用于电子显示纱线质量的系统和方法 本申请是1993年11月10日提交的共同未决申请081150，613的部分继续申请。
本发明涉及一种用电子手段快速扫描长段的纱线，并将测得储存信息很多不同长度处的属性并列显示以助于对纱的均匀度和表面质量的等级确定的系统和方法。
控制纱线质量的测试有许多项目。其中一项这样的测试旨在控制纱的总体表面质量，这一测试是通过将纱缠绕到长方形或梯形的黑色板上从而对该纱样品的一半的一些相对较短的不同长度处的并列比较来实现地。这种测试已被标准化为ASTM D2255-64。该方法描述了将纱缠绕到一个长方形或梯形的板上，然后对缠有纱的板进行测试，通过考虑粗节、纱毛、厚薄、断头、长丝和其他新的结果来直观地评定纱线的表面质量。已知的商品纱可以缠绕到板上，拍下照片，用来作为标准。均匀度的定量估算可以通过数出有缺陷的地方的数量，并以它与缠在板上的圈数的百分比来表示。
几年来，这种方法成功地用于纱的质量的评定。但是这种方法较慢、不精确、劳动量大，并需要进行高度的判断，因而成本也比较高。运用这种方法，在可进行比较之前需要一个操作员将纱缠绕到板上，并需要几个(通常为5个)独立检测员的评定，而且只有一半的纱才能被检测，这就减小了正在检测的缺陷被查出的可能性。
因此，本发明的一个目的就是提供一种用电子手段显示纱的许多不同段的一种或多种测量特性来确定纱线质量的系统和方法。
本发明的一个进一步的目的在于提供这样一种系统和方法，它的完成比手工系统成本低。
本发明的一个进一步的目的在于，提供这样一种系统和方法，它比手工系统为快。
本发明的一个进一步的目的在于，提供这样一种系统和方法，它能够对比目前状况数量大的纱筒进行级别评定。
本发明的一个进一步的目的在于，提供这样一种系统和方法，它能取消人为判断，并由电子手段定量评定纱的等级来代替。
本发明来自这样的认识，对纱的一般均匀度的比较测试可以用这样的方法来实现，以电子装置扫描一长段纱，然后将该段纱以一定数量的较短长度的不同段并列显示以产生一个目前所用的手工检测纱板的电子版本，通过显示诸如线的宽度、灰度或者颜色来表示不同的测得的纱的特性，从而可以进行同手工操作系统一样的纱段的直观比较，也可以进行电子级别测定和对纱中缺陷或漏洞数目的实际确定。
本发明描述了一个用电子手段比较不同纱段来确定纱的表面质量的等级的系统的特征。在一个实施例之中，该系统包括确定一段纱中不同位置的纱的直径，和显示用以比较纱的不同部分的纱的直径的图像的方法。
纱线直径可以这样来确定，来自一个光源的光照射在纱测试区的纱上，然后由一个诸如可以是直线排列的CCD阵列来接收由纱透出的光。在光接收装置是一个小的光接收元件的阵列的实施例中，测定纱的直径的装置可以进一步包括确定哪一个阵列单元没有接收到电光源发出的光的装置。测定纱的直径的装置可进一步包括测定没有接收到光的距离最远的一对阵列单元来指示纱的直径的装置。
该系统可以进一步包括将直径的测量分成许多不同组、每组代表纱的不同段的装置。在这种情况下，不同的直径组可以是相邻的，以使得测量的纱的部分是连续的。这样，显示测得图像的装置可以包括将不同组的图像并列显示以完成比较的方法。根据要求的显示是长方形或是梯形(锥形)，这些组可以表示纱的不同或相同的段。
显示直径图像的装置可以包括指定不同的显示属性来代表不同的纱的直径的装置。显示特性可以包括对于单色显示器的不同灰度值，或对于彩色显示器来说的不同颜色。显示特性的装置可以包括视频显示器。
该系统可以进一步包括设置最小/大纱的宽度和长度的阈值来定义一个或多个纱的漏洞的装置(直径大于或小于某一确定值的纱的部分连续或小于某段长度)。漏洞可以用短线段来表示，也可以被计数和列表。纱段的其他部分可以不被显示，从而形成彼此隔开的线段分布以完成对漏洞出现规律性的确认。
在一个比较具体的实施例中，本发明描述了一个用电子手段比较纱段以助于纱的质量的等级评定的系统，该系统包括为纱测试区提供光的光源、将纱移动通过测试区的装置和一个接收透过纱的光的线型排列的感光元件。还有确定沿纱段的一些相邻很近的位置处纱直径的装置、将直径分为代表纱段的不同部分的许多组的装置，以及指定不同的显示属性代表不同的纱直径和为纱的不同部分进行比较而将不同部分的特性并列地在一个显示器上显示出来的装置。
在另一个实施例中，本发明描述了一个这样的系统和方法，它用电子手段通过对一段纱的许多不同位置处至少一个可测量的纱的质量的测量来显示至少一种纱的性质，指定一种显示属性代表每一个测得的质量，将显示属性分为代表纱段的不同部分的一定数目的组，并且将这些组的显示属性并列地显示出来以完成这些组的质量的比较。显示可以在CRT上完成。显示属性可以是(例如)线段、显示颜色、显示灰度，或者诸如字母数字的符号或其他符号。测量的质量可以是任何可以测量的纱的质量(例如)直径、质量、纱的张力、纱毛、颜色、收缩性、缠度和缠结。本发明旨在覆盖所要求保护的显示能通过沿纱段分离地或连续地测量的任何上述或其他可测量的纱的参数的类型。
在测量质量为直径的例子中，本发明可以进一步包括建立纱的宽度的阈值和将测得的直径与其比较的装置，以及当纱的宽度在至少或小于该阈值的长度内超过或小于宽度阈值时确定漏洞的存在的装置。在这种情况下，显示属性可以是表示漏洞的线段。对不同长度的漏洞可以有固定的线段长度，而操作员可以具有选择该长度的能力。另一种选择是，通过包括确定只要其长度至少等于长度阈值时纱的宽度超过宽度阈值的纱的子段的长度的装置，线段的长度可以与漏洞的长度联系起来。
本发明进一步可以包括计数出显示属性的数目的装置。测量可测纱的质量的装置可以测量至少两种不同的纱的质量，在这种情况下，指定显示属性的方法可以包括为每一测量的纱的质量提供一种不同显示属性的方法。
本发明的其他目标、特征和优点，本领域的技术人员可以从下面的一个最优实施例的描述及其附图联想到：
图1是用于完成本发明的纱侧面成像设备的示意图；
图2是如图1所示的设备的一个最佳实施例的概略性示意图；和
图3是按照本发明的一个最佳实施例的如图1所示的设备的操作的框图。
本发明可以在一个用电子手段比较纱的不同部分以助于纱的质量的确定的系统中实行。该系统测量大量沿一段纱的相距很近位置的一种或多种属性(诸如纱的直径)。直径的测量可以通过一个可以包括一个线性CCD阵列的电子探测器和一个照射到一个纱被移动通过的测量区的光源来实现。CCD捕获纱的投影成像。然后系统确定纱的直径。在一个实施例中，直径根据没有接收到光的距离最远的一对CCD像素来确定，这样纱的直径的测量包括纱毛、粗节和其他粗点的测量。另一种选择是，直径可以用比较传统的方式确定，例如将CCD阵列中相连的或成块的像素加起来。
这些纱的属性的测量接着被分成一定数量的代表相邻的、较短的纱段的测量组。然后每一个测量的属性被指定一个显示属性，接着每一子段的显示属性被并列地显示，以模仿人工检测或锥形板。代表纱的显示线也可以不是水平线，例如，可以是正弦曲线，以模仿被拉紧后纱的状态。
对于直径测量，显示属性可以是一黑线，其宽度直接与测得的直径相关，这样其状态与纱的阴影相似，在这种情况下纱的直径可以由黑线的宽度来代表。如果操作员要将纱的某一部分放大，这将尤其有用。另一种选择是，线的图象可能具有同样的宽度，例如一条或多条CRT显示器的光栅线，纱的宽度可以用灰度或颜色来表示。在一个实施例中，每一直径的测量被转换为一个8位刻度，每一个相应的显示像素可以有一个在0和255之间的灰度值，以实现宽度的灰度表示。另一种选择是，不同的直径范围可以由不同的灰度或颜色来表示，正如实行一个由操作员来完成纱的属性的判定的系统所要求的那样。
在另一个可选择的实施例中，测量系统可以确定由操作员预先定义的纱的现象的位置。现象的一个例子可以是连续持续至少一个确定长度的至少一个确定的纱的宽度，例如为测量被缠绕的纱中的球节。每一现象可以接着在显示器上由一固定长度的或其长度与现象长度相关的短线段来表示。在同一显示器上还表示第二个值。例如，颜色可以被指定为不同的纱宽度的范围，显示线段可以有基于纱的实际宽度的被指定的颜色。这种情况下纱的余下部分可以不被显示，这样在显示器上产生一系列彼此隔开的单色或彩色线段。重复的现象可以由显示器上的模式来分辨，就象在一个传统的锥形板上一样。
本发明的系统和方法的一个优点是，一个很长纱段的一种或多种测量的数值可以在一个显示器屏幕上显示，以允许该纱段的一定数量的子段的直观比较。该系统允许显示纱的全部，不象传统的锥形板系统只显示纱的一半。这种显示允许操作员较好地分辨重复的或者偶然的现象。例如，当以某种方式测量纱毛或直径时，这些图象可以给操作员纱的覆盖因子的概念。
本发明的目的并不限定于任何特殊的一种或多种可测的纱的参数，因为它旨于包含可测量任何纱的属性。那些目前可测量的，因而可以被本发明的一种显示属性表示的纱的属性包括：纱的质量，例如可以通过电容量来测量；纱的直径，将在下面作为可以用光学的方法、或者用数字计算的方法或者用一个模拟系统来测量的一个数值详细讨论；张力，可以用一个张力计来测量；纱毛，可以由光学的方法来测量；颜色，可以用色度计测量；收缩性，可以用从Lawson-Hemphill公司(Central Falls，Rhode Lsland)可以买到的TYT测量；缠结，可用光学方法测得；缠度，可用光学方法测得。
对于显示器(例如CRT)，可以采用显示属性的类型，尽管本发明不限于这些特殊的显示属性；线段可用于代表测得的数值；这样的线段的长和/或宽可用于代表测得的数值；颜色可用于代表测得的数值；灰度可用于表示测得的数值；诸如字母数字符或其他符号种类的显示符合可以用于代表测得数值。
图1所示的纱侧面测量系统10在本发明的系统中是可采用的。纱测量系统10完成纱直径的测量以及直径的表示以帮助操作员确定纱的质量。分析器10用于测量由纱驱动器24移动、通过成像区17的纱12的宽度。纱12在进入成像区17前可以通过恒定张力设备14，这样纱在被成像过程中保持恒定的、可重复的张力。纱线速度的精密控制由纱驱动器24完成，这样纱可以以一恒定的、可重复的速度通过成像区17。这种速度和张力的控制为设备10提供了产生对于被测纱的每一部分的有用、精确、定量的数据的能力。
光源16在成像区17提供光，经透镜18聚焦照射到线性CCD阵列20上，产生对所要求的目的足够清楚的图像。光源16最好是白炽灯，控制设备15是可调节的、输出可变的DC灯供电设备，提供一个没有60Hz闪烁的稳定光源，该光源具有多种光强度输出，使得操作员可以调节被认为是一个块状像素的CCD像素所接收到的光的强度。由阵列20的每一个像素感探到的光的强度作为一个相应的模拟电压在阵列20的输出端输出。这一强度可以与计算机22中的可调节的、由操作员设定的阈值进行比较，这样，当实际接收的最大的可能的入射光的选定的百分率低于该设定的阈值时，设备将报告一个成块的或未照亮的像素。这种阈值和光强的可变性允许操作员或者突出、或者滤出诸如纱毛的纱的具体细节。
最好使用速度编码器26来测量由驱动装置24传输的纱的长度。速度编码器26的输出结果接着由计算机22转换成纱的长度和速度。键盘28被操作员运用来以众所周知的方式输入命令来操作计算机22。该设备的输出可接着按需要输入到CRT 30和/或打印机32。
本发明中有效的纱的直径的测量系统的实施例50如附图2所示。纱52被传输通过伸展装置54，绕过馈送轮70的一组，然后通过作为滚轮58和可调张力的弹簧60示意画出的恒定张力设备56。设备56最好能允许操作员在112至750克的范围内选择作用在纱上的张力。摄象机62对纱成像并将该图像提供给计算机。在一个最佳实施例中，运用了上述的线形CCD阵列，工作在每秒3200次扫描，测量和储存以一定速度传输的选择的纱段的半径。这将通过一个运行在大约15Mhz的时钟来完成。然后，纱经过滚轮64输送到驱动滚轮对66，纱一次或多次地缠绕到该轮上，以将纱拉过摄象机62。附图1和2所示的实施例在共同未决申请071950,830，1992年9月24日提交，和081107,968，1993年8月17日提交，中有详细描述，这两申请并入本文作为参考。
附图3给出了本发明的、运用附图1和2所示的测量属性为纱直径的设备的系统的一个最佳实施例的流程图。该系统首先确定被测的纱的长度，最好在操作员控制之下。然后该系统确定对该长度读取直径的次数。最大的读取次数可能由可用内存的数量或纱的速度和被测的长度与测量设备时钟速度的比值来确定，这一比值将确定每单位长度测量的数目。对于一个有480条扫描线、每条扫描线有640个像素的标准CRT显示器，在一个屏幕像素代表一次直径扫描的情况下，该系统可以处理307200次扫描。在该情况下，测得的直径可被转换为8位的数值，每一个CRT像素可以被指定一个0与255之间的灰度，从而用一个灰度成像来代表直径。
本系统通过附图1和2的将纱移动通过成像区的方法读取直径，这是第84步。在一个最佳实施例中，直径的计算基于CCD阵列中被认为是由纱阻塞的两个距离最远的像素，而不考虑任何居中的未阻塞的像素，这样，例如，纱毛被测量而计入纱的总的直径之中。通过调节被认为代表一个阻塞的像素所接收的光的强度，事实上操作员可以根据需要滤出或突出这样的纱毛或其他较稀的纱的部分。
然后该系统为了显示将要测量的纱段分为一定数量的子段，这是第86步。在上面所述的每条扫描线有640次测量的情况下，总共307200次扫描可被分为每组640次扫描的480个相邻的组。这样，一个非常长的纱段可以在一个显示屏幕上表示。该系统接着为每一直径或直径范围指定显示属性，这是第88步。对一个灰度成像可用以上描述的方法来完成。另一种选择是，可以用较少的灰度或颜色。在任何情况下，每一直径或按照操作员的设置的每一直径区域被指定一个诸如颜色或灰度的一个不同的显示属性。接着，每一个或一些子段用这些显示属性并列地表示出来，这是第90步，以完成用于由ASTM标准确定的测定纱的总体均匀度的标准检测板或锥形板的电子版本。
为表示锥形板，在将测量长度分为子段的第86步中，子段可以渐减地缩短的完成形状为梯形的显示。明显地，也可以选择其他形状。与传统的锥形板的方法不同，本发明的显示可显示所有被测量的纱段，这就增加了发现纱中缺陷的可能性。此外，由于锥形板的锥度，在任何特殊的缺陷频率，只有一个较短的样品长度。在任何给定频率，一个较长的长度可以由本发明的系统和方法来显示，因为显示的宽度因而也是被显示的纱的每一部分的长度可以根据需要来选定。这将允许计算机用于完成纱中缺陷或现象的分析，例如，通过对测得结果的傅里叶分析来确定长度频率，或者重要的缺陷出现的频率，然后显示可以改为或围绕该频率来在该频率显示一段较长的纱段，以完成对缺陷的较好的直观分析。
本发明也可以用来在被测的纱上模拟纱清除器的效果。这一效果可以通过不显示可能被清除设备截掉的部分来实现。
在另一个可选择的实施例中，纱的直径可被表示为代表纱的显示线的宽度。在这种情况下，每一纱段可以被分配多于一条的扫描线，以允许宽度变化的显示。
本系统也可以用与在ASTM标准中运用的标准纱成像照片相似的方式，紧跟在测得的纱成像之后储存和显示标准纱的成像。这将允许操作员在一个单一屏幕上将用电子手段成像的纱段与标准纱段进行比较来确定纱的等级。标准纱的缺陷的数值也可以存储在计算机中，使比较过程自动化。
一些可以由本发明的系统的操作员设置的系统变量包括：纱通过测量区的速度；每毫米的直径测量的次数或扫描次数；成像的大小；成像的高度比；相对于阈值的光源强度；显示尺寸；和被指定为不同显示属性值的纱直径的范围。
对不同的纱的属性，可以确定不同的阈值，测得的属性可以与这些阈值进行比较，以发现诸如所要求的纱的效果的缺陷或其他现象。例如，一个显示属性可以根据一个现象的长度以及直径来指定；在大于或小于一定的长度内大于或小于某一确定值的直径可以被指定一种颜色或灰度值，这样，该系统事实上可以忽略比一个决定的长度短或长的厚或薄的区域，以允许只有某种现象被显示。多于一种这种类型的现象可以被测量和显示。该情况的一个例子可以由设置一个纱的宽度阈值和将测得的直径与其比较来实现。纱的长度阈值也可以被设置。这样，一种现象可以被定义为在长度至少等于长度阈值范围内纱的宽度超过宽度阈值的部分。在这种情况下，该现象的实际长度可以被确定，也可以不被确定。如果被确定，可以使显示线段的长度与该现象的实际长度成比例，这样， 显示图像将能更精确地表示纱的实际形状。
如上所述，为完成规则分布的缺陷的操作员确认，现象可以作为短线段来表示，而不显示现象之间的纱的部分。这将在CRT上产生一系列水平线段，规则的现象可以根据线段显示的模式立即被确认出来。这些线段的长度最好是用户定义的。一般地，这些线段可以是等长度的短段，或者其长度直接与现象的实际长度相关的线段。
诸如上述的现象可以在任何情况下根据代表属性被自动地计数和分类。组合现象可以由操作员用测量属性的一个或多个阈值来预定义。这些现象接着可用不同的方式显示以允许操作员对纱进行分级。这些现象也可以由系统进行自动计数和列表。系统可被编程来对诸如某一灰度或颜色值当其在一给定的屏幕(板)上出现时进行计数，以完成对纱的形状的定量测量。组合阈值可以被设置，并用于不同现象的计数。
尽管本发明的特定属性表示在一些附图中，而在其他附图中未加表示，但这只是为了方便，因为每一属性可以根据本发明与任何或全部其他属性进行组合。
其他实施例对本领域的技术人员是显而易见的，并被包含在下面的权利要求中。