使用颜色参数评估纺织体的生产

技术领域

本发明涉及一种用于评估细长纺织体，特别是纱线的质量的方法，以及一种实现此类方法的设备。

背景技术

通常，通过传感器头测量纱线或其他类型的细长纺织体(比如纱线前驱体)的颜色分量和其他体参数。为了评估纱线质量，对参数进行监测，以使其处于预定范围内。如果检测到不满足此条件的事件，则确定样本有缺陷。

例如，纱线的缺陷区段可以在清纱器中的复卷过程中被去除。虽然这样的清纱提高纱线的整体质量，但是它会导致时间和材料的损失。

发明内容

因此，本发明的一般目的是提供一种允许更好地评估纺织体的质量的上述类型的方法和设备。

该目的通过独立权利要求的方法和设备来实现。

因而，本发明涉及一种用于评估细长纺织体(特别是纱线)的质量的方法，该方法至少包括以下步骤：

-使细长纺织体经过至少一个传感器头：纺织体例如可以是纱线前驱体、纱线或由纱线制成的织物。

-借助传感器头确定纺织体的体参数的样本集合B

-使用样本B

A)评估所述区段中的颜色参数的“可变性”。如果可变性小于希望的第一可变性水平，则发出警报和/或去除所述区段的至少一部分。在此背景下，“可变性”应被理解为描述颜色参数变化强度的值，可变性随着颜色参数变化的增大而变大。例如参见https://en.wikipedia.org/wiki/Statistical_dispersion。可变性也被称为颜色参数的“统计离差”。

B)将所述区段中的颜色参数与次要颜色进行比较。次要颜色可以是以下之一：

-如果要对细长纺织体染色，则次要颜色可以是指示染料的颜色的染料颜色：换句话说，根据颜色参数和用于在随后的步骤中对细长纺织体染色的预期颜色来计算瑕疵分数。

-如果细长纺织体是具有主要颜色和至少一种次要颜色的花式纱线，则所声称的“次要颜色”可以对应于花式纱线的次要颜色。

在此背景下，“花式纱线”是具有主要纱线颜色和有意缺陷的纱线，所述有意缺陷具有至少一个“次要”纱线颜色。

如下所述，这些措施A和B都偏离了简单地将颜色参数与预先定义的最大范围进行比较的传统方案，从而鉴于纺织体的未来应用实现更加差异化的质量评估。

特别地，在某种意义上，步骤A与传统方法相反。在传统方法中，如果可变性较大，则标记缺陷。相反，步骤A要求在纺织体中存在一定的最小可变性。如果打算使由生产过程产生的纱线是“混色纱线”或“花式纱线”，则这是特别有用的，混色纱线是由几种不同颜色的纤维有意生产的纱线，这种纱线沿着纱线的长度会产生变化的颜色。通过检查纱线中存在的最小可变性，可以评估此类混色纱线的质量。如果可变性变得太小，则可以标记缺陷和/或可以自动去除缺陷区段的至少一部分，例如在清纱器中。这允许监测或自动清理混色式纱线，这是传统纱线监测技术无法做到的。

至于步骤B，它允许取决于颜色偏差的色相，例如基于纱线的预期染色，对颜色偏差进行不同的加权。例如，如果纱线要染成蓝色，那么与具有不同色相的缺陷(例如红色或绿色缺陷)相比，蓝色缺陷可能不太是问题。类似地，可以忽略花式纱线中的预期颜色偏差。因此，有利地，该方法至少包括以下步骤：

-将次要颜色输入到设备的控制单元中：例如，可以手动地或借助与其他计算单元或软件单元的数字数据接口将次要颜色输入到控制单元中。数字数据接口例如允许自动指定次要颜色。

-将所述区段中的颜色参数与输入的次要颜色进行比较：然后，控制单元可以自动地将颜色参数与次要颜色进行比较，即，它可以根据测量的颜色参数和次要颜色来计算瑕疵分数。

在一个实施例中，颜色参数与次要颜色的比较可以包括以下步骤：

-确定颜色参数和纺织体的“典型颜色”之间的偏差：在此背景下，“典型颜色”例如可以是纺织体的平均或中值颜色。通过计算实际测量的颜色参数与典型颜色之间的偏差，可以计算出所使用的颜色空间中的颜色偏差的“方向”，例如“纱线应该是黄白色，但是该测量指示我们有偏向蓝色的子区段”。

-将偏差与在次要颜色和典型颜色之间的差异进行比较。

与通过首先计算偏差、然后将偏差与所述差异进行比较的间接比较相比，测量的颜色参数与次要颜色的直接比较会导致不太有意义的结果。在上面的例子中，并且假设直径恒定，白色纤维似乎已经被蓝色纤维所取代。如果纱线无论如何要被染成蓝色，那么与例如红色纤维相比，此类蓝色纤维不那么重要。

本发明还涉及一种用于生产纱线的方法，该方法包括如本文所述的用于评估细长纺织体的质量的方法。细长纺织体例如可以是纱线本身或纱线前驱体。

特别地，用于生产纱线的方法可以包括以下步骤：

-将所述区段中的颜色参数与染料颜色进行比较，所述染料颜色指示将用其对细长纺织体染色的染料的颜色：该比较用于如上所述考虑到纺织体稍后的染色来评估纺织体的质量。

-用具有所述染料颜色的染料对纱线染色。

这种组合允许在评估纱线或纱线前驱体的质量时考虑到染色。

用于生产纱线的方法还可以包括根据评估的纱线的区段的质量来去除所述区段的步骤。换句话说，评估的质量可以在清纱器中用于测试是否必须去除纱线的给定区段。

如上所述，本发明还涉及一种纱线生产设备。该设备包括多个传感器头和控制单元，该控制单元适于并被构造为执行本发明的方法。

附图说明

当考虑到本发明的以下详细说明时，将更好地理解本发明，并且除上述以外的其他目的将变得清楚。本说明参考了附图，附图中：

图1是用于生产纱线的设备的示意图，

图2示出了由传感器头测量的颜色分量的归一化灵敏度的例子，

图3是传感器头的实施例的示意图，

图4示出了测量值(A)和从其导出的体参数(B)的分布，

图5是描绘作为纱线位置的函数的颜色的方差的曲线图，

图6图解说明清纱的标准，以及

图7示出了对纺织体测量的颜色参数的值的例子。

具体实施方式

定义

体参数包括从对于细长体的测量导出的至少两个参数。例如，它可以包括来自颜色参数(见下文)的分量和/或如本文中所述的非光学参数。

颜色参数包括颜色空间的至少一个(特别是几个)颜色分量。有利地，它包括颜色空间的至少三个颜色分量。颜色空间用于描述由传感器头检测的颜色。在此背景下，颜色空间有利地至少跨越可见光谱，例如在380和750nm的波长之间。然而，它也可以延伸到紫外线，例如至少低至250nm，和/或延伸到近红外，例如至少高达1.8μm。有利地，颜色参数至少描述例如在HSV颜色空间中纺织体的颜色的色相。

例如，这些分量可以描述纺织体在至少两个不同光谱范围内的光学反射或透射。有利地，可以存在指示纺织体在光谱的至少三个不同的光谱范围内的光学反射或透射的至少三个颜色分量，特别是所述至少三个不同的颜色中的每一个至少部分落入250nm和1.8μm的光谱范围，特别是至少部分地落入380和750nm的可见光谱范围。

颜色空间也可以是RGB颜色空间或指示三个或更多不同的光谱范围中的颜色的其他颜色空间，或者它可以是CMY或HSV颜色空间，其中所述分量是这些颜色空间中的坐标中的至少一个或两个，例如H坐标。

纺织体可以是纱线前驱体，特别是清花车间中的棉束，或通过梳理和拉丝获得的条子或粗纱，或者它可以是通过纺纱过程获得的纱线或由这种纱线制成的织物。在一些实施例中，它也可以是从由纱线制成的产品。不过有利的是，至少在所声称的传感器头采样的纺织体是纱线。

纱线生产设备可以至少包括清花车间、梳理机、拉丝机、纺纱机、卷线机和清纱器中的一个。有利地，该设备至少包括清纱器。

概述

图1示意地示出了作为纱线生产设备的例子的棉纺厂的一些元件。

如本领域技术人员所知，这样的纺纱厂包括清花车间10，在清花车间10中，棉花捆被开松成团，然后可以对其进行预清洁以及精细清洁。在该过程中，会产生一束或多束棉束。

可以使一束或多束棉束经过传感器头12，例如在清花车间10的精细清洁器14中。这些传感器头12的功能将在下面说明。

该纺纱厂还包括梳理和拉丝工段16，在该工段中，棉束中的纤维被分离、拉直并形成条子和粗纱。可以使条子或粗纱再次经过传感器头18。

在下一步骤中，来自梳理和拉丝工段16的产物被供给到纺纱工段20，在纺纱工段20，它们在多个纺纱单元22中被纺成纱线。可以使纱线再次经过传感器头24。

最后，例如卷绕在纬管上的纱线被供给到具有多个清纱器28的卷绕工段26。在每个清纱器28中，使纱线经过传感器头30，例如，当纱线从纬管卷绕到筒管上时。

该设备还包括控制各个组件的操作的控制单元31。在图1中，它被描绘为单个元件，但是它也可以是分布式的和/或具有归因于设备的不同部分的子部。

通常，控制单元31包括至少一个CPU 32、存储器34、用于接收传感器信号的输入接口36、用于控制设备的致动器的输出接口38、用于接收用户输入的至少一个输入控件40、以及用于向操作员显示信息的至少一个显示器42，所述传感器信号例如来自各种传感器头以及来自设备的其他传感器。

控制单元31可以使用存储在存储器34中的程序代码和参数来进行各种功能。特别地，它被编程为执行如本文中所述的方法。

传感器头

如上所述，该设备包括至少一个或多个传感器头12、18、24、30。这些传感器头中的每一个适于测量纺织体的体参数中的一个或多个的样本B

有利地，体参数的数量K大于1。单个传感器头可以适于测量所有K个体参数，或者可以提供不同的传感器头来测量体参数的不同子集。

体参数的样本可以写成向量B

有利地，体参数包括纺织体的颜色参数C＝(C

在一个实施例中，颜色空间可以基于如上指定的光谱范围中的不同光谱分量。

有利地，每个颜色分量C

有利地，光谱范围不重叠和/或跨越可见光谱的大部分。这如图2中所示，图2示出了作为波长λ的函数的颜色分量C

为了不重叠，有利地应当存在至少两个、特别是至少三个颜色分量，其光谱范围W

O

其中W

有利地，至少一个光谱范围，特别是其中的至少两个光谱范围，应当具有小于50nm的宽度W

为了跨越可见光谱的大部分，有利地应当存在至少两个、特别是至少三个颜色分量，其最大灵敏度M

有利地，至少一个最大灵敏度M

图3示出了一个传感器头44的可能实施例的示意图，在本实施例中，该传感器头44适于测量纺织体的颜色分量以及非光学参数。

在所示的实施例中，它包括三个光源46a、46b、46c和光检测器48。光源46a、46b、46c发射例如与图2中的光谱范围对应的不同光谱范围的光。光传感器48在所有这些光谱范围下敏感。提供控制电路50用于操作光源46a、46b、46c以例如顺序地发射光脉冲，并且用于检测光传感器48处对于每个这样的光脉冲的响应。

来自光源46a、46b、46c的光落在待检查的纺织体52上，与纺织体52相互作用，并且在该相互作用之后，它由光传感器48检测。所述相互作用有利地是反射，即，光传感器48检测从纺织体52反射的来自光源46a、46b、46c的光。

通过将测量的光脉冲归因于各个光源46a、46b、46c，控制电路50能够测量相应光谱范围W

在又一个实施例(未示出)中，可以例如与宽带光源结合地使用仅在不同的光谱范围W

例如在EP3748343A1中说明了用于颜色分量的合适传感器头的例子。

图3的传感器头还可以包括电容式传感器54，电容式传感器54适于测量包括纺织体52的测量体积的电容。例如在EP3751282A1中说明了这种传感器。该传感器用于确定纺织体的电容。

图3的传感器头还可以包括厚度传感器，该厚度传感器使用光源56和光检测器58，以通过使用例如在EP3748342A1中说明的阴影技术来估计纺织体的直径。

图3的传感器头还可以包括用于测量纺织体的摩擦电特性的摩擦电传感器60，比如例如在CH532526或US6650959中所述。

操作

在操作中，使纺织体52经过传感器头44，并且传感器头44在由索引m索引的时间或体位置产生测量值X

例如使用下式，从测量值确定样本集合B

B

函数F

A)它们偏移和/或缩放测量值X

B)它们偏移测量值X

C)函数F

条件C)还可以使分布沿着主分量(见下文)对称。

条件C)例如可以通过以下方式来实现：

-步骤1)写出

F

其中a是通过以下步骤确定的指数。

-步骤2a)对于多个测量值X

-步骤2b)对于多个测量值X

除了式(2)之外或者替代式(2)，步骤2a)和/或2b)也可以应用于其他类型的函数F

F

在另一个实施例中，对于集合X

于是，更一般地说，本方法可以包括以下步骤

-借助传感器头测量多个测量值X

-借助非线性变换F

必须注意的是，式(1)假设每个测量值X

B

以这种方式确定的样本集合然后可以用于以下各节中说明的多种应用。

混色纱线

如上所述，混色纱线是通过有意组合几种不同颜色的纤维而产生的纱线，这种纱线沿着纱线的长度产生不同的、变化的颜色。

混色纱线可以是由不同纤维材料组成的混纺的混色纱线，或者它们可以是由相同但颜色不同的纤维材料组成的非混纺的混色纱线。在本说明书和权利要求书的上下文中，术语“混色纱线”有利地被理解为包含“花式纱线”，特别是“竹节花式纱线”。

此类混色纱线通常具有应沿着纺织体的长度波动的体参数，特别是颜色参数。

为了评估纱线的质量，于是提出评估纺织体(特别是成品纱线)的区段中的颜色参数的可变性，并且例如如果可变性小于希望的第一可变性水平，则发出警报和/或去除所述区段的至少一部分。

如上所述，“可变性”应被理解为描述颜色参数变化强度的值，可变性随着颜色参数变化的增大而变大。例如，可变性是一个或多个颜色分量的方差、标准偏差或百分位范围(percentile range)的单调递增函数，特别是严格单调递增函数。

这如图5中所示，图5示出了一个曲线图，其垂直轴对应于在例如10cm的纱线长度内确定的颜色与平均颜色之间的偏差的统计方差。水平轴是纱线上的位置。

在该例子中，颜色和平均颜色之间的可变性被计算为给定颜色分量在10cm窗口内的方差。

可以看出，计算的方差一般高于最小方差v1。然而，在区域70，发现计算的方差下降到最小方差v1以下。

于是，例如，计算的方差与最小方差v1之间的差异可以用作混色纱线的质量度量。只要方差大于最小方差v1，质量就足够了。然而，如果方差低于最小方差v1，则纺织体的对应区段可以被标记为潜在缺陷和/或被去除。

在另一个示例中，可能不存在单个最小方差v1，但是可以根据瑕疵的长度使用几个最小方差。换句话说，纱线的具有低方差的短区段可以不被标记为瑕疵，而纱线的具有相同低方差的长区段被标记为瑕疵。

类似地，也可以提供方差的上限，以便将高可变性的区段标记为有缺陷。同样，该上限可以取决于给定区段的长度。

图6图解说明可以如何根据瑕疵的长度来指定方差的不同最小值和(可选)最大值。区域A2和A3是瑕疵被标记或去除的区域，而区域A1是允许变化的区域。对于短的潜在缺陷，与长的缺陷相比，方差的极限可以被设定为离得更远。

有利地，方差是在长度在10cm和500m之间(特别是在20cm和250m之间)的纺织体(特别是纱线)的区段上计算的。

因此，有利地，在10cm和500m之间(特别是在20cm和250m之间)的纱线长度上导出可变性。

在另一个实施例中，可以从作为时间或体位置的函数的颜色参数(或其颜色分量中的至少一个)的“光谱分析”获得可变性。特别地，该方法可以包括以下步骤：

-记录作为时间或沿着纺织体的位置的函数的颜色参数。

-确定指示所述颜色参数的频率分布的至少一个光谱值。在此背景下，“频率”指的是颜色参数的以赫兹为单位(例如，以1/s为单位)的频率或颜色参数的空间频率(例如，以1/m为单位)。光谱值例如可以是给定频率范围内的一个或多个颜色分量的光谱的积分值、中值或最大值。例如，该光谱可以被表达为给定频率范围内的功率谱密度，参见https://en.wikipedia.org/wiki/Spectral_density。

-使用光谱值确定可变性。换句话说，可变性被确定为该光谱值(以及可选地，其他参数)的数学函数。例如，可变性可以等于光谱值，或者可以作为光谱值的单调函数来计算。

如上所述，如果可变性小于希望的第一可变性水平，则有利地发出警报。除此之外，如果可变性大于第二可变性水平，也可以发出警报。这也可以指示纱线可能有瑕疵，因为其颜色变化太大。

在又一个实施例中，可以仅沿着颜色空间中的给定方向计算颜色参数的可变性，例如，通过将颜色参数Cp的每个值投影到沿着该方向延伸的线上，以便计算投影值p，例如通过计算以下的标量积

p＝Cp·e,

其中e是沿着颜色空间中的给定方向的单位向量。然后可变性可以被计算为投影值p的可变性。同样，可变性例如可以是投影值p的方差、标准偏差或百分位范围的单调递增函数。

颜色空间中的给定方向例如可以是纱线的预先定义的颜色变化方向。不过，有利地，给定方向是包括纺织体的多个测量的颜色参数Cp的数据集合的主分量w

染料颜色或次要颜色

如上所述，纱线质量的评估还可以考虑到次要颜色，特别是指示纱线(或其他纺织品)在其生产过程后将如何染色的颜色。

例如，如前所述，如果棉纱要被染成蓝色，那么与红色的外来纤维相比，可以在更大程度上容忍带蓝色的外来纤维。

因此，有利地，将被检查的纺织体的区段中的颜色参数与次要颜色Cd进行比较，次要颜色Cd是指示将用于染色的颜色的染料颜色。在此背景下，“与…比较”应理解为计算瑕疵分数，瑕疵分数是颜色参数和预期的染色颜色的函数。

在一个实施例中，这包括确定纺织体的典型颜色Ct，典型颜色Ct例如可以是沿着纺织体的给定长度测量的纺织体的平均颜色或中值颜色。

在下一步骤中，计算从所调查的区段确定的颜色参数Cp与典型颜色之间的偏差△C，即

△C ＝ Cp - Ct(3)

(△C、Ct和Cp是诸如RGB之类的颜色空间中的向量。)

现在，将偏差△C与染料颜色Cd和典型颜色Ct之间的差异Cd-Ct进行比较。例如，这可以通过计算偏差△C沿着Cd-Ct和其垂直方向的分量△C1和△C2来完成。

△C1 ＝ △C · (Cd - Ct) / ||Cd - Ct||(4)

△C2＝(||△C||

其中点·表示两个向量的标量积，而垂直线||…||表示适当的范数，例如欧几里得范数，即向量的长度。

然后，作为分量△C1和△C2的函数计算瑕疵分数Q(△C1,△C2)，其中所述瑕疵分数指示纺织体的给定区段存在缺陷的可能性。与依赖于△C2相比，瑕疵分数较少依赖于△C1，即

至少对于△C1/||△C||<1，特别是0.9<△C1/||△C||<1的值，即，只要颜色参数朝向染料颜色的偏移不太大，不等式(5)就应被保持。

在一个有利的实施例中，

因此，更一般地说，偏差△C与典型颜色Ct的比较可包括以下步骤：

-计算偏差△C沿着染料颜色Cd和典型颜色Ct之间的差异Cd-Ct和其垂直方向的分量△C1和△C2，以及

-根据分量△C1和△C2计算瑕疵分数Q(△C1,△C2)，与依赖于△C2相比，瑕疵分数较少依赖于△C1。

或者，代替使用从所调查的区段确定的颜色参数Cp和典型颜色之间的差异△C，瑕疵分数也可以只取决于所测试的区段的颜色参数Cp和染料颜色Cd之间的差异，即Cp-Cd，特别是如果纺织体的典型颜色Ct接近白色的话。

注意：如上所述，次要颜色也可以表示在纺织体是具有主要颜色以及次要颜色的花式纱线的情况下的次要颜色。主要颜色指示沿着纱线的大部分的颜色，而次要颜色指示纱线中的有意颜色缺陷。

主分量分析

如上所述，主分量分析可以用于评估纱线。

参考图7来说明该想法背后的概念，图7示出了在运行期间针对给定纺织体测量的颜色参数的分量。在这种情况下，测量了三个颜色分量，一种是蓝色光谱范围的，一个是绿色光谱范围的，以及一个是红色光谱范围的。图7中的每一个点、+十字和x十字代表在一个时间测量的颜色分量。

可以看出，绝大多数的值(表示为点的值)被限制于由点表示的“主”组，但是也存在两个不同的“异常值”组，其中一个用+十字表示，而另一个用x十字表示。

在目前情况下，所述主组对应于与纺织体的预期的期望颜色接近的颜色值，而异常值组指示纺织体中的特定的不同缺陷。

不过，可以看出，所述主组并不具有对称分布。相反，它是细长的，沿着颜色空间的白-黑方向(亮度)延伸。这是一种典型行为，例如对于棉花来说，其中材料可能在亮度上变化，但是在色相和饱和度上变化较小。因此，色相或饱和度上的变化通常比亮度上的变化更不可接受。

对于其他类型的材料，比如羊毛、丝绸或合成纤维，也可能出现类似的问题。尤其是混色纱线，因为它们是可以具有不同颜色的纤维的混合物，经常会表现出变化，特别是在它们的组成纤维的两种颜色之间。

因此，有利地，本方法包括确定样本集合B

在图7的例子中，第一主分量基本上沿着亮度方向(即在RGB＝(0,0,0)和RGB＝(1,1,1)之间)延伸，而其他两个主分量垂直于亮度方向延伸。

术语“主分量”的定义例如可以在https://en.wikipedia.org/wiki/Principal_component_analysis中找到。因而，有利地，实坐标空间中的一批点的主分量是p个单位向量的序列，其中第i个向量是最佳拟合数据、同时正交于前i-1个向量的线的方向。这里，最佳拟合线被定义为使从点到线的平均平方垂直距离最小化的线。

备注

在本系统中，评估细长纺织体52，比如纱线前驱体或纱线的质量。使纺织体经过传感器头20、18、24、30；44。在第一批多个时间，测量纺织体52的体参数的样本。参数可以包括颜色分量。

在评估混色纱线的质量时，可能请求参数的最小变化。

可以考虑要应用于所生产的纱线的染料的颜色，以减少标记或清理的纱线区段的数量。

虽然示出并说明了本发明的目前优选的实施例，但是应清楚地理解的是本发明不限于此，而是可以在所附权利要求的范围内以其他方式不同地体现和实践本发明。