基于三维几何模型的经编送经量预测研究

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经编送经量为经编生产过程的重要的工艺参数,其准确预测一直是经编行业生产中的难题。目前实际生产中经编送经量确定方法主要凭借工艺师经验估算,在上机过程中通过人工反复调试进行现场确认。送经量在上机织造前的准确预测对经编生产具有重要意义,如在生产前实现较准确克重与成本的核算,减少原料浪费,提高生产连续性和产品品质等。在经编织物设计过程中越来越迫切地需要在上机生产前对经编送经量进行准确预测。本文旨在建立基于经编织物参数化三维几何模型的送经量预测模型,从而实现经编织物设计完成后,根据已知工艺参数,通过建立的预测模型准确预测经编送经量。经编送经量的预测是一个多元非线性问题,本文首先分析了组织结构、织物机上密度和原料穿经等因素对送经量的影响;结合单因素分析、响应面回归和多层感知器等方法,对6个量化影响因子与经编送经量间的关系进行分析,得出各影响因子在其余工艺参数不变情况下,经编送经量影响因子的一元回归模型和响应面回归模型;通过分析各工艺参数对经编送经量的影响权值,总结得出组织结构和机上密度是经编送经量的主要影响因素;各量化影响因子对经编送经量的影响程度由大到小依次为:针背移针、针前移针、牵拉密度、机号、纱线细度和总穿经率。建立参数化的三维几何模型是经编送经量预测模型的重要组成部分。为提高经编送经量的预测准确性,本文建立以送经量影响因子为输入变量的参数化三维几何模型:选取与送经量密切相关的机上状态作为建模状态,建立成圈、衬纬和重经等组织单元的三维几何模型;通过结合织物尺寸实测和一元回归分析的方法,分析各组织工艺参数与组织单元中各特征尺寸值间的关系,建立基于送经量影响因子的三维特征尺寸预测算法;基于经编弹簧-质点模型对经编线圈进行机上状态下的内应力分析,模拟圈弧的整体偏移形变,得到基于送经量影响因子的圈弧质点坐标的预测模型;结合特征尺寸、圈弧坐标和型值点在不同工艺参数下的层次关系,建立经编组织单元的参数化三维几何模型。基于分段三次Hermite多项式插值,结合辅助控制点插值,对几何模型中纱线空间路径曲线进行插值优化,拟合得到逼近的纱线空间曲线路径及其密集离散点的三维坐标,从而建立适用于送经量预测的经编织物机上状态参数化三维几何模型。采用Matlab软件对建立的织物模型进行仿真实现,通过分析不同工艺参数的试样的特征尺寸的实测值与模型预测值,并比较模型仿真图与织物显微照片,对建立的三维几何模型进行检验。结果显示,在不同工艺参数条件下,模型仿真图中的纱线空间轨迹发生改变,仿真图中三维结构与实物显微照片保持高相似度,各特征尺寸预测值与实测值间误差较小。由此表明模型可在送经量影响因子不同取值的条件下,较好模拟机上状态下经编织物中三维几何形态和尺寸。基于建立的经编织物参数化三维几何模型,建立经编送经量预测模型。通过密集直线段逼近法得出了三维几何模型中纱线空间曲线长度的预测算法;对送经长度与几何模型路径长度的差异进行分析;结合送经过程中的经纱延伸和穿经对送经量的影响,通过经纱伸长率和总穿经率与经编送经量间的线性关系对算法进行优化,建立经纱张力适中时的经编送经量预测模型。通过经纱张力动态测试,研究经纱张力与送经量间的关系,得出经纱平均张力与送经量间成线性负相关;对送经量预测模型进行优化,减小由布面风格调整引起的送经量预测误差,建立基于组织工艺参数和经纱张力主观指标的经编送经量预测模型。通过对不同工艺参数下的送经量模型预测值与实测值进行线性回归分析和误差分析,对模型预测精度进行表征。实验结果表明本文建立的参数化经编送经量预测模型的预测值与实测值间成显著线性正相关,预测值与实测值间一元回归方程斜率为0.994且截矩值很小,表明模型较好地模拟了组织工艺参数不同取值时经编送经量的变化规律;选取的22款具有不同工艺参数的试样的送经量预测值的最大相对误差和平均相对误差分别为7.73%和2.49%,表明建立的送经量预测模型具有较高的预测精度。
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