紗的速度，在不同時段使用不同的耦合喂入速度和不同的異步牽伸比進行紡紗，就會在紗線上形成一段一段不同的混紡(色)比，如果3個后羅拉的速度變化，則紡出彩虹紗的混色比及其分布段長也是變化的，由此形成了混色比及其分布長度均變化的彩虹紗。

假定3根粗紗的顏色值分別為Y1(R1，G1，B1)、Y2(R2，G2，B2)、Y3(R3，G3，B3)，將3根粗紗經異步牽伸再匯合加捻后形成指定線密度的紗線。彩虹紗的某段色彩的RGB值與該色段內紗線中色纖維的混紡比例相關，當然也與色纖維在紗線中的分布模式、纖維的光學折射率、環境光源、視神經網膜的敏感性等有關。如果設定其他因素不變，則可認為色纖維混紡比沿紗線長度的變化與沿彩虹紗長度的顏色變化是同步的，即彩虹紗色彩的變化主要取決于紗線內色纖維混紡比的變化。例如，彩虹紗某段的纖維是來自1根粗紗，則它的色彩就是某根粗紗的顏色；如果是來自2根或2根以上粗紗，則彩虹紗的色彩是其中2種或3種纖維色彩網格劃分成色點和色線再經顏色空間混合疊加形成，因此對于彩虹紗來說，只要有色纖維混合比例不同就會形成不同的混色效果；如果有色纖維比例相同，在其他條件相同的情況下，就會形成相同的混色效果。

彩虹紗上分布著一段一段長度為Li的不同的色彩，就對應著異步牽伸機構在一個一個時段Ti對應的不同的異步牽伸率。設前羅拉線速度為Vq，則彩虹紗某色段的長度Li=vq×Ti。由于受短纖維平均長度及離散率、紡紗當量牽伸倍數等參數的影響，彩虹紗各色段的設計長度一般必須大于纖維平均長度。

2 段彩紗構造針織物圖案機制分析

圖2示出本文所用的段彩紗線圈理論模型，設段彩的段數循環周期長度為LT、a色的分布長度為l1，b色的分布長度為l2，c色的分布長度為l3，則LT=l1+l2+l3。設織物的幅寬為L，經過分析發現，織物的幅寬L與段彩的段數循環周期長度LT的關系及段彩紗各色長度l1、l2、l3等會影響段彩紗疊加條紋的分布方向、形狀等[7]。

2.1 豎向條紋的形成及其影響因素分析

圖3示出在針織物上產生豎條紋的理論模型。

橫機機頭每轉從右到左再從左到右，段彩紗紗線周期為LT(依次為a色l1段、b色l2段、c色l3段、a色l1段、b色l2段、c色2×l1段、b色l2段、a色l1段、c色l3段、b色l2段、a色l1段，即下半轉與上半轉顏色順序相反)，織物幅寬為L。設LT/L=n余s，其中當s等于0時，n為偶數(剛好在橫機上整數轉，因為相鄰兩行的機頭順序是相反的，若為奇數則會導致下一周期開始時，第1個顏色從最左邊開始，如此就會打亂條紋圖案)，且紗線在LT內形成的條紋是豎向條紋，則經橫機織造可產生如圖3所示的豎條紋。而LT內段數l的個數決定條紋的數量，l1、l2、l3的長度控制織物上條紋長度。

2.2 橫向條紋的形成及其影響因素分析

圖4示出段彩紗在針織物上產生橫條紋的理論模型。

段彩紗紗線周期為LT(依次為a色l1段、b色l2段、c色l3段)，織物幅寬為L，設l1/L=n1余s，l2/L=n2余g，設l3/L=n3余h，當s、g、h都等于0時，則紗線經橫機織造可產生的橫條紋。而n1、n2、n3的大小決定橫條紋的寬度，L決定條紋的長度。2.3 交錯條紋的形成及其影響因素分析

圖5示出在織物上產生交錯紋的理論模型。

段彩紗紗線周期為LT(依次為a色l1段，b色l2段，c色l3段，b色l2段)，織物幅寬為L，可知LT=l1+l2+l1+l2，設L/LT=n余s和LTL=n余s，當s不為0時，則紗線經橫機織造可產生各種有規律的交錯條紋。而n的大小決定交錯條紋的數量，l1、l2決定交錯條紋的圖案，如圖6所示。在圖6(a)中，將l1和l2分別放大2倍，則相交部分變大；圖6(b)改變了l1/l2的值，則相交圖案又發生改變；在圖6(c)中是織物幅寬L和l1、l2都發生改變生成的圖案，但是圖6(c)中是L/LT=n余s，而在圖6(d)中是LT/L=n余s，圖案則又發生改變。

2.4 點狀條紋的形成及其影響因素分析

圖7示出在織物上產生點狀條紋的理論模型。

段彩紗紗線周期為LT(依次為a色l1段、z倍的(a色l2段、b色l2段、a色l3段、b色的l2段、a色的l2段)、a色l1段)，在圖7中l1為14針、l2為2針、l3為20針，織物幅寬為L，可知LT=l1+z×(l2+l2+l3+l2+l2)+l1，l1/L=n余s，l3=2×(L-l2-l2)，當s為0時，則紗線經橫機織造構成點狀條紋。而n決定“點”下邊條紋的高度，z決定“點”的高度，l2決定 “點”的寬度。

3 構造針織物圖案設計軟件的開發

紗線段彩長度、顏色、織物幅寬等都會引起段彩紗構成的織物圖案發生改變，為此開發了段彩紗構造針織物圖案輔助設計軟件，用于圖案的預測和反推。軟件包括文件操作、參數設置、圖案正推、圖案反推4個主要模塊。文件操作包括新建、保存、打開、退出功能；參數設置模塊包括設置背景顏色、顯示模式、仿真播放速度功能。本文將重點介紹圖案正推和圖案反推模塊[8-9]

3.1 圖案正推模塊

正向推導即從紗線段彩分布長度推導出最后在橫機上織成的織物圖案，減少試織成本，實現針對這種紗線織成的織物圖案的大致預測。 圖8示出正推模塊的流程圖。

軟件采用Java語言在Eclipse軟件中編寫。算法思想是先定義線圈對象和容納線圈對象的集合，將各個線圈按橫機上機頭成圈走針順序添加到ArrayList集合類A中，這個集合類中的每個線圈對象包含線圈的位置坐標(x，y)(y對應橫機上的半轉，x對應其在每半轉的針數位置)和顏色屬性等，并定義了獲取這些屬性的方法。添加線圈對象方式的算法思想是模擬橫機上的工藝，包括平搖、收針、加針、中留針、平收針、修正針等工藝，用組件swing結合相應工藝應生成的線圈的位置編程。再添加要模擬的毛衫的成型工藝。如此，可在軟件上得到沒顏色的衣片形狀。得到織物形狀之后，再對每個線圈進行顏色賦值即紗線的顏色設計，紗線的顏色設計即每一段段彩紗的顏色和長度設計(上文提到的“a色l段”中a和l的值)，將設計好的不同的段數相對應a(顏色)和l(長度)的值添加到ArrayList集合類B中，添加a值(顏色)時用到Jcolorchooser類,即采用RGB輸入。給線圈傳遞顏色屬性時，采用循環對集合B循環遍歷，遍歷中的每一次都有相應的顏色和針數，再將這些顏色針數傳到一個給線圈賦值顏色的方法SC中(SC是用來給每個線圈對象傳遞顏色屬性的值的方法)，方法SC按傳進來的l(針數)循環遍歷，按傳進來的顏色給線圈賦值顏色屬性，在方法SC中有一個靜態變量t統計已完成賦值的線圈，每賦值一個線圈t++,若t=A集合中的元素個數，即完成所有線圈顏色賦值，若遍歷完B，t仍小于A的長度，則重新對B遍歷，如此循環直到t=A的長度[10]。

3.2 圖案反推模塊

圖案的反向推導指從軟件設計織物圖案，再計算分析出段彩長度分布，得出相應的耦合牽伸細紗機段彩紡紗工藝，實現由指定圖案到定制紡紗的功能。圖9示出反推模塊的流程圖。

軟件設計織物圖案是通過在軟件上完成織物的成型設計，再在織物成型圖上繪制圖案。繪制圖案主要通過鼠標事件響應類，首先獲得鼠標當前在panel的位置，再將得到的鼠標位置和線圈集合中的線圈位置(線圈位置和線圈所占像素點數量綜合后的位置)進行遍歷匹配，使鼠標所在位置對應到成型圖上的這個位置上的線圈，即可通過鼠標對每個線圈響應鼠標事件操作線圈顏色，例如左鍵拖拽事件，拖過的位置改變線圈顏色，右鍵拖拽還原針圈顏色。也可通過鼠標單擊事件對單個線圈顏色操作，這樣就可在織物上設計繪制圖案。

圖案繪制完，通過對線圈集合A進行遍歷統計段彩長度，創建一個變量s統計同種顏色線圈數。遍歷開始時s為零，每進入一次循環，判斷A中的線圈顏色跟上一次循環線圈顏色是否相同，相同則s自加一，不同則把s放進一個ArrayList集合類C中。并把s置零繼續遍歷統計段彩。如此循環直至對集合類A中的線圈統計完畢。最后輸入線圈圈長將反推計算出來的顏色和針數按格式保存到文件中。

3.3 軟件設計實例

表1示出正推用到的段彩紗色段分布方案。其中紅黃藍對應的是后羅拉1、2、3的喂入粗紗。紡紗牽伸時，紗線在前羅拉處匯合，因紅黃藍是依次獨立喂入的，紗線在前羅拉匯合處是從前羅拉的左到中到右再到中再到左這樣循環，這樣避免了從前羅拉出來的時候從最左跳到最右導致跨度太大易斷頭，這也是4段采用2號羅拉黃色過渡的緣故。

表1 段彩紗色段分布Tab.1 Segment color yarn color distribution

用紡制出來的紗線，經后處理在橫機上試織一小塊樣品，測量計算得圈長為6.37 mm/針。輸入衣片成型工藝以及輸入圈長和段彩長度(軟件自動計算針數)，最后生成模擬圖案。圖10(a)示出在計算機中模擬出來的圖案，圖10(b)示出實際的毛衫圖案。

前身衣片利用了前面交錯條紋形成的機制。比較軟件模擬預測圖案和實際針織毛衫圖案可發現，計算機模擬和實際毛衫圖案中紗線分段2和4的效果有差異，這是因為織造這件毛衫是與企業合作的，企業在織造的時候為體現夢幻朦朧的效果，在紗線后處理中混入了黃色等其他顏色紗線導致的結果。在針織工藝上屬于平搖部分基本與實際針織毛衫圖一致，而一旦出現收針加針等引起線圈移圈現象圖案尤其是平收之后則不好預測。軟件達到能大致預測色彩圖案的目的。

圖11示出反推用到的圖案。圖中織物尺寸為50針×25轉。

假設圈長為1，反推的結果則為針數,表2示出通過軟件計算反推出來的結果。

表2 反推結果Tab.2 Result of reverse deduction

4 結 語

本文介紹了彩虹段彩紗紡制原理，對其構成針織圖案機制進行了研究。開發了段彩紗構造針織物圖案輔助設計軟件，并給出設計實例，表明軟件運行方便、可靠。正向推導模塊已投入實際應用，反向推導模塊只在軟件上運行，還沒上機織過，原因是圖案復雜的話反推段數則過多，而細紗機現在只支持100段紡紗，這個取決于細紗機中PLC的寄存器個數，還有紗線斷頭問題也會成為織出復雜圖案限制，現已著手在機器上加入緒森網格圈緊密紡，并重新編制支持更多段數的PLC程序。目前軟件可大致預測緯平針織織物圖案，將作為針織物圖案設計的工具，減少試織成本，為更多針織圖案設計提供可能。

FZXB

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Mechanism and software development for rainbow segment color yarn knitted fabrics

ZHU Yang1, CHEN Ge1, XUE Yuan2

(1.EngineeringResearchCenterofAdvancedTextileMachinery,MinistryofEducation,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China; 2.CollegeofTextile&Clothing,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China)

Based on the numerical control ring spinning frame with a coupling drafting system, a kind of multiple-component rainbow segment color yarn was presented. By analyzing the relationship of fabric width, colored yarn period and segment length, the theoretical models of lengthways, transverse, crossed and punctate patterns were designed. The mechanism of structure design of weft knitting by using the rainbow segment color yarn was studied. A simulation software for designing weft knitting pattern was developed by using Java. The simulation software includes four modules of file operation, forward deducing form, backward deducing form and help. The forward deducing form means that the fabric pattern of weft knitting can be deduced from segment length, fabric width, loop length, etc.

numerical control ring spinning frame; segment color yarn; fabric pattern; simulation software

10.13475/j.fzxb.20150801607

2015-08-10

2016-03-14

浙江省科技重大專項項目(2014C11SA480012)

朱洋(1991—)，男，碩士生。主要研究方向為細紗機控制系統設計。薛元，通信作者，E-mail：fzxueyuan@qq.com。

TS 104.7

A