緯編兩面提花針織物的工藝設(shè)計(jì)模型

梁佳璐， 叢洪蓮， 張愛(ài)軍

(江南大學(xué) 教育部針織技術(shù)工程研究中心， 江蘇 無(wú)錫 214122)

目前紡織工業(yè)的發(fā)展正向著科技、時(shí)尚和綠色的方向進(jìn)行，采用提花手段可增加面料的時(shí)尚感，減少后整理和印染工序，從而實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展。緯編兩面提花針織物通過(guò)使用色紗在針筒及針盤上選針編織，在織物的正反兩面體現(xiàn)花型效應(yīng)，漸漸在針織物市場(chǎng)中占據(jù)一定份額[1]。緯編兩面提花針織物組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜，花型變化豐富，立體效應(yīng)多變，在進(jìn)行工藝制作時(shí)，工藝設(shè)計(jì)難度大，且傳統(tǒng)的緯編提花針織物的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)需要不斷地進(jìn)行上機(jī)打樣，設(shè)計(jì)效率低，生產(chǎn)成本高[2]。以數(shù)學(xué)方法為基礎(chǔ)，借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖像、信息處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)緯編兩面提花針織物的工藝設(shè)計(jì)及來(lái)樣處理，便于提高設(shè)計(jì)效率，降低開(kāi)發(fā)成本[3-4]。

緯編針織物按照生產(chǎn)設(shè)備分為圓型緯編針織物和平型緯編針織物2種類型。圓型緯編機(jī)編織線圈類型多樣，工藝種類豐富，圓型緯編針織物容易實(shí)現(xiàn)兩面提花編織，因此，本文中緯編提花針織物指的是圓型緯編提花針織物。目前已經(jīng)有人通過(guò)使用數(shù)學(xué)方法對(duì)緯編提花針織物進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和仿真模擬，但是與緯編兩面提花針織物相關(guān)的研究較少。通過(guò)使用花型意匠圖矩陣數(shù)字化和編織圖矩陣數(shù)字化可實(shí)現(xiàn)緯編單面提花織物和雙面提花織物的快速設(shè)計(jì)[5-6]。建立花型意匠圖和編織圖的二維矩陣及研究二者信息的轉(zhuǎn)換算法可實(shí)現(xiàn)緯編雙面提花織物、緯編仿蕾絲織物、緯編提花毛圈織物的快速設(shè)計(jì)[7-9]。以花型意匠圖、編織圖的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)建立緯編針織物CAD系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)織物工藝設(shè)計(jì)的功能[10-11]。對(duì)緯編兩面提花針織物的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)尚處于起步階段，缺少對(duì)織物結(jié)構(gòu)特征的分析與織物設(shè)計(jì)效率的提高方法。

本文在分析緯編兩面提花針織物結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)上，將織物單元結(jié)構(gòu)組成分為9種類型，采用數(shù)學(xué)矩陣的方法建立花型意匠圖矩陣、編織意匠圖矩陣、單元格定義矩陣以及編織圖矩陣，研究花型意匠圖矩陣和編織圖矩陣之間的轉(zhuǎn)換算法，建立工藝設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，最后對(duì)工藝設(shè)計(jì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，為緯編兩面提花針織物的設(shè)計(jì)與仿真提供了一定的理論依據(jù)。

1 結(jié)構(gòu)特征提取

緯編兩面提花針織物是指上機(jī)織造時(shí)紗線在針筒和針盤上均按照花型意匠圖選針進(jìn)行編織，最終在織物的正反兩面均具有獨(dú)立花型效應(yīng)的花色組織。與緯編雙面提花針織物相比，前者織物反面的花型不再是后者的橫條、縱條、芝麻點(diǎn)和空氣層類型的花型效應(yīng)，而是和織物正面一樣具有了提花效果，織物結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，花型變化更加豐富，立體效應(yīng)更加多變。四色緯編兩面提花針織物如圖1所示。

2 單元結(jié)構(gòu)表達(dá)

織物的每個(gè)編織圖單元格表示織物正反2個(gè)線圈結(jié)構(gòu)單元，同時(shí)紗線在針筒和針盤編織的基本線圈結(jié)構(gòu)單元都有成圈、集圈和浮線3種，因此，緯編兩面提花針織物的每個(gè)編織圖單元格可分為9種基本結(jié)構(gòu)單元，如圖2所示。

3 設(shè)計(jì)模型建立

為便于織物工藝設(shè)計(jì)模型的建立，使用F表示織物正面，使用B表示織物反面。

3.1 工藝設(shè)計(jì)模型組成

3.1.1 花型意匠圖矩陣

緯編兩面提花針織物在織造過(guò)程中可選針進(jìn)行提花編織，在織物正反2面形成不同的花型效果。其花型意匠圖表示織物正面或反面的花型意匠信息，一般采用最小的花型循環(huán)來(lái)表示，每橫列表示織物每橫列正面或反面的花型意匠信息，每縱行表示織物每縱行正面或反面的花型意匠信息。由于花型意匠圖是二維平面圖，因此使用2個(gè)二維矩陣PF和PB來(lái)表示花型意匠圖的花型意匠信息。

采用一維矩陣S(Sort)來(lái)表示花型意匠圖中的顏色種類數(shù)，逐個(gè)分析花型意匠圖矩陣中每個(gè)元素的顏色值，定義S0為花型意匠圖矩陣中第1個(gè)顏色值，以此類推，將Sc-1定義為花型意匠圖矩陣的第c個(gè)顏色值。

當(dāng)織物進(jìn)行上機(jī)工藝制作時(shí)，需要根據(jù)織物提花編織使用的色紗種類數(shù)確定花型意匠圖中每一花型行編織需要的工藝行數(shù)，設(shè)n表示織物提花編織時(shí)使用的色紗種類數(shù)。采用一維矩陣D來(lái)表示織物提花編織使用的色紗，定義D0為一個(gè)花型行中第1路工藝行編織的紗線顏色，以此類推，將Dn-1定義為一個(gè)花型行中第n路工藝行編織的紗線顏色。

D=[D0…Dn-1]

3.1.2 編織意匠圖矩陣

將花型意匠圖的花高工藝行化就會(huì)形成1個(gè)編織意匠圖，編織意匠圖的花寬和花型意匠圖的花寬是相同的，但是其花高H和花型意匠圖的花高h(yuǎn)有如下的倍數(shù)關(guān)系：

H=n×h

編織意匠圖的顏色種類數(shù)和花型意匠圖的顏色種類數(shù)是相同的。由于編織意匠圖也是1個(gè)二維的平面圖，分別用二維矩陣TF和TB表示：

3.1.3 單元格定義矩陣

在對(duì)緯編兩面提花針織物的花型意匠圖進(jìn)行單元格定義的過(guò)程中，同一工藝行中可選擇多個(gè)顏色值進(jìn)行成圈或集圈編織，因此，織物提花編織使用的色紗種類數(shù)小于或等于花型意匠圖中的顏色種類數(shù)，因此需建立一個(gè)矩陣來(lái)將織物提花編織使用的色紗種類數(shù)和花型意匠圖中的顏色種類數(shù)聯(lián)系起來(lái)，此處可采用單元格定義矩陣來(lái)表示。

對(duì)緯編兩面提花針織物的編織意匠圖進(jìn)行單元格定義時(shí)，由于織物的正反兩面均需要選針進(jìn)行編織，即針筒和針盤均需選擇相對(duì)應(yīng)的顏色值來(lái)表示紗線的單元結(jié)構(gòu)，因此，同1個(gè)編織意匠圖會(huì)有2個(gè)單元格定義矩陣，分別以二維矩陣AF和AB來(lái)表示織物的單元結(jié)構(gòu)：

3.1.4 編織圖矩陣

通過(guò)單元格定義矩陣可判斷出每路紗線在每個(gè)編織圖單元格中所表示的針筒單元結(jié)構(gòu)信息和針盤單元結(jié)構(gòu)信息，然后以此為依據(jù)，在編織意匠圖中一一對(duì)應(yīng)可得出織物的編織圖信息，編織圖信息用二維矩陣FF和FB來(lái)表示：

式中，表示取余。

由于織物是三維立體的實(shí)物，織物的正反兩面的編織圖信息都可使用1個(gè)二維矩陣來(lái)表示，設(shè)定z=1表示針筒針第x+1根針在第y+1路的編織圖信息；z=0表示針盤針第x+1根針在第y+1路的編織圖信息，此時(shí)可以將織物正反兩面的編織圖信息組成一個(gè)三維矩陣，織物編織圖信息由三維矩陣F表示：

表和的轉(zhuǎn)換關(guān)系Tab.1 Conversion relationship between

3.2 意匠圖和編織圖矩陣轉(zhuǎn)換

緯編兩面提花針織物的工藝設(shè)計(jì)流程是先將花型意匠圖工藝行化為編織意匠圖，再經(jīng)單元格定義確定織物在這一編織圖單元格的正反面編織圖信息，最終通過(guò)相關(guān)轉(zhuǎn)換關(guān)系得出織物的編織圖信息。

3.3 工藝設(shè)計(jì)模型驗(yàn)證

本文通過(guò)理論方法建立了緯編兩面提花針織物的工藝設(shè)計(jì)模型，下面以三色緯編兩面提花針織物的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)為例驗(yàn)證本文的工藝設(shè)計(jì)模型。該織物使用的原料是16.67 tex(48f)滌綸低彈絲色紗，顏色是藍(lán)色、黃色和白色，使用的機(jī)型是總針數(shù)為2 400的OVJA1.6EE邁耶西兩面大提花圓機(jī)。

三色緯編兩面提花針織物的花型意匠圖如圖6所示。圖6(a)為織物正面花型意匠圖，圖6(b)為織物反面花型意匠圖，右側(cè)小組織圖表示織物花型意匠圖中不同區(qū)域填充的組織，小組織圖中每個(gè)方格表示線圈顏色及線圈大小。

通過(guò)花型意匠圖與編織意匠圖之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系可得到織物正面編織意匠圖和織物反面編織意匠圖，接著通過(guò)單元格定義矩陣得到織物正面編織圖矩陣和織物反面編織圖矩陣，最后通過(guò)如圖5所示的轉(zhuǎn)換流程得到織物編織圖。

圖7示出三色緯編兩面提花針織物局部正面效果圖和反面效果圖。如上所述的三色緯編兩面提花針織物的工藝設(shè)計(jì)模型能夠?qū)崿F(xiàn)緯編兩面提花針織物的快速設(shè)計(jì)。

4 結(jié) 論

本文研究了緯編兩面提花針織物的結(jié)構(gòu)特征，分析了織物單元結(jié)構(gòu)組成，建立了工藝設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，驗(yàn)證了織物的工藝設(shè)計(jì)模型，得到如下結(jié)論。

1)研究了緯編兩面提花針織物正反兩面相對(duì)部位的結(jié)構(gòu)特征，并根據(jù)針筒和針盤編織的線圈結(jié)構(gòu)類型，將織物的編織圖單元格分為9種基本類型。

2)采用數(shù)學(xué)矩陣的方式建立了緯編兩面提花針織物的工藝設(shè)計(jì)模型，包括花型意匠圖矩陣、編織意匠圖矩陣、單元格定義矩陣和編織圖矩陣，得出了花型意匠圖矩陣和編織圖矩陣之間的轉(zhuǎn)換算法。

3)以三色緯編兩面提花針織物的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)為例驗(yàn)證了工藝設(shè)計(jì)模型的準(zhǔn)確性，為以后緯編兩面提花針織物的設(shè)計(jì)與仿真提供理論。