緯編均勻提花針織物仿真結構模型的建立

叢洪蓮， 張永超， 張愛軍， 蔣高明

(江南大學 教育部針織技術工程研究中心, 江蘇 無錫 214122)

緯編均勻提花針織物仿真結構模型的建立

叢洪蓮， 張永超， 張愛軍， 蔣高明

(江南大學 教育部針織技術工程研究中心, 江蘇 無錫 214122)

為分析緯編均勻提花針織物的結構特征，選取6塊由不同粗細紗線編織而成的不同密度的緯平針織物進行研究，得出了理想狀態下的線圈模型。采用圣東尼SM-DJ2TS雙向電腦提花圓機編織反面為芝麻點、縱條紋等不同提花方式形成的雙面提花織物，并對其結構特征進行分析。受反面線圈的影響，反面為芝麻點時織物正面呈現菱形隱條紋，反面為縱條時織物正面呈現二針縱條紋。根據織物呈現的不同外觀效應，利用超景深VHX-600三維顯微鏡觀察其結構，在成圈線圈模型的基礎上分析其線圈變形規律，從而得到該類織物線圈結構模型，可為緯編均勻提花針織物仿真提供理論參考。

緯編； 均勻提花； 仿真； 結構模型

緯編均勻提花針織物是根據花型要求在不同的花紋區域采用不同顏色的紗線進行編織，從而在織物表面形成一定的花型圖案。隨著針織智能化的發展，計算機作為重要的圖像處理、工藝設計工具應用于針織產品設計與開發中，尤其是電腦大提花類產品。傳統的緯編提花針織產品其花型組織的最終確定要經過不斷的上機打樣，這樣浪費了大量的時間、人力及原料，因此還需對緯編提花針織物進行仿真研究。關于緯編提花針織物計算機仿真方面，Kaldor J M等[1]采用三維建模的方法對織物的結構進行分析，并結合紗線粗細、質量等參數，利用光線追蹤的方法對緯編提花針織物進行仿真。蘭振華等[2]在Peirce理想線圈模型基礎上結合Leaf-Glaskin 模型對緯編平針、羅紋及單面提花等進行仿真；吳周鏡等[3]采用三維B樣條曲線建立線圈模型并借助OpenGL與光照模型對織物進行計算機仿真。

然而緯編均勻提花針織物三維仿真數據量大，速度較慢，無法對復雜的大循環提花產品進行仿真。針對以上仿真缺點，本文提出一種基于控制點的二維仿真方法。該方法能快速實現織物變形分析，數據量小，仿真速度快且效果較好。在完成產品工藝設計后能夠較為直觀地看到織物的外觀特點，大大縮短了產品的設計周期，提高生產效率。

1 緯編均勻提花針織物結構特點

緯編均勻提花針織物包括單面提花和雙面提花2種織物。單面提花針織物反面多為浮線，但是浮線長度要控制在4～5針之內[4]，對于大循環單面提花針織物而言，按照一定的要求對浮線進行集圈，形成左斜、右斜、魚鱗等不同的效應。單面提花織物反面線圈以浮線形式存在，因此，對正面線圈沒有力的作用，線圈結構較為均勻。

雙面提花針織物反面根據要求可形成空氣層、縱條以及芝麻點等效應，目前雙面均勻提花針織物顏色數以二色、三色、四色居多，也有六色提花針織物的設計開發[5]。空氣層提花雙面提花針織物兩面花型相同、顏色互補，因此該類織物表面線圈較為平整，線圈變形可忽略，其織物如圖1(a)所示。反面為芝麻點雙面提花針織物，當某一顏色紗線在針筒織針上連續出針超過一定數量時，會在織物表面形成菱形隱條紋，其織物如圖1(b)所示。若某一顏色紗線在針筒針上連續出針數量較少時，該隱條紋現象可忽略。同反面為芝麻點織物相似，在反面為縱條紋的雙面提花針織物中，當某一顏色紗線在針筒織針上連續出針超過一定數量時，會在織物表面形成兩針的縱條，其織物如圖1(c)所示。而花型中若某種顏色紗線在針筒針上連續出針數量較少時縱條現象可忽略。

注：①為織物正面； ②為織物反面。 圖1 雙面提花針織物Fig.1 Double jacquard fabric. (a) Reverse jacquard fabric; (b) Bird′s-eye jacquard fabric; (c) Vertical stripping jacquard fabric

2 緯編均勻提花針織物模型建立

2.1 線圈結構模型建立

緯編均勻提花針織物正面均顯示成圈線圈，且線圈大小近似相同。為準確模擬其線圈結構，現采用超景深VHX-600三維顯微鏡對織物線圈結構進行研究。圖2(a)示出放大100倍后顯微鏡下的織物結構圖。結合經編的6點線圈結構模型，并在其基礎上進行改進，得出緯編基本成圈線圈的8個控制點(P1～P8)模型[6-7]，其結構模型如圖2(b)所示。圖中h為圈高，r為圈距。

為進一步確認理想成圈線圈模型中h1、r1、r2、r3、r4的取值，現選取不同原料、不同密度的緯平針織物(如圖3所示)進行測量[8]，其具體規格參數如表1所示。

圖2 實際與理想線圈結構圖Fig.2 Physical diagram (a) and structure model (b) of ideal loop

在測量過程中每種織物試樣選取10個不同部位的線圈進行測量，取其平均值。具體測試結果如表2所示。

根據表2中數據得出：h1≈0.70h;r1≈r3≈0.17r;r2≈r4≈0.34r。線圈中各控制點的具體坐標如表3所示。

圖3 不同類型緯平針織物Fig.3 Different types of weft knitted fabrics

試樣編號原料橫密/(縱行·(5cm)-1)縱密/(橫列·(5cm)-1)1#滌綸長絲(4.4tex/12f)60662#粘膠紗(14.4tex)64883#棉紗(40tex)62864#棉紗(18.5tex)761005#滌綸長絲(7.8tex/48f)881306#棉紗(9.8tex×2)6084

2.2 線圈結構變形分析

采用9.8 tex×2棉紗在圣東尼SM-DJ2TS雙向電腦提花圓機編織反面分別為芝麻點、縱條紋等織物試樣，并對其結構形態進行研究分析。

2.2.1 反面芝麻點織物變形規律

在理想狀態下織物線圈處于豎直狀態，但當受到外力作用時線圈將發生歪斜[9]。為探究反面芝麻點雙面提花針織物正面線圈的變形規律，采用超景深三維顯微鏡VHX-600對織物線圈進行觀察，圖4(a)所示為線圈實拍圖，根據其線圈結構特點繪制出圖4(b)、(c)所示的線圈結構模型，并對其各參數進行測量。變形后的左斜線圈控制點Pm1～Pm8到中心線l的距離分別為rm1～rm8，右斜線圈控制點Pm′1～Pm′8到中心線l的距離分別為rm′1～rm′8。現選取10個不同部位的線圈進行P測量取其平均值，結果如表4所示。

表2 理想線圈各控制點距離測量結果Tab.2 Distance between each control point and center line in ideal loop

表3 理想線圈模型各控制點坐標Tab.3 Coordinate of control points in ideal loop model

注：坐標原點為P1和P7連線中點。

表4 反面芝麻點提花織物線圈各控制點 到中心線距離測量結果Tab.4 Distance between each control point and center line in loop of speckle fabric

圖4 反面芝麻點織物線圈結構圖Fig.4 Structure of loop of speckle fabric. (a) Physical diagram of loop; (b) Model of left slanting loop; (c) Model of right slanting loop

假設變形后的線圈各控制點縱坐標保持不變，令變形后線圈控制點與理想線圈相對應控制點之間的距離△d=±|r-rmi(rm′i)|，其中i=1,2,…，8。則△dm1=-0.014≈-0.086r，△dm2=0.020≈0.123r，△dm3=0.022≈0.136r，△dm4=-0.016≈-0.099r，△dm5=0.018≈0.111r，△dm6=-0.016≈-0.099r，△dm7≈0，△dm8≈0；△dm′1=-0.018≈-0.112r，△dm′2=0.014≈0.087r，△dm′3=0.017≈0.106r，△dm′4=0.013≈0.081r，△dm′5=0.010≈0.062r，△dm′6=-0.015≈-0.094r，△dm′7=-0.017≈-0.106r，△dm′8=-0.018≈-0.112r。從而得出變形后各控制點的坐標，結果如表5所示。

表5 反面芝麻點提花織物變形后線圈坐標Tab.5 Coordinate of deformative loop of speckle fabric

根據反面為芝麻點提花織物結構特點，結合織物的編織圖繪制織物的正面結構圖。圖5(a)示出某一正面為平針反面為三色芝麻點的提花織物編織圖，圖中1、3路穿入色紗A，2、5路穿入色紗B，4、6路穿入色紗C，圖5(b)示出與編織圖對應的織物正面結構示意圖。從圖中可看出，與針盤無線圈織針相鄰的2個針筒線圈在浮線的作用下相互靠近，而針盤有線圈織針相鄰的2個針筒線圈則相互遠離，從而使線圈發生歪斜。織物中線圈歪斜加之沉降弧收緊作用使得其表面出現菱形的隱花紋。

圖5 反面芝麻點提花織物編織圖及正面結構圖Fig.5 Weaving diagram (a) and face side structural (b) of double jacquard fabric with speckled surface of reverse side

2.2.2 反面縱條紋織物變形規律

為探究反面縱條紋針織物正面線圈的變形規律，采用超景深三維顯微鏡VHX-600對織物線圈進行觀察，圖6(a)示出線圈實拍圖，根據其線圈結構特點繪制出如圖6(b)、(c)所示的線圈結構模型，并對其各參數進行測量。變形后的左偏移線圈控制點Pt1～Pt8到中心線l的距離分別為rt1～rt8，右偏移線圈控制點Pt′1～Pt′8到中心線l的距離分別為rt′1～rt′8。現選取10個不同部位的線圈進行測量取其平均值，結果如表6所示。

同反面芝麻點正面線圈相似，假設變形后的線圈各控制點縱坐標保持不變，令變形后線圈控制點與理想線圈相對應控制點之間的距離△d=±|r-rti(rt′i)|，其中i=1,2,…，8。則△dt1=-0.018≈-0.108r，△dt2=-0.024≈-0.144r，△dt3=-0.027≈-0.162r，△dt4=-0.023≈-0.138r，△dt5=-0.020≈-0.120r，△dt6=-0.024≈-0.144r，△dt7=-0.038≈-0.227r，△dt8=-0.066≈-0.395r; △dt′1=0.020≈0.120r，△dt′2=0.025≈0.151r，△dt′3=0.019≈0.114r，△dt′4=0.023≈0.138r，△dt′5=0.028≈0.169r，△dt′6=0.026≈0.157r，△dt′7=0.060≈0.361r，△dt′8=0.022≈0.132r。從而得出變形后各控制點的坐標，結果如表7所示。

圖6 反面縱條紋織物線圈結構Fig.6 Structure of loop of vertical stripe fabric. (a) Physical diagram of loop; (b) Model of left offset loop; (c) Model of right offset loop

指標左偏移線圈/mm右偏移線圈/mmrt1(rt'1)0.0460.010rt2(rt'2)0.0800.031rt3(rt'3)0.0550.009rt4(rt'4)0.0050.051rt5(rt'5)0.0360.084rt6(rt'6)0.0040.054rt7(rt'7)0.0180.116rt8(rt'8)0.2600.216r0.1670.166

表7 反面縱條紋織物變形后線圈坐標Tab.7 Coordinate of deformative loop of vertical stripe fabric

根據反面為縱條紋提花織物結構特點，結合織物的編織圖繪制織物的正面結構圖。圖7(a)示出某一正面為平針反面為縱條紋雙面提花織物的編織圖，圖中1、3、5路穿入色紗C，負號2、4、6路穿入色紗D，圖中奇數路穿入色紗C，偶數路穿入色紗D，圖7(b)所示為與編織圖相對應的織物正面結構示意圖。由于針盤線圈的作用使得其相鄰針筒線圈相隔較大，而針盤無線圈織針相鄰的針筒線圈在沉降弧的作用下相隔距離較小，從而在織物正面形成條紋。

圖7 反面縱條紋提花織物Fig.7 Knitting diagram(a) and face side structural (b) of double jacquard fabric with vertical stripe surface of reverse side

3 結 論

本文對緯編均勻提花針織物的結構特征進行了深入研究，分析總結了當反面采用不同提花組織時，織物正面線圈的變形規律，構建了線圈結構模型，為該類織物仿真研究提供理論參考。

1)反面為芝麻點雙面提花針織物，受到反面線圈影響，線圈發生左右歪斜。當某一顏色紗線在針筒織針上連續出針超過一定數量時，在織物正面形成菱形隱條紋。

2)反面為縱條紋雙面提花針織物，受到反面線圈影響，線圈發生左右偏移。當某一顏色紗線在針筒織針上連續出針超過一定數量時，在織物正面形成兩針縱條紋。

3)根據反面不同提花方式的織物所呈現的不同外觀效應，在成圈線圈模型的基礎上對其線圈變形規律進行分析研究，得到該類織物線圈結構模型，為緯編均勻提花針織物仿真奠定理論基礎。

FZXB

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Simulation structure model of weft knitted flat jacquard fabrics

CONG Honglian, ZHANG Yongchao, ZHANG Aijun, JIANG Gaoming

(EngineeringResearchCenterforKnittingTechnology,MinistryofEducation,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China)

Six pieces of fabrics with different yarns and densities were selected to analyze the structure of weft knitted flat jacquard fabric, and the ideal model of loop was obtained. A Santoni SM-DJ2TS computer jacquard knitting machine was used to knit double-faced jacquard fabric with speckle and vertical stripe surface of the reverse side. And the structure of the two kinds of fabric were studied. The face side shows diamond strips when the reverse side is speckle and the face side shows two needles longitudinal strips when the reverse side is vertical stripe due to the influence of the reverse loop. According to the different appearances of fabric rendering effects, 3-D microscopy was used to research the deformation law of the loop so as to acquire the structure model of the loop. The study can provide a theoretical foundation for the weft knitting flat jacquard fabric simulation.

weft knitted; flat jacquard; simulation; structure model

10.13475/j.fzxb.20150803406

2015-08-18

2016-03-23

中央高校基本科研業務費專項資金資助項目(JUSRP51404A)

叢洪蓮(1976—)，女，副教授，博士。主要研究方向為針織CAD/CAM技術，針織產品的開發與性能。E-mail：cong-wkrc@163.com。

TS 186.2

A