CAPITOLO 3 - Politecnico di Milano

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POLITECNICO DI MILANO
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA GESTIONALE
DOTTORATO DI RICERCA IN INGEGNERIA GESTIONALE
XV CICLO
Analisi e Proposta di una nuova Metodologia per l'Analisi della
Qualità dei Tessuti
Relatore: Prof. Alessandro Pozzetti
Coordinatore: Prof. Giuliano Noci
Claudio Caccia
Anno accademico 2002-2003
Matr. D00744
RINGRAZIAMENTI
Un doveroso e sentito ringraziamento a tutti coloro che hanno contribuito alla realizzazione
di questo lavoro.
In particolare desidero ricordare:
-
La ditta Boselli di Olgiate Comasco, grazie alla quale ho potuto realizzare questo studio,
in particolare il sig. Ludovico Boselli e tutti coloro che hanno dato un contributo alla
realizzazione delle prove sperimentali;
-
Il prof. Alessandro Pozzetti che ha seguito e coordinato il lavoro durante tutto il periodo
di studio;
-
Il prof. Urs Meyer che, ospitandomi presso l'ETH di Zurigo, ha permesso che sviluppassi
lo studio teorico e sperimentale oggetto di questo lavoro ed ha fatto sì che potessi
arricchire molto le mie conoscenze, non solo nel campo strettamente tessile;
-
Il prof. Enrico Lironi per i consigli ed il lavoro di coordinamento;
-
Infine, ma non certo per importanza, un sentito ringraziamento all'ing. Davide
Maccabruni, il cui supporto logistico, morale e concettuale durante i periodi trascorsi a
Zurigo è stato di importanza fondamentale perché questo lavoro prendesse corpo e si
sviluppasse.
INDICE
INTRODUZIONE ..................................................................................................................... 6
LA FILIERA TESSILE E LE PROBLEMATICHE DI QUALITÀ ........................................ 6
CAPITOLO 1 .......................................................................................................................... 15
1
IL CONTROLLO DI QUALITÀ DEI TESSUTI .......................................................... 15
1.1
EVOLUZIONE DEL CONTROLLO DI QUALITÀ NELLA FILIERA TESSILE. ............................... 15
1.2
SISTEMI DI CONTROLLO QUALITÀ VISIVI PER I TESSUTI. .................................................... 18
1.2.1
Tipologie di macchine per l'ispezione dei tessuti. ......................................................... 21
1.2.2
Sistemi per l’ottimizzazione del taglio del tessuto......................................................... 24
1.2.3
Sistemi per l'ispezione automatica dei tessuti. .............................................................. 26
1.3
L'ATTIVITÀ DEI LABORATORI DI ANALISI TESSILI. ............................................................ 29
1.3.1
Prove fisico-tessili. ........................................................................................................ 30
1.3.2
Prove chimico-tintoriali. ............................................................................................... 33
1.4
UN ASPETTO PARTICOLARE: LA "MANO" DEL TESSUTO..................................................... 35
CAPITOLO 2 .......................................................................................................................... 38
2
LO STATO DELLA RICERCA NELL’AMBITO DELL’ANALISI DEI TESSUTI ... 38
2.1
I PRINCIPALI SISTEMI DI MISURA ESISTENTI ....................................................................... 39
2.1.1
Il sistema di Kawabata .................................................................................................. 40
2.1.2
Il sistema FAST ............................................................................................................. 45
2.1.3
FTS: Sistema flessibile di misura per tessuti................................................................. 49
2.1.4
Altri sistemi di misurazione delle caratteristiche meccaniche dei tessuti. .................... 51
2.2
LO STUDIO DELLA MECCANICA DEI TESSUTI ...................................................................... 64
2.3
LO SVILUPPO DI UN NUOVO SISTEMA DI MISURE................................................................ 67
CAPITOLO 3 .......................................................................................................................... 70
3
L'APPARATO DI MISURA .......................................................................................... 70
3.1
DESCRIZIONE DELLA MACCHINA DI PROVA ....................................................................... 70
3.2
IL SOFTWARE DI CONTROLLO ............................................................................................ 76
3.3
CARATTERISTICHE DEI PRIMI CAMPIONI ANALIZZATI ........................................................ 82
3.4
ESECUZIONE DELLE PRIME PROVE ED ANALISI .................................................................. 83
3.5
ANALISI DEL LAVORO LUNGO UN CICLO ............................................................................ 92
3.5.1
Analisi del sistema di movimentazione.......................................................................... 93
3.5.2
Andamento dei grafici nel tempo................................................................................... 94
3.5.3
Simulazione del comportamento analizzato ................................................................ 101
3.5.4
Ulteriori analisi ........................................................................................................... 103
3.5.5
Analisi della velocità di rotazione del servomotore .................................................... 107
3.5.6
Rapporto tra compliance e velocità di rotazione del servomotore.............................. 115
3.5.7
Valori di lavoro di isteresi........................................................................................... 116
3.6
PROVE SU PIÙ CICLI DI CARICO ........................................................................................ 118
3.7
ANALISI LUNGO DIREZIONI NON PRINCIPALI.................................................................... 123
CAPITOLO 4 ........................................................................................................................ 132
4
ANALISI DELLE CORRELAZIONI TRA LE MISURE ED I PARAMETRI DI
COSTRUZIONE DEI CAMPIONI ...................................................................................... 132
4.1
IL NUOVO SET DI CAMPIONI.............................................................................................. 133
4.2
PARAMETRIZZAZIONE DELLE CURVE DI COMPLIANCE..................................................... 136
4.3
ANALISI DI REGRESSIONE: TEORIA................................................................................... 141
4.3.1
Utilizzo di variabili dummy. ........................................................................................ 147
4.3.2
Test di omoschedasticità.............................................................................................. 149
4.4
ANALISI DELLA RIPETITIVITÀ DELLE MISURE. ................................................................. 152
4.5
UN MODELLO PER LA COMPLIANCE DEI TESSUTI. ............................................................ 156
4.5.1
Analisi della costante γ0............................................................................................... 158
4.5.2
Analisi del termine legato al seno γS. .......................................................................... 163
4.5.3
Analisi del termine legato al coseno γC. ...................................................................... 168
4.6
LAVORO DI ISTERESI ........................................................................................................ 173
4.7
UN CAMPIONE DI TESSUTO ELASTICIZZATO ..................................................................... 174
4.8
CONCLUSIONI ................................................................................................................... 176
CAPITOLO 5 ........................................................................................................................ 178
5
CONCLUSIONI ........................................................................................................... 178
5.1
ANALISI DEL CONTESTO ................................................................................................... 178
5.2
OBIETTIVI RAGGIUNTI ...................................................................................................... 180
5.3
SVILUPPI FUTURI .............................................................................................................. 181
LETTERATURA CITATA ..................................................................................................... 184
LETTERATURA CITATA: CAPITOLO 1 ......................................................................... 184
BIBLIOGRAFIA GENERALE .............................................................................................. 189
APPENDICI ......................................................................................................................... 198
APPENDICE A ..................................................................................................................... 199
GLOSSARIO DEI PRINCIPALI TERMINI TESSILI ........................................................ 199
APPENDICE B ..................................................................................................................... 211
DIAGRAMMI DI COMPLIANCE DEI CAMPIONI UTILIZZATI .................................. 211
APPENDICE C..................................................................................................................... 221
CODICE DI PROGRAMMAZIONE DELLA MACCHINA .............................................. 221
Introduzione: La filiera tessile e le problematiche di qualità
INTRODUZIONE
La filiera tessile e le problematiche di qualità
La filiera tessile è una sequenza molto articolata di operazioni che portano dalla produzione
del filato alla realizzazione del capo finito di abbigliamento, o all'elemento di arredamento,
oppure al tessuto definito "tecnico", cioè realizzato con specifiche caratteristiche ed
utilizzato per applicazioni speciali, come ad esempio i tessuti ignifughi.
La filiera tessile è molto diversa a seconda della tipologia di prodotto finito, delle materie
prime utilizzate e dello stadio in cui sono eseguite particolari lavorazioni. Tre sono le
principali modalità di realizzazione di stoffe: la tessitura ortogonale, ossia realizzata
mediante l'inserimento di un filato, detto trama, in una serie di filati ortogonali ad esso, detti
ordito, e movimentati in modo opportuno per realizzare l'intreccio. Una diversa modalità di
intreccio dei fili e realizzazione di stoffe è realizzata nell'industria della maglieria, nella
quale i filati vengono intrecciati con modalità diverse dalla tessitura; infine vi è la tecnologia
"non-woven" nella quali i filati non vengono intrecciati ma uniti mediante fusioni locali tra
le fibre.
6
Nelle tabelle seguenti vengono rappresentate le fasi produttive principali necessarie alla
realizzazione di tessuti ortogonali, non-woven e tessuti per maglieria (Tabella 1.a e Tabella
1.b).
Filiera dei tessuti tinti
in pezza
in filo
in fiocco/pasta
Filatura
Filatura
Filatura
Preparazione
Preparazione
Nobilitazione
Tessitura
Nobilitazione dei
tessuti greggi
Nobilitazione dei
filati greggi
Tessitura
Tessitura
Nobilitazione dei
tessuti tinti
Confezione dei
Confezione dei
Confezione dei
capi finiti
capi finiti
capi finiti
Tabella 1.a: Filiere Tessili
7
in capo
Filiera dei tessuti
non woven
Filiera dei tessuti a
maglia
Filatura
Preparazione
dei
materiali
Filatura
Preparazione
Tessitura
Tecnologia
Non woven
Nobilitazione
Tessitura a maglia
Confezione dei
Nobilitazione dei
Nobilitazione dei
capi greggi
tessuti non woven
tessuti
Nobilitazione dei
Confezione dei
Confezione dei
capi greggi
capi non woven
capi finiti
Tabella 1.b: Filiere Tessili
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Nel corso del presente lavoro sono state essenzialmente considerate le prime quattro filiere
tessili qui sopra illustrate, che rappresentano le diverse modalità di produzione di tessuti
ortogonali e sono le più diffuse nel distretto comasco.
La produzione del distretto tessile comasco, in origine prevalentemente di carattere serico,
oggi più differenziata, con sempre più produttori che si dedicano alla realizzazione di tessuti
costituiti da fibre artificiali, è da sempre stata caratterizzata da standard di qualità molto
elevati.
Il significato di "produzione di qualità" ricopre varie accezioni, ma in particolare, in questo
contesto, indica tessuti da un lato privi di difettosità, rispondenti alle specifiche del cliente,
realizzati con filati pregiati (a loro volta "di qualità") ed apprezzati dai clienti finali per le
loro caratteristiche di "mano", cioè, semplificando, per le sensazioni che trasmettono al tatto.
La generale crescente richiesta di capi di abbigliamento di alta qualità ed ad un costo basso,
unitamente alla sempre maggiore concorrenza portata dalle produzioni provenienti dai paesi
emergenti nell'industria tessile (primi fra tutti Turchia e Cina), hanno posto una grande
pressione sull'industria tessile dei paesi occidentali, i quali, per poter sopravvivere nel
mercato hanno dovuto migliorare la qualità della propria produzione, non essendo
competitivi sulla base dei costi di produzione.
Il miglioramento del prodotto passa attraverso un miglioramento nei metodi di produzione,
nei metodi di controllo della produzione e nella capacità di realizzare in tempi brevi nuovi
prodotti dotati di caratteristiche innovative e rispondenti a specifiche richieste dei clienti.
Focalizzandosi innanzitutto sul controllo della produzione all'interno della filiera tessile, si
nota come, essendo quest'ultima complessa e composta da molte fasi, sia necessario avere
vari momenti di verifica della produzione associati alle diverse fasi della filiera.
Attualmente, vi sono fasi produttive che hanno a valle strumenti e metodi di controllo di
qualità consolidati ed universalmente accettati dai diversi attori della filiera tessile. Ad
esempio, nel campo della filatura vi sono strumenti standard e misure standard per la verifica
delle proprietà meccaniche dei filati che sono riconosciute come gli elementi necessari per la
definizione della qualità di un filato. Similmente, nel campo della nobilitazione e nel campo
della tintura (dei filati o delle pezze di tessuto), vi sono prove di carattere chimico – fisico
utili a determinare la resistenza (spesso detta, in questi casi, "solidità") delle tinte e dei
finissaggi ad agenti esterni come luce e calore.
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Nel campo della produzione delle pezze di tessuto, i controlli di qualità che è necessario
realizzare sono molteplici. Innanzitutto si effettua un controllo visivo delle pezze per
determinare la presenza di difettosità introdotte dalle macchine per tessere (nodi, fili rotti,
trame mancanti, barrature, ecc…). Questo è solamente un primo passo per la verifica della
qualità delle pezze, in quanto analizza unicamente il tessuto per quanto concerne la
cosiddetta difettosità "palese" (ossia visibile). Altri controlli vengono effettuati per
analizzare la cosiddetta difettosità "occulta", ossia la resistenza del tessuto ad agenti esterni
chimico – fisici, al fine di determinare la capacità del tessuto di mantenere nel tempo le
proprie caratteristiche.
Nel capitolo 1 del presente lavoro si effettua una panoramica sul controllo di qualità
industriale dei tessuti, illustrandone le tipologie e le caratteristiche.
Come precedentemente accennato, gli aspetti di qualità di un tessuto comprendono anche
caratteristiche che vanno genericamente sotto il nome di "mano" del tessuto.
Il termine "mano" del tessuto è un termine comune per i produttori di tessuti ed i loro clienti,
tuttavia è difficile anche solo definirne il significato in modo esaustivo. Generalmente, col
termine di "mano" si definiscono quelle proprietà dei tessuti legate alle sensazioni ricavate
dal tatto. Tali proprietà sono essenzialmente legate alle caratteristiche meccaniche dei filati
che compongono un tessuto, al modo in cui il tessuto stesso è stato costruito ed ai tipi di
finissaggio applicati.
Anche se non è facilmente definibile, la "mano" di un tessuto ricopre, molto spesso, un ruolo
fondamentale per il successo di un capo di abbigliamento così come per molti componenti di
arredamento. La "mano" è quell'insieme di proprietà che vengono percepite immediatamente
dal cliente finale, e che frequentemente ne influenzano la scelta in modo decisivo.
Pertanto, la specificazione delle caratteristiche di mano di un tessuto assumono grande
importanza in fase di contrattazione tra il confezionista, cioè chi realizza il capo di
abbigliamento, ed il produttore di tessuti, che fornisce la "materia prima".
Ad oggi, in fase di definizione di un rapporto commerciale, il cliente ed il produttore
concordano le caratteristiche del tessuto da realizzare mediante campioni, instaurando così,
in modo esplicito o no, un loro linguaggio per specificare le proprietà desiderate del
prodotto.
Da una parte, la mancanza di uno standard condiviso di definizione della "mano" e, dall'altra,
la mancanza di forme di controllo di qualità della stessa appaiono evidenti. Infatti gli aspetti
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di "mano" del tessuto vengono ancora oggi valutati in modo completamente soggettivo, da
parte di operatori definiti "esperti".
Il problema della valutazione della mano dei tessuti è oggetto di molti studi accademici ed è
analizzato da molti strumenti di misura, come descritto in modo più dettagliato nel capitolo 2
del presente lavoro.
Il primo, e forse, il più famoso studio riguardante la valutazione della mano è il KES-F
(Kawabata Evaluation System for Fabrics), lo strumento ed il metodo sviluppati da
Kawabata e Niwa negli anni '60 e '70. Questo è di gran lunga il metodo di analisi e sistema
di strumenti più diffuso per la valutazione oggettiva della mano. Molti studi teorici
concernenti le proprietà meccaniche dei tessuti (come ad esempio le caratteristiche
flessionali e quelle tensionali) fondano la loro analisi sperimentale sugli strumenti di
Kawabata per la raccolta delle misure. Il KES-F fornisce buoni risultati, ma è troppo
complesso per una applicabilità a livello industriale, infatti ad oggi è utilizzato solo in campo
accademico.
Esistono altri sistemi di misura e strumenti per l'analisi dei tessuti e la valutazione della
mano. Per esempio il sistema FAST (Fabric Analysis by Simple Testing), sviluppato dallo
CSIRO "Division of Wool Technology", è uno sforzo per semplificare il KES-F. Questo
sistema è composto da quattro stazioni ed una serie di misure su un campione di tessuto è
molto più rapido del sistema di Kawabata, ma è meno sensibile. Altri sistemi che possono
essere citati sono l' FTS (Robotic Flexible Test System) ed il "Multi Purpose System",
entrambi sviluppati dall'UMIST di Manchester. Questi sistemi, unitamente ad altri strumenti
di misura sviluppati a livello accademico, vengono analizzati nel capitolo 2.
Comunque il KES-F è di gran lunga il sistema di misura più sviluppato. Un tale sviluppo ha
richiesto un grande sforzo ed i risultati ottenuti sono ovviamente molto preziosi. Ad oggi, il
sistema di Kawabata è ancora il lavoro più importante in questo campo: infatti una gran parte
della ricerca accademica nel campo delle proprietà meccaniche dei tessuti si basa sui risultati
e strumenti del KES-F.
Tuttavia, per una applicazione industriale, l'uso del KES-F è troppo costoso e richiede troppo
tempo per completare le analisi. Inoltre, perché uno strumento sia utile a livello industriale, è
necessario che lo strumento stesso sia utile alla soluzione dei problemi presenti nel campo
industriale, cioè, dovrebbe essere in grado di discriminare tra le sfumature degli aspetti di
"mano" dei tessuti, che sono il tipico oggetto delle trattative commerciali, soprattutto in quei
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contesti industriali nei quali la qualità è uno degli aspetti fondamentali del tessuto, come
avviene per le produzioni di seta e poliestere nel distretto tessile comasco.
Presso l'ETH di Zurigo, all'Institut für automatisierte Produktion è stata ideata e realizzata
una nuova macchina per la misura di alcune proprietà meccaniche dei tessuti. Lo scopo di
questa macchina è quello di ottenere misure meccaniche dei tessuti nella regione dei piccoli
sforzi, che è quella di interesse per le problematiche di mano. La macchina è stata costruita
per realizzare misure di compliance, cioè di cedevolezza del tessuto e di attrito superficiale.
Tali misure possono essere effettuate in diverse direzioni: trama, ordito e tutte le direzioni
intermedie. Lo strumento di misura viene descritto in dettaglio nel capitolo 3 del presente
lavoro.
L'idea alla base dello sviluppo della macchina di misura è quella di creare un sistema di
criteri utili per realizzare un controllo di qualità industriale efficace e per fornire valide
indicazione nella fase di progettazione di nuovi tessuti.
Allo stato attuale dell'analisi è stata considerata principalmente la misura della compliance
dei tessuti, a causa delle caratteristiche dello strumento, che risultano essere maggiormente
innovative rispetto a tutti gli altri sistemi presenti in questo campo e a causa della sempre
crescente importanza del mercato di stoffe con spiccate proprietà elastiche, in particolare nel
campo dei tessuti ortogonali.
L'elasticità dei tessuti può essere dovuta a diversi fattori: innanzitutto, l'elasticità di un
tessuto dipende dalle caratteristiche meccaniche delle fibre, vale a dire le proprietà tensionali
del materiale a livello molecolare. In seconda istanza, l'elasticità complessiva di un tessuto
dipende dalla struttura del filato: a questo livello, l'elasticità flessionale delle fibre e l'attrito
superficiale tra le fibre sono gli aspetti più importanti: filati continui, filati discontinui, filati
torti, binati o testurizzati influenzano l'elasticità totale del tessuto in modi diversi. Infine,
l'elasticità del tessuto dipende dalla struttura del tessuto stesso: cioè, dal modo in cui i filati
sono disposti (tela, raso, ecc…) e dalla fittezza dei filati di trama ed ordito.
Oltre agli aspetti di elasticità, il grande lavoro statistico di Kawabata ha mostrato come esista
una forte correlazione tra la proprietà di isteresi di un tessuto e la sua influenza sulla mano
del tessuto stesso. Così come per le proprietà di elasticità, le proprietà di isteresi complessive
dipendono da diversi fattori. Innanzitutto si può analizzare questo aspetto a livello
molecolare, cioè a livello di fibre e quindi a livello di proprietà intrinseche del materiale. In
secondo luogo si può analizzare l'effetto dell'attrito tra le fibre per determinarne il contributo
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all'isteresi totale; infine si può considerare l'attrito tra i filati per analizzare quest'ultimo
effetto sull'isteresi totale del tessuto.
Lo scopo finale di questo studio, sviluppato durante tutto il capitolo 4, è quello di
determinare le correlazioni tra i componenti di elasticità e l'elasticità totale del tessuto.
Similmente si propone di analizzare le correlazioni tra le diverse componenti di isteresi e
l'isteresi totale del tessuto.
L'analisi è compiuta mediante la nuova macchina per la misura multidirezionale della
compliance dei tessuti nel campo delle piccole forze.
Dalle misure di compliance ricavate dallo strumento di misura nelle diverse direzioni,
vengono applicate tecniche di curve fitting per approssimare l'andamento della compliance al
variare dell'angolo di misura. In questo modo è disponibile un'espressione dell'andamento
della compliance in funzione di alcuni coefficienti.
Una volta determinati i coefficienti delle curve, vengono applicate tecniche statistiche, in
particolare la regressione lineare multipla, in modo da correlare tali coefficienti ai parametri
di costruzione principali.
Il procedimento completo consente così di legare la compliance di un tessuto ai suoi
parametri di fabbricazione (quali ad esempio il titolo, la fittezza dei fili, ecc…) ed alla
presenza di particolari trattamenti di finissaggio (quali ad esempio smerigliatura,
decorticazione, ecc…).
Un procedimento di analisi simile viene eseguito sui dati ricavati dal calcolo dell'energia
dissipata durante un ciclo completo di carico del tessuto.
La procedura di analisi dei dati ricavati dallo strumento di misura viene descritto
dettagliatamente nel capitolo 4 del presente lavoro.
Lo studio della correlazione della compliance di un tessuto alle sue caratteristiche di
costruzione può essere utile, innanzitutto, allo sviluppo di un nuovo metodo di controllo di
qualità per quanto concerne le proprietà meccaniche dei tessuti. Le misure raccolte dallo
strumento oggetto di questo studio, unitamente a dati raccolti da altri apparecchi di misura,
possono portare alla definizione di un nuovo metodo per il controllo della mano dei tessuti,
aspetto ancor oggi non oggettivato in fase di controllo di qualità all'interno della filiera
tessile.
Inoltre, una tale apparecchiatura, unitamente alle misure da essa ricavate, può essere utile, in
modo forse più significativo ed innovativo rispetto al panorama di metodi e strumenti ad
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oggi a disposizione dei produttori di tessuti, allo scopo di fornire indicazioni utili durante la
progettazione e la realizzazione di nuovi tessuti con specifiche proprietà meccaniche
desiderate: infatti, nel momento in cui si riesce ad esplicitare la dipendenza di alcune
caratteristiche meccaniche di un tessuto (quale ad esempio la compliance, oggetto di questo
studio) dagli elementi di costruzione del tessuto più significativi, si possono prevedere le
proprietà del tessuto "sulla carta", realizzando un minor numero di campioni e riducendo il
tempo che intercorre tra una specifica richiesta del cliente e la realizzazione industriale del
tessuto.
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Capitolo 1: Il controllo di qualità dei tessuti
CAPITOLO 1
1 Il controllo di qualità dei tessuti
1.1 Evoluzione del controllo di qualità nella filiera tessile.
È ormai assodato che nel settore tessile, così come in altri settori industriali, un importante
fattore competitivo delle aziende risiede nella capacità di realizzare prodotti di elevato livello
qualitativo.
Negli ultimi anni, l’evoluzione del concetto di qualità ha comportato il passaggio da una
logica del controllo della qualità, inteso come semplice attività di ispezione del prodotto per
verificarne la conformità alle specifiche, a una logica della gestione della qualità, con
l'obiettivo del continuo miglioramento delle varie fasi del processo produttivo (per
minimizzare la produzione non conforme alle specifiche) e di adattamento dello stesso alle
esigenze (sempre più variabili nel tempo) del mercato.
D'altra parte, l'azione stessa di controllo della qualità della produzione ha subito
cambiamenti e soprattutto ampliamenti dello spettro di caratteristiche monitorate nel corso e
a valle del processo produttivo.
Questo contesto richiede alle aziende continui sforzi in diverse direzioni, riguardanti ad
esempio:
15
-
l’organizzazione del sistema produttivo, con la creazione di figure professionali
trasversali e specifiche, come il responsabile della qualità aziendale, con una propria
autonomia decisionale rispetto ai tradizionali ruoli nell’ambito della produzione;
-
l’impiego di tecnologie produttive all’avanguardia, con l’adozione di macchine e
processi in grado di assicurare elevata precisione delle lavorazioni e conformità del
prodotto, grazie anche alle opportunità offerte dall’automazione industriale;
-
l’impiego di tecnologie elettroniche ed informatiche per il monitoraggio delle macchine e
la raccolta dati dal campo, che permette da un lato di intervenire tempestivamente in caso
di inconvenienti, evitando l’insorgenza di difettosità o comunque la produzione di
rilevanti quantità di prodotto difettoso, dall’altro di registrare ed elaborare informazioni
sull’andamento della produzione, e tra queste quelle riguardanti la qualità del prodotto,
utili anche per analisi causa-effetto di eventuali anomalie.
Sono così via via mutate anche le esigenze legate al controllo del prodotto, non più inteso
solo come momento di separazione della produzione buona da quella di scarto (o di
classificazione del prodotto nelle varie "scelte" di qualità, nel caso di pezze di tessuti), ma
anche come momento di raccolta di una serie di informazioni utili per migliorare sia la
produzione sia il rapporto con i clienti.
Nelle fasi produttive a monte della tessitura, quindi in tutte quelle fasi che servono alla
preparazione dei filati di trama ed ordito, si sono ormai consolidati alcuni standard di
controllo della qualità, sia che si tratti di filati costituiti da fibre naturali (cotone, lana, seta,
ecc…) sia che si tratti di filati costituiti da fibre artificiali (nylon, poliestere, ecc…).
Nel campo della produzione dei filati si è instaurata una serie comune di analisi, condivisa da
produttori ed utilizzatori, per determinare e verificare la qualità delle partite di filati, così
che, ad ogni lotto possa essere associata una serie di parametri fisici, geometrici, meccanici
che lo definiscono e ne caratterizzano la qualità: ad esempio, per il titolo di un filato
composto da fibra naturale, si misura il coefficiente di variazione percentuale (CV %) della
sezione, oppure se ne misura la forza di rottura a diverse velocità di trazione [1]. Questo ha
portato, da una parte, ad avere un linguaggio comune tra produttori ed utilizzatori, per
definire le proprietà dei filati, dall'altro allo sviluppo di strumenti di controllo di qualità
automatici che forniscono in poco tempo ed in modo semplice per l'utilizzatore, tutti i dati di
un campione di un lotto di filato che sono ritenuti significativi.
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In questo settore, a livello mondiale, esistono pochissimi produttori di macchine di controllo
di qualità, che realizzano prodotti in grado di effettuare tutte le analisi necessarie.
Probabilmente, il produttore più importante nell'ambito del controllo dei filati è la Zellweger
Uster, la quale, ormai da anni, mette a disposizione di tutti i produttori di filati una serie
vastissima di dati di qualità dei filati, le cosiddette "Uster Statistics" [2], che forniscono
essenzialmente un quadro sulla qualità dei materiali prodotti nei principali centri tessili.
L'intento è quello di fornire un manuale di "best practices" nel campo della filatura.
Nel complesso, per grandi come per piccoli produttori di filati, emerge una elevata
standardizzazione di pratiche, di misure e di analisi di qualità che favoriscono sicuramente la
formazione di un linguaggio comune in questo settore.
Anche più a valle nella filiera tessile, nel campo dell’ispezione dei tessuti, l’introduzione
sempre più massiccia dell’elettronica e dell’informatica ha portato negli ultimi anni a novità
di rilievo rispetto ai sistemi tradizionali di controllo, costituiti in passato da una semplice
analisi visiva del tessuto prodotto [3].
In particolare sono stati sviluppati:
-
sistemi che permettono di aiutare l’operatore nella rilevazione e nella corretta
registrazione dei difetti, consentendo la memorizzazione dei tipi di difetti riscontrati,
della loro posizione, ecc.;
-
sistemi per l’ottimizzazione del taglio del tessuto dopo il controllo qualità;
-
sistemi per l’ispezione automatica dei tessuti.
Il controllo di qualità ora citato si riferisce alla cosiddetta difettosità "palese" dei tessuti, cioè
tutta quella serie di difetti introdotti da errori ad esempio in tessitura (barrature, trame
mancanti, nodi, difetti sui fili d'ordito, ecc…), oppure in fase di tintura della pezza
(sovrapposizione di colori, colori non uniformi, macchie, ecc…): cioè tutti difetti
riconoscibili con un'ispezione visiva.
Ultimamente acquisisce ormai sempre più importanza, all'interno del controllo di qualità, il
controllo della difettosità cosiddetta "occulta", ossia la mancanza di tutta quella serie di
proprietà che un tessuto dovrebbe avere secondo le specifiche di progetto (resistenza
all'umidità, resistenza alla luce, stabilità dimensionale, ecc…). Tutte queste proprietà non
sono riscontrabili con un semplice controllo visivo del tessuto, ma devono essere oggetto di
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verifiche specifiche, che sono generalmente realizzate da parte di laboratori di analisi tessili
specializzati in controlli di questo genere.
Quest'ultima tipologia di analisi sta acquisendo sempre più importanza nel mercato dei
tessuti, dato che il concetto di qualità di un prodotto si sta sempre più estendendo dalla
semplice assenza di difetti "palesi", alla rispondenza a tutta una serie di specifiche di
carattere fisico, chimico e meccanico.
Generalmente l'analisi della difettosità "palese" di un tessuto viene effettuata all'interno
dell'azienda, a valle della produzione prima della consegna al cliente, mentre l'analisi della
difettosità "occulta" viene realizzata presso laboratori di analisi terzi su campioni forniti
dall'azienda. Di seguito si analizzeranno le caratteristiche di queste tipologie di controllo dei
tessuti.
1.2 Sistemi di controllo qualità visivi per i tessuti.
Ormai da alcuni anni, diverse aziende hanno adottato postazioni di controllo per la
realizzazione della "visita pezze" assistite da calcolatore, note anche come postazioni di
controllo semiautomatiche. Infatti c'é stata una grossa evoluzione dei sistemi di controllo
visivo delle pezze a partire dalla seconda metà degli anni '90 con l'introduzione della
tecnologia ad Inverters (variatori di frequenza) che ha permesso di semplificare molto la
costruzione delle macchine ed i sistemi di comando, oltre a ridurre i consumi di energia
elettrica e a rendere molto più silenziose e precise le macchine; da allora si é sempre lavorato
affinando questo tipo di tecnologia senza introdurre grandissime novità.
In generale, le macchine per l'ispezione dei tessuti sono delle macchine dove il tessuto viene
trainato da cilindri comandati sopra una superficie per essere visionato e per scoprire
eventuali difetti. Naturalmente questo può essere fatto in maniera semplicissima (con una
tavola di legno, un motore elettrico e due cilindri di ferro) oppure con complessità ed
automazione via via crescenti fino ad arrivare a macchine dal costo molto più elevato (anche
100 - 150.000 Euro), che prevedono svolgitori motorizzati, sincronizzatori ad ultrasuoni,
tappeto relax per tessuti elasticizzati, sistemi informatici di mappatura difetti, ecc… [4]
18
Nelle postazioni semiautomatiche di ispezione, il controllo del tessuto è effettuato in parte da
un operatore (in particolare per quanto riguarda l’individuazione delle varie tipologie di
difetti) e in parte automaticamente (ad esempio per quanto riguarda la lunghezza, il peso e le
variazioni dell’altezza del tessuto).
L’operatore, dopo aver inserito inizialmente i dati anagrafici della pezza in esame (tramite
tastiera o strisciando una penna ottica sull’etichetta del tessuto, se questa è provvista di
codice a barre), ogniqualvolta individua un difetto preme il tasto corrispondente e il sistema
ne memorizza la posizione (in alternativa alla tastiera, alcuni sistemi utilizzano una penna
ottica che viene strisciata su un codice a barre corrispondente al difetto riscontrato, oppure
una tavoletta grafica con una penna che simula il puntatore del mouse).
La posizione dei difetti può essere rilevata nel senso di svolgimento della pezza (distanza
dall’inizio della pezza stessa) e, se è necessario, anche in senso trasversale (distanza da una
cimossa); per la determinazione della posizione trasversale esistono diversi sistemi: ad
esempio uno di questi utilizza un carrello collegato ad un encoder e provvisto di un puntatore
che l’operatore posiziona sul difetto riscontrato.
Il software permette di effettuare, successivamente alla prima rilevazione, aggiunte,
eliminazioni e modifiche dei difetti inseriti, per consentire la massima flessibilità d’uso.
In questo modo il sistema permette l’ottenimento di una mappa dei difetti; inoltre, grazie a
una tabella di corrispondenza tra codice difetto e gravità dello stesso (espressa mediante un
punteggio), è possibile ottenere una suddivisione dei difetti in classi di gravità, con il calcolo
finale del numero di difetti per ogni classe e di un indice sintetico della difettosità
complessiva della pezza esaminata. È possibile anche associare ad uno stesso difetto una
gravità diversa in funzione del cliente e delle sue esigenze. Con questi dati a disposizione, il
sistema è in grado di classificare ogni pezza nelle varie scelte di qualità. Tutti i metodi di
calcolo (per la determinazione della qualità della pezza, la classificazione della stessa in
prima, seconda scelta, ecc…) sono personalizzabili in funzione delle esigenze commerciali
dell’azienda.
Il software gestisce in modo integrato i dati raccolti attraverso i dispositivi di cui è dotata la
linea di ispezione (oltre alla tastiera con cui l’operatore registra i difetti riscontrati, anche i
vari dispositivi di misura, quali bilance a celle di carico, dispositivi per la rilevazione delle
variazioni di altezza del tessuto, encoder per la determinazione della lunghezza totale della
pezza, ecc.), permettendo inoltre l’applicazione automatica sulla pezza delle etichette
19
identificative dei difetti e la stampa, al termine dell’ispezione, del cartellino-pezza con tutti i
dati di interesse per la pezza in esame (codice cliente, codice articolo, lunghezza, peso,
codice operatore, codice stazione di verifica, ecc…).
I dati rilevati in sede di ispezione del tessuto possono essere inviati, attraverso una rete
locale, a un altro sistema di elaborazione, sul quale è presente il programma gestionale
dell’azienda, in modo da poterli utilizzare per l’emissione delle bolle e delle fatture, lo
scarico del magazzino, la preparazione della packing list e l’elaborazione di statistiche
globali di produzione, oltre che per effettuare un controllo di corrispondenza tra
avanzamento della produzione e ordini in essere.
Per esempio, una possibilità è quella di adottare un modulo gestionale di emissione bolle
completo di interfaccia con penna ottica: in questo modo si possono leggere i codici a barre
delle pezze direttamente con la penna ottica e scaricare i dati di interesse sul calcolatore del
sistema gestionale, mediante il quale si possono poi selezionare le pezze dall’elenco di quelle
controllate e inserire i relativi dati nelle bolle, in maniera assolutamente veloce, senza rischi
di errore ed evitando doppi inserimenti di dati.
Il sistema consente inoltre di monitorare le prestazioni delle postazioni di ispezione,
consentendo l’inserimento di causali in caso di fermate della linea di ispezione superiori a un
tempo stabilito e calcolando le velocità medie di ispezione in relazione alle varie tipologie di
articoli.
Infine, è importante sottolineare le possibilità di gestione integrata delle varie fasi produttive
e di quelle di controllo. È infatti possibile disporre in tempo reale dei dati rilevati in sede di
controllo per intervenire sulle fasi produttive interessate. Inoltre, in presenza di sistemi di
monitoraggio dei telai, è possibile utilizzare i dati rilevati in fase di tessitura per un
rallentamento automatico dell’avanzamento del tessuto da visionare in prossimità dei
possibili difetti determinati dalle rotture di trama e di ordito o dei difetti registrati dal
tessitore.
Nel caso di aziende in cui sono presenti più fasi produttive, o in presenza di una forte
integrazione informativa / gestionale fra aziende diverse nell’ambito della filiera, è anche
possibile utilizzare sistemi che evidenziano, in modo automatico, i difetti rilevati in fase di
controllo della pezza di tessuto grezzo quando l’addetto al controllo delle pezze tinte sta
visionando la medesima pezza; in questo modo è possibile valutare se i difetti di tessitura
sono stati accentuati o coperti dalle operazioni di tintura.
20
1.2.1
Tipologie di macchine per l'ispezione dei tessuti.
Non si può dire che esista un tipo ben preciso di macchina ispezionatrice, in quanto queste
macchine si prestano alle più svariate modifiche e soluzioni in base al tipo di produzione
dell'utilizzatore, ai tessuti da visionare, e alle esigenze specifiche dell'utilizzatore stesso. In
pratica esiste una categoria di macchine chiamate, a seconda delle regioni, ispezionatrici,
specule, tavoli, specchi, tribunali ecc., ma che in realtà racchiude in sé macchine anche
molto diverse le une dalle altre per adattarsi alle varie richieste del mercato [4].
Esiste sicuramente una relazione tra la potenzialità delle macchine e la tipologia di
produttore di tessuti. Potenzialmente le macchine possono, ad esempio, avvolgere il tessuto
ispezionato a velocità che possono arrivare a 100-120 mt/min, anche se solitamente vengono
tarate sui 60 mt/min e modificate in base alle specifiche dei diversi utilizzatori. In realtà la
velocità di una ispezionatrice non é legata alle sue capacità meccaniche ma all'uso che se ne
deve fare. Infatti, ad esempio, un utilizzatore che produce tessuti stampati di alta qualità, ad
esempio per una grande firma della moda, dovrà procedere ad una ispezione molto accurata
e quindi l'operatore della macchina la farà funzionare a 5-6 mt/min, questo a prescindere dai
60 mt/min di velocità massima impostata. Totalmente diversa é la posizione di quei
produttori che devono solo fare controllo sommario al loro materiale, solo per verificare che
non vi siano grossi buchi o difetti enormi. In quel caso si tende ad operare a velocità
prossime alla velocità di punta della macchina.
In generale é l'utilizzatore della macchina che, in fase di acquisto della macchina stessa,
decide le potenzialità che la macchina deve avere e il tipo di macchina che vuole utilizzare,
senza che si notino soluzioni standardizzate.
Anche la tipologia dei tessuti da trattare influenza in maniera notevole il tipo di macchina e
gli accessori che vi devono essere installati. Ad esempio articoli greggi di cotone, viscosa,
poliestere, foderami in genere, non richiedono grossi accorgimenti e la macchina é piuttosto
semplice, solitamente completa di un dispositivo contametri e, eventualmente, di un
dispositivo svolgitore motorizzato, oltre alla lampada che illumina la zona di ispezione e,
qualche volta, ad una taglierina elettrica e ad una luce sotto il piano di ispezione per
retroilluminare il tessuto, come illustrato nelle figure seguenti.
21
Figura 1.1: tipica macchina per il controllo di tessuti, con magazzino portasubbi.
Figura 1.2: macchina per il controllo di tessuti a rotolo gigante con ballerino per il controllo della
tensione.
Molto più complesso é il trattamento di tessuti a maglia ed elasticizzati oppure tessuti
"devoré" dove il controllo della tensione durante lo svolgimento ed il riavvolgimento del
materiale diventa il punto critico del processo.
In questi casi una macchina con un controllo della tensione non adeguato può creare gravi
problemi in quanto il tessuto si allunga e si restringe causando false misurazioni dei
metraggi, stress al tessuto e tutta una serie di contestazioni a cascata dal confezionista che
riceve la pezza finita al produttore della macchina.
22
Per ovviare a questo inconveniente vi sono modelli di macchine create appositamente per
evitare tensionamenti ai tessuti. Per i casi in cui i tessuti hanno una leggera tendenza
all'allungamento é possibile utilizzare una macchina simile a quella per i tessuti standard con
alcuni accorgimenti particolari come, ad esempio, ballerini compensatori in entrata alla
macchina e prima dell'avvolgimento (Figura 1.2). Questi dispositivi controllano che la
tensione del tessuto impostata dall'operatore, mediante un apposito potenziometro sul quadro
comandi, resti invariata durante il processo di ispezione. In caso di variazioni la macchina
automaticamente varia il rapporto di velocità fra due cilindri per aumentare o diminuire la
tensione applicata al tessuto.
Per i tessuti molto elastici, leggeri e con una grande componente di lycra si utilizzano sistemi
più complessi. Il piano di ispezione da tavola in formica diventa un tappeto di trasporto
dotato di un certo "grip" dove il tessuto viene adagiato e trasportato senza tensione alcuna,
come mostrato in Figura 1.3.
Tappeto di trasporto
Figura 1.3: ispezionatrice con tappeto di trasporto per tessuti elasticizzati.
Vi sono tutta una serie di prodotti con caratteristiche che, seppur differenti, permettono di
utilizzare un solo tipo di macchina per più tipi di tessuto.
Le linee di sviluppo dei sistemi di controllo dei tessuti definiti semiautomatici, cioè quelli
descritti finora, vanno essenzialmente in due direzioni: l'integrazione con le operazioni a
valle della tessitura e finissaggio, in particolare con il taglio del tessuto e l'evoluzione in
sistemi di controllo totalmente automatici, in cui l'operazione di identificazione dei difetti è
condotta interamente da un calcolatore.
23
1.2.2
Sistemi per l’ottimizzazione del taglio del tessuto.
Questi sistemi permettono di ottimizzare il taglio del tessuto in funzione della difettosità
riscontrata, nel caso di produzione in "rotoli giganti"; in genere, la loro applicazione richiede
che sia le postazioni di verifica del tessuto sia le macchine di arrotolatura e di taglio siano
computerizzate e, possibilmente, collegate tra loro e con il sistema gestionale aziendale
attraverso una rete di calcolatori [4].
La fase di verifica del tessuto avviene secondo le modalità descritte nel paragrafo
precedente. Al termine della fase di controllo qualità, i dati relativi a ogni rotolo gigante
controllato vengono trasferiti al sistema di ottimizzazione del taglio, mentre i rotoli vengono
temporaneamente stoccati in attesa di essere trasferiti alla macchina automatica di taglio.
Sulla base dei dati derivanti dagli ordini dei clienti (lunghezza dei rotoli da tagliare, numero
massimo di difetti accettati in ogni rotolo, numero massimo di cuciture accettate in ogni
rotolo, valore massimo accettato del punteggio di difettosità, ecc.), il sistema di
ottimizzazione elabora una proposta di piano di taglio, che viene presentata a video e/o
stampata, evidenziando lo sviluppo dei vari rotoli risultanti e le coordinate di taglio.
Naturalmente il piano di taglio proposto dal sistema deve essere considerato come un
suggerimento: il responsabile di reparto ha quindi la possibilità di modificare tale piano in
base alla propria esperienza e in funzione di particolari esigenze commerciali.
Stabilito in via definitiva il piano di taglio di ogni rotolo, esso viene memorizzato e abbinato
al numero di codice del rotolo corrispondente.
Il piano ottenuto con le modalità descritte in precedenza viene in seguito trasferito alla
macchina automatica di taglio, che provvede a tagliare ogni rotolo gigante in rotoli più
piccoli, secondo le disposizioni ricevute. La linea di taglio comprende un certo numero di
stazioni per l’esecuzione automatica delle varie operazioni (taglio trasversale, eventuale
estrazione di un campione di tessuto, cambio del tubo su cui è avvolto il tessuto, incorsatura,
pesatura, etichettatura e imballaggio dei rotoli).
Un evidente vantaggio di questo sistema è legato al risparmio di tempo, rispetto al
tradizionale modo di operare, sia per l’elaborazione del piano di taglio sia per l’esecuzione
delle operazioni di taglio del tessuto. A questo proposito è importante evidenziare che, anche
24
in assenza di un sistema di ottimizzazione del taglio, l’esecuzione automatica delle varie
operazioni comporta comunque un notevole recupero di produttività.
Per quanto riguarda l’elaborazione automatica del piano di taglio, la bontà del piano
proposto dal sistema dipende evidentemente dagli algoritmi utilizzati: sotto certe condizioni,
il problema è infatti risolvibile anche con tecniche (ad esempio la programmazione lineare)
in grado di fornire la soluzione ottima in senso matematico (cioè la migliore soluzione
possibile in assoluto).
Spesso tuttavia l’ottenimento della migliore soluzione possibile comporta tempi
eccessivamente lunghi e incompatibili con le normali esigenze gestionali delle aziende.
Poiché, in generale, all’aumentare della bontà della soluzione richiesta (cioè della sua
aderenza alle esigenze commerciali), aumentano i tempi necessari per l’elaborazione del
piano, diventa importante trovare il giusto compromesso tra il tempo di elaborazione
accettabile e la bontà del piano di taglio ottenibile.
L’evoluzione dei calcolatori (con particolare riferimento ai personal computer) consente oggi
di avere a disposizione macchine potenti con costi assai contenuti; rimane comunque il
problema di sviluppare algoritmi sempre più efficienti ed efficaci, in relazione alle esigenze
specifiche delle varie aziende, sia per quanto riguarda i tempi di elaborazione sia per quanto
riguarda la corrispondenza della soluzione ottenuta automaticamente con le esigenze
commerciali.
È comunque fondamentale la possibilità di poter modificare il piano di taglio ottenuto
automaticamente, per permettere la gestione di situazioni eccezionali e richieste non standard
e, più in generale, per la sostanziale impossibilità pratica di tradurre in un algoritmo, e quindi
in un software, tutte le esigenze specifiche dei vari clienti dell’azienda.
Un'ulteriore evoluzione nell'ambito dell'integrazione tra i produttori di tessuti e gli
utilizzatori, cioè i confezionisti, è costituita da un passo successivo a quello di ottimizzare il
taglio del rotolo in pezze di dimensioni opportune. Potenzialmente, avendo a disposizione,
per ogni pezza, la dimensione e la posizione (in altezza ed in lunghezza) di tutti i difetti
presenti, è possibile, tramite opportuni algoritmi, stabilire il modo più conveniente di
stendere la pezza in materasso ed eseguire l'operazione di piazzamento dei modelli da
tagliare, in modo che i difetti cadano in posizioni ritenute meno dannose possibile.
Alcuni produttori di sistemi automatici di taglio hanno già proposto sistemi integrati di
questo tipo [5,6,7], tuttavia l'evoluzione è ancora in fase di prototipazione: la complessità di
25
gestione delle informazioni e degli algoritmi di calcolo, la necessità di automazione in tutte
le fasi produttive e, non ultimo, il costo del sistema rendono questo tipo di operazione ancora
non praticato e comunque appetibile solo a grandi produttori, dati gli elevati investimenti
richiesti.
1.2.3
Sistemi per l'ispezione automatica dei tessuti.
Per quanto riguarda l’ispezione dei tessuti, una recente innovazione è costituita dai sistemi di
visione artificiale mediante telecamere, che integrano le moderne tecnologie nel campo
dell’acquisizione e del trattamento delle immagini in tempo reale.
Attualmente esistono sistemi in grado di identificare difetti di filatura (nodi, filo di trama o di
ordito irregolare, titolo non conforme, ecc.), difetti di tessitura (trama rotta, trama mancante,
trama doppia, buchi, rigature in ordito, ecc.), difetti di tintura (macchie, variazioni di colore
centro-cimossa e testa-coda, difformità di colore, segni di falda, ecc.), difetti di finissaggio
(trama storta, macchie di finissaggio, rigature di smeriglio, ecc.), variazioni di altezza e
presenza di cuciture.
Più complicata è ovviamente la rilevazione dei difetti di stampa, anche se esistono già
applicazioni funzionanti di sistemi di questo tipo, basate sulla comparazione in tempo reale
tra l’immagine ripresa dalla telecamera e un’immagine campione memorizzata.
In pratica, il sistema è in grado di eseguire automaticamente tutte le operazioni di ispezione
del tessuto, stampando alla fine di ogni pezza un rapporto con l'elenco dei difetti rilevati, la
loro posizione e la loro dimensione, calcolando il punteggio complessivo di demerito e
proponendo infine una classificazione della pezza ispezionata in 3-4 scelte di qualità.
A monte della fase di controllo vera e propria, questi sistemi richiedono, per ogni tessuto, la
registrazione di un campione e l’impostazione di alcuni parametri (altezza nominale del
tessuto, con relative tolleranze, dimensione delle cimosse, superficie minima del difetto da
rilevare, sensibilità del sistema). L’impostazione della sensibilità è importante (in particolare
nel caso di prodotti nuovi) perché una sensibilità troppo bassa può comportare il mancato
riconoscimento di alcuni difetti e una sensibilità troppo elevata il riconoscimento di difetti
inesistenti o irrilevanti ai fini commerciali.
26
Durante la fase di controllo, il sistema di visione ricerca la corrispondenza tra il campione e
le immagini acquisite dalle telecamere, generando la mappa delle difettosità con i relativi
dettagli (tipologie dei difetti, coordinate, dimensioni, ecc.); quando viene rilevata una
cucitura, il sistema si riconfigura automaticamente in base alle caratteristiche della pezza
successiva.
Un vantaggio di questi sistemi consiste nella velocità di ispezione molto più elevata rispetto
a quella sostenibile da un operatore (le moderne linee di ispezione automatica possono
operare con velocità fino a 200 mt/min).
Inoltre, con questi sistemi è tecnicamente possibile registrare e archiviare un'immagine di
ogni difetto, realizzando una sorta di schedatura di tutti i difetti rilevati.
Il principale vantaggio consiste tuttavia nella possibilità di rendere il risultato del controllo
assolutamente oggettivo, cioè non dipendente dall’abilità dell’operatore, dalla sua
conoscenza di un particolare tessuto, dall’affaticamento, ecc. In questo modo è anche
possibile offrire ai clienti una vera e propria autocertificazione del prodotto, basata su
parametri oggettivi e concordati con ciascun cliente e tale da minimizzare le necessità di
controllo in accettazione, con i relativi costi, e le ragioni di contestazione, con gli ovvi
problemi che questa comporta sia per il cliente che per il fornitore.
Per l’azienda che intende adottare sistemi di questo tipo, è comunque importante la gestione
del passaggio dal sistema tradizionale al sistema automatico. Infatti, oltre ai problemi di
riconversione e addestramento degli operatori, è necessario "tarare" il sistema automatico in
base agli standard qualitativi dell’azienda.
In futuro, enormi vantaggi potranno derivare dall’intercettazione dei difetti subito a valle
delle lavorazioni, dotando ogni macchina di un proprio sistema automatico di controllo; in
questo modo sarà possibile una retroazione immediata sulla produzione in caso di difettosità
sistematica, causata da un’anomalia di funzionamento della macchina.
Già oggi esistono sistemi che utilizzano spettrofotometri per lettura a distanza per il
controllo automatico e in tempo reale del colore a valle di macchine di tintura in continuo.
Per le altre fasi della produzione tessile, e in particolare per la tessitura, i problemi, più che
di natura tecnica, sono di natura economica: è necessario cioè riuscire a realizzare sistemi a
basso costo, in modo da renderne conveniente l’installazione su ogni singola macchina.
27
Allo stato attuale, tali sistemi sono però ancora poco affidabili e di difficile gestione. Inoltre,
almeno per ora, i sistemi che sono sufficientemente sviluppati danno buoni risultati
solamente su alcuni tipi di tessuto, tinte unite, greggi, denim, dove l'apprendimento (il vero
tallone d'Achille di questi dispositivi) da parte dell'apparecchiatura di controllo é un poco più
rapido e si riferisce ad un numero di difetti possibili abbastanza limitato. Va poi anche detto
che il costo di questi sistemi di controllo é ancora molto alto.
Inoltre, la capacità del sistema di visione di identificare ogni difetto con grande definizione é
una lama a doppio taglio in quanto vengono rilevati anche difetti infinitesimali che,
solitamente, un essere umano fatica a vedere o, addirittura, non vede. Ciò porta ad avere
pezze che per tutti (clienti finali compresi) potrebbe essere di prima scelta e con un numero
di difetti comunque limitato, e che vengono classificate di seconda scelta dal sistema. Questo
perché al computer ancora manca la capacità di valutazione che può avere un essere umano.
Anche perché l'operatore sa quale dei suoi clienti accetta un difetto oppure lo ritiene
importante ed agisce di conseguenza, mentre il computer questo non lo sa ancora fare.
È questo il caso di sistemi di visione impiegati per l'ispezione automatica di alcuni tessuti
serici, i quali, seppur greggi, presentano una caratteristica variabilità di colore, soprattutto se
prodotti con filati dal titolo molto basso. In questi casi, per un sistema di visione risulta
estremamente complesso discriminare tra variabilità di colore "caratteristica", e quindi
accettabile, e variazione di colore dovuta a difettosità.
Resta comunque evidente che la strada dell'automazione é sicuramente molto interessante e
si stanno facendo notevoli passi in tal senso. Da un lato, alcuni grandi produttori di macchine
per il controllo di qualità stanno costruendo nuovi prototipi di macchine per l'ispezione
automatica dei tessuti: sfruttando l'enorme incremento di velocità di elaborazione dei
calcolatori, è ora possibile acquisire ed analizzare un numero molto maggiore di immagini e
con una definizione più alta, rispetto a macchine automatiche anche solo di quattro o cinque
anni addietro. D'altra parte, anche la ricerca scientifica comincia ad occuparsi del problema
dell'identificazione automatica dei difetti, sfruttando strumenti di analisi innovativi, quali le
reti neurali e la logica fuzzy [8,9]. Questi strumenti appaiono adatti proprio ad applicazioni
di questo tipo, in cui la macchina automatica, innanzitutto, deve "imparare" a riconoscere e
distinguere i difetti, e che risultano ben più flessibili nelle "decisioni" delle logiche di analisi
tradizionali.
28
1.3 L'attività dei Laboratori di Analisi tessili.
Il processo di internazionalizzazione dell'industria tessile abbigliamento e la conseguente
necessità, per le aziende italiane, di far fronte ad una concorrenza sempre più spinta, spesso
da parte di produzioni provenienti da paesi a basso costo di manodopera, rendono
indispensabile la messa in atto di una serie di attività tali da assicurare al settore degli
strumenti per il mantenimento ed il miglioramento della competitività sui mercati.
In questo contesto, alle aziende spetta, forse in modo primario, il compito di migliorare e
garantire la qualità della loro offerta, in termini di caratteristiche di prodotto e di
soddisfazione del cliente.
Una politica di questo tipo richiede la definizione, in fase di contratto, delle specifiche di
prodotto attese o richieste e la verifica finale del prodotto a tali specifiche.
È così necessario assicurare il corretto rapporto tra cliente e fornitore ed il soddisfacimento
delle richieste sempre più precise ed esigenti del consumatore finale che richiede ai prodotti
proprietà sempre più elevate e garantite.
Esistono numerose modalità di esecuzione delle prove fisico-tessili e chimico-tintoriali più
significative per un controllo oggettivo delle proprietà dei tessuti. In questo campo è presente
una notevole letteratura di normative, nazionali, europee o internazionali che definiscono tali
modalità (ISO, UNI, EN, BSI, DIN, AFNOR, capitolati militari, ecc…) [10, 11].
Per una singola azienda è molto difficile, se non impossibile, realizzare al proprio interno un
laboratorio di analisi sufficientemente completo per realizzare tutte le prove che possono
venir richieste dai potenziali clienti. L'impossibilità è da un lato di carattere tecnologico, in
quanto servono notevoli competenze specifiche, dall'altro economica, dato l'elevato costo di
alcune attrezzature.
Per questo motivo, in questi ultimi anni, sono sorti numerosi laboratori di analisi tessili, che
si sono affiancati ai pochi centri di ricerca già presenti in passato. Tali laboratori realizzano,
per conto terzi, tutte le prove richieste dai clienti secondo le norme presenti.
Ad esempio, vengono realizzate prove riguardanti le caratteristiche strutturali del tessuto,
oppure riguardanti la permeabilità, le variazioni dimensionali e le cosiddette "solidità".
29
1.3.1
Prove fisico-tessili.
Le prove fisico-tessili servono a determinare essenzialmente le proprietà meccaniche di un
tessuto. Possono essere raggruppate in: caratteristiche strutturali, prove su fili prelevati da
tessuto, caratteristiche prestazionali, caratteristiche di permeabilità e variazioni dimensionali.
Le caratteristiche strutturali sono connesse ai dati di costruzione del tessuto.
-
La determinazione dell'armatura stabilisce, tramite "scampionatura", il rapporto di
armatura del tessuto in esame, cioè, ad esempio, se è una tela, un raso, una saia, ecc…;
-
La determinazione della massa areica e della massa per unità di lunghezza misurano,
con modalità leggermente differenti, il peso del tessuto per unità di superficie. Nel primo
caso si considera un campione di tessuto di forma circolare di piccole dimensioni, nel
secondo caso si considera solamente la lunghezza del tessuto, considerandone costante
l'altezza.
-
La determinazione dello spessore è la distanza misurata normalmente alle sue facce. Essa
è effettuata mediante la misura della distanza verticale tra una base di appoggio su cui
viene posto il tessuto da provare e d una base di pressione (detto piedino) circolare e
parallela che esercita sull'area di prova una pressione specificata.
Si effettuano prove specifiche sui fili che costituiscono un tessuto.
-
La determinazione del numero dei fili per unità di lunghezza serve a definire la frequenza
dei fili (fili di ordito al centimetro e trame al centimetro) nel tessuto. Per questa misura
esistono vari metodi diversi con specifiche e modalità di esecuzioni diverse.
-
Determinazione dell'imborso di un filo in un tessuto. L'intreccio dei fili in un tessuto
provoca una ondulazione o arricciatura sia sui fili di trama che di ordito; pertanto, la
distanza tra le due estremità di un filo di ordito, quando questo è inserito nel tessuto, è
minore della lunghezza del filo disteso: la differenza tra queste due lunghezze serve a
calcolare l'imborso. Ne deriva la necessità di applicare una pretensione per il filo
ondulato: la pretensione da scegliere deve, teoricamente, da una parte tenere conto di non
30
stirare il filo e dall'altra di eliminare completamente le ondulazioni; di fatto non è
possibile ottenere questo risultato e la pretensione stabilita nelle normative è un
compromesso tra le due opposte esigenze.
-
La determinazione della torsione dei fili è realizzata tramite un apparecchio detto
torcimetro, secondo una prova descritta nelle normative.
Le caratteristiche prestazionali di un tessuto riguardano le proprietà che comportano
deterioramento meccanico o rottura del tessuto.
-
Prove di forza o resistenza. Vi sono numerose prove che vanno sotto questa voce, e sono
in genere alla base del controllo di qualità di un tessuto. Si parla generalmente di prove
di trazione e di lacerazione dei tessuti e sono divise in diverse parti. Innanzitutto si
determina, partendo da una striscia di tessuto, la forza e l'allungamento di rottura.
Un'altra prova riguarda la determinazione della resistenza allo scorrimento della cucitura
dei tessuti ortogonali, il cui scopo è la determinazione della resistenza data dai fili di un
tessuto per scorrimento dovuto al filo di cucirino. Esistono inoltre diverse prove a
lacerazione, nelle quali il tessuto viene intagliato secondo dimensioni definite da norme e
sottoposto a trazione o a scorrimento.
-
Resistenza all'abrasione. È una proprietà molto importante ai fini della determinazione
del comportamento all'uso di un tessuto. Esistono diversi metodi di esecuzione della
prova, comunque tutti si basano su sfregamento del tessuto campione contro un mezzo
abradente. Tuttavia ogni metodo di laboratorio difficilmente riesce a riprodurre quanto
accade ad un capo d'abbigliamento o di arredamento durante il suo utilizzo, in quanto le
condizioni d'uso dipendono da molte variabili, quali fattori personali, di manutenzione e
climatici che difficilmente possono essere riprodotte in una procedura di laboratorio
standard.
-
Resistenza al pilling. Il fenomeno del pilling avviene quando le fibre estratte dalla
superficie del tessuto tendono ad aggrovigliarsi durante l'utilizzo. Generalmente il livello
di pilling dipende dalla velocità dei diversi processi di usura che avvengono sul tessuto.
Il grado di pilling è valutato per confronto delle provette con standard fotografici o di
tessuti, assegnando quindi un punteggio in una scala da 1 a 5.
31
Le caratteristiche di permeabilità di un tessuto influenzano notevolmente le caratteristiche
prestazionali di un tessuto, si per quanto riguarda il comfort dei tessuti per abbigliamento sia
per quanto riguarda i tessuti tecnici.
-
Permeabilità all'aria. Nel caso di tessuti per abbigliamento, essa è correlabile alla
"traspirabilità" e quindi particolarmente significativa per i tessuti impermeabili. La
permeabilità all'aria rappresenta il volume di aria che passa attraverso ad una determinata
area del tessuto in un tempo specificato e in condizioni di differenza di pressione note.
-
Determinazione della resistenza alla pressione d'acqua. La prova ha lo scopo di valutare
la resistenza di un tessuto alla penetrazione d'acqua; il parametro è significativo in
particolare per teli, teloni e tessuti per tende.
-
Determinazione del coefficiente di trasmissione del vapore d'acqua. I tessuti rivestiti di
elastomeri o di materiale per la confezione di capi di abbigliamento sportivo devono
avere ottime caratteristiche di comfort, determinate tra l'altro da una buona traspirabilità.
Il coefficiente di trasmissione del vapore d'acqua è uno dei parametri più significativi per
valutare tali caratteristiche. Esso rappresenta la massa di vapore d'acqua trasmessa da una
faccia all'altra del tessuto, per unità di superficie e in un determinato tempo, ad una
differenza di tensione di vapore costante.
Un tessuto finito e quindi un capo di abbigliamento possono subire variazioni dimensionali
significative quando vengono sottoposti a diversi trattamenti nella fase di confezione e
durante la manutenzione: vaporizzaggio e stiro industriale, lavaggio e asciugamento
domestico, pulitura a secco, ecc… Tali variazioni possono essere causa di difettosità
importanti ed è quindi necessaria la loro determinazione quantitativa secondo definiti metodi
di prova. A livello nazionale e a livello europeo esistono varie normative che descrivono
metodi di prova e di misura per la determinazione delle variazioni dimensionali a seconda
del processo a cui un capo è sottoposto.
32
1.3.2
Prove chimico-tintoriali.
Le prove chimico-tintoriali comprendono le prove di "solidità" (resistenza) del campione di
tessuto a vari agenti, quali calore, acqua luce, ecc… Inoltre, tra queste prove, si considerano
anche analisi di uniformità del colore lungo la pezza e prove di resistenza alla fiamma.
-
Solidità del colore. Le prove di solidità hanno lo scopo di valutare la resistenza
presentata da un campione tinto o stampato a variare o perdere il proprio colore originale
in condizione definite. Le principali prove di solidità del colore destinate a tessuti per
abbigliamento, pur dipendendo dal tipo di utilizzo e dalla natura chimica dei componenti,
sono: prova di solidità all'acqua (anche acqua di mare o acqua clorata), solidità al
lavaggio meccanico con detersivi sintetici e al lavaggio a secco, solidità alla stiratura,
solidità al sudore e solidità allo sfregamento a secco e a umido.
-
Solidità alla luce. Le prove di solidità alla luce hanno lo scopo di valutare la tendenza al
degrado per azione delle radiazioni luminose del colore di tessuti tinti o stampati. Questa
tendenza è funzione non solo della struttura chimica del colorante ma anche del substrato
su cui è applicato. Le prove prevedono da una parte l'esposizione del campione a luce
naturale dall'altra l'esposizione alla luce artificiale di una lampada allo xeno. Il campione
così testato viene poi confrontato con opportuni campioni di riferimento.
-
Calcolo delle differenze di colore. Differenze di colore visibilmente apprezzabili tra
diversi lotti di produzione, nell'ambito dello stesso lotto od in una stessa pezza creano
seri problemi in fase di confezione e più in generale nei rapporti cliente fornitore. È di
fondamentale importanza rendere oggettivo il calcolo di tali differenze e definire quali
limiti di accettabilità debbono essere loro assegnati. La valutazione visiva, fino a poco
tempo fa ancora molto diffusa, viene progressivamente sostituita da misure strumentali
(mediante spettrofotometri) molto più affidabili se correttamente utilizzate. Tali misure si
basano su diverse formule per il calcolo delle differenze di colore a partire dalle
coordinate del colore di un campione di riferimento e uno di prova.
-
Resistenza alla fiamma. La problematica riguardante il fuoco, in campo tessile, è
estremamente vasta e complessa. In questo campo esistono numerose normative che
specificano, in modo molto dettagliato, criteri di prova, di classificazione, di
33
omologazione ed i campi di applicazione dei tessuti. Le normative hanno lo scopo di
determinare il comportamento di fibre e tessuti alla fiamma, definendo caratteristiche di
combustibilità, infiammabilità, produzione di fumo, produzione di sostanze nocive,
ecc…
Come si può vedere dall'elenco fatto, le prove che si possono condurre sui tessuti sono molto
numerose. Nel momento in cui un'azienda vuole "certificare" la qualità di un suo prodotto,
un sottoinsieme delle misurazioni qui brevemente descritte può certamente contribuire ad
evidenziare le proprietà di un determinato tessuto e, ad esempio nel caso dell'uniformità di
colore, mostrare la stabilità dei processi produttivi dell'azienda. Una menzione particolare
meritano le prove antifiamma, che negli ultimi anni stanno acquisendo sempre più rilevanza,
in quanto sempre più clienti finali, soprattutto nel campo dell'arredamento, richiedono che i
tessuti siano definiti "antifiamma" o "flame retardant" secondo normative di livello
internazionale.
In questo contesto, l'attività di laboratori di prova e di certificazione sta assumendo un ruolo
sempre più rilevante all'interno della filiera produttiva tessile, nel campo della definizione
della qualità.
Il tentativo di standardizzare misure e oggettivare prove e analisi investe numerose proprietà
fisiche e chimiche dei tessuti, tuttavia esistono degli aspetti che sono ancora totalmente
sottoposti unicamente al giudizio soggettivo delle persone, con le problematiche di
disuniformità di parere che ne conseguono. Il riferimento è, in particolare, ad elementi che
risultano di fondamentale importanza per la scelta di un capo da parte del consumatore
finale, che vanno genericamente sotto il nome di "mano" del tessuto.
34
1.4 Un aspetto particolare: la "mano" del tessuto.
Il termine "mano" del tessuto è molto usato da parte dei produttori di tessuti ed i loro clienti,
tuttavia è difficile anche solo definirne il significato in modo esaustivo. Si può dire che,
generalmente, col termine di "mano" si definiscono quelle proprietà dei tessuti legate alle
sensazioni ricavate dal tatto [1]. Tali proprietà sono essenzialmente legate alle caratteristiche
meccaniche dei filati che compongono un tessuto, al modo in cui il tessuto stesso è stato
costruito ed ai tipi di finissaggio applicati.
Le caratteristiche di un tessuto che compongono la "mano" del tessuto stesso sono
principalmente:
-
Estensibilità: intesa come capacità di un tessuto di allungarsi e recuperare
completamente l'allungamento, senza deformazioni permanenti. Le azioni meccaniche
durante l'utilizzo, ma anche il calore e l'umidità influenzano molto queste caratteristiche.
Le proprietà meccaniche dei filati e il modo in cui è costruito il tessuto (tipo di armatura,
fittezza dei fili di trama e di ordito, ecc…) influenzano le proprietà di allungamento di
una stoffa.
-
Flessibilità: intesa come capacità di un tessuto di piegarsi. Anche questa proprietà è
influenzata dal modo in cui il tessuto è costruito, ma l'influenza delle diverse proprietà
(tipi di filati, costruzione, ecc…) è diversa dal caso di estensibilità.
-
Drappeggio: anche questa proprietà è legata alla rigidezza di un tessuto, e si riferisce alla
capacità di una stoffa di coprire una forma su cui è poggiata. Questo aspetto ricopre
grande
importanza
nell'ambito
dell'abbigliamento
così
come
nell'arredamento.
Tipicamente gli "addetti ai lavori" parlano di "mano cascante", quando si riferiscono ad
un tessuto con capacità di fare un drappeggio, tuttavia il termine stesso di "cascante" può
assumere una accezione positiva o negativa, nel caso in cui il tessuto manifesti una
"mano floscia" e quindi sgradevole alla vista e al tatto.
-
Proprietà superficiali: sono essenzialmente legate al contatto diretto con la superficie
della stoffa e si riferiscono, in genere, all'attrito che si manifesta toccando il tessuto.
35
Anche queste proprietà ricoprono una notevole importanza e sono legate, in modo ancora
diverso, alle caratteristiche del tessuto: da un lato il materiale dei filati influenza l'attrito
di contatto in modo diretto (filati continui presentano attrito superficiale molto minore di
filati discontinui, come la lana ed il cotone), dall'altro la costruzione del tessuto gioca un
ruolo importante, infatti la percezione di una superficie ruvida è legata al modo in cui i
filati di trama ed ordito si intrecciano e si piegano. Nel caso di proprietà superficiali,
maggiormente che per le proprietà più strettamente meccaniche di un tessuto, i
finissaggi, cioè i trattamenti fisico-chimici a cui è sottoposta una pezza, sono in grado di
modificare le caratteristiche finali della superficie del tessuto. In genere, riferendosi
all'attrito, si parla di "levigatezza" del tessuto.
Le definizioni qui date non sono probabilmente esaustive ed, in molti casi, tendono a non
essere indipendenti le une dalle altre; è difficile comunque, se non impossibile, trovare un
linguaggio comune condiviso da tutti, produttori e clienti, per definire la "mano": si parla di
proprietà di rigidità, morbidezza, levigatezza, pienezza, ecc… ed all'interno di uno stesso
termine si possono intendere aspetti più o meno diversi. Si comprende quindi come possano
facilmente insorgere problemi e contestazioni nel rapporto tra i produttori di tessuti ed i loro
clienti.
La "mano" del tessuto ricopre un ruolo fondamentale per il successo di un capo di
abbigliamento così come per molti componenti di arredamento. La "mano" è quell'insieme di
proprietà che vengono percepite immediatamente dal cliente finale, e ne influenzano la scelta
in modo decisivo.
Pertanto, la specificazione delle caratteristiche di mano di un tessuto assumono grande
importanza in fase di contrattazione tra il confezionista, cioè chi realizza il capo di
abbigliamento, ed il produttore di tessuti, che fornisce la "materia prima".
In fase di definizione di un rapporto commerciale, il cliente ed il produttore concordano le
caratteristiche del tessuto da realizzare mediante campioni, instaurando così, in modo
esplicito o no, un loro linguaggio per specificare le proprietà desiderate del prodotto.
Appare così chiara, da un lato, la mancanza di uno standard condiviso da tutti, e, dall'altra, la
mancanza di forme di controllo di qualità degli aspetti qui menzionati.
Se la difettosità "palese" è ispezionata da qualunque produttore di tessuti e se ormai in un
numero sempre maggiore di rapporti commerciali la difettosità "occulta" assume
36
un'importanza notevole ed è oggetto di controlli specifici, nel campo della "mano" del
tessuto rimane a tutt'oggi unicamente la figura dell'esperto che, al tatto, stabilisce se una
pezza risponde o meno alle necessità.
Da qui nascono ovviamente contenziosi tra produttori e clienti, essendo il processo di
controllo completamente soggettivo; inoltre, non vi è nessun controllo di eventuali derive del
processo di produzione: una volta definite le specifiche tramite campioni, la produzione
prosegue fintanto che, in modo soggettivo, qualche attore della filiera produttiva a valle, non
percepisce differenze in negativo tra i desiderata e la produzione attuale.
Gli aspetti di "mano" del tessuto vengono ancora oggi valutati in modo completamente
soggettivo, con i problemi a cui si è accennato; sono stati fatti, però, nel corso degli anni,
numerosi tentativi di oggettivare il controllo delle caratteristiche meccaniche dei tessuti. Il
più famoso e forse, ancor oggi, il più importante tentativo di oggettivare le proprietà di
"mano" dei tessuti appartiene al professor Kawabata, della Kyoto University, che risale agli
anni '70 nella sua prima versione e che ha subito varie migliorie nel corso del tempo.
Nel prossimo capitolo si tenterà di fornire un quadro dei principali sistemi di oggettivazione
della "mano", o di componenti di essa, presenti nella letteratura scientifica.
37
Capitolo 2: Lo stato della ricerca nell'ambito dell'analisi dei tessuti
CAPITOLO 2
2 Lo stato della ricerca nell’ambito dell’analisi dei tessuti
Mentre nel campo della produzione e dell'utilizzazione delle fibre e dei filati tessili è
possibile stilare e realizzare una serie esaustiva ed omnicomprensiva delle caratteristiche
salienti, l'accertamento della qualità dei tessuti si fonda tuttora prevalentemente su confronti
visivi e tattili basati su campioni. Da un lato, il controllo di qualità realizzato dai produttori
tessili è prevalentemente visivo, con lo scopo di quantificare i difetti presenti su di una
pezza: un'analisi di questo tipo evidenzia solamente le difettosità introdotte dal telaio o dalle
operazioni di finissaggio e di tintura. Dall'altro esistono, e si stanno sempre più diffondendo,
laboratori di analisi che effettuano test sui tessuti: i test esistenti, in accordo con degli
standard internazionali, si concentrano sulla solidità del tessuto a particolari condizioni (luce,
umidità, agenti particolari…) e sul logoramento del tessuto stesso. Questi test certificano la
resistenza del tessuto a vari tipi di usura nel corso della vita del tessuto stesso, tuttavia tali
proprietà hanno un impatto molto limitato sulla scelta del prodotto da parte dei consumatori;
soprattutto l'aspetto e la mano del tessuto sono le caratteristiche decisive per il successo di un
prodotto sul mercato.
Se quindi la pratica industriale e di molti laboratori di analisi non ha strumenti di analisi
utilizzabili per definire in modo preciso, ripetibile e condivisibile le caratteristiche
meccaniche del tessuto e perciò definirne in modo oggettivo la mano, la ricerca scientifica
nel campo tessile mostra numerosi tentativi di definizione della mano dei tessuti, attraverso
38
studi teorici di meccanica dei tessuti e studi sperimentali realizzati mediante strumenti di
misura realizzati ad hoc.
Due sono i sistemi più noti per la misura e la caratterizzazione della qualità dei tessuti per
abbigliamento: il sistema Kawabata ed il sistema FAST. Entrambi hanno trovato una
diffusione limitata all'ambito della ricerca nel settore tessile, e praticamente nessuna
applicazione nel campo della produzione tessile e nel commercio. Esistono inoltre altri
sistemi e strumenti che tentano di oggettivare la misura della mano dei tessuti o analizzarne
alcune componenti, ma sono ancora meno diffusi di quelli citati. In questo capitolo verrà
condotto un excursus sui principali strumenti di misura esistenti e presenti nella letteratura
tessile, inoltre si analizzeranno alcuni degli studi principali sulla meccanica dei tessuti; in
conclusione si presenteranno i concetti e le idee per lo sviluppo di un nuovo sistema di
misura.
2.1 I principali sistemi di misura esistenti
I primi studi di strumenti per la misura delle proprietà dei tessuti risalgono fino al 1930, anno
in cui Peirce [1] pubblicò il primo studio di uno strumento per la misura della flessibilità, e
quindi delle proprietà di drappeggio, dei tessuti mediante un sistema basato su una trave a
sbalzo. Da allora, molti strumenti semplici sono stati costruiti ed utilizzati per la misura delle
proprietà di compressione, di tensione, di flessibilità (drappeggio), resistenza a taglio ed
attrito dei tessuti. Nei primi anni '60, Kawabata sviluppò un sistema per l'analisi della mano
dei tessuti basato sul confronto del tessuto in esame con campioni standard. All'inizio degli
anni '70, lo stesso Kawabata realizzò una serie di quattro strumenti di misura
elettromeccanici, per l'analisi dei tessuti nella regione dei piccoli sforzi [2]. Unitamente agli
strumenti, Kawabata realizzò anche una serie di relazioni empiriche che legano le misure
ottenute con espressioni soggettive della mano del tessuto. Un nuovo sistema di misura non
venne sviluppato prima degli anni '90, quando la divisione per la tecnologia della lana del
CSIRO di Sydney sviluppò il sistema FAST (Fabric Assurance by Simple Testing) [3,4],
nato come set di quattro strumenti più semplici da usare e meno costosi del sistema di
39
Kawabata. Negli ultimi anni sono stati sviluppati altri sistemi, comunque i riferimenti
principali nella letteratura scientifica rimangono il sistema Kawabata ed il sistema FAST.
Nei paragrafi seguenti verranno descritte le caratteristiche principali dei sistemi presenti in
letteratura.
2.1.1
Il sistema di Kawabata
All'inizio degli anni ’60 Kawabata iniziò con un gruppo di persone del settore a classificare
un innumerevole numero di campioni di stoffa per quanto concerne gli aspetti della mano.
Essi crearono un sistema con il quale la mano del tessuto avrebbe potuto essere classificata
con un modello standardizzato.
La caratteristica definita “mano” è stata scomposta in diversi aspetti (“liscezza”, “rigidezza”,
“pienezza”, ecc...). Questi aspetti (chiamati PHV, “primary hand values”) sono stati valutati
dal team di analisi e dando un punteggio (1 = molto poco presente, 10 = molto presente). Per
ciascun aspetto “primary hand” (ad esempio la “liscezza”) esiste un campione standardizzato
con corrispondenti “primary hand values” (ad esempio: liscezza 1, liscezza 2 ... liscezza 10).
Il campione da valutare può ora essere giudicato, relativamente ai campioni standard,
riguardo a questi “primary hands” (ad esempio: liscezza 4, rigidezza 2, pienezza 7, ecc...).
Ciò fornisce già una caratterizzazione della mano con una discreta riproducibilità. Soltanto
che la situazione è tale che, a seconda dell’utilizzo di un tessuto, si pongono in evidenza
aspetti molto diversi. Così, per ogni tipo di abbigliamento, i diversi PHV hanno diversi pesi.
A seconda dell’utilizzo finale di un tessuto perciò è stato creato un valore: “Total Hand
Value”, THV. La domanda si formula ad esempio: quali caratteristiche di mano ha il tessuto
ottimale per un vestito estivo da uomo? Per la risposta a questa domanda sono state disposte
ulteriori ricerche. Diversi settori di abbigliamento sono stati giudicati dal comitato di analisi
riguardo alla “mano complessiva” (total hand value THV 0: molto cattiva, 5 eccellente).
Facendo una correlazione tra i “Primary Hand Values” e i “Total Hand Values” di un
tessuto, si possono trovare i pesi dei PHV. Così suggerisce Kawabata ad esempio per il
calcolo del THV per l’abbigliamento maschile estivo:
40
THV = −1.3788 − 0.0004 X 1 + 0.0006 X 12 + 0.7501X 2 − 0.0361X 22 + 0.5190 X 3 − 0.0369 X 32 +
+ 0.2555 X 4 − 0.0352 X 42
In cui:
X1 = KOSHI – estate = Rigidezza (sensazione legata alla rigidezza alla piega. La proprietà di
elasticità favorisce questa sensazione. Il tessuto che ha
una notevole densità di tessimento e tessuto con un
filato elastico rende forte questa sensazione).
X2 = SHARI – estate = Cresposità (sensazione derivante da una superficie crespa e ruvida.
Questa sensazione è generata da un filato duro e
fortemente ritorto. Questa sensazione porta ad una
sensazione di freddo).
X3 = HARI – estate = Rigidezza antidrappeggio (non importa se il tessuto è elastico o no).
X4 = FUKURAMI – estate = Pienezza e Morbidezza (sensazione derivante da una
impressione ricca e ben formata. Una proprietà di
elasticità in compressione e densità accompagnata da una
sensazione di caldo sono fortemente legate a questa
sensazione).
Pertanto, dai diversi PHV, come KOSHI o SHARI, viene calcolato un “valore totale di
mano” (Total Hand Value). Si vede già qui quali difficoltà linguistiche si presentano: cosa si
deve ora intendere con SHARI? Tuttavia, grazie ai campioni standard, è possibile valutare lo
SHARI in modo abbastanza riproducibile, anche se è difficile da comprendere a parole. Con
questo il H.E.S.C. (Hand Evaluation and Standardisation Committee) ha reso possibile per
la prima volta una comunicazione standardizzata sulla mano [2].
41
All'inizio degli anni '70, si è tentato di sostituire la valutazione soggettiva dei PHV con delle
misure meccaniche. Nacque così il sistema Kawabata, o KES-F (Kawabata Evaluation
System for Fabrics).
Sulla base di lavori teorici [5,6,7] e sulla base dell’esperienza, Kawabata propose il suo
sistema per la misura della mano, sistema composto da quattro strumenti per la misura delle
proprietà dei tessuti nella regione dei piccoli sforzi. Tali proprietà sono divise in cinque
gruppi che caratterizzano cinque modi di deformazione del tessuto: compressione, flessibilità
(secondo due modalità), resistenza a taglio, e resistenza a trazione. Il numero totale di
proprietà misurate per ciascun campione è 16, o 28 se si considerano la trama e l'ordito
separatamente [2].
Di seguito vengono brevemente descritte le misure secondo il metodo di Kawabata.
Figura 2.1: apparecchi di misura del KES-F
42
a)
Compression test: il campione è posto su di una semplice piastra su cui è montato un
trasduttore di forza. Una testa di compressione discende a velocità costante per
comprimere il tessuto. Quando la forza di compressione raggiunge il valore
prestabilito, il test è concluso. La deformazione di compressione è misurata mediante
un potenziometro. La velocità di test ed il carico massimo sono fissati all'inizio del
test.
b)
Bending test: il campione è fissato in un piano verticale tra un mandrino fisso ed uno
mobile. Il campione è soggetto a flessione pura. La curvatura è misurata mediante un
potenziometro collegato al mandrino mobile ed il momento flettente è misurato
mediante un misuratore di coppia.
c)
Bending test (metodo della mensola): un sensore ad infrarosso è fissato ad un angolo di
41.5° rispetto al piano orizzontale.Il campione è spinto in avanti mediante una piastra a
frizione finché il lembo libero intercetta il raggio infrarosso. La lunghezza di
inflessione è misurata mediante un potenziometro collegato ad una ruota, a sua volta
collegata alla piastra (tale sistema è l'unico utilizzato dal metodo FAST, descritto più
avanti).
d)
Shear test: il campione è montato tra un mandrino fisso ed uno mobile posto a 5cm di
distanza sul piano orizzontale. Il mandrino fisso è libero di ruotare sul proprio asse,
mentre la tensione è applicata mediante un peso. Un mandrino si muove in direzione
parallela all'altro ad una velocità stabilita tra i limiti imposti di deformazione di taglio
(±8°). La forza di taglio è misurata da una cella di carico e la deformazione è misurata
mediante un potenziometro a bordo della parte mobile.
e)
Tensile test: questo test è condotto montando il campione tra due mandrini ed
applicando uno sforzo di tensione ad una velocità predeterminata. I campioni devono
essere montati con una pretensione molto piccola, il che rende molto difficile
l'esecuzione di questo test.
Attraverso l’analisi di regressione si indaga la dipendenza tra i PHV e le proprietà del tessuto
misurate. Le formule corrispondenti sono raccolte in tabelle standard e appaiono come
segue:
43
Y = C0 +
16
∑C
i
Xi − Xi
i =1
σi
Y = PHV
C0 , Ci = tabellato
X i , σ i = tabellato
X i = risultato della misura
Xi è il valore misurato, le costanti C0, Ci sono pesi e X i ,σ i sono la media e la deviazione
standard dei valori misurati (da tabella). Kawabata ha trovato numerose di tali uguaglianze
ed ha raccolto in tabelle le costanti corrispondenti.
Tali espressioni si possono trovare in [2].
Nell’ambito del lavoro effettuato presso l'ETH di Zurigo, è stato possibile effettuare queste
stesse misure su uno strumento KES-F dell’Istituto Superiore di Münchberg, Germania.
Il KES-F presente in quell'istituto è costruito in modo eccellente dal punto di vista
meccanico e funziona da più di dieci anni perfettamente senza manutenzione.
Le misure richiedono il dispendio di molto tempo (ben più di un’ora per ogni campione, un
impiegato esperto necessita forse di 45 minuti). La valutazione della mano avviene
attraverso misure di curve registrate (nuovamente circa un’ora per campione). La ditta Kato
Tech, produttrice del KES-F, offre ora, come miglioria, anche un software per la valutazione
per via elettronica.
È apparso chiaro che i diversi campioni di tessuti possono essere identificati attraverso le
misure. Tuttavia è apparso altresì chiaro che la precisione del sistema non è sufficiente per le
esigenze del settore. Non è possibile identificare, in modo inequivocabile attraverso le
misure, campioni con pochissime differenze, forniti dalla ditta Cilander AG.
La gestione delle prove è particolarmente delicata con riferimento al “bending meter”
(misuratore della flessibilità) ed influenza il risultato in modo considerevole.
Il KES-F è comunque il sistema di misurazione della mano di gran lunga più sviluppato. Lo
sviluppo ha comportato un'enorme profusione di sforzi ed i risultati ottenuti sono
sicuramente preziosi. Ancor oggi Kawabata, con il suo lavoro degli anni ’60 e ’70, domina la
ricerca in questo campo.
44
Se si analizza il KES-F dal punto di vista di un suo utilizzo per gli impieghi industriali,
appare però chiaro che esso è troppo dispendioso, sia in termini di attrezzatura, sia in termini
di tempo di misura (per non parlare del tempo di valutazione e di addestramento di
personale). Inoltre, affinché un dispositivo si possa imporre commercialmente, deve essere
maggiormente sviluppato nella direzione della soluzione del problema. Se le sfumature della
mano, che sono l'oggetto di trattative nel settore, non possono essere riconosciute dallo
strumento di misura, il sistema è utile solamente in modo limitato.
Dal punto di vista della costruzione, il dispositivo ha già molti anni e potrebbe, con
relativamente pochi sforzi, diventare molto più agevole per l’utilizzatore in molti aspetti
(automazione delle misure e della interpretazione dei dati). Delle migliorie in questa
direzione sono già state fatte, ad esempio implementando un nuovo sistema di acquisizione
ed analisi dei dati computerizzato [8] , oppure riprogettando ed automatizzando gli
strumenti, come nel sistema FTS, citato più avanti [9].
2.1.2
Il sistema FAST
Il sistema di analisi dei tessuti FAST (Fabric Assurance by Simple Testing) è stato
sviluppato presso il CSIRO, “Division of Wool Technology” di Sydney [3]. Esso consiste in
un tentativo di semplificazione del KES-F, ed è composto da una serie di strumenti di misura
che come specifiche caratteristiche hanno l'economicità, la robustezza e la semplicità d'uso.
Il sistema FAST è stato sviluppato specificamente per i tessuti pettinati di lana, ed è
composto da quattro strumenti di misura. Lo scopo è quello di realizzare uno strumento di
misura utilizzabile nel settore della sartoria e del finissaggio, per adottare, a basso costo, un
sistema di misura oggettivo per il controllo di qualità, l'assicurazione della qualità, e lo
sviluppo di prodotto.
Il sistema FAST è composto da tre strumenti di misura ed un metodo di test [4]. Tutto lo
sviluppo è fatto utilizzando come termine di confronto il sistema di Kawabata, ritenuto come
lo stato dell'arte nel campo delle misure meccaniche sui tessuti. Di seguito vengono
brevemente presentati i test effettuati dal sistema FAST.
45
Il primo test è realizzato dal "FAST-1, compression meter". Questo strumento è stato
sviluppato per misurare lo spessore del tessuto e lo spessore superficiale. Lo spessore di un
tessuto è misurato su un'area circolare di 10 cm2 con pressioni imposte di 2 gm/cm2 e di 10
gm/cm2. Lo spessore superficiale è definito come la differenza dei due valori trovati, infatti
l'ipotesi alla base di queste misure è che un tessuto di lana è composto da uno strato centrale
incomprimibile e da uno strato superficiale comprimibile. Gli spessori di tali strati
influenzano la mano del tessuto.
Secondo chi ha sviluppato il sistema, il modulo di compressione FAST, il sistema di test del
KES-F ed il sistema di misura dello spessore prodotto dalla ditta Shirley forniscono tutti dei
valori confrontabili per valori di carico identici. I valori ottenuti dal modulo FAST, se
diagrammati rispetto ai valori ottenuti dagli altri strumenti, mostrano coefficienti di
correlazione lineare superiore a 0.99.
Il secondo test è realizzato dal "FAST-2, bending meter". Questo strumento è basato sul
principio dello strumento di misura della flessibilità descritto nel British Standard 3356 [10]
(cfr. Figura 2.1c). Questo strumento misura la lunghezza di inflessione, misura che risulta
essere correlata alla capacità del materiale di formare un drappeggio. La rigidezza a
flessione, che può essere calcolata dalla lunghezza di inflessione e la massa per unità di area,
è ritenuta un parametro fondamentale, soprattutto perché tessuti molto leggeri e quindi molto
poco rigidi possono essere soggetti a grinze nel momento in cui vengono cuciti.
La lunghezza di inflessione (C) viene evidenziata automaticamente dal sistema, evitando
così errori dovuti all'operatore; ciò risulta essere una miglioria rispetto al sistema Kawabata,
che ha mostrato difficoltà di realizzazione in questo campo di misura. Tale valore è utilizzato
insieme alla massa per unità di area del tessuto (M) per fornire la rigidezza a flessione del
tessuto secondo la seguente relazione:
B = 9.8 ⋅10−6 ⋅ M ⋅ C 3 [ µN ⋅ m]
Secondo gli autori vi è una buona correlazione tra lo strumento FAST e l'equivalente
strumento del KES-F.
Il terzo strumento di misura è il "FAST-3 extension meter". Questo strumento è in grado di
misurare l'allungamento del campione di tessuto su in certo range di carichi; la lettura che se
ne ricava è l'allungamento del campione come percentuale della lunghezza iniziale. Il
46
campione è di 150 × 50 mm e l'area misurata è di 100 × 50 mm. L'intento principale di
questa prova è di misurare la capacità di un campione di allungarsi lungo la direzione dei
filati che la compongono.
La capacità di un tessuto bidimensionale di assumere una forma tridimensionale dipende non
solo dalla sua allungabilità, ma piuttosto, in modo più diretto, dalla sua deformabilità a sforzi
di taglio. Questo tipo di deformabilità dipende dalla rigidezza del tessuto a taglio, e può
essere stimata, in modo indiretto dallo strumento FAST-3, impiegando nei calcoli gli studi
teorici e sperimentali di Lindberg et al. [11] e di Mahar et. al. [12].
Anche in questo caso i risultati dello strumento "FAST-3 extension meter" sono stati messi a
confronto con i risultati ottenuti con il modulo del sistema di Kawabata utilizzato per le
misure di deformazione a trazione e taglio. In questo caso, secondo gli autori,
la
correlazione tra i due strumenti è di 0.98 per la misura di deformabilità a trazione e di 0.94
per la misura di deformabilità a taglio.
Il quarto ed ultimo metodo di misura è il "FAST-4 dimensional stability test". I tessuti
fortemente igroscopici, cioè tessuti capaci di assorbire l'umidità atmosferica, quali sono la
lana ed il cotone, tendono, al variare dell'umidità dell'ambiente, a variare le proprie
dimensioni. La variazione delle dimensioni non è in genere prevedibile, in quanto le
deformazioni sia in direzione di trama che in direzione di ordito possono portare ad
allungamenti o a restringimenti nelle varie dimensioni.
La mancanza di stabilità dimensionale di un tessuto è un grande problema all'interno della
filiera produttiva tessile sia, soprattutto, per l'utilizzatore, risultando così in un tessuto ed in
un capo di abbigliamento di bassa qualità.
Nel metodo di misura FAST-4 il campione di tessuto viene asciugato fino all'assenza di
umidità per misurare la sua dimensione "asciutta" (L1), quindi bagnato in acqua per misurare
le sue dimensioni "rilassate" (L2) ed infine il tessuto viene riasciugato per misurare le sue
dimensioni finali (L3). Tali valori vengono utilizzati per stabilire le proprietà igroscopiche
del campione di tessuto.
Il FAST-4 per il test di stabilità dimensionale è ritenuto essere vantaggioso poiché non
richiede un ambiente condizionato ed è ridotto a meno di un'ora, utilizzando un sistema di
asciugatura a microonde, rispetto ad altri test convenzionali della durata di un giorno circa.
Quest'ultimo test si avvicina molto ai test realizzati generalmente dai laboratori di analisi.
47
Un tale test è ritenuto molto utile lungo tutta la filiera produttiva tessile, infatti una tale
informazione è utile ai produttori di filati per un controllo dimensionale del filo, sia per i
produttori di tessuti ma soprattutto per i produttori di capi di abbigliamento che, con questo
tipo di informazione a disposizione, possono tener conto, al momento del taglio delle parti
dei capi, delle variazioni dimensionali a cui sarà soggetto il capo in futuro. Chiaramente
un'eccessiva sensibilità di un tessuto all'umidità, lo rende in ogni caso di bassa qualità; infatti
eccessive deformazioni possono difficilmente essere considerate e compensate, si pensi ad
esempio ai punti di cucitura che, se sottoposti a forti variazioni dimensionali, portano e forti
ed antiestetici raggrinzimenti del capo di abbigliamento.
Un tale tipo di misura è sicuramente molto importante all'interno di un sistema di misura
dedicato esplicitamente a tessuti di lana quale è il FAST.
Il sistema di misura FAST, nato come versione semplificata ed economica del sistema
Kawabata, ha trovato un impiego ed un successo molto minore del sistema Kawabata stesso.
Certamente, dal punto di vista delle misure, non apporta alcuna miglioria al KES-F, infatti,
secondo gli stessi autori, un indice della bontà del sistema è proprio la sua elevata
similitudine, letta come alto coefficiente di correlazione lineare, tra le misure effettuate col
KES-F e col FAST sui medesimi campioni.
Infine, il sistema FAST nasce come strumento per l'analisi della qualità e per lo sviluppo di
tessuti di lana. Questo aspetto lo rende molto difficilmente applicabile ad altri tipi di tessuti.
La lana, per sua caratteristica, genera tessuti (orditi o di maglieria) in genere molto spessi.
Tessuti più leggeri, come ad esempio la seta o il poliestere mostrano caratteristiche molto
diverse e soprattutto con differenze che sono difficilmente discriminabili da un tale sistema.
Le problematiche evidenziate per il sistema Kawabata (complessità, difficoltà a discriminare
le sfumature della mano…) non possono che ripetersi per un tale sistema. Molto pochi infatti
sono infatti i centri e laboratori che ne fanno uso: un esempio si può trovare a Biella presso il
centro di analisi "Biella Qualità Totale", in una zona dove la produzione laniera è molto
sviluppata.
48
2.1.3
FTS: Sistema flessibile di misura per tessuti
L'FTS, “Robotic Flexible Test System”, è un progetto dell’università di Manchester,
realizzato presso l' "Institute of Science and Technology" UMIST ed è stato presentato per la
prima volta nel 1995 sulla rivista Mechatronics [9].
Anche questo sistema risulta essere basato sui lavori di Kawabata, ma realizza i test sui
tessuti in modo completamente automatizzato.
Il sistema si basa su di un robot che viene impiegato sia per la manipolazione dei tessuti sia
per le misure vere e proprie e nasce come tentativo di miglioramento dei sistemi KES-F e
FAST. Da un lato il sistema FAST è ritenuto manchevole in quanto fornisce unicamente
misure puntuali e non continue (cioè, ad esempio, misure di sforzo ad uno specifico valore di
carico e non misure per valori di carico variabili in modo continuativo); dall'altro gli autori
sottolineano come la fonte principale di errore in prove eseguite sul KES-F sia dovuta alle
procedute di allineamento e di montaggio del campione di tessuto. Un operatore abile può
raggiungere una ripetibilità sufficiente, ma le misure variano da operatore ad operatore [13].
Pertanto l'automazione favorirebbe la realizzazione di misure accurate e rapide.
L'obiettivo principale nello sviluppo di questo sistema robotico è quello di condurre test
meccanici su di un campione nella regione dei piccoli sforzi senza l'intervento dell'operatore.
Le attività che vengono automatizzate sono:
1. manipolazione iniziale del campione;
2. allineamento accurato del campione lungo le direzioni principali;
3. fissaggio del campione in appositi mandrini;
4. applicazione della pretensione al campione, determinazione delle velocità di test, carichi
massimi, ecc… e fornire un grafico x-y dei risultati;
5. trasferimento del campione alla macchina successiva.
Il prelevamento ed il taglio del campione non vengono considerate nel lavoro.
Per la realizzazione dei test sui tessuti è stato selezionato un robot SCARA (cfr. Figura 2.2),
a quattro gradi di libertà, un tipo di robot sviluppato ed utilizzato nell'industria del
montaggio di precisione.
49
Figura 2.2: tipologia di robot (SCARA) utilizzata nel sistema FTS
Il robot realizza tutte le misure, che corrispondono all'insieme di test così come è condotto
nel KES-F. Il sistema ha vari gradi di flessibilità, nel senso che possono essere inseriti
diversi parametri di misura (ad es. diversi carichi massimi) e corrisponde meglio alle
esigenze industriali poiché è totalmente automatizzato.
Il lavoro risulta di grande interesse soprattutto per l'analisi che viene condotta sulla
cinematica delle operazioni da condurre e per l'analisi degli elementi di incertezza nelle
misure: infatti grossa attenzione è posta sugli elementi di controllo della precisione di
posizionamento. Da un lato si analizzano sensori specifici di controllo di posizione e di
forza, dall'altro si pone l'accento sull'importanza della rigidezza degli elementi che
costituiscono la catena di misura: problemi di gioco nelle trasmissioni così come la necessità
di rigidezza o compliance degli assi del robot per la realizzazione di misure precise e
ripetibili.
Lo svantaggio di questo sistema è la rigidità: il sistema non può essere ampliato con altre
misure, inoltre una grossa limitazione è costituita dalla misura in un'unica dimensione, cioè
tutte le misure sono condotte lungo una sola direzione. Il vantaggio sostanziale in confronto
50
al KES-F risiede nella automazione tanto della misurazione quanto nella interpretazione dei
dati, che viene condotta via software.
Allo stato attuale di conoscenza, questa apparecchiatura non è disponibile commercialmente,
invece esiste un laboratorio dotato di tale apparecchiatura presso l’UMIST.
2.1.4
Altri sistemi di misurazione delle caratteristiche meccaniche dei tessuti.
Nella letteratura scientifica si possono trovare altri esempi di sistemi di misura delle
proprietà meccaniche dei tessuti, tutti però hanno avuto una diffusione ancor più limitata
nell'ambito della ricerca tessile e nessuna applicazione degna di nota nel campo industriale.
Tra questi citiamo il “Multi purpose Tester”: questo sistema, come l'FTS (cfr. §2.1.3) è una
concezione dell’università di Manchester, “Institute of Science and Technology” UMIST.
Tale apparecchiatura non prende in considerazione diverse caratteristiche meccaniche, come
la resistenza alla flessione del tessuto, o l'analisi della struttura superficiale; inoltre, in questo
sistema, non ci si riferisce direttamente ad una valutazione complessiva della mano del
campione di tessuto. Una completa descrizione di tale sistema si trova in [14].
Un altro sistema di misura che è opportuno citare è denominato Instron: tale serie di
strumenti propone di sostituire le misure del KES-F mediante diverse misure di forzaallungamento (ad esempio su di un apparecchio di misura Instron, cioè un particolare
trasduttore di forza). I trasduttori di forza Instron vengono talvolta utilizzati per realizzare
varie misure anche in altri strumenti. Una precisa descrizione di tale sistema può essere
trovata in [15].
Un sistema di misura che invece merita attenzione è stato sviluppato molto recentemente,
infatti la pubblicazione dei primi risultati di questo studio è del gennaio 2002 [16].
Lo studio parte da alcune considerazioni sugli svantaggi dei sistemi di controllo meccanico
più sviluppati: il KES-F ed il FAST. Secondo gli autori, all'elevato costo di tali sistemi,
come evidenziato in precedenza, va assommato il costo per il recupero dei campioni che, per
un'analisi accurata, devono essere tagliati in diversi punti del tessuto, con conseguente
spreco di grosse quantità di tessuto prodotto. Inoltre, le misure non sono continue sul tessuto,
pertanto il raggiungimento dello "zero difetti" nell'industria della tessitura e del finissaggio
sono attualmente irraggiungibili. Infine, come è anche stato già sottolineato, i test sono molto
51
time consuming, a fronte di una necessità di quick response in mercati sempre più
competitivi. Così risulta disagevole perdere molto tempo per mandare campioni ad un
laboratorio di misura, fare le prove ed analizzare i risultati ed ottenere le informazioni
necessarie per compiere le necessarie azioni correttive. Sulla base di queste considerazioni, è
stato sviluppato un sistema di misura delle proprietà meccaniche dei tessuti che opera in
modo non distruttivo. Il sistema è costruito per misurare lo spessore, la resistenza a
compressione e la resistenza a trazione in modo non distruttivo.
La misura dello spessore e della resistenza a compressione in modo non distruttivo non
presenta particolari difficoltà, la tecnica utilizzata in questo sistema è riconducibile a quella
utilizzata nel KES-F.
Al contrario, la misura delle proprietà a trazione dei tessuti non è altrettanto semplice da
realizzare in modo non distruttivo. Nel caso dei sistemi KES-F, FAST ed Instron, il
campione, tagliato, è fissato ai sui estremi ed è posto in trazione dal movimento delle morse
ai suoi estremi. Il principio del nuovo sistema, invece, è quello di fissare il tessuto nel
mezzo, così che il tessuto stesso non deve essere tagliato. La trazione è data
dall'allontanamento reciproco delle due morse, mentre la forza è misurata da una cella di
carico. Dato che le prove sono condotte nella regione dei piccoli sforzi, il campione non è
distrutto ed il test può essere condotto ovunque sul tessuto. In maniera del tutto simile ad
altri sistemi di misura, il successo di tale sistema dipende in modo molto sensibile dal
posizionamento delle morse e quindi delle condizioni di prova. Le prove preliminari
condotte dagli autori indicano una relazione tra la lunghezza delle morse ed il tipo di misura:
ciò appare essere legato all'incidenza dello stato di sforzo complesso presente ai bordi delle
morse sulla misura totale [17].
Il sistema completo è composto da un'unità di misura dello spessore e delle proprietà a
compressione, un'unità di misura delle proprietà a trazione e un computer, che serve da
controllo ed acquisizione dati. Il sistema è rappresentato in Figura 2.3, mentre per una
descrizione dettagliata si rimanda a [16].
52
Figura 2.3: sistema di analisi meccanica dei tessuti "non distruttivo".
Gli autori confrontano i risultati ottenuti dal sistema appena descritto con i risultati ottenuti
con il sistema FAST. Da un lato le misure di compressibilità e di spessore risultano avere un
coefficiente di correlazione lineare elevatissimo, quando confrontate con il sistema FAST:
ciò è ovvio, essendo i sistemi di misura praticamente identici in queste componenti.
Dall'altro le misure di tensione risultano essere più disperse e la correlazione tra le misure
dei diversi strumenti molto meno evidente. La spiegazione, a detta stessa degli autori, è da
ricercare nella diversa modalità di esecuzione delle prove, e all'influenza delle forze di taglio
dovute alla presenza dei bordi delle morse. La ricerca per la comprensione di tale aspetto è
ancora in corso.
Secondo gli autori, un tale sistema, una volta completamente sviluppato, dovrebbe essere
impiegato in numerose applicazioni, quali il controllo in linea dei tessuti per verificare
eventuali variazioni delle proprietà meccaniche nel corso della produzione, analisi della
distorsione dei tessuti (come ad esempio l'inarcamento e l'asimmetria) oppure come controllo
di qualità in linea durante il finissaggio.
Sicuramente numerosi degli aspetti presenti in questo lavoro sono di grande interesse ed
introducono concetti innovativi rispetto a tutti gli altri sistemi di controllo di qualità
realizzati: il concetto della non-distruttività delle prove e la possibilità quindi di effettuare un
vero controllo on-line appare come la più interessante.
53
La ricerca è ancora in corso, pertanto non si possono avere notizie sull'effettiva applicabilità
di un tale processo. Alcuni quesiti sul sistema proposto possono riguardare l'effettiva
applicabilità in linea per un tale sistema, quindi dove potrebbe essere inserito all'interno della
catena produttiva e la conseguente gestione delle informazioni. Inoltre, essendo un sistema di
misure completo (nel senso che si ritengono, almeno implicitamente, le misure descritte tutte
e sole quelle ritenute necessarie), appaiono, alla luce dell'esito della effettiva applicazione
industriale di altri sistemi quali il KES-F ed il FAST forse non sufficienti per caratterizzare
completamente un tessuto, soprattutto se si vuole discriminare la qualità di un tessuto, cioè
stabilire se uno stesso tessuto viene prodotto in modo corretto oppure difettoso.
Infine, una considerazione valida forse per questo sistema di misure così come per altri.
Molti sistemi si pongono come obiettivo, esplicito o no, quello di avere un elevato
coefficiente di correlazione lineare tra le misure effettuate e quelle effettuate con un sistema
quale il KES-F o il FAST. Questo appare forse come voler ridurre un nuovo sistema di
controllo delle caratteristiche meccaniche dei tessuti a copia dei sistemi già esistenti. Poiché
tali sistemi, pur essendo ritenuti il massimo grado dell'espressione del controllo di qualità
meccanico sui tessuti in campo accademico, non trovano una reale e continuativa
applicazione pratica nell'industria, forse le strade da perseguire sono altre, realizzando quindi
altre misure ed altre analisi in modo più indipendente rispetto ai sistemi già noti.
Un passo in questa direzione è stato fatto presso la Texas Tech University, negli Stati Uniti e
L'Ecole Nationale Supérieure des Industries Textiles di Mulhouse, in Francia. Entrambi gli
istituti sono in contatto con l'Institut für automatisierte Produktion dell'ETH di Zurigo.
Un approccio di analisi diverso ed innovativo nel campo della mano dei tessuti si deve a S.S.
Ramkumar, della Texas Tech University. Nell'analisi soggettiva della mano di un tessuto, il
moto relativo tra le dita di chi analizza e il tessuto stesso gioca un ruolo importante nella
valutazione della qualità del tessuto stesso [18]. L'interazione che avviene all'interfaccia tra
le dita ed il tessuto è complessa ed essenzialmente è un meccanismo di dissipazione di
energia. Da questi principi è possibile sviluppare un nuovo metodo di misura che deve
replicare l'azione reciproca di dita e tessuto, quindi misurare l'attrito e l'energia dissipata al
contatto, ed inoltre dovrebbe replicare il più fedelmente possibile il profilo superficiale del
dito umano.
La mano del tessuto viene così caratterizzata in termini di energia dissipata ed il metodo di
valutazione dovrebbe tener conto di variabili di influenza quali la velocità di test, il carico
54
normale applicato, ecc… Il moto coinvolge prevalentemente fenomeni d'attrito, unitamente
ad altre deformazioni, quali compressione e flessione all'interfaccia. Valutare le proprietà
d'attrito dei tessuti e quindi utilizzare i valori d'attrito per derivare un nuovo parametro di
mano del tessuto è apparso un approccio corretto per caratterizzare la mano dei tessuti.
Già studi precedenti hanno dimostrato che i tessuti non seguono la legge coulombiana di
attrito [19]. È stato dimostrato che per i tessuti vale la relazione:
F
N
= C ⋅ 
A
 A
n
(Eq.1)
dove:
-
F: forza d'attrito [N];
-
N: forza normale di contatto [N];
-
A: apparente area di contatto [m2];
-
C: parametro d'attrito [Pa1-n];
-
n: indice d'attrito.
Appare chiaro che la relazione tra la forza d'attrito ed il carico normale non può essere
caratterizzato dall'unico parametro µ, ma deve essere definito dai due parametri C ed n. Dal
punto di vista delle unità di misura, C dipende dal valore di n, che è caratteristico del tipo di
materiale in considerazione. Pertanto non è possibile, ad esempio, confrontare i tessuti
unicamente sulla base del parametro C. Per rendere universali i confronti, è necessario
definire un nuovo parametro, come segue:
K =C
(1−1n )
(Eq.2)
Tale parametro viene espresso in Pascal. Un'ulteriore conversione consente di trasformare il
parametro K in termini di unità di energia dissipata durante una prova, prendendo in
considerazione anche la distanza su cui viene effettuata una prova di attrito radente. Si
ottiene così il parametro HEP ("Hand Energy Parameter") espresso in J/m3.
55
La ricerca concernente l'importanza delle proprietà di attrito sulla mano del tessuto ha
portato a considerare due tipi di prove sperimentali: attrito radente e forza di estrazione.
La realizzazione delle prove di attrito radente ripercorre esattamente gli esperimenti eseguiti
in studi precedenti per la determinazione dell'espressione in eq.1 [19]. Il principio di basa su
una slitta, una carrucola ed un sistema di misura della forza, come un misuratore di tensione
SDL o Instron. Il principio è illustrato in .Figura 2.4
Figura 2.4: apparato per la misura dell'attrito radente.
Dalle misure di forza si può, mediante eq.1, risalire ai parametri del tessuto.
La forza di estrazione viene calcolata tirando un campione di tessuto circolare attraverso un
foro di 3.14 cm2 eseguito in una struttura d'acciaio [20]. Tale metodo è simile a quello
condotto in altri esperimenti [21].
Il principio dell'esperimento è rappresentato in Figura 2.5ed in Figura 2.6.
56
Figura 2.5: misura della forza di estrazione (fase 1).
Figura 2.6: misura della forza di estrazione (fase 2).
Tali misure consentono di ricavare grafici come quello riportato in Figura 2.7, da cui si può
facilmente ricavare la forza massima di estrazione.
57
Figura 2.7: curva della forza di estrazione.
I risultati ottenuti dalle prove di attrito radente e di forza di estrazione mostrano,
nell'opinione dell'autore, che è possibile caratterizzare in modo preciso i tessuti e le loro
proprietà correlate alla mano. La mano può quindi essere definita utilizzando i due metodi.
Da quanto emerge negli esperimenti, il peso del tessuto, la struttura ed i trattamenti di
finissaggio influenzano le proprietà di attrito e di mano del tessuto stesso. I risultati
sperimentali ottenuti nello studio sono ritenuti essere promettenti per future analisi con lo
scopo di realizzare una serie di test standard per la valutazione della mano.
Unitamente alla realizzazione di prove sperimentali, mirate alla costruzione di un sistema
oggettivo di controllo di qualità, lo stesso autore ha effettuato alcuni studi interessanti sulla
valutazione soggettiva della mano.
Partendo dall'osservazione che la mano del tessuto è l'attributo di un prodotto tessile più
complesso da analizzare, poiché coinvolge aspetti fisici, psicologici e neurologici, si
sottolinea che, ad oggi, il sistema migliore per valutare la qualità dei tessuti rimane l'analisi
soggettiva, già utilizzata da molto tempo [22].
Ordinare i campioni di tessuto, sia per un valore di mano cumulativo, sia per attributi
specifici, come morbidezza, liscezza, leggerezza, ecc… utilizzando il metodo di ordinamento
secondo confronti accoppiati ("paired comparisons ranking method"), appare essere il modo
più appropriato per valutare la mano dei tessuti [23,24].
Gli studi effettuati mostrano come esista una buona correlazione tra la classificazione dei
tessuti basata sui "paired comparisons" e la classificazione basata sui loro valori di attrito
58
radente. Più alto risulta essere il parametro d'attrito K e più bassa è il valore del campione di
tessuto e viceversa.
Ovviamente l'analisi soggettiva risulta essere il metodo più semplice e più diffuso per
valutare la mano dei tessuti; tuttavia tale sistema dipende dalle capacità umane e non è
affidabile. La percezione delle qualità di un tessuto dipende da un gran numero di variabili,
tra le quali l'intervento dell'uomo è il fattore predominante ed influenza pesantemente la
percezione della mano. Perciò, secondo questo studio, durante lo sviluppo di un sistema di
test oggettivo semplice, è necessario che il nuovo metodo sia avvalorato dai risultati dei test
soggettivi. Da questa serie di considerazioni emerge che il modo più semplice per realizzare
un controllo della mano e della qualità di un tessuto sia quello di escogitare un metodo di test
che studi le caratteristiche di attrito dei tessuti a diversi valori di pressioni. I due metodi
sopra descritti, la misura dell'attrito radente e della forza di estrazione, vanno esattamente in
questa direzione. A detta stessa dell'autore, questi metodi necessitano innanzitutto di essere
validati mediante l'analisi soggettiva, inoltre non sono infallibili, tuttavia possono servire
come "panacea" per i complessi problemi di analisi che si riscontrano giornalmente nel
campo del monitoraggio della qualità in particolare nel finissaggio dei tessuti.
Due sono invece gli studi condotti dall'ENSITM di Mulhouse particolarmente meritevoli di
attenzione: uno riguardante l'analisi sensoriale dei tessuti e l'altro riguardante un metodo
originale di analisi della mano dei tessuti.
Il primo di questi studi parte dall'osservazione che molti sono i fattori rilevanti nella
percezione fisica dei materiali tessili [25]. Tali fattori comprendono interazioni termiche e
meccaniche tra la pelle ed il tessuto che generano stimoli nervosi trasmessi direttamente al
cervello. Tali interazioni sono complesse ma le esigenze per l'ottimizzazione delle proprietà
dei tessuti devono essere studiate solo dopo aver attentamente analizzato le necessità, nel
campo della percezione tattile e negli effetti generati da una combinazione di fattori quali
l'uso di materiali performanti, un progetto ed una produzione innovativi dei tessuti.
Gli studi condotti mirano a dare un contributo nella determinazione dei fattori critici per la
realizzazione di un prodotto di successo. La prima analisi condotta è di tipo sensoriale,
simile a quella utilizzata nell'industria alimentare ed in quella cosmetica, operando con del
59
personale esperto che possa determinare e quindi dare un punteggio ad una lista di attributi
ritenuti significativi. I risultati ottenuti vengono elaborati con un set di strumenti statistici
comuni, come l'analisi dei componenti, la cluster analysis e la regressione polinomiale
multipla. Uno sviluppo futuro proposto in questo studio è lo sviluppo di tecniche software
innovative, come le reti neurali e la logica fuzzy, che possono gestire problemi che
coinvolgono dati fortemente non lineari e complessi.
Lo scopo dello studio è di utilizzare tecniche di mappatura delle preferenze per fornire una
spiegazione delle scelte operate dal gruppo di esperti e proporre delle linee guida per il
miglioramento e lo sviluppo di nuovi prodotti.
Infine, un ulteriore intento dell'analisi è quello di correlare i risultati dello studio sensoriale
condotto con le misure ottenuti da alcuni strumenti già esistenti o progettati e sviluppati
all'interno dell'istituto.
La procedura di analisi sensoriale è comune ed è simile ad altri studi presenti in letteratura
[ad es. 26, 27], in particolare la correlazione tra il punteggio dato da personale esperto e la
determinazione di una caratteristica complessiva di mano del tessuto tramite una regressione
polinomiale multipla è già presente nel primo modello di Kawabata (cfr. §2.1.1), appare però
uno sviluppo interessante la proposta di utilizzare strumenti di analisi innovativi quali la
logica fuzzy e le reti neurali. Tali strumenti potrebbero essere utili in uno studio quale è la
determinazione di un indice complessivo della mano del tessuto, in quanto probabilmente si
avvicinano maggiormente, rispetto a metodi statistici classici, al reale comportamento di chi
analizza la mano dei tessuti. Al momento, lo studio qui brevemente descritto ha utilizzato,
come strumenti di analisi dei dati raccolti, metodi statistici classici quali l'analisi della
varianza (ANOVA), mentre l'utilizzo di tecniche di analisi nuove è ancora in corso di
sviluppo.
Tecniche quali le reti neurali, potenzialmente, sembrano poter ovviare ad alcuni problemi e
forzature di molti degli studi finora presentati: infatti, in molti casi, l'indice del valore della
mano del tessuto appare non direttamente legato al tipo di utilizzo del tessuto stesso; si veda
ad esempio lo studio dell'indice di attrito presentato in questo paragrafo. L'unico caso
presente in letteratura in cui un indice complessivo della mano del tessuto è esplicitamente
legato al tipo di utilizzo del tessuto stesso rimane il sistema di Kawabata, in cui il THV è
calcolato con polinomi diversi in funzione del tipo di utilizzo (uomo o donna, estate o
inverno: cfr. §2.1.1).
60
Ad oggi gli impieghi dei tessuti sono molto diversificati ed una classificazione come quella
di Kawabata appare ormai povera. D'altra parte, riuscire ad attribuire un valore di mano ad
un tessuto considerando tutti i parametri di interesse risulta forse impossibile con metodi di
analisi classici; in questo senso la proposta di analisi mediante reti neurali potrebbe
contribuire, anche in modo nascosto all'utilizzatore, a cogliere sfumature altrimenti
imponderabili.
Pertanto, uno studio sulle reti neurali o la logica fuzzy risulta molto interessante; gli
svantaggi di un tale sistema rimangono quelli tipici delle reti neurali, cioè la necessità di
addestrare correttamente la rete stessa ed il fatto che, nei casi in cui si presentino condizioni
lontane da quelle per cui è stata addestrata, la rete risulta sostanzialmente inaffidabile.
Da parte dell'ENSITM di Mulhouse sono state sviluppate anche alcune prove sperimentali
innovative per la comprensione ed il miglioramento della morbidezza al tatto dei tessuti [28].
Come primo passo è stata realizzata una macchina smerigliatrice da laboratorio con lo scopo
di praticare un'usura abrasiva sulla superficie di tessuti in lana-poliestere, al fine di
determinare quali aspetti influenzano la capacità di un tessuto di conservare una mano
morbida nel tempo, ad esempio resistente a lavaggi successivi. La smerigliatura dei tessuti è
realizzata in condizioni controllate, facendo variare differenti parametri, quali il grano della
carta abrasiva, il numero di passate della macchine e la pressione normale esercitata sul
tessuto. Il principio della macchina è presentato in Figura 2.8.
61
Figura 2.8: schema della smerigliatrice
Una volta trattato il campione in questo modo, vengono effettuate due diverse misure della
superficie del tessuto. Il primo strumento realizzato è un tastatore multidirezionale,
composto da una tavola rotante su cui è fissato il campione. La misura è effettuata mediante
un tastatore cilindrico di 0.5 mm di diametro e 5 mm di lunghezza, che opera uno
sfregamento sul tessuto in direzione perpendicolare alla direzione di moto. Sul tastatore è
fissato un accelerometro piezoelettrico che misura le accelerazioni e quindi gli spostamenti
generati dallo spostamento del tastatore sulla stoffa. Il tastatore è tanto sensibile da percepire
le variazioni di altezza dovute alla struttura del tessuto: infatti l'altezza del tessuto varia a
causa dell'interlacciamento dei fili. Il principio della macchina è presentato in Figura 2.9.
Figura 2.9: tastatore multidirezionale
62
Lo studio è condotto su diversi tipi di armatura, in particolare sono stati considerati tessuti
con armature di tipo tela e raso. Data la periodicità del tessuto, si possono tracciare dei
grafici ricavati da un analizzatore di spettro. Un esempio dei risultati è presentato in Figura
2.10.
Figura 2.10: spettro del segnale del tastatore. Tela a sinistra e raso a destra.
Il grafico di Figura 2.10 evidenzia come nel caso di tela e raso si ottengano spettri differenti.
Nel caso di tela, si evidenziano due picchi significativi, uno relativo alla diagonale, cioè a
45° dalla direzione di ordito e trama ed uno relativo alla trama ed all'ordito, che nel caso
della tela, hanno frequenza identica. Nel caso del raso, si evidenzia un solo picco relativo
alla costa del raso.
Nello studio vengono riportate delle relazioni che legano i picchi di frequenza con le
caratteristiche del tessuto.
Un altro strumento è stato messo a punto per completare l'analisi, con lo scopo di misurare la
pelosità dei tessuti. La pelosità della superficie di stoffa influenza grandemente la percezione
della mano. Questa influenza si articola su vari fattori: la quantità di peli, il loro
comportamento meccanico a flessione e compressione ed il loro orientamento spaziale.
Lo strumento, un "pelosimetro" ottico, consente di analizzare le caratteristiche dei peli
superficiali. Il principio della macchina è illustrato nella Figura 2.11.
63
Figura 2.11: schema del pelosimetro ottico.
Lo studio presentato ha notevoli caratteri innovativi rispetto a tutti gli altri metodi di analisi
delle caratteristiche di mano presentate, introducendo nuove misure e quindi la possibilità di
ottenere maggiori informazioni sulle stoffe considerate.
2.2 Lo studio della meccanica dei tessuti
Nel paragrafo precedente sono stati descritti alcuni dei sistemi più importanti ideati per
l'analisi delle caratteristiche meccaniche dei tessuti al fine di determinare e misurare alcune
proprietà ritenute salienti ed utilizzare tali misurazioni per una definizione delle proprietà di
mano dei tessuti.
Questi studi mirano a raccogliere misure meccaniche come compressibilità, flessibilità,
resistenza a tensione, resistenza a taglio ecc… generalmente in modo finalizzato ad una
interpretazione delle caratteristiche qualitative dei tessuti. I dati raccolti vengono cioè
analizzati non con lo scopo diretto di comprendere le proprietà meccaniche dei tessuti, ma
per classificare e confrontare diversi campioni dal punto di vista di alcune caratteristiche
ritenute importanti per la definizione della mano (flessibilità, liscezza, ecc…).
64
Esistono però, nella letteratura internazionale, numerosi esempi di studi che mirano a
definire le proprietà meccaniche dei tessuti, senza necessariamente legare le caratteristiche
dei tessuti e le proprietà meccaniche studiate con una o più caratteristiche qualitative delle
stoffe. Tali studi sono di diverso genere, infatti si possono trovare studi puramente teorici,
oppure articolati in una trattazione teorica ed in un'indagine sperimentale a suffragio delle
ipotesi, e spesso costituiscono una base importante per lo sviluppo di attrezzature di misura
delle proprietà meccaniche utili alla caratterizzazione dei tessuti ed, in ultima analisi, della
mano degli stessi.
Il numero di studi di meccanica dei tessuti presente in letteratura è decisamente troppo vasto
per essere qui sintetizzato, inoltre, pur costituendo spesso un'utile base teorica per lo
sviluppo del presente lavoro, una trattazione dettagliata esula dalle necessità di
inquadramento delle problematiche qui analizzate; tuttavia è utile indicare alcuni filoni di
ricerca per evidenziare il campo di analisi in questo campo.
Come nel caso delle prime macchine di misura, i primi studi sulla meccanica dei tessuti
risalgono a Peirce, il quale, negli anni '30, cominciò a definire alcune caratteristiche
costitutive dei tessuti ipotizzando un modello del tessuto a flessione basato su fili rigidi [29]
e contemporaneamente costruì una prima macchina per l'analisi della flessibilità dei tessuti
[1].
Vari sono gli studi che mirano a determinare delle equazioni costitutive dei tessuti, ossia
equazioni in grado di legare lo stato di sforzo nel tessuto con il suo stato di deformazione, in
modo simile a quanto fatto per, ad esempio, i materiali metallici, naturalmente con maggiore
complessità. Si cita ad esempio lo studio di Leaf [30] che descrive il comportamento dei
tessuti mediante tre diversi approcci: uno basato sul teorema di Castigliano, utilizzabile solo
per piccole deformazioni, ed altri due basati su principi energetici impiegati per l'analisi
delle grandi deformazioni. Uno studio più recente [31] deriva una equazione costitutiva dei
tessuti da un modello microstrutturale delle fibre: il tensore degli sforzi è proporzionale alla
frazione di area di interlacciamento dei filamenti ed al modulo di Young del materiale.
L'anisotropia del tessuto è una diretta conseguenza della distribuzione dei legami.
Molti studi si occupano esplicitamente dell'analisi del comportamento a taglio dei tessuti,
analizzando da un lato la deformazione fintanto che rimane piccola abbastanza perché il
tessuto rimanga piano e dall'altro il livello di deformazione necessario perché il tessuto formi
delle pieghe. Uno dei primi studi a riguardo è attribuibile a Kawabata [6] ed è uno degli studi
65
che ha permesso di sviluppare il KES-F non più tramite il confronto tra campioni ma tramite
le misure ottenute da macchine di prova.
Un altro studio, basandosi sulla geometria e su alcune proprietà dei filati, deriva l'espressione
del modulo di taglio di una stoffa di tipo tela all'inizio della deformazione [32].
Kawabata ha dedicato uno studio specifico alle proprietà meccaniche della seta,
evidenziando le proprietà a taglio e tensionali di tessuti composti da questo filato
analizzandoli con il KES-F [33, 34, 35].
Altri studi si occupano direttamente della formazione di pieghe nei tessuti a causa dello stato
tensionale interno; recentemente, anche grazie alle maggiori analisi concesse da una
simulazione più approfondita al calcolatore, una certa attenzione è stata dedicata alla
simulazione del drappeggio dei tessuti ed alla formazione di pieghe a causa di uno stato di
sforzo di taglio presente nel tessuto. Il più recente di questi studi, che riporta anche una
discreta bibliografia, fornisce risultati analitici sulla formazione di pieghe per stato di sforzo
di semplice taglio, determinando il livello di sforzo e la direzione di formazione delle pieghe
[36].
Alcuni studi analizzano dettagliatamente le proprietà flessionali dei tessuti: ad esempio, Leaf
e Grey [37] definiscono gli effetti dell'attrito interfibra durante la flessione dei tessuti,
mentre un analisi critica di una serie di studi precedenti e la descrizione del problema della
flessione considerando le proprietà dei fili sono contenute in una serie di articoli di Ghosh
et.al. [38, 39, 40].
Una menzione a parte merita il lavoro di Kienbaum [41], il quale, in una serie di dodici
articoli, propone una correlazione tra le proprietà geometriche e meccaniche dei tessuti e le
caratteristiche geometriche di costruzione come il tipo di armatura (tela, raso, ecc…), la
frequenza dei fili (trame e fili di ordito al centimetro) e le caratteristiche meccaniche dei
filati. Questo studio è di gran lunga più dettagliato di tutti gli altri presenti in letteratura,
anche se in questa sede non è possibile entrare nel dettaglio della trattazione; tuttavia non ha
trovato successo nella letteratura tessile, probabilmente il fatto che è scritto in tedesco non ha
contribuito alla sua diffusione. Ciononostante, per uno studio sulle caratteristiche dei tessuti,
appare essere quello più significativo presente in letteratura.
La panoramica appena effettuata è volutamente incompleta, non essendo possibile descrivere
e, forse, anche solo elencare tutti i tipi di studi presenti nella letteratura scientifica nel campo
tessile. Si è ritenuto opportuno accennare ad alcuni filoni di ricerca nel campo della
66
meccanica dei tessuti perché comunque costituiscono la base su cui si fondano molti sistemi
di controllo della mano dei tessuti ed anche perché potranno costituire, in un futuro sviluppo
del sistema di misura che verrà presentato nel capitolo 3, una base teorica da utilizzare come
riscontro delle prove oppure come riferimento per lo sviluppo di un nuovo modello
meccanico che descriva il comportamento dei tessuti.
Per eventuali approfondimenti sulla letteratura presente si rimanda alla bibliografia generale,
che raccoglie numerosi articoli sui temi a cui qui si è accennato.
2.3 Lo sviluppo di un nuovo sistema di misure
Sono possibili miglioramenti ai sistemi di analisi della qualità descritti? Probabilmente si. La
strategia che si può far risalire di Kawabata, cioè dedurre le caratteristiche della mano da
diverse misure meccaniche appare comunque valida. Tuttavia si possono individuare tre
punti passibili di miglioramenti:
-
Di meccanica: il KES-F, come tutti gli altri dispositivi successivi, non tiene in alcun
conto in modo completo dell’anisotropia dei tessuti. Talvolta le misure vengono condotte
sia in direzione della trama sia in direzione dell’ordito, tuttavia, per l'analisi viene
utilizzata la media (probabilmente anche forzatamente, soprattutto durante i primi
sviluppi negli anni '60, poiché senza computer l’utilizzo sarebbe stato altrimenti quasi
impraticabile). Qui sarebbe possibile, per ottenere progressi, effettuare misure in più
direzioni.
-
Di progetto: come dovrebbe essere caratterizzata la mano? Kawabata suggerisce un
sistema che difficilmente si poggia su un linguaggio comune. Certo, il sistema genera un
linguaggio di comunicazione, tuttavia è molto complicato ed è in grado di valutare solo
tipologie specifiche di tessuti. Inoltre tale linguaggio rimane incerto, poiché le tipologie
descritte non sono definite strettamente in modo naturale. Ad esempio ci sono abiti estivi
67
da uomo costituiti da un tessuto un po’ più robusto, per questi gli “Hand Values” non
possono più essere calcolati in modo proprio corretto attraverso le uguaglianze definite
dalle tabelle e dalle costanti. In secondo luogo, il concetto di un “Total Hand Value”
costante è necessariamente falso, poiché la mano è soggetta alla moda, quindi non
costante nel tempo. Cioè, la mano ottimale (THV=10) per un certo tipo di abbigliamento
cambia e non può perciò essere valutata in modo così rigoroso. Ci si potrebbe limitare,
per specificare la mano, a diverse misure meccaniche. Se la mano può essere specificata
attraverso un' "impronta digitale" da circa 5 a 10 misure meccaniche, così che due
campioni con la stessa "impronta digitale" abbiano effettivamente la stessa mano, questo
è sufficiente per l’impiego industriale. Una tale specificazione sarebbe più comprensibile
della costruzione astratta di Kawabata, che effettivamente vuole fornire un'impressione
soggettiva da misure oggettive.
-
Di software: la misura della mano del tessuto è principalmente un problema di gestione
ed analisi dei dati. I moderni calcolatori consentono di affrontare il problema in modo
più flessibile di quanto non fosse con il metodo Kawabata, già altri sistemi di misura
evidenziano questo aspetto. È ad oggi possibile raccogliere e di elaborare una gran
quantità di dati: lo scopo sarebbe allora di trovare algoritmi che selezionino le proprietà
meccaniche caratteristiche per una tipologia di tessuti, in questo senso applicazioni come
logica fuzzy e reti neurali possono dare un contributo decisivo. È però fondamentale che
l’utilizzatore non abbia che fare direttamente con interpretazioni complicate, deve invece
vedere solo il risultato. Inoltre un tale sistema consente, almeno teoricamente, la
comunicazione a distanza: ogni volta che qualcuno abbia un campione che corrisponde in
qualcosa ai propri desideri, può ricercare tessuti con "impronte digitali" (cioè la mano)
simili.
Uno dei ricercatori di primo piano nel campo, il prof. Postle di Sydney, nel corso di una
visita all'ETH, ha affermato proprio questo ultimo punto: per una misura della mano non è
per nulla indispensabile esprimere un giudizio agli aspetti della mano. Un' "impronta
digitale" dei parametri meccanici può essere sufficiente per le esigenze commerciali. Così
con ciò si possono specificare i tessuti, naturalmente solo se viene trovato un opportuno set
di parametri.
68
Come primo passo nello sviluppo di un nuovo sistema per la valutazione della mano, presso
l'ETH di Zurigo sono stati costruiti due dispositivi sperimentali, con lo scopo di controllare e
verificare la fattibilità di un sistema di questo tipo. Un primo strumento misura la
compliance, cioè la cedevolezza del tessuto, nel suo piano in ogni direzione possibile. Un
secondo strumento misura l'attrito superficiale con un carico prefissato e di nuovo in ogni
direzione possibile. Entrambi i dispositivi operano controllati da un calcolatore. Una
completa descrizione dell'apparato di misura è fornita nel capitolo seguente.
I campi di ricerca analizzabili con un tale sistema sono sostanzialmente:
-
Nell'area del controllo di qualità dei tessuti, è possibile compiere un'analisi sperimentale
per determinare la correlazione tra le misure ottenute dai test e la classica valutazione
della mano basata su personale addestrato.
-
Nell'area della tecnologia tessile, è possibile determinare la correlazione tra le proprietà
dei filati il progetto del tessuto e la compliance del tessuto stesso. Lo stato dell'arte
attuale è un modello computerizzato della struttura del tessuto, basato sui punti di
interlacciamento come nodi di un metodo ad elementi finiti. Questo campo è stato finora
esplorato con successo molto limitato solamente per le caratteristiche di drappeggio dei
tessuti (praticamente con condizione di carico nullo nella stoffa) [42], o nel campo dei
carichi elevati, per la determinazione del carico di rottura (condizioni di sovraccarico,
non significative per l'industria dell'abbigliamento). Un modello numerico delle
caratteristiche meccaniche del tessuto fornirebbe un aiuto significativo nel progetto dei
tessuti e per la specificazione delle proprietà dei filati.
Il nuovo sistema di misura realizzato viene descritto nel capitolo seguente, nel quali se ne
evidenziano le caratteristiche salienti e si descrivono gli esiti delle prime prove sperimentali
condotte.
69
Capitolo 3: L'apparato di misura
CAPITOLO 3
3 L'apparato di misura
Sulla base della ricerca effettuata presso l'"Institut für automatisierte Produktion" dell'ETH
di Zurigo, è nata l'idea per la realizzazione di una nuova macchina per l'analisi dei tessuti.
Come illustrato nel capitolo precedente, sono stati realizzati vari modelli di macchine per
realizzare il controllo di qualità dei tessuti cioè, per meglio dire, macchine per
l'identificazione automatica della mano dei tessuti, i più famosi dei quali sono il sistema
KES-F ed il FAST. Il successo di tali macchine è, al momento attuale, sicuramente molto
ridotto e limitato a pochissimi centri di ricerca e di analisi tessili. L'applicazione in campo
industriale risulta essere nulla, in quanto la difficoltà di realizzazione delle misure,
l'incertezza dei risultati e l'incompletezza dell'analisi rendono tali macchine troppo
complesse e costose per un continuo impiego industriale.
3.1
Descrizione della macchina di prova
Da questa situazione è nata l'idea della costruzione di una macchina di misura modulare e
totalmente automatica. Lo scopo finale è quello di stabilire un nuovo standard di moduli e di
misure riguardanti il campo della determinazione della mano dei tessuti. In un sistema
modulare così concepito, sarebbe possibile anche realizzare misure che non sono
70
direttamente correlate alla mano del tessuto, come ad esempio il colore o la pulizia del
tessuto. Un tale sistema avrebbe inoltre il vantaggio di essere aperto a continui miglioramenti
ed ampliamenti, inoltre, per un potenziale utilizzatore, sarebbe possibile acquisire non tutto il
sistema ma solamente i moduli che siano rilevanti per la definizione della mano (e quindi
della qualità) nello specifico segmento di mercato. Una schematizzazione del sistema è
rappresentata in Figura 3.1.
Figura 3.1: Schema del sistema di misura.
La prima parte del sistema di misura dovrebbe essere costituita da un modulo di
preparazione del campione che dovrà essere soggetto alle varie misure; in tale modulo il
campione di tessuto deve essere tagliato in una dimensione opportuna e fissato ad un idoneo
supporto. Quindi, per mezzo di un sistema di trasporto, il campione di tessuto può essere
movimentato automaticamente attraverso i diversi moduli di test.
I moduli di test possono essere, ad esempio:
-
Modulo di Tensione: misura le curve di forza-spostamento nelle diverse direzioni;
-
Modulo di Superficie: misura la struttura della superficie del tessuto, l'attrito, lo spessore,
la compressibilità…
-
Modulo di Flessione: misura le proprietà di curvatura del tessuto, come ad esempio il
drappeggio o raggrinzimento.
71
Ciascun modulo è costituito da una unità indipendente, controllata da un computer. Le
diverse unità comunicano con un'unità centrale che, da un lato, registra i dati e le misure,
dall'altro coordina i moduli di misura ed il sistema di trasporto. Non è da sottovalutare
un'altra opportunità fornita da un tale sistema di misure: una completa analisi di un campione
non richiede più l'impiego di tutta la macchina per tutto il tempo, ma essendo una linea di
analisi, il tempo caratteristico è dato dalla stazione collo di bottiglia. In questo modo si ovvia
ad un altro grande problema dei sistemi di analisi precedenti: i tempi lunghi richiesti per la
realizzazione dell'analisi completa.
Infine, un indubbio vantaggio di un tale sistema consiste nel sistema di posizionamento e di
trasporto, che è unico per tutta la macchina. Come verrà meglio chiarito nel seguito del
capitolo, il posizionamento corretto gioca un ruolo fondamentale per la buona riuscita e per
l'affidabilità delle misure. Pertanto, il realizzare un unico posizionamento per tutte le misure
da effettuare va proprio a vantaggio dell'affidabilità delle misure.
Al momento attuale, è stato realizzato, presso l'ETH di Zurigo, un prototipo per le misure di
tensione e per le misure di superficie. Il prototipo è unico, le due diverse modalità di misura
sono realizzate tramite il cambio della testa di misura, come illustrato in seguito.
Per la preparazione del campione di tessuto, è stato realizzato il prototipo di un modulo
apposito.
L'apparato per le misure di tensione è stato costruito con lo scopo di realizzare test in diverse
direzioni (trama, ordito e qualsiasi angolo compreso). Questa caratteristica rende la
macchina innovativa rispetto a tutti i sistemi di misura maggiormente sviluppati (KES-F,
Fast, FTS…). Un tessuto è, per sua natura, anisotropo e pertanto, al fine di analizzare
correttamente le caratteristiche meccaniche del campione, è necessario effettuare misure in
diverse direzioni. La Figura 3.2 mostra il principio di funzionamento del prototipo.
72
asse Z
Magnete
Cella di
carico
Campione di
tessuto
asse di rotazione
(dietro)
Slitta
Magneti
(sotto)
asse X
(servomotore)
Figura 3.2: macchina di prova.
La macchina di prova è composta da tre motori che controllano tre differenti assi e da una
cella di carico che misura la forza. Il campione di tessuto è fissato ad una tavola che è
montata sulla macchina. Prima di iniziare la misura (e dopo aver fatto alcuni test di buon
funzionamento dei componenti), il motore che controlla l'asse di rotazione muove il
campione all'angolo di rotazione desiderato (qualsiasi tra 0° e 90°, cioè ordito e trama,
rispettivamente). A questo punto, quattro magneti situati sotto la tavola rotante fissano la
tavola stessa all'angolo desiderato. Il motore che controlla l'asse Z, a questo punto, porta la
testa di misura, composta da una cella di carico, in contatto con il campione di tessuto.
Mediante un altro magnete, il campione di tessuto è connesso alla testa di misura. Il
campione e la tavola sono montati su di una slitta, la quale può essere movimentata in
73
direzione X attraverso un servomotore Maxon. Le misure sono realizzate muovendo la slitta
(e così il campione) nella direzione X, e contemporaneamente registrando il valore di forza
letto dalla cella di carico posta sulla testa di misura.
Dai dati raccolti dall'encoder posto sul servomotore e dalla cella di carico è possibile
costruire una curva di forza-spostamento.
L'asse Z è utilizzato per il carico e lo scarico del campione sulla macchina.
Il controllo della macchina e la raccolta dei dati è realizzata mediante un PC standard x86
dotato di sistema operativo Windows NT. Una "data acquisition and control card"
Advantech PCL-812PG fornisce gli input e gli output analogici e digitali, mentre i controller
dei motori e dei sensori sono pilotati attraverso quattro porte COM.
Il controllo della macchina è programmato in Visual Basic, mentre tutti i dati sono raccolti in
un foglio Excel.
È di grande importanza, al fine di ottenere una misura corretta e ripetibile, che il campione di
tessuto sia pretensionato in modo corretto e sempre allo stesso modo. Per questo scopo è
stato costruito un semplice prototipo di un sistema di preparazione del campione. Il
campione di tessuto è tagliato a forma di croce lungo le direzioni di trama ed ordito. I bracci
della croce sono lunghi circa 75 cm e larghi 28 cm. Il campione da misurare è fissato ad una
opportuna tavola attraverso quattro serie di aghi, come rappresentato in Figura 3.3.
Figura 3.3: schema della tavola porta campione dotata di aghi.
74
Tale metodo è migliore dei metodi tradizionali di fissaggio dei campioni in quanto garantisce
maggior ripetibilità come illustrato in alcuni studi [1, 2]. Due delle quattro serie di aghi non
sono fissate alla tavola ma possono essere lasciate appese liberamente, una volta fissate al
campione. In tal modo, mediante il loro stesso peso, forniscono una tensione definita nella
parte centrale della croce nelle direzioni di trama ed ordito: infatti la forma a croce
garantisce che la tensione sia uniformemente distribuita nella parte centrale della croce, che è
la parte soggetta a misura.
A questo punto, la tavola utilizzata per le misure, che a sua volta ha degli aghi a bordo, è
disposta sul campione pretensionato e fissata su questo. Gli altri aghi vengono quindi tolti,
così il campione di tessuto è fissato alla tavola di misura con una pretensione definita. I
lembi della croce vengono arrotolati e fissati sulla tavola in modo tale che non intralcino i
movimenti della macchina. A questo punto la tavola può essere fissata alla macchina e le
misure possono essere effettuate.
Le operazioni di carico e l'esecuzione delle misure sono molto semplici. L'interfaccia
software mostra un bottone sullo schermo chiamato "load/unload" (carico/scarico), cliccando
su questo gli assi della macchina si muovono in modo tale che risulti più facile l'operazione
di carico e scarico della tavola porta campione. A questo punto, premendo sul tasto "starting
position" (posizione di partenza) la macchina si porta nella posizione più opportuna per
eseguire le misure.
Come verrà illustrato più in dettaglio in seguito, è possibile fissare alcuni parametri per
l'esecuzione delle misure: in particolare è possibile fissare il carico massimo raggiungibile
durante la fase di carico, l'angolo rispetto alla direzione di ordito a cui effettuare la misura, la
velocità di rotazione del servomotore (e quindi la velocità di esecuzione delle prove) ed il
numero di cicli consecutivi di misura.
75
3.2
Il Software di controllo
Durante la prima fase di analisi della macchina di prova, è stato utilizzato il software di
controllo realizzato nella prima fase di studio del progetto. Tale software, dal punto di vista
dell'interfaccia con l'utente, consentiva, oltre all'effettuazione delle operazioni di carico e
scarico del campione di tessuto, di realizzare sostanzialmente un tipo di prova. Per come era
progettato, era sufficiente che l'utente inserisse, tramite l'interfaccia video, i valori di forza
massima della prova e di angolo rispetto alla direzione di ordito. Vi era inoltre la possibilità
di realizzare direttamente, con un unico comando una serie di prove ad angoli prestabiliti (da
0° a 90° rispetto alla direzione di ordito con intervallo di 15°), ottenendo così un set di sette
misure. Per la realizzazione della serie di misure era sufficiente inserire unicamente il valore
di forza massima desiderato. Le analisi sui primi campioni sono state condotte con questi
strumenti (queste analisi sono nel seguito definite di tipo "serie"), ma presto è emersa la
necessità di introdurre alcune modifiche e migliorie.
Una prima analisi è stata condotta confrontando i dati raccolti da misure di tipo “serie” e
misure singole su campioni identici e allo stesso valore di angolo rispetto all’ordito. Dal
raffronto dei grafici tracciati per uno stesso campione sono emerse alcune considerazioni che
vengono qui di seguito riportate.
Confronto serie e misura [Ordito]
500
400
300
200
Forza [cN]
100
0
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
4N
4N serie
-100
-200
-300
-400
-500
spostamento [micron]
Figura 3.4: confronto tra misura singola e "serie".
76
Dall’analisi dei due grafici si evidenziano due tipi diversi di problemi. Innanzitutto si nota
come la misura di tipo “serie” si arresti ad un valore di forza massima che risulta essere
esattamente di 1 Newton inferiore, e ciò nonostante sul video durante l'esecuzione appaia il
valore corretto e nonostante nel caso di misura singola e nel caso di “serie” venga di volta in
volta chiamata la stessa routine. Il secondo problema evidenziato è lo “scalino” molto
accentuato visibile durante la fase di ritorno a zero. Osservando il comportamento del
servomotore che realizza lo spostamento, si può notare come esso, nel caso di “serie” si
arresti per un paio di secondi. L’arresto ed il conseguente riavvio, a causa dei giochi (seppur
piccoli) rende false le misure effettuate a valori di spostamenti negativi.
Per la risoluzione di tale problema è apparso necessario modificare alcune routine di
esecuzione del programma, al fine di eliminare l'esecuzione di una serie di cicli "if-then" che
il controllo eseguiva pur non essendo necessari. L'esecuzione di tali cicli impediva un
controllo continuativo e corretto del motore, il quale, una volta ritornato in prossimità
dell'origine degli assi, invece di eseguire la prova in direzione opposta, si arrestava
brevemente, perdendo così il passo.
L'evoluzione del software di controllo è stata comunque continua lungo tutto il periodo di
prove descritte in questo capitolo, infatti molte modifiche si sono rese necessarie o sono
apparse utili ed interessanti una volta analizzati i dati raccolti durante un set di prove. La
serie di modifiche effettuata è sfociata in una nuova maschera di interfaccia utente separata,
anche se simile, dall'interfaccia utente originaria. Una rappresentazione dell'interfaccia
utente utilizzata è riprodotta in Figura 3.5.
77
Figura 3.5: interfaccia utente.
Il primo passo è stato all'inserimento di alcune funzioni utili all'utente, come ad esempio la
generazione di un nome del file in cui salvare i dati in modo da proporre all'utente un nome
che facesse immediatamente capire che tipo di prova è contenuta nel file in questione, o ad
esempio l'inserimento, nella tabella Excel in cui sono salvati i dati, di alcune informazioni
generali quali data e ora, oltre ad informazioni generali sulla prova e alla lunghezza dei
vettori dei dati, utili ad analisi seguenti.
Tuttavia gli aspetti più significativi della nuova interfaccia utente riguardano sicuramente il
più ampio set di parametri che si possono far variare nelle varie prove. Essi sono:
-
Forza massima: come nel programma originale, si definisce il valore massimo della
forza da raggiungere durante la prova;
-
Angolo di esecuzione: come nel programma originale, si definisce l'angolo, rispetto alla
direzione di ordito, a cui eseguire la prova;
-
Numero di cicli: è un parametro creato nella nuova interfaccia e permette di decidere (da
1 a 10) quanti cicli completi di carico effettuare durante una prova;
78
-
Velocità di esecuzione: è un parametro creato nella nuova interfaccia e consente di
stabilire, in un range di valori ammissibili, la velocità di rotazione del servomotore e
quindi la velocità di esecuzione della prova.
La realizzazione di un numero di cicli variabile ha anche reso necessarie alcune modifiche
nel software di controllo del servomotore, al fine di evitare inconvenienti quali quelli
riscontrati nelle "serie" di misure, come illustrato in precedenza.
La modificabilità della velocità di rotazione del motore rende possibile l'analisi di eventuali
effetti preponderanti di componenti di resistenza del tessuto legati alla velocità di trazione, e
quindi l'analisi di effetti di tipo viscoso.
Oltre alle modifiche elencate, visibili dall'interfaccia utente, sono state apportate altre
modifiche ad altre parti del software, la più rilevante delle quali è costituita dalla
registrazione del tempo di esecuzione della prova. Nel programma originale, ad intervalli
regolari venivano letti i valori di misura dell'encoder del servomotore e della cella di carico,
tali valori venivano salvati in due distinti vettori. Tale principio è stato conservato, ma si è
considerato utile registrare, in un ulteriore vettore, il tempo di misura; ossia, considerando
zero il tempo di inizio della prova, ad ogni lettura dei sensori viene associato il tempo di
lettura. In questo modo è possibile tracciare curve di tempo-spostamento e di tempo-forza.
Queste ultime si sono rivelate molto interessanti, come verrà illustrato in seguito.
Infine, un’altra osservazione sulle prove preliminari ha portato a sottolineare come la curva
di scarico dopo uno spostamento positivo sia diversa dalla curva di scarico dopo uno
spostamento negativo, ciò è dovuto al fatto che al termine della fase di carico durante il moto
in direzione positiva (raggiungimento della forza massima imposta), il servomotore si arresta
per un paio di secondi, cosa che non avviene al termine della fase di carico a valori negativi;
è stata effettuata una modifica software per ottenere un comportamento identico nelle due
direzioni, tale comportamento è evidenziato nelle figure seguenti.
79
50
0
-1200
-1000
-800
-600
-400
-200
0
-50
-100
-150
-200
-250
-300
-350
-400
-450
Figura 3.6: “ricciolo” nella zona di massimo carico nel terzo quadrante, prima della
modifica del software di controllo.
250
200
150
100
50
0
0
200
400
600
800
1000
-50
Figura 3.7: andamento del diagramma forza-spostamento nel primo quadrante.
80
50
0
-1000
-800
-600
-400
-200
0
-50
-100
-150
-200
-250
Figura 3.8: andamento del diagramma forza-spostamento nel terzo quadrante, dopo la
modifica del software di controllo.
81
3.3
Caratteristiche dei primi campioni analizzati
Durante un incontro avvenuto presso la ditta Boselli, al fine di pianificare il lavoro di analisi
sperimentale, è stato concordato di iniziare lo studio del comportamento e della risposta della
macchina mediante un primo set di campioni, tutti di poliestere, forniti dalla ditta Boselli
stessa. La Boselli ha fornito sei campioni le cui caratteristiche salienti sono riassunte nella
Ordito
tabella seguente:
Tessuto A
Tessuto B
Tessuto C
Tessuto D
Tessuto E
Tessuto F
Tipo filato
PE
PE
PE
PE
PE
PE
Titolo [dtex]
50
50
50
50
50
50
n° filamenti
36
40
40
40
40
40
torsioni
0
0
0
0
0
0
NO
SI
SI
SI
SI
SI
86-87
86-87
86-87
86-87
86-87
86-87
PE
Testurizzazione
fili/cm
Trama
Note
sez.trilobata
Tipo filato
PE
PE
PE
PE
PE
Titolo
78
78
50
200
334
200
n° filamenti
40
48
40
320
96
320
1000
1600
0
0
0
0
torsioni
Testurizzazione
SI
SI
SI
SI
SI
SI
trame/cm
43
44
45
42
33
43
RASO 5
RASO 5
RASO 5
FAILLE
Note
2S-2Z
Armatura
RASO 5
Trattamenti
Purga
RASO 5
Purga
Purga
Purga
Purga
Purga
Termofissaggio Termofissaggio Termofissaggio Termofissaggio Termofissaggio Termofissaggio
Decorticazione Decorticazione Tintura
Smerigliatura
Tintura
Tintura
Tintura
Tintura
Tintura
Spianatura
Spianatura
Spianatura
Spianatura
Spianatura
Spianatura
Tabella 3.1: caratteristiche dei campioni.
Come si può osservare dalla Tabella 3.1, tutti i campioni hanno ordito identico (eccetto il
campione A che però ha un tipo di ordito molto simile agli altri), infatti la prima ipotesi di
lavoro è stata quella di studiare il comportamento di tessuti aventi una catena di ordito
standard e diversi tipi di costruzione e finissaggio.
82
I tessuti sono stati preparati innanzitutto eliminando le eventuali pieghe nella zona di misura.
A questo punto ogni campione di tessuto è stato tagliato a forma di croce e sono state
eseguite prove di carico in un unico ciclo a diversi valori di forza massima in direzione di
trama e di ordito.
3.4 Esecuzione delle prime prove ed analisi
Per il campione di ciascun tessuto sono state effettuate le seguenti prove:
-
Misura singola in TRAMA e in ORDITO a 2, 3 e 4 Newton;
-
Misura SERIE a 2, 3 e 4 Newton.
L’analisi dei dati raccolti dalle misure di tipo "serie" ha portato alle modifiche software
descritte nel §3.2, e sono state considerate inutilizzabili, mentre le misure singole hanno
portato alla seguente analisi.
Per ciascun tipo di campione sono state messe a confronto le misure ottenute imponendo un
valore massimo di forza differente, a parità di direzione (Trama o Ordito). Tale confronto è
stato effettuato per tutti i campioni. Qui di seguito vengono riportati, come esempio, i grafici
ottenuti per le misure in trama e ordito del campione D (per le caratteristiche del tessuto cfr.
Tabella 3.1).
83
Campione D misure ORDITO
500
400
300
200
Forza [cN]
100
0
-2500
-2000
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
2N
3N
4N
-100
-200
-300
-400
-500
Figura 3.9: confronto tra misure a valori massimi diversi (a parità di campione e direzione),
campione D – direzione Ordito.
Campione D misure TRAMA
500
400
300
Forza [cN]
200
100
2N
0
-1000
-800
-600
-400
-200
-100
3N
0
200
400
600
800
1000
4N
-200
-300
-400
-500
spostame nto [micron]
Figura 3.10: confronto tra misure a valori massimi diversi (a parità di campione e direzione),
campione D – direzione Trama.
84
Le prove mostrano in generale una buona ripetibilità delle misure. Si evidenzia talvolta una
leggera riduzione della rigidezza complessiva del tessuto all’aumentare della forza massima.
Bisogna considerare che le prove sono state condotte con un unico posizionamento del
tessuto ed eseguendo di volta in volta misure a valori massimi crescenti. Vi è la possibilità
che il tessuto, mantenuto sulla “tavola porta campione” per lungo tempo tenda a rilassarsi
leggermente e quindi a mostrare una rigidezza complessivamente inferiore.
Essendo stata registrata l'ora di esecuzione di ogni prova, è stato possibile realizzare grafici
che riportano l'andamento della compliance (ossia della cedevolezza: lo spostamento
registrato sul tessuto a fronte di una certa forza imposta) al variare del tempo (Figura 3.11,
Figura 3.12).
Sono state fatte alcune prove per analizzare tale comportamento: in particolare un tessuto è
stato piazzato sulla “tavola porta campione” e quindi è stata eseguita la stessa misura in
tempi successivi, dopodiché è stato effettuato un nuovo piazzamento. Si è visto come la
rigidezza tenda a diminuire leggermente nel tempo e a ritornare ai valori iniziali dopo un
nuovo piazzamento (Figura 3.12).
Di seguito si portano due esempi di quanto appena descritto.
Figura 3.11: andamento dei valori di compliance nel tempo (campione C)
85
Figura 3.12: andamento dei valori di compliance nel tempo (campione E)
Per ciascun campione è stato realizzato un grafico che confronta l’andamento della misura in
trama e ordito a parità di forza massima. Qui di seguito si riportano due esempi:
86
Force-displacement sample C (warp and weft)
400
ordito
trama
300
200
Force [cN]
100
0
-100
-200
-300
-400
-2500
-2000
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
Displacement [µm]
Figura 3.13: confronto grafici del campione C.
force-displecement Sample E (warp and weft)
400
ordito
trama
300
200
Force [cN]
100
0
-100
-200
-300
-400
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
Displacement [µm]
Figura 3.14: confronto grafici del campione E.
87
Dagli esempi mostrati si evidenzia come i grafici in trama ed ordito siano molto differenti,
facendo intendere che l’idea di fondo della macchina, cioè la misura in diverse direzioni, sia
una strada che può portare a risultati interessanti ed utili per la definizione della qualità del
tessuto.
In conclusione sono stati realizzati due grafici per il confronto simultaneo dei dati raccolti, in
Trama e in Ordito, di tutti i campioni. Tali grafici vengono qui di seguito riportati.
Forza - Spostamento direzione ORDITO (sintesi)
400
300
200
Force [cN]
100
0
-100
-200
A
B
C
D
E
F
-300
-400
-2000
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
Displacement [µm]
Figura 3.15: sintesi dei grafici dei sei campioni, direzione ORDITO.
88
Forza - Spostamento direzione TRAMA (sintesi)
400
300
A
B
C
D
E
F
200
Force [cN]
100
0
-100
-200
-300
-400
-2500
-2000
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
Displacement [µm]
Figura 3.16: sintesi dei grafici dei sei campioni, direzione TRAMA.
89
La Tabella 3.2 riassume i valori di compliance di ciascun campione in direzione di ordito ed
in direzione di trama per il valore di forza massima di 3 Newton.
Compliance
Campione A
Campione B
Campione C
Campione D
Campione E
Campione F
direzione Ordito
770
844
1247
1829
692
1318
direzione Trama
2002
2020
1978
897
418
591
Tabella 3.2: compliance dei campioni per un carico di 3N (valori in µm)
I dati illustrati in Tabella 3.2 mostrano il differente comportamento dei campioni considerati.
È possibile effettuare alcune valutazioni sulle proprietà dei tessuti e sulle caratteristiche della
macchina facendo dei confronti fra i dati presentati. Ad esempio, se si considerano il
campione A ed il campione B, si nota come essi siano molto simili (cfr. Tabella 3.1), avendo
lo stesso titolo in trama ed in ordito, anche se il numero di filamenti è leggermente
differente: infatti, in direzione di ordito, il filo del campione A è composto da 36 filamenti (a
sezione trilobata) e non è testurizzato, mentre il campione B è testurizzato e composto da 40
filamenti. In direzione di trama, la differenza tra i campioni consiste solamente in un filo al
centimetro di fittezza (43 trame/cm contro 44 trame/cm) e nel numero di torsioni del filo. Il
comportamento dei campione A e B è molto simile, infatti i valori di compliance nelle
direzioni principali sono molto simili. Il campione B risulta essere di poco più cedevole.
Se si considera il campione C (cfr. Tabella 3.1), il tipo di filo in direzione di trama e ordito è
identico nelle due direzioni, l'unica differenza consiste nel numero di fili al centimetro (45
fili/cm in trama e 86 fili/cm in ordito). Si può notare come il campione è più rigido in
direzione di ordito, cioè la direzione in cui sono presenti più fili al centimetro, ed il rapporto
tra le due compliance è abbastanza simile al rapporto tra il numero di fili. Confrontando i
valori ottenuti per il campione C con quelli ottenuti per i campioni A e B, si può notare come
la compliance sia molto simile in direzione di trama, mentre la compliance in direzione di
ordito è maggiore nel campione C, anche se i campioni hanno un ordito molto simile o
identico. Questo può essere dovuto, da un lato, ad una differente interazione fra trama ed
90
ordito: titoli differenti in trama possono portare a differenti condizioni di interlacciamento
con il filo di ordito; dall'altro, può essere dovuto ad un differente finissaggio dei campioni: il
campione C non è stato "decorticato". La "decorticazione" è un trattamento chimico che
tende a ridurre leggermente il titolo dei fili e lo spessore del tessuto aumentandone la
liscezza.
Se si considerano il campione D ed il campione E, si può notare che hanno lo stesso ordito
ma trame differenti (titolo diverso per il filo di trama e numero diverso di trame al
centimetro). Il campione D ha una compliance molto maggiore in entrambe le direzioni
principali, anche se i due campioni hanno lo stesso tipo di ordito; si può così notare come un
diverso tipo di trama influenza la compliance in entrambe le direzioni. Osservando i
campioni D ed E, ma anche altri campioni, come ad esempio i campioni A o B, si nota come,
maggiore è il titolo del filo di trama, maggiore è la rigidezza del campione proprio in
direzione di trama: questo è abbastanza intuitivo. Tuttavia, se si osservano i campioni in
direzione di ordito, tutti i campioni hanno sostanzialmente lo stesso tipo di ordito, ma i
campioni con i titoli maggiori per i fili di trama presentano una compliance maggiore in
direzione di ordito. Questo indica che un tipo differente di trama influenza in modo
considerevole anche il comportamento del tessuto in direzione di ordito. È possibile che un
titolo maggiore in direzione di trama forzi i fili di ordito ad avere deviazioni molto maggiori
nell'interlacciamento. Mentre si effettua un test su un campione in direzione di ordito nel
campo dei piccoli sforzi, la resistenza del tessuto dipende principalmente dalle proprietà
flessionali dei fili, piuttosto che direttamente dalle proprietà tensionali, che sarebbero
maggiori.
Come ultimo confronto, si possono considerare i campioni D ed F. L'unica differenza
sostanziale tra i due campioni è l'armatura (cfr. Tabella 3.1). Il campione D è realizzato in
raso da 5, mentre il campione F è di tipo faille, ciò significa che l'armatura, in questo caso, è
una tela. In questo modo, nel campione F, una interconnessione più forte tra i fili porta a
valori maggiori di rigidezza in entrambe le direzioni principali.
91
3.5
Analisi del lavoro lungo un ciclo
Fino al momento finora descritto sono stati considerati i risultati raccolti nel primo quadrante
del diagramma forza-spostamento. Il passo successivo è stato quello di analizzare
il
comportamento del campione durante un intero ciclo di carico, quindi il comportamento ai
due opposti quadranti.
Ciò significa misurare il lavoro di isteresi compiuto dai campioni (cioè l'area compresa in
una curva) e, qualora risulti interessante, analizzare eventuali dissimmetrie di
comportamento negli opposti quadranti.
La misura dell’energia dissipata nell'esecuzione di un ciclo completo di carico è
un’operazione semplice, una volta a disposizione i dati in formato numerico (si tratta di
approssimare l’area calcolandola per integrazione numerica, ad esempio col metodo dei
trapezi), si pone il problema della bontà di tutti i dati raccolti, sia in fase di carico, sia in fase
di scarico.
Infatti, analizzando in particolare i grafici dei tessuti più leggeri (ad esempio i campioni di
tessuto A e B) si nota come, una volta raggiunto il massimo carico, la fase di scarico inizi
con uno spostamento marcato in orizzontale, per poi iniziare la fase di scarico con pendenza
maggiore rispetto alla fase di carico (Figura 3.17).
92
400
300
200
100
0
-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
-100
-200
-300
-400
Figura 3.17: andamento del grafico forza-spostamento non corretto (campione A)
Se si calcolasse l’area di isteresi in questo modo, si otterrebbe, al termine di un ciclo, che il
tessuto fornisce energia al sistema, il che è ovviamente privo di significato. L’analisi di tale
situazione ha evidenziato un problema di gioco meccanico nell’accoppiamento vitemadrevite tra motore e slitta (cfr. Figura 3.2); pertanto, per poter effettuare delle misure
affidabili di lavoro dissipato è necessario correggere, meccanicamente o via software, il
gioco meccanico dell’accoppiamento vite-madrevite.
3.5.1
Analisi del sistema di movimentazione
Durante la fase di misura, il campione viene traslato orizzontalmente attraverso una catena
cinematica composta da un servomotore, un giunto ed una trasmissione a vite-madrevite.
Durante un ciclo completo di misura (carico in una direzione, scarico, carico nella direzione
opposta e scarico finale) il moto si inverte due volte. Pertanto, il contatto all’interno della
93
trasmissione avviene, ad ogni inversione del moto, su fianchi opposti. L’encoder che misura
lo spostamento è posizionato sull’asse del motore, prima della trasmissione, pertanto legge
una rotazione che converte in spostamento mediante il rapporto di trasmissione teorico.
Questa situazione si rivela imprecisa proprio nella fase di inversione di moto, durante la
quale, a causa della presenza di un piccolo gioco, lo spostamento della tavola porta campione
non è direttamente proporzionale allo spostamento della vite di comando; infatti, perso il
contatto con un fianco della vite, il sistema composto dalla tavola porta campione ed il
campione stesso è sostanzialmente libero di traslare orizzontalmente (all’interno del gioco di
accoppiamento). Tale sistema tenderà comunque a muoversi nella direzione di scarico, in
quanto il tessuto, essendo teso, costituirà una sorta di "molla di richiamo", mentre la tavola
porta campione è la massa da spostare. Tuttavia, essendo il tessuto poco rigido, ed essendo la
massa della tavola abbastanza elevata, l’accelerazione del sistema "libero" sarà molto bassa e
quindi il moto piccolo. Il sistema tavola e campione è libero fintanto che il motore, che ha
invertito il moto, non riporta a contatto i fianchi di vite e madrevite dal lato opposto.
3.5.2
Andamento dei grafici nel tempo
Per poter osservare il comportamento della macchina in questa situazione, è stata aggiunta la
possibilità di registrare, oltre che le misure di spostamento e di forza, anche il tempo a cui
ogni misura è stata registrata, potendo così tracciare non solo grafici di spostamento-forza
ma anche grafici tempo-spostamento e tempo-forza. Analizzando i grafici in funzione del
tempo nella zona di inversione del moto, è stato possibile osservare un comportamento reale
compatibile con la spiegazione teorica sopra esposta.
Di seguito si riportano i grafici ricavati per alcuni campioni:
94
Figura 3.18: campione A, direzione Ordito; grafici di forza e spostamento nel tempo.
95
Dai grafici qui sopra illustrati (Figura 3.18), è possibile osservare quanto detto in
precedenza. Innanzitutto è da notare che l’andamento leggermente crescente nella fase
centrale del grafico è dovuto ad una mera unione di punti, infatti, una volta raggiunta la forza
massima imposta, (2 Newton, nel caso), il motore si arresta per circa 3,3 secondi. Al
momento di ripartire nella direzione opposta, il motore compie prima un passo nella
direzione di moto precedente, ed a quel punto avviene la misura. In realtà il tratto centrale è
approssimativamente orizzontale.
In generale, nella maggior parte dei casi, al riavvio il motore compie una rotazione in
direzione di carico, come qui evidenziato; raramente compie una piccola rotazione in
direzione opposta. Questo comportamento è purtroppo non gestibile dal sistema di controllo
in uso.
Dai grafici si nota come vi siano alcune misure di forza (alcuni punti) che avvengono su una
retta di pendenza minore rispetto al resto del grafico: ciò è proprio dovuto al gioco presente.
Al momento dell’inversione di moto, il campione è per qualche istante libero dalla
trasmissione, pertanto recupera a velocità inferiore a quella del motore (da qui la pendenza
inferiore sul grafico) finché il gioco viene esaurito ed il moto riprende alla velocità imposta
dal motore.
Tale fenomeno porta, nel grafico forza-spostamento, ad un andamento "a ricciolo" (o a
isteresi negativa), come di seguito illustrato.
96
Figura 3.19: campione A direzione Ordito; grafico Forza – spostamento.
L’avere dei punti di misura, nella prima fase di scarico, in cui lo spostamento decresce
mentre la forza decresce in misura molto minore, è dovuto proprio alla differenza di
condizione tra i due sistemi di misura: l’encoder misura lo spostamento imposto dal motore,
il sensore di forza misura quanto avviene al campione, anche nella zona (circa 30 micron,
secondo la Figura 3.19) in cui vi è gioco nella trasmissione.
Tale comportamento risulta ripetibile (un altro ciclo di carico nella stessa direzione) ed è
identico anche in fase di carico nella direzione opposta, come illustrato nelle figure seguenti
(Figura 3.20, Figura 3.21).
97
Figura 3.20: campione A, direzione Ordito; grafici di forza e spostamento nel tempo (II fase del
ciclo di carico).
98
Figura 3.21: campione A direzione Ordito; grafico Forza – spostamento (II fase del ciclo di
carico).
Come si può notare, il comportamento è molto simile anche in direzione opposta. Si può
notare inoltre come il comportamento sia simile, per uno stesso campione, anche in altre
direzioni (in precedenza è stato illustrato il comportamento in direzione di ordito del
campione A, di seguito se ne illustra il comportamento in direzione di trama, Figura 3.22,
Figura 3.23)
99
Figura 3.22: campione A, direzione Trama; grafici di forza e spostamento nel tempo.
100
Figura 3.23: campione A direzione Trama; grafico Forza – spostamento.
Il "ricciolo" che si evidenzia in questo caso è dovuto semplicemente alla maggior pendenza
della curva in fase di scarico, oltre al già citato effetto del gioco meccanico di trasmissione.
In questo modo si è evidenziata la presenza di una zona di circa 30 micron in cui la pendenza
della curva 'forza-tempo' risulta essere diversa da quella nel resto del grafico. Come detto,
ciò è dovuto al cambio di riferimento tra forza e spostamento dovuto al gioco della
trasmissione.
3.5.3
Simulazione del comportamento analizzato
Per supportare ulteriormente l’ipotesi della presenza di gioco meccanico nella catena
cinematica, è stato generato un modello meccanico che potesse essere assimilato a quello
attuale ed è stato analizzato con Simulink, il programma di simulazione di sistemi meccanici
di Matlab. Il sistema è estremamente semplificato,infatti è costituito da un classico sistema
ad un grado di libertà "massa – molla – smorzatore" a cui viene imposto uno spostamento.
101
Per rendere il sistema assimilabile a quello considerato, sia pure con molte semplificazioni,
tra lo spostamento imposto e quello del sistema vi è del gioco meccanico, come
rappresentato nella figura seguente (Figura 3.24).
Figura 3.24: schema meccanico del sistema.
Svolgendo la simulazione, si nota come tracciare il grafico della forza di reazione rispetto
allo spostamento imposto (x imp) o rispetto allo spostamento della massa (x) porti a
diagrammi diversi, come illustrato nelle figure seguenti (Figura 3.25, Figura 3.26).
Figura 3.25: grafico forza – spostamento (assenza di gioco).
102
Figura 3.26: grafico forza – spostamento (presenza di gioco).
Pur essendo affetti da alcune semplificazioni, utili a costruire un modello molto semplice, i
due grafici mostrano caratteristiche simili a quelle dei grafici ottenuti dai campioni,
giustificando l’ipotesi di presenza di gioco nella trasmissione.
3.5.4
Ulteriori analisi
L’andamento di forza e spostamento è stato analizzato anche per altri campioni, al fine di
osservare se il comportamento osservato nel campione A fosse comune anche agli altri. Di
seguito si riportano i diagrammi ottenuti per il campione E in direzione di ordito.
103
Figura 3.27: campione E, direzione Ordito; grafici di forza e spostamento nel tempo.
104
Figura 3.28: campione E direzione Ordito; grafico Forza – spostamento.
Il comportamento nella fase di cambio di direzione del moto appare essere molto simile a
quella evidenziata per il campione A, con una distanza di circa 30 micron in cui l’andamento
della forza risulta diverso dal resto della curva. In modo del tutto simile si può osservare
l’andamento del campione E in direzione di trama.
105
Figura 3.29: campione E, direzione Trama; grafici di forza e spostamento nel tempo.
106
Figura 3.30: campione E direzione Trama; grafico Forza – spostamento.
Le prove fatte hanno mostrato un comportamento del tutto simile per tutti i campioni,
evidenziando una zona di circa 30 micron, successiva alla inversione del moto, nella quale
l’andamento della forza risulta differente (in particolare con pendenza nulla o quasi) rispetto
al resto del grafico.
Tale comportamento risulta sostanzialmente indipendente dal tipo di campione considerato,
tuttavia è stato evidenziato come esso sia dipendente da un altro parametro: la velocità di
esecuzione della prova.
3.5.5
Analisi della velocità di rotazione del servomotore
Nel software di controllo della macchina è stata implementata una routine per la modifica
della velocità di rotazione del servomotore. Lo scopo era quello di effettuare prove a velocità
diverse e valutare così la presenza o meno di rilevanti effetti "viscosi" (ossia componenti di
107
resistenza del tessuto funzioni della velocità di trazione); le prove fatte hanno illustrato una
dipendenza da questo parametro del comportamento del sistema in fase di inversione di
moto. Tutti i grafici precedentemente illustrati sono stati compiuti a velocità di rotazione del
motore di 2 giri/min, di seguito si riportano i grafici del campione A in direzione di ordito, a
1 3 e 4 giri/min.
Figura 3.31: campione A, direzione Ordito; grafici di forza e spostamento nel tempo (velocità 1
rpm).
108
Figura 3.32: campione A direzione Ordito; grafico Forza – spostamento (velocità 1 rpm).
109
rpm).
110
rpm).
111
I grafici mostrano un aumento della zona in cui l’andamento della forza risulta irregolare
all’aumentare della velocità di rotazione del motore. Questo è probabilmente causato dalla
maggiore rapidità di movimentazione della madrevite rispetto all’inerzia del sistema tavola –
campione. È da notare, inoltre, che la maggior fittezza dei punti di misura a basse velocità è
dovuta al fatto che viene fatta una lettura dei segnali di forza e spostamento ad intervalli
regolari e costanti al variare della velocità: pertanto, all’aumentare della velocità di misura i
punti di misura si diradano. Sono state provate modifiche degli intervalli di misura, ma si è
notato come non sia possibile andare molto al di sotto dei valori attuali, in quanto l’inerzia
del sensore di forza darebbe spesso valori identici a valori di spostamento consecutivi.
Pertanto gli effetti che influenzano l’andamento della curva sono sostanzialmente tre: il
gioco di accoppiamento della trasmissione, l’inerzia meccanica della tavola porta campione,
e l’inerzia del sistema di misura; queste tre componenti portano ad avere una parte della
curva registrata diversa da quella reale (in fase di ritorno). Questa situazione, pur non
influenzando la curva di carico (non si manifestano ancora i problemi di gioco), consentendo
quindi una corretta lettura della compliance del tessuto, rende incerto il calcolo del lavoro di
112
isteresi e della compliance del tessuto in fase carico in direzione opposta. In particolare, il
lavoro di isteresi calcolato risulta fortemente funzione della velocità di rotazione del
servomotore.
Di seguito si riportano i grafici di un ciclo di carico completo al variare della velocità.
Figura 3.37: grafici ‘Forza – spostamento’ al variare della velocità della prova.
Come si può notare dalla figura, tanto maggiore è la velocità di rotazione e tanto maggiore è,
innanzitutto, lo spostamento verso sinistra della curva in fase di scarico, e
conseguentemente, tanto maggiore è il valore di spostamento raggiunto in corrispondenza
della forza massima negativa (come indicato dalla freccia in basso a sinistra).
Questo porta a valori molto diversi nel calcolo del lavoro di isteresi lungo un ciclo, come
illustrato nel diagramma seguente.
113
Figura 3.38: andamento del lavoro calcolato in funzione della velocità della prova.
L’unico valore di velocità per il quale si ottiene un lavoro di isteresi su un ciclo positivo è 1
giro/min, all’aumentare della velocità di misura il lavoro si porta a valori sempre più
negativi: situazione nella quale il tessuto si troverebbe a cedere energia invece che
consumarne, il che sembra in contrasto con la logica.
Tale comportamento, sebbene con valori diversi, risulta assimilabile a tutti i campioni.
Risulta difficile operare una correzione via software di questo comportamento, in quanto,
come detto, le cause concomitanti possono essere molteplici, la cui importanza relativa non è
del tutto evidente.
Una soluzione potrebbe essere quella di tentare di stimare il gioco meccanico di trasmissione
e correggere il valore di spostamento letto in fase di ritorno. Ciò tuttavia non risulta
necessariamente sufficiente a correggere le misure, in quanto, proprio a causa del gioco, il
tessuto, durante l’inversione della velocità, modifica leggermente il suo stato tensionale
interno in modo non determinato.
Una soluzione più semplice potrebbe essere quella di mantenere le misure così come sono,
con la consapevolezza che i valori ottenuti non sono necessariamente quelli reali, tuttavia
sono tra loro congruenti. In particolare, effettuare prove a velocità bassa sembra essere più
indicato, come illustrato dal diagramma di Figura 3.38.
114
3.5.6
Rapporto tra compliance e velocità di rotazione del servomotore
In conclusione, un aspetto non direttamente correlato al sistema di movimentazione, che
emerge dalle prove fatte, è una sostanziale indipendenza della compliance del tessuto dalla
velocità di esecuzione della prova, come evidenziato in Figura 3.37 e, più in dettaglio in
Figura 3.39. Questo dato è visibile in particolare nella fase di carico del tessuto (primo
quadrante), nella quale non sono presenti traslazioni di misura dovuti agli effetti
precedentemente esposti. Ciò fa indurre una sostanziale assenza di termini ‘viscosi’
importanti, almeno nel campo delle velocità considerate.
Figura 3.39: andamento della forza al variare della velocità di esecuzione della prova.
115
3.5.7
Valori di lavoro di isteresi
A valle dell'analisi del comportamento della macchina che è stato presentato nei paragrafi
precedenti, si è deciso comunque di analizzare i campioni anche per quanto concerne i valori
di lavoro di isteresi durante una prova.
Ogni campione, quando sottoposto ad un ciclo completo di test (carico e scarico nelle due
direzioni), risulta non essere perfettamente elastico, infatti la curva di scarico differisce dalla
curva di carico. Nonostante i problemi riscontrati al momento dell'inversione del moto da
parte del servomotore (descritti in precedenza), il calcolo dell'area racchiusa da un ciclo
completo in un grafico forza – spostamento è un buon indicatore delle caratteristiche del
campione.
Il calcolo del lavoro di isteresi è stato calcolato numericamente, con il metodo dei trapezi,
una volta a disposizione tutti i dati di una prova. Come osservato nei paragrafi precedenti, la
condizione che risulta meno influenzata da effetti di gioco della trasmissione risulta essere
quella di velocità minima di esecuzione della prova (cfr. Figura 3.38), soprattutto per i
campioni più leggeri. Per uniformità di valori, tutte le prove sono state effettuate alla stessa
velocità di rotazione del servomotore.
I dati ricavati sono presentati in Tabella 3.3, in cui sono riportati anche i valori di compliance
di Tabella 3.2, per poter eseguire un'analisi completa.
Campione A Campione B Campione C Campione D Campione E Campione F
Lavoro
compliance
Ordito
61
30
578
1531
285
1172
Trama
613
648
643
324
102
190
Ordito
770
844
1247
1829
692
1318
Trama
2002
2020
1978
897
418
591
Tabella 3.3: lavoro d'isteresi dei campioni per un ciclo a 3 Newton (valori in µJ)
116
I valori presentati in Tabella 3.3 possono essere analizzati in modo del tutto simile a quanto
fatto per i valori di compliance presentati in Tabella 3.2, ossia si possono ripercorrere i
confronti fra campioni effettuati in quella sede considerando però, in questo caso, i valori di
lavoro di isteresi. I campioni A e B sono molto simili (cfr. Tabella 3.1), infatti hanno lo
stesso titolo di filato in trama ed in ordito, anche se il numero di filamenti è leggermente
diverso, infatti il campione A è composto da 36 filamenti (a sezione trilobata) e non è
testurizzato, mentre il campione B è composto da 40 filamenti ed è testurizzato. In direzione
di trama la differenza consiste in solo una trama al centimetro (43 contro 44), nel numero di
torsioni dei fili e nella sequenza, infatti il campione B è costruito con i fili in sequenza 2S2Z. Nel complesso, il comportamento dei due campioni è abbastanza simile, sia per la
compliance sia per il lavoro di isteresi. In particolare, per quanto riguarda il lavoro di
isteresi, il campione A mostra valori maggiori a B in direzione di trama ma non in direzione
di ordito. Ciò potrebbe essere dovuto, per la direzione di trama, al differente numero di
torsioni dei filati: un numero maggiore di torsioni può portare ad un maggiore attrito interno
al filo (tra i filamenti); mentre, in direzione di ordito, la forma differente dei filamenti può
portare ad un valore di lavoro di isteresi leggermente più alto per il campione A, anche se, in
entrambi i casi, la differenza è molto piccola.
Confrontando il campione C con i campioni A e B, analogamente a quanto fatto per i valori
di compliance, si nota che i valori di lavoro sono molto simili in direzione di trama, mentre
in direzione di ordito è maggiore nel campione C, anche se i campioni hanno un ordito
simile o identico. Come nell'analisi precedente, questo può essere addebitato ad alcuni
fattori: ad esempio una differente interazione tra i fili di trama ed ordito, titoli differenti, a
parità (o quasi) di numero di trame al centimetro possono causare una differente condizione
di interlacciamento tra i fili di trama ed ordito, maggiore mobilità può far aumentare la
compliance e l'attrito tra i fili, quindi l'isteresi. D'altra parte, i diversi finissaggi e la diversa
sequenza (2S-2Z per il campione B) possono portare a differenti valori.
Come ultimo confronto, si considerano il campione D ed il campione F. L'unica grande
differenza tra i due campioni è l'armatura: infatti il campione D è costruito come un raso da
5, mentre il campione F è costruito come una tela. Come è stato evidenziato in precedenza,
considerando la compliance dei due campioni), il campione F presenta, per la caratteristica
stessa del tipo di armatura, una interconnessione più forte tra i filati, il che porta ad una
maggiore rigidezza in entrambe le direzioni principali, ma anche, dato che i filati sono meno
117
liberi di muoversi relativamente agli altri, sono presenti meno effetti di attrito interfilo,
portando così ad un lavoro di isteresi minore lungo un ciclo.
3.6 Prove su più cicli di carico
Dopo alcune modifiche al software di controllo della macchina, è stato possibile realizzare
sui campioni test composti da cicli di carico multipli. Come è stato accennato in precedenza,
è possibile inserire, unitamente agli altri parametri considerati, anche il numero di cicli a cui
sottoporre il campione. Una tale analisi è utile per vari aspetti. Innanzitutto è possibile
osservare se e quanto il comportamento del campione sia ripetibile o, piuttosto tenda a
derivare in qualche modo. In secondo luogo, qualora il campione mostri un comportamento
non costante, in funzione del tipo di risposta ottenuta, si possono valutare le cause di un
comportamento non ripetibile. In particolare si può stabilire se il tessuto manifesti una
variabilità intrinseca, durante più cicli di carico, o se vi siano dei problemi legati al sistema
che connette il campione alla testa di misura: ad esempio se vi sia uno scorrimento del
tessuto al di sotto del magnete.
Nelle figure seguenti vengono presentate le curve forza spostamento per alcuni campioni
durante tre cicli consecutivi di carico.
118
Sample A - weft direction (3 cycles)
400
300
200
Force [cN]
100
0
-100
-200
-300
-400
-2000
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
Displacement [µm]
Figura 3.40: curva forza-spostamento per il campione A in direzione Trama (3N di forza
massima e 3 cicli)
Sample C - warp direction (3 cycles)
400
300
200
Force [cN]
100
0
-100
-200
-300
-400
-1500
-1000
-500
0
500
1000
1500
Displacement [µm]
Figura 3.41: curva forza-spostamento per il campione C in direzione Ordito (3N di forza
massima e 3 cicli)
119
Sample E - warp direction (3 cycles)
400
300
200
Force [cN]
100
0
-100
-200
-300
-400
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
Displacement [µm]
Figura 3.42: curva forza-spostamento per il campione E in direzione Ordito (3N di forza
massima e 3 cicli)
Come è possibile osservare in Figura 3.40, in Figura 3.41 ed in Figura 3.42, durante i diversi
cicli, il comportamento del campione è sostanzialmente totalmente riproducibile. L'unica
eccezione è la prima fase di carico (nel primo quadrante), in cui il comportamento del tessuto
appare essere leggermente più rigido. Questo è dovuto al fatto che durante la prima fase di
carico è necessario vincere maggiori attriti statici interni ai filati. Un'altra conseguenza è che,
se si calcola il lavoro di isteresi durante il primo ciclo, esso appare leggermente maggiore,
mentre, per tutti gli altri cicli, esso appare sostanzialmente costante.
La differenza tra il primo ciclo e gli altri è comune a tutti i campioni considerati, ma appare
che tale differenza sia leggermente maggiore nei campioni con un titolo maggiore in trama.
Ciò mostra che filati più grossi producono un attrito leggermente superiore durante la prima
fase di carico.
Tale differenza tende comunque ad attenuarsi durante la stessa fase di carico, come mostrato
nelle figure seguenti (Figura 3.43, Figura 3.44, Figura 3.45) in cui si evidenzia la compliance
misurata nei vari cicli per forze pari a 1, 2 e 3 Newton.
120
800
cycle 1
cycle 2
cycle 3
750
700
Displacement [µm]
650
600
550
500
450
400
1
2
3
force [N]
Figura 3.43: campione A direzione Ordito, compliance al variare dei cicli.
1300
cycle 1
cycle 2
cycle 3
1200
1100
Displacement [µm]
1000
900
800
700
600
500
1
2
Force [N]
3
Figura 3.44: campione C direzione Ordito, compliance al variare dei cicli.
121
600
cycle 1
cycle 2
cycle 3
550
Displacement [µm]
500
450
400
350
300
250
1
2
3
Force [N]
Figura 3.45: campione D direzione Trama, compliance al variare dei cicli.
122
3.7 Analisi lungo direzioni non principali
Durante tutta la fase descritta finora, i campioni a disposizione sono stati testati unicamente
lungo le direzioni "principali", cioè trama e ordito. Ciò rispecchia l'esigenza di osservare la
macchina e comprenderne le potenzialità; essendo una strumento di prova completamente
nuovo, si è ritenuto opportuno procedere per passi successivi, cercando ad ogni fase di
comprendere le caratteristiche, le linee di sviluppo, gli eventuali problemi (ad esempio il
gioco meccanico di trasmissione) di tale strumento.
La macchina ha fornito sempre dati confortanti sulle capacità di analisi dei tessuti; pertanto,
l'aspetto che la rende assolutamente innovativa rispetto a qualsiasi altro strumento di misura
nell'ambito della meccanica dei tessuti, cioè la capacità di effettuare, in maniera molto
semplice, misure di compliance in una direzione qualsiasi rispetto alle direzioni principali,
può essere indagata in modo più dettagliato.
Ciascuno dei sei campioni considerato in precedenza è stato analizzato lungo un range di
angoli compreso fra la direzione di trama e la direzione di ordito, con un intervallo tra le
misure di 15 gradi.
I dati così raccolti, sia per quanto riguarda la compliance, sia per quanto riguarda il lavoro di
isteresi, possono essere rappresentati in funzione dell'angolo di misura con un diagramma
lineare o con un diagramma polare. Di seguito vengono presentato l'andamento della
compliance per due dei campioni.
123
Sample A: Displacement vs. Angle (0° = warp)
0
345
330
3000
15
30
2500
315
45
2000
300
60
1500
1000
285
75
500
0
270
2N
3N
4N
90
255
105
240
120
225
135
210
150
195
165
180
Sample A: Displacement vs. angle (0° = warp)
3000
2500
Displacement [micron]
2000
2N
3N
4N
1500
1000
500
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Angle [°]
Figura 3.46: Andamento dello spostamento in funzione dell’angolo (Campione A)
124
Sample D: Displacement vs. Angle (0° = warp)
0
345
2500
15
330
30
2000
315
45
1500
300
60
1000
285
75
500
0
270
2N
3N
4N
90
255
105
240
120
225
135
210
150
195
165
180
Sample D: Displacement vs. angle (0° = warp)
2500
Displacement [micron]
2000
1500
2N
3N
4N
1000
500
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Angle [°]
Figura 3.47: Andamento dello spostamento in funzione dell’angolo (Campione D)
125
I grafici evidenziano come il comportamento dei tessuti sia radicalmente diverso tra i vari
campioni, il che conferma l'idea di fondo della macchina, cioè la capacità di discriminare tra
tipologie di campioni simili. Inoltre si nota come l'andamento dei valori di compliance al
variare degli angoli sia molto regolare, facendo intendere che gli effetti di trama ed ordito
siano generalmente progressivi al variare delle direzioni.
In Figura 3.46 ed in Figura 3.47 sono stati presentati solamente i valori di compliance,
tuttavia è possibile tracciare grafici anche del lavoro di isteresi misurato lungo un ciclo di
carico. Di seguito vengono presentati gli andamenti del lavoro di isteresi per alcuni
campioni.
W ork per cycle
700
600
500
Work [µJ]
400
300
200
100
0
0
15
30
45
60
75
90
angle [°]
Figura 3.48: lavoro di isteresi in funzione dell'angolo (0° ordito) - campione D.
126
Work per cycle
1600
1400
1200
Work [µ J]
1000
800
600
400
200
0
15
30
45
60
75
90
angle [°]
Figura 3.49: lavoro di isteresi in funzione dell'angolo (0° ordito) - campione D.
Work per cycle
1200
1000
Work [µ J]
800
600
400
200
0
0
15
30
45
60
75
90
angle [°]
Figura 3.50: lavoro di isteresi in funzione dell'angolo (0° ordito) - campione F.
127
I grafici presentati mostrano un andamento abbastanza regolare del lavoro di isteresi lungo
un ciclo di carico al variare dell'angolo di misura. Così come nel caso della compliance,
anche nel caso del diagramma del lavoro di isteresi si nota una progressiva variazione di tale
valore al variare dell'angolo, passando in modo generalmente progressivo, anche se non
sempre lineare, dal valore riscontrato in direzione di ordito a quello riscontrato in direzione
di trama.
È possibile osservare che l'andamento del lavoro è simile all'andamento della compliance,
nel senso che un andamento crescente dell'uno al variare dell'angolo, corrisponde ad un
andamento crescente dell'altro, e viceversa. I grafici seguenti mostrano quest'aspetto. Si
sottolinea come, per semplicità di rappresentazione, i valori di lavoro e di compliance sono
presentati su scale diverse.
2200
600
2000
500
1800
400
1600
300
1400
200
1200
100
1000
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
displacement [µm]
Work [µJ]
Displacement and work per cycle - sample B
700
800
90
0
Angle [°]
Figura 3.51: campione B, andamento del lavoro di isteresi e della compliance.
128
2200
1400
2000
1200
1800
1000
1600
800
1400
600
1200
400
1000
200
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Displacement [µm]
Work [µJ]
Displacement and work per cycle - sample D
1600
800
90
angle [°]
Figura 3.52: campione D, andamento del lavoro di isteresi e della compliance.
1500
1800
1400
1600
1300
1400
1200
1200
1100
1000
1000
800
900
600
800
400
700
200
600
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Displacement [µm]
Work [µJ]
Displacement and work per cycle - sample F
2000
500
90
angle [°]
Figura 3.53: campione F, andamento del lavoro di isteresi e della compliance.
129
L'andamento della compliance e del lavoro di isteresi, per i campioni considerati, appare
simile nei due casi. Tale fatto è spiegabile considerando che, per uno stesso campione, una
maggiore compliance comporta un ciclo di carico più lungo, dovendo, a parità di forza
massima, raggiungere spostamenti maggiori. Pertanto, un ciclo più lungo tende a racchiudere
un'area maggiore.
Se l'andamento del lavoro in funzione dell'angolo, per un unico campione, risulta essere
facilmente spiegabile, il valore assoluto del lavoro di isteresi dipende dalle caratteristiche del
tessuto, come analizzato in 3.5.7, considerando unicamente le direzioni principali.
L'andamento del lavoro, così come della compliance, appare spesso non essere lineare,
passando dalla direzione di ordito a quella di trama, ma piuttosto simile ad una sigmoide,
crescente o decrescente a seconda che il valore massimo corrisponda alla direzione di ordito
o di trama. Appare così che le caratteristiche della trama e dell'ordito influenzano fortemente
i valori di compliance e di lavoro di isteresi per angoli prossimi a tali direzioni, mentre si ha
un effetto mediato per angoli prossimi a 45°.
Se si considerano tutti i sei campioni utilizzati per le prove descritte in questo capitolo,
appare chiaro che la macchina è in grado di discriminare tra tipi di campioni che sono tra
loro molto simili. Questo aspetto è molto importante, poiché una delle caratteristiche più
importanti che un tale strumento di misura deve avere è la capacità di discriminare tra tessuti
che sono realizzati con caratteristiche simili (ad esempio: filato, armatura, ecc…); infatti, lo
scopo finale è quello di costruire una macchina che risulti essere utile in campo industriale,
sia nel campo della progettazione di tessuti, sia nel campo del controllo di qualità dei tessuti.
Per ottenere questo scopo, è necessario che lo strumento di misura sia in grado di
discriminare tra le sfumature della mano del tessuto (in questo caso le diverse caratteristiche
meccaniche), altrimenti non risulta utilizzabile.
Il numero di campioni considerati in questo capitolo è risultato sufficiente per lo scopo che
era stato inizialmente ipotizzato: l'analisi delle caratteristiche della macchina, la messa a
punto dei componenti hardware e software e l'introduzione delle migliorie ritenute
necessarie.
130
Tuttavia un tale set di campioni non è sufficiente a stabilire in modo preciso quali sono gli
effetti delle diverse caratteristiche dei tessuti sulle misure ottenute e quindi sulle
caratteristiche elastiche degli stessi: infatti, ad esempio, una delle ipotesi di partenza era stata
quella di partire con l'analisi di campioni con una catena (cioè un ordito) standard, identico
per tutti, ma filati di trama e costruzioni diversi. Un tale set non consente di analizzare in
dettaglio l'effetto dell'ordito, essendo unico.
Il passo successivo di analisi è quello di ampliare il set di campioni considerati, in modo da
comprendere maggiormente gli effetti delle differenti componenti dei tessuti, ed arrivare così
ad una analisi quantitativa più dettagliata di quella effettuata nel presente capitolo.
L'analisi del nuovo set di campioni è oggetto del prossimo capitolo.
131
Capitolo 4: Analisi delle correlazioni tra le misure ed i parametri di costruzione dei campioni
Equation Chapter 4 Section 1
CAPITOLO 4
4 Analisi delle correlazioni tra le misure ed i parametri di
costruzione dei campioni
Nel capitolo precedente sono state descritte tutte le prove effettuate per definire il
comportamento dello strumento di misura. Da quella serie di analisi e dalle modifiche
software ed hardware che ne sono derivate, si è giunti alla definizione del comportamento
della macchina durante tutte le fasi di un ciclo di prova su di un campione e,
conseguentemente, alla definizione di quali dati è possibile raccogliere dall'esecuzione di un
test su di un tessuto.
Una volta accertato che la macchina è utilizzabile per la tipologia di test per cui è stata
pensata, è stato possibile passare ad una fase successiva di analisi, più inerente allo scopo
finale di utilizzo dello strumento stesso: infatti sono stati eseguiti test e sono stati raccolti
dati con lo scopo di trovare correlazioni tra le misure eseguite e le caratteristiche di
costruzione dei tessuti sotto indagine.
Dai test effettuati sono stati essenzialmente raccolti i valori di compliance a diversi livelli di
forza imposta e di lavoro dissipato durante un ciclo completo di carico; su questi dati si è
fondata l'analisi delle correlazioni tra i parametri dei campioni e le misure.
Al fine di giungere a risultati più significativi ed al fine di avere a disposizione un più ampio
spettro di parametri su cui effettuare l'analisi, il set di campioni utilizzato per l'esecuzione
delle prime prove è stato ampliato con nuovi tessuti, sempre forniti dalla ditta Boselli di
Olgiate Comasco.
132
4.1 Il nuovo set di campioni.
Al set di sei campioni già utilizzato sono stati aggiunti altri 12 campioni, tutti di poliestere,
eccetto due che contengono percentuali di lycra. Di seguito si riportano innanzitutto le
caratteristiche dei primi campioni e poi le caratteristiche di quelli che sono stati aggiunti in
Ordito
questa fase di analisi.
Tessuto A
Tessuto B
Tessuto C
Tessuto D
Tessuto E
Tessuto F
Tipo filato
PE
PE
PE
PE
PE
PE
Titolo [dtex]
50
50
50
50
50
50
n° filamenti
36
40
40
40
40
40
torsioni
0
0
0
0
0
0
Testurizzazione
fili/cm
Note
NO
SI
SI
SI
SI
SI
86-87
86-87
86-87
86-87
86-87
86-87
sez.trilobata
Tipo filato
PE
PE
PE
PE
PE
PE
Titolo
78
78
50
200
334
200
Trama
n° filamenti
40
48
40
320
96
320
1000
1600
0
0
0
0
Testurizzazione
SI
SI
SI
SI
SI
SI
trame/cm
43
44
45
42
33
43
RASO 5
RASO 5
RASO 5
FAILLE
torsioni
Note
2S-2Z
Armatura
RASO 5
Trattamenti
Purga
RASO 5
Purga
Purga
Purga
Purga
Purga
Decorticazione Decorticazione Tintura
Smerigliatura
Tintura
Tintura
Tintura
Tintura
Tintura
Spianatura
Spianatura
Spianatura
Spianatura
Spianatura
Spianatura
Tabella 4.1: primo set di campioni.
133
Ordito
Tessuto G
Tessuto H
Tessuto I
Tessuto J
Tipo filato
PE
PE
PE
Titolo [dtex]
50
78
50
n° filamenti
36
48
36
torsioni
Trama
Tessuto L
PE
PE
PE
50
100
50
40
120
40
1650
1800
1650
0
0
0
Testurizzazione
SI
SI
SI
SI
NO
SI
fili/cm
46
35
46
143
85
83
Note
S-Z
S-Z
S-Z
Tipo filato
PE
PE
PE
PE+lycra
PE
PE
Titolo
50
78
50
40+50
78
50
n° filamenti
torsioni
36
48
80
40
48
80
1650
1800
1650
0
1200
0
SI
SI
SI
SI
SI
SI
48
47
51
Testurizzazione
trame/cm
39
27
40
Note
S-Z
S-Z
S-Z
TELA
TELA
TELA
Armatura
Purga
Trattamenti
Tessuto K
Purga
Purga
S-Z
RASO 5
Purga
RASO 5
Purga
RASO 5
Purga
Tintura
Tintura
Tintura
Tintura
Tintura
Tintura
Spianatura
Spianatura
Spianatura
Spianatura
Spianatura
Spianatura
Tabella 4.2: set di campioni aggiuntivo per l'analisi (prima parte)
134
Ordito
Tessuto M
Tessuto N
Tessuto O
Tessuto P
Tessuto Q
Tessuto R
Tipo filato
PE
Titolo [dtex]
50
PE+lycra
PE
PE
PE
PE
30+33
140
50
70
78
n° filamenti
40
50
36
64
48
torsioni
0
0
1650
0
1800
Testurizzazione
SI
SI
SI
SI
SI
fili/cm
58
65
58
86
34
Hot pirn
S-Z
PE
PE
74
Trama
Note
Tipo filato
PE
PE+lycra
PE
Titolo
50
30+33
176
50
78
78
n° filamenti
40
50
36
48
48
torsioni
0
0
1650
1200
1800
Testurizzazione
SI
SI
SI
SI
SI
trame/cm
44
62
PE
30
49
49
28
S-Z
S-Z
RASO 5
TELA
Note
Armatura
TELA
Trattamenti
Purga
TELA
Purga
TELA
Purga
FINTA GARZA
Purga
Purga
Purga
Tintura
Tintura
Tintura
Tintura
Tintura
Tintura
Spianatura
Spianatura
Spianatura
Spianatura
Spianatura
Spianatura
Calandratura
Tabella 4.3: set di campioni aggiuntivo per l'analisi (seconda parte)
I campioni descritti nelle tabelle precedenti ricoprono uno spettro molto ampio delle
caratteristiche dei tessuti realizzati presso la ditta Boselli e costituiscono una buona base per
l'analisi delle correlazioni fra tali caratteristiche e le misure ottenute dallo strumento.
Per la raccolta dei dati sono state eseguite 5 repliche, ciascuna composta da 4 cicli completi
di carico, per ogni campione a disposizione, variando l'angolo di misura dalla direzione di
ordito (0°) alla direzione di trama (90°) effettuando le prove ad ogni 15°.
Per una più dettagliata analisi della ripetitività delle misure si rimanda al paragrafo 4.4.
135
4.2 Parametrizzazione delle curve di compliance.
Le misure raccolte attraverso lo strumento descritto nel capitolo 3 consentono di tracciare
diagrammi che mostrano l'andamento della compliance al variare dell'angolo di misura
rispetto alle direzioni principali (trama e ordito). In particolare, nel paragrafo 3.7 vengono
mostrati alcuni esempi di tali grafici.
Al fine di poter analizzare le proprietà elastiche dei campioni di tessuto considerati, è
dapprima necessario fornire un'espressione matematica dell'andamento della compliance al
variare dell'angolo. Tale procedimento viene effettuato per ogni campione.
La determinazione dei parametri di una funzione in grado di minimizzare l'errore tra i dati
raccolti e i valori forniti dalla funzione stessa, va genericamente sotto il nome di curve
fitting. Esistono numerosi metodi matematici in grado di determinare i coefficienti di una
funzione che deve approssimare dei dati, il più comune dei quali è, in genere, un
procedimento di minimizzazione nel senso dei minimi quadrati, la cui espressione più
generale è del tipo:
min
∑i [ f (xi , β ) − yi ]
2
[4.1]
dove:
yi è il generico dato di misura (noto)
xi è il generico vettore di variabili indipendenti corrispondente al valore yi
f è la funzione che deve approssimare i dati, la cui espressione è nota
β è il vettore dei parametri incogniti che minimizzano l'errore tra la funzione ed i dati.
Nel caso in esame:
yi è il valore di compliance misurato (variabile dipendente)
xi è l'angolo a cui viene misurata la compliance (unica variabile indipendente)
β è il vettore dei parametri incogniti, a seconda del tipo di funzione considerato.
136
È possibile generare moltissime funzioni in grado approssimare i dati di compliance raccolti
a diversi valori di angolo. In generale, è intuitivo notare come maggiore sia il numero di
parametri della funzione e minore sia l'errore complessivo tra i dati e l'approssimazione,
infatti la funzione stessa, avendo un numero maggiore di "gradi di libertà", può più
facilmente avvicinarsi ai dati di misura, fino ad arrivare ad interpolarli.
Nel caso in esame i dati disponibili sono i valori di compliance raccolti ad intervalli di 15°,
partendo dall'ordito (0°) alla trama (90°). Il numero di dati è così pari a 7 per ogni campione.
Se da un lato considerare forme funzionali ad un numero elevato di parametri può meglio
ricalcare la funzione nei punti nei quali sono stati raccolti i dati, dall'altro funzioni con molti
parametri possono complicare notevolmente l'analisi successiva: infatti lo scopo dello studio
è quello di correlare i parametri della forma funzionale ipotizzata con i parametri di
costruzione del tessuto. Un numero elevato di parametri può poi rendere più difficoltosa la
determinazione dei contributi dei singoli elementi di costruzione del tessuto in esame.
La valutazione opposta porta a sottolineare che una funzione molto semplificata, con
pochissimi parametri, poco rappresenta l'andamento reale della compliance al variare del
tipo di tessuto.
Le considerazioni qui enunciate e prove effettuate su alcuni campioni hanno portato a
considerare come ottimale una funzione del tipo:
y = γ 0 + γ S ⋅ sin(θ ) + γ C ⋅ cos(θ )
[4.2]
dove:
y rappresenta il valore di compliance
θ è l'angolo (rispetto alla direzione di ordito) di misura
γ è il vettore dei parametri da determinare.
Un'espressione del tipo presentato in equazione [4.2] è conveniente per varie ragioni:
innanzitutto contiene parametri incogniti solo in forma lineare, sono in numero non elevato
ma nemmeno insufficienti a rappresentare l'andamento della compliance in funzione
dell'angolo, infine l'espressioni di seno e coseno consentono di tentare di separare gli effetti
delle caratteristiche di trama e ordito sul livello totale di compliance: infatti il termine di
seno è massimo in direzione di trama (90°), quando il termine di coseno è nullo, e viceversa.
137
La linearità dei parametri γ della funzione in [4.2] consente di determinare rapidamente, nel
senso dei minimi quadrati, i parametri stessi, costruendo i seguenti vettore e matrice:
 y1 
 
M
 
y =  yi 
 
M
y 
 7
1 sin(θ1 ) cos(θ1 ) 


M
M 
γ 0 
M
 
X = 1 sin(θ i ) cos(θ i )  γ = γ S 


 
M

M
M
γ C 


1 sin(θ 7 ) cos(θ 7 ) 
[4.3]
La determinazione del vettore dei coefficienti γ si ottiene attraverso il calcolo della
seguente espressione:
(
γ = XT ⋅X
)
−1
⋅XT ⋅ y
[4.4]
che fornisce i coefficienti che minimizzano l'errore quadratico medio calcolato tra i dati
raccolti ed il valore della funzione proposta valutata nei punti di misura.
Per comprendere la bontà della parametrizzazione proposta rispetto ai dati raccolti, è
possibile utilizzare un indicatore sintetico tipico dell'analisi di regressione: il coefficiente di
determinazione R2. tale coefficiente esprime la percentuale della variazione dei dati raccolti
spiegata dalla forma funzionale proposta. L'espressione di R2 è la seguente:
R2 = 1−
y′ ⋅ y − γ ′ ⋅ X ′ ⋅ y
y ′ ⋅ y − n ⋅ ym2
[4.5]
138
dove:
ym =
1
n
n
∑y
[4.6]
i
i =1
Tanto più il valore di R2 è prossimo all'unità e tanto meglio la forma funzionale approssima i
dati sperimentali.
Di seguito vengono riportati alcuni esempi di grafici che riportano le misure puntuali
effettuate e le curve parametrizzate.
Sample A: 200 cN
1800
2
R =0.98272
1600
compliance
1400
1200
1000
800
600
0
15
30
45
60
75
90
angolo [°]
Figura 4.1: parametrizzazione della curva di compliance per il campione A (200cN)
139
γ 0 _ A 200
1603.6
γ S _ A 200
56.2
γ C _ A 200
-980.8
R2:
0.9827
Sample F: 200 cN
1100
2
1000
R =0.98337
compliance
900
800
700
600
500
400
0
15
30
45
60
75
90
angolo [°]
Figura 4.2: parametrizzazione della curva di compliance per il campione F (200cN)
γ 0 _ F 200
1110.7
γ S _ F 200
-662.2
γ C _ F 200
-85.2
R2:
0.9834
140
Tutti i valori ottenuti per gli altri campioni sono riportati in Appendice B.
Una volta parametrizzate tutte le curve di compliance dei campioni a disposizione, il passo
successivo è quello di correlare i coefficienti delle curve (secondo l'equazione [4.2]) così
trovati con le caratteristiche dei tessuti da cui sono state ricavati. Il metodo di procedere
ritenuto più opportuno è quello di correlare le grandezze attraverso una regressione lineare
multipla, secondo il procedimento descritto nel paragrafo seguente.
4.3 Analisi di regressione: teoria.
Il modello di regressione lineare multipla viene utilizzato per studiare la relazione tra una
variabile dipendente e molte variabili indipendenti [1,2,3]. La forma generale del modello di
regressione lineare è:
yi
= f ( xi1 , xi 2 ,K , xik ) + ε i
= β1 xi1 + β 2 xi 2 + K + β k xik + ε i i = 1,K , N
[4.7]
dove y è la variabile indipendente, x1,…,xk sono le variabili indipendenti (detti anche
regressori) ed i indicizza gli n campioni di osservazione. Il termine ε è definito come
disturbo casuale, che intende raccogliere gli errori di misura.
Il termine lineare con cui viene definita l'analisi di regressione qui descritta si riferisce ai
coefficienti delle variabili indipendenti βi, infatti è definito lineare anche un modello come
quello seguente:
y = β 0 + β1 x + β 2 x 2 + β 3 x 3
141
Sotto alcune ipotesi, quali:
-
Valore atteso dell'errore: E ε X  = 0 ;
-
Varianza dell'errore: var ε X  = σ 2 ⋅ I (omoschedasticità);
è possibile stimare i coefficienti dell'equazione [4.7] secondo il metodo dei minimi quadrati
ordinari (O.L.S.).
L'equazione di regressione, scritta in forma compatta, diventa:
k
y = β0 + ∑ β j x j
[4.8]
j =1
È possibile riscrivere il modello in forma matriciale, così da rendere più semplice la scrittura
dei passaggi algebrici effettuati per ricercare la soluzione.
y = X⋅a
[4.9]
con
1 x11

1 x21
X=
M M

1 xn1

x12 L x1k 
 y1 
 β0 

 
 
x22 L x2 k 
 y2 
 β1 
y
a
=
=
M
M 
M
M 

 
 
 yn 
βk 
xn 2 L xnk 
 
 
[4.10]
142
Per determinare il vettore dei parametri incogniti â (stima del vettore di parametri a) è
necessario risolvere l’equazione seguente:
aˆ = ( X′ × X ) × X′ × y
-1
[4.11]
da cui si ricava:
β 0 
 
M
 
â =  β i 
 
M
β 
 k
[4.12]
Una volta determinati i coefficienti della regressione, è necessario verificare la bontà del
modello proposto, secondo le ipotesi sopra fatte. Una prima indicazione dell’adeguatezza del
modello è calcolare i residui ed osservare se sono distribuiti secondo una normale e se
l'ipotesi di omoschedasticità è verificata.
I residui sono definiti come:
e = y - yˆ
[4.13]
cioè:
k
ei = yi − yˆi = yi − βˆ0 − ∑ βˆ j ⋅ xij
[4.14]
j =1
La verifica dell'ipotesi di omoschedasticità viene trattata con maggior dettaglio nel paragrafo
4.3.2.
143
Una volta calcolati i coefficienti della regressione, secondo l'equazione [4.11], si possono
calcolare gli intervalli di confidenza dei coefficienti di regressione β i , ad esempio con
α = 5% . I limiti di confidenza sono definiti come:
β Lj ≤ β j ≤ βUj
[4.15]
dove:
β Lj = βˆ j − tα / 2,n − k −1 ⋅ σˆ ⋅ C jj
βUj = βˆ j + tα / 2,n − k −1 ⋅ σˆ ⋅ C jj
[4.16]
in cui tα 2,n −k −1 rappresenta la distribuzione t a n-k-1 gradi di libertà valutata in α 2 , mentre:
σˆ 2 =
C = ( X′ ⋅ X )
−1
y ′ ⋅ y − aˆ ′ ⋅ X′ ⋅ y
n − k −1
[4.17]
 C00

 C10
=
M

 Ck 0

[4.18]
C01 L C0 k 

C11


O

Ckk 
144
da cui si ricava:
var( βˆ j ) = σˆ 2 ⋅ C jj
cov( βˆi , βˆ j ) = σˆ 2 ⋅ Cij
j = 0,1,K , k
i, j = 0,1,K , k i ≠ j
[4.19]
I dati espressi in equazione [4.16] sono utili per una verifica di ipotesi del tipo:
H0 : β j = 0
j = 0,1,K , 4
H1 : β j ≠ 0
j = 0,1,K , 4
[4.20]
Si conviene di accettare l’ipotesi H0 per βj nel caso in cui l'intervallo di confidenza, secondo
l'equazione [4.16], includa lo zero, altrimenti si conviene di rifiutare l’ipotesi H0 e di
accettare l'ipotesi H1.
È inoltre possibile effettuare test di ipotesi e analisi sul sistema complessivo, invece che
considerare un singolo regressore per volta. In particolare si può calcolare il coefficiente di
determinazione R2, che indica la percentuale di varianza spiegata dal modello di regressione.
La definizione di R2 risulta:
R2 = 1 −
y′ ⋅ y − aˆ ′ ⋅ X′ ⋅ y
y′ ⋅ y − n ⋅ y 2
[4.21]
in cui
1 n
y = ∑ yi
n i =1
[4.22]
145
Infatti R2 , nell'espressione di [4.21], può essere più chiaramente rappresentato come:
n
R2 =
∑ ( yˆ − y )
2
∑ (y − y)
2
i =1
n
i =1
i
[4.23]
i
in cui il numeratore rappresenta la varianza spiegata dal modello proposto ed il
denominatore rappresenta la varianza totale dei dati raccolti.
È possibile infine formulare un test d’ipotesi per determinare se sia ammissibile o meno una
relazione lineare tra almeno un regressore xi e la risposta y.
Il test risulta espresso nella forma:
H 0 : β1 = β 2 = K = β k = 0
H1 : β j ≠ 0
per almeno un j
[4.24]
Il rifiuto dell’ipotesi H 0 implica che almeno un regressore fornisca un contributo
statisticamente significativo al modello proposto. L'espressione formale del test statistico
risulta:
( aˆ ′ ⋅ X′ ⋅ y − ny )
2
F0 =
k
( y′ ⋅ y − aˆ ′ ⋅ X′ ⋅ y ) ( n − k − 1)
[4.25]
146
Si conviene di rifiutare l’ipotesi H0 se:
F0 > fα ,k ,n − k −1
[4.26]
dove fα ,k ,n − k −1 rappresenta la distribuzione cumulata f a k e n-k-1 gradi di libertà valutata in
α.
Un'espressione duale a quella dell'equazione [4.26] porta al calcolo del p-value, definito
come:
p − value = 1 − f ( F0 , k , n − k − 1)
[4.27]
In cui si calcola la probabilità di commettere un errore del primo tipo, cioè di rifiutare
l'ipotesi H 0 pur essendo vera.
4.3.1
Utilizzo di variabili dummy.
Una variabile dummy è una variabile binaria {0,1} che consente di valutare gli effetti sulla
variabile indipendente y al presentarsi o meno di una certa circostanza. Nel contesto qui
considerato, l'utilizzo di variabili dummy è particolarmente indicato per valutare in modo
separato gli effetti dovuti alla presenza di trattamenti di finissaggio sui campioni.
Vi sono due modalità di utilizzo delle variabili dummy: si può adottare una variabile dummy
a correzione di intercetta oppure a correzione di pendenza, come verrà illustrato qui di
seguito.
147
-
Variabile dummy a correzione di intercetta. Il modello di regressione assume un valore
della costante β0 differente a seconda che si verifichi o meno una specifica circostanza. Il
modello diventa:
k
y j = β 0 + δ j β + ∑ β i xi
∗
δ j ∈ {0,1}
i =1
[4.28]
dove δj è la variabile dummy. Il termine costante del modello risulta β0 o β0 + β* a seconda
del valore della variabile dummy. La matrice di equazione [4.10] diventa:
1

M
X = 1

M

1
-
δ1
x11
x12
M
M
M
δj
x j1
x j2
M
M
M
δn
xn1
xn 2
L x1k 

M 
L x jk 

M 

L xnk 
[4.29]
Variabile dummy a correzione di pendenza. Il modello di regressione assume un valore
del coefficiente βj , relativo ad uno specifico regressore x%i , differente a seconda che si
verifichi o meno una specifica circostanza. Il modello diventa:
k
y j = β 0 + ∑ β i xi + β * ⋅ δ j ⋅ x%i
i =1
δ j ∈ {0,1}
dove δj è la variabile dummy. Il coefficiente del regressore x%i risulta β%i
[4.30]
o β%i + β * a
seconda del valore della variabile dummy. La matrice di equazione [4.10] diventa:
148
1 δ1 ⋅ x%1i x11 x12 L x1k 


M
M
M
M 
M
X = 1 δ j ⋅ x%1i x j1 x j 2 L x jk 


M
M
M
M
M 


1 δ n ⋅ x%1i xn1 xn 2 L xnk 
4.3.2
[4.31]
Test di omoschedasticità.
Affinché il modello proposto sia statisticamente significativo, è necessario che, una volta
determinati i coefficienti di regressione secondo il metodo dei minimi quadrati ordinari, si
verifichino le ipotesi che sottostanno un tale modello. In particolare è necessario verificare
l'ipotesi di omoschedasticità del modello, ossia dell'indipendenza dell'errore dalle
osservazioni effettuate. Formalmente:
var ε i X  = σ 2
cov ε i , ε j X 
∀i
∀i ≠ j
[4.32]
per eseguire tale verifica, una volta calcolati gli errori secondo l'equazione [4.14], è
necessario determinare una eventuale dipendenza dell'errore da uno o più regressori
mediante un'analisi di regressione simile a quella descritta in precedenza.
Si studia un modello di regressione per determinare una forma funzionale che rappresenti la
varianza secondo una generica forma del tipo:
σ 2j = E ε 2j X  = g ( x1 j , x2 j ,K , xkj ,θ )
[4.33]
149
Volendo utilizzare un modello di regressione lineare nei coefficienti, l'equazione [4.33] può
essere così specificata:
k
σ i2 = λ0 + ∑ λ j ⋅ xij
[4.34]
j =1
che risulta un modello di regressione lineare multipla, da trattare esattamente come
precedentemente indicato. Le variabili indipendenti (o regressori) xi sono gli stessi utilizzati
per la determinazione della variabile indipendente y, mentre la forma funzionale, cioè la
reale specificazione dell'equazione [4.34] può essere diversa da quella utilizzata per la
determinazione di y.
Il test sui coefficienti λj viene eseguito in modo identico ai test effettuati per i coefficienti βj
(equazioni [4.11], [4.16] e [4.20]); qualora risulti che nessun coefficiente λj (eccetto λ0)
risulti dare un contributo statisticamente significativo, cioè si accetta l'ipotesi H0 per ogni λj ,
l'omoschedasticità del problema, ipotizzata all'inizio, viene verificata. Qualora invece uno o
più coefficienti λj risulti dare un contributo statisticamente significativo (si rifiuta l'ipotesi
H0), allora ci si trova in condizione di eteroschedasticità e l'ipotesi alla base del modello dei
minimi quadrati ordinari risulta non verificata.
Il modello deve pertanto essere modificato, passando dai minimi quadrati ordinari (O.L.S.) ai
minimi quadrati pesati (W.L.S.).
La varianza, stimata nel modello di equazione [4.34], consente di ricavare la stima della
deviazione standard per ciascuna osservazione:
k
σˆ i = λˆ0 + ∑ λˆ j ⋅ xij
[4.35]
j =1
I valori ricavati in equazione [4.35] vengono utilizzati per "correggere" le osservazioni del
modello originale di equazione [4.8] ed ottenere un modello omoschedastico.
150
yi β 0
=
+
σˆ i σˆ i
k
∑β
j
⋅
j =1
x j εi
+
σˆ i σˆ i
[4.36]
⋅ x∗j + ε i∗
[4.37]
che può essere così riscritto:
yi∗ = β 0∗ +
k
∑β
j
j =1
ed essere risolto in modo identico al modello di equazione [4.8] per determinare i
coefficienti βj corretti per l'eteroschedasticità: infatti il modello di equazione [4.37] ha per
costruzione:
var ε i∗ X  = 1
[4.38]
Una volta eseguiti tutti i passaggi per analizzare il modello di regressione lineare multipla,
sia che risulti omoschedastico, sia che risulti eteroschedastico, sono noti i coefficienti della
regressione, che rappresentano il contributo di ciascun regressore (variabile indipendente)
sulla variabile indipendente.
Nei prossimi paragrafi si applicherà tale modello per analizzare il contributo di singole
variabili di costruzione di un tessuto alla variazione della compliance e alla variazione del
lavoro dissipato durante un ciclo di carico.
151
4.4 Analisi della ripetitività delle misure.
Prima di analizzare i dati raccolti dalle diverse misure è stata effettuata una indagine più
approfondita sulle proprietà di ripetibilità delle misure raccolte, al fine di utilizzare, in fase di
analisi, misure quanto più corrette ed attendibili possibile.
Sono state considerate due tipologie di campioni, uno definibile "leggero", e l'altro definibile
"medio pesante", al fine di poter osservare eventuali differenze di comportamento a seconda
della tipologia di tessuto. In particolare sono state effettuate misure ripetute in direzione di
trama per i campioni B e D, le cui caratteristiche sono riportate in Tabella 4.1.
Per poter effettuare l'analisi qui proposta, sono state eseguite prove con più cicli di carico e
sono state poi ripetute, in alcuni casi riposizionando il campione sulla tavola porta pezzo ed
in altri eseguendo la prova senza movimentare il campione. Le variabili che entrano in gioco
per la determinazione della ripetitività delle prove dunque sono:
-
Numero di cicli di carico in una prova;
-
Numero di prove effettuate con un posizionamento;
-
Effetti indotti dal riposizionamento.
I dati raccolti dai campioni considerati hanno mostrato come significativa una espressione
della variazione della compliance del tipo:
y = K ⋅ cyα ⋅ n β
[4.39]
dove:
-
K, α e β sono i parametri da determinare;
-
cy è il numero di cicli effettuato in una singola prova;
-
n è il numero di prove eseguite con un posizionamento.
152
L'espressione di [4.39] è facilmente analizzabile con la teoria della regressione lineare
multipla descritta nel §4.3 passando ai logaritmi. Infatti:
log y = log K + α log cy + β log n
[4.40]
Eseguendo l'analisi di regressione si determina, per il campione B:
-
α=0.0544
-
β=0.0167
I dati dell'analisi statistica risultano:
Statistica
Valore
Intervallo di confidenza di α
0.0391÷0.0697
Intervallo di confidenza di β
0.0033÷0.0299
2
R
0.9878
F0
2811
p-value
0.0048
Tabella 4.4: statistica campione B
Figura 4.3: andamento della compliance con le prove (campione B a 3 N)
153
Eseguendo invece l'analisi di regressione si determina, per il campione D:
-
α=0.0426
-
β=0.0187
I dati dell'analisi statistica risultano:
Statistica
Valore
Intervallo di confidenza di α
0.0049÷0.0803
Intervallo di confidenza di β
0.0021÷0.0352
2
R
0.9571
F0
774
p-value
0.0049
Tabella 4.5: statistica campione D
Figura 4.4: andamento della compliance con le prove (campione D a 3 N)
154
Dai dati raccolti e dall'analisi fatta emerge una tendenza delle misure ad aumentare (il
tessuto diventa più cedevole) all'interno di una prova con più cicli e durante prove
successive, fatte con un unico posizionamento. Si nota inoltre come l'aumento di compliance
sia simile per un campione leggero come per un campione pesante per quanto concerne il
coefficiente legato al numero di prove (β), mentre il coefficiente legato al numero di cicli (α)
risulta maggiore per il campione leggero. Appare che a parità di forza il campione più
leggero viene maggiormente sollecitato, quindi si rilassa maggiormente.
Un aspetto non considerato nel modello proposto è la variazione di misura dovuta a diversi
posizionamenti dello stesso campione.
Essendo l'operazione di fissaggio del campione sulla tavola porta campione totalmente
manuale, in essa è intrinseca una certa variabilità. Infatti, se da un lato la pretensione è
ottenuta mediante dei pesi, e quindi sicuramente ripetibile, esiste tutta una serie di operazioni
manuali che possono indurre delle variazioni. Senza adottare accorgimenti, un operatore
inesperto può ottenere variazioni sulle misure anche dell'ordine del 5÷7%, mentre con un po'
di pratica si possono ottenere misure con una variabilità molto più limitata.
Sicuramente questo è un punto debole dell'attrezzatura, potenzialmente migliorabile, sia in
fase di prototipo e certamente per un eventuale impiego a livello industriale.
155
4.5 Un modello per la compliance dei tessuti.
La ricerca di un modello statistico matematico che possa spiegare la compliance di un
tessuto passa attraverso un'indagine statistica del contributo dei principali parametri di
costruzione dei campioni sulle costanti γ0, γS e γC determinate nel paragrafo 4.2.
Le principali variabili indipendenti considerate nella costruzione del modello di regressione
sono:
-
Titolo del filato di ordito [dtex];
-
Fili al centimetro in ordito [fili/cm];
-
Titolo del filato di trama [dtex];
-
Numero di trame al centimetro [trame/cm];
-
Torsioni del filato di trama [giri/m];
-
Tipo di armatura (Tela o Raso 5);
-
Presenza di eventuali finissaggi differenziali (decorticazione, smerigliatura, ecc…);
-
Livello di forza a cui sono stati ricavati i dati [cN].
In genere si ipotizza che i parametri qui sopra elencati forniscano un contributo di primo
grado (cioè lineare) al valore finale delle costanti considerate, senza considerare effetti di
grado superiore ed effetti legati al prodotto di due parametri. A questo criterio, volto a
semplificare l'espressione ricercata, fanno eccezione da un lato la forza e, dall'altro, il titolo
ed il numero dei fili. Il contributo del livello di forza a cui fa riferimento ogni dato
considerato viene analizzato con due termini, uno di primo grado ed uno di secondo, cioè:
γ X = K + β F1 ⋅ F + β F 2 ⋅ F 2 + K
[4.41]
156
Questo viene fatto perché, osservando il diagramma forza-spostamento di molti dei campioni
considerati, si osserva un comportamento del tessuto che tende ad "irrigidire" (stiffening),
nel senso che, all'aumentare della forza durante la fase di carico la compliance aumenta
meno che proporzionalmente, come mostrato in Figura 4.5.
Sample C warp direction
400
fe
ni
n
g
300
St
if
200
Force [cN]
100
0
-100
-200
-300
-400
-1500
-1000
-500
0
Displacement [µm]
500
1000
1500
Figura 4.5: diminuzione di compliance all'aumentare del livello di forza.
Per quanto riguarda invece il titolo ed il numero di fili, all'interno della regressione viene
considerato anche il prodotto tra i due, in quanto è direttamente proporzionale alla sezione
resistente del tessuto sottoposto a trazione, infatti il titolo è proporzionale all'area di un
singolo filato, mentre il numero di fili indica la fittezza degli stessi.
157
4.5.1
Analisi della costante γ0.
La costante γ0 rappresenta il termine indipendente dall'angolo di misura all'interno
dell'equazione [4.2]. L'analisi della correlazione tra γ0 ed i parametri di costruzione sopra
elencati è stata condotta in due diverse fasi: infatti sono stati tenuti separati i dati raccolti da
campioni tipo "tela" e da campioni tipo "raso 5", in modo da poter effettuare un confronto tra
le diverse tipologie di armature. I tessuti elasticizzati, con percentuali di filato composte di
lycra, non sono stati utilizzati nell'analisi complessiva, ma verranno utilizzati per un
confronto con i dati ottenuti.
L'espressione utilizzata per l'analisi di regressione del parametro γ0 per i campioni realizzati
con un'armatura tipo raso da 5 è:
γ 0 = β 0 + β1 ⋅ F + β 2 ⋅ F 2 + β 3 ⋅ TitT ⋅ trame + β 4 ⋅ TitO ⋅ filiO + β 5 ⋅ TitT + β 6 ⋅ TitO +
+δ1 ⋅ decort + δ 2 ⋅ smerigl
[4.42]
in cui:
-
F rappresenta il livello di forza [cN] a cui è stato ricavato il parametro γ0 ;
-
TitT rappresenta il titolo della trama [dtex];
-
TitO rappresenta il titolo dell'ordito [dtex];
-
trame rappresenta il numero di trame al centimetro [tr/cm] con cui è realizzato il tessuto;
-
filiO rappresenta il numero di fili [fili/cm] dell'ordito;
-
decort rappresenta il trattamento di finissaggio di decorticazione (dummy);
-
smerigl rappresenta il trattamento di finissaggio di smerigliatura (dummy);
158
L'analisi di regressione porta ai seguenti risultati:
Parametro
Valore
β0
Costante
8.881
β1
Forza (1°grado)
7.812
β2
Forza (2°grado)
-0.0084
β3
TitT*trame
-1.156
β4
TitO*filiO
-1.901
β5
TitT
32.630
β6
TitO
187.52
δ1
Decorticazione
811.33
δ2
Smerigliatura
1848.03
Tabella 4.6: regressione di γ0 (rasi).
Intervalli di confidenza:
Parametro
Intervallo di confidenza
β1
4.263
11.361
β2
-0.0173
0.00059
β3
-1.382
-0.929
β4
-02.617
-1.199
β5
25.728
39.532
β6
126.678
248.362
δ1
713.013
909.657
δ2
1278.427
2417.638
Tabella 4.7: intervalli di confidenza di γ0 (rasi).
159
Statistiche generali:
Statistica
Valore
R2:
0.9801
F0:
191.25
p-value:
9.682 ⋅10−4
Tabella 4.8: statistiche generali di γ0 (rasi).
Da quest'analisi emerge che l'unico parametro non significativo risulta il termine di secondo
grado della forza (β2), mentre tutti gli altri parametri sono significativi.
Analizzando i valori si nota come il livello di compliance dipende ovviamente dalla forza, in
quanto maggiore è il livello di forza e maggiore è il livello di spostamento. Inoltre i termini
di resistenza in direzione di trama ed ordito (cioè numero di fili moltiplicato per il titolo)
forniscono un contributo negativo, infatti, maggiore è la resistenza e minore è la compliance.
Invece termini legati al solo titolo mostrano che un aumento di titolo in trama o in ordito
porta ad un aumento della compliance, questo può essere dovuto al fatto che un aumento del
titolo fa intervenire maggiori componenti flessionali nell'intreccio rispetto a componenti di
trazione. Questo porta a valori di compliance maggiori.
Di seguito si analizza il comportamento della costante γ0 per tessuti ad armatura tipo tela.
L'espressione usata è molto simile a quella per i rasi, ed è:
γ 0 = β 0 + β1 ⋅ F + β 2 ⋅ F 2 + β 3 ⋅ TitT ⋅ trame + β 4 ⋅ TitO ⋅ filiO +
+ β 5 ⋅ TitT + β 6 ⋅ TitO + δ1 ⋅ calandr
[4.43]
L'unica differenza rispetto all'equazione [4.42] consiste nelle variabili dummy. In questo caso
esiste una sola variabile dummy legata al trattamento di finissaggio di calandratura.
160
Parametro
Valore
β0
Costante
β1
Forza (1°grado)
14.636
β2
Forza (2°grado)
-0.0212
β3
TitT*trame
-7.25
β4
TitO*filiO
2.140
β5
TitT
272.460
β6
TitO
-333.176
δ1
Calandratura
-1768.32
14134.87
Tabella 4.9: regressione di γ0 (tele).
Parametro
β1
3.204
26.068
β2
-0.0674
0.0249
β3
-9.034
-5.477
β4
1.613
2.667
β5
200.892
344.028
β6
-411.939
-254.414
δ1
-2341.50
-1195.13
Tabella 4.10: intervalli di confidenza di γ0 (tele).
161
Statistica
Valore
R2:
0.918
F0:
38.56
p-value:
9.75 ⋅10−4
Tabella 4.11: statistiche generali di γ0 (tele).
Anche da quest'analisi emerge che l'unico parametro non significativo risulta il termine di
secondo grado della forza (β2), mentre tutti gli altri parametri sono significativi.
Nuovamente, analizzando i valori si nota come il livello di compliance dipende ovviamente
dalla forza, in quanto maggiore è il livello di forza e maggiore è il livello di spostamento.
Nel caso di tele, però, i termini di resistenza in direzione di trama ed ordito (cioè numero di
fili moltiplicato per il titolo) forniscono contributi opposti: mentre in direzione di trama
l'effetto è uguale ai rasi, per l'ordito un aumento del prodotto del numero dei fili per il titolo
del singolo filato porta ad un leggero aumento di compliance. Anche per quanto riguarda i
termini legati al solo titolo si notano effetti opposti: un aumento di titolo in trama porta ad un
aumento della compliance, mentre per il titolo di ordito avviene l'opposto. Il differente
comportamento, rispetto all'analisi fatta per i rasi, è probabilmente dovuto alla diversa
tipologia di intreccio, per il quale si notano contributi diversi dei singoli componenti.
162
4.5.2
Analisi del termine legato al seno γS.
Il termine γS è il coefficiente legato al seno nell'espressione di [4.2]. Pertanto il suo
contributo è massimo quando si effettua una misura in direzione di trama
(convenzionalmente 90°) e nullo quando si effettua una misura in direzione di ordito
(convenzionalmente 0°). L'analisi, anche in questo caso, è stata condotta in due fasi separate
per tessuti di tipo raso da 5 e per tessuti di tipo tela.
L'espressione utilizzata per l'analisi di regressione del parametro γS per i campioni realizzati
con un'armatura tipo raso da 5 è identica a quella utilizzata in [4.42] per il parametroγ0 e che
viene qui sotto riportata:
γ S = β 0 + β1 ⋅ F + β 2 ⋅ F 2 + β 3 ⋅ TitT ⋅ trame + β 4 ⋅ TitO ⋅ filiO + β 5 ⋅ TitT + β 6 ⋅ TitO +
in cui:
-
F rappresenta il livello di forza [cN] a cui è stato ricavato il parametro γ0 ;
-
TitT rappresenta il titolo della trama [dtex];
-
TitO rappresenta il titolo dell'ordito [dtex];
-
trame rappresenta il numero di trame al centimetro [tr/cm] con cui è realizzato il tessuto;
-
filiO rappresenta il numero di fili [fili/cm] dell'ordito;
-
decort rappresenta il trattamento di finissaggio di decorticazione (dummy);
-
smerigl rappresenta il trattamento di finissaggio di smerigliatura (dummy);
163
Parametro
Valore
β0
Costante
β1
Forza (1°grado)
1.1978
β2
Forza (2°grado)
-0.00092
β3
TitT*trame
-0.253
β4
TitO*filiO
0.423
β5
TitT
6.386
β6
TitO
-21.40
δ1
Decorticazione
37.64
δ2
Smerigliatura
-577.556
-77.717
Tabella 4.12: regressione di γS (rasi).
Parametro
β1
-1.999
4.395
β2
-0.00904
0.0072
β3
-0.458
-0.0483
β4
0.0225
0.8235
β5
0.155
126.175
β6
-37.48
-5.32
δ1
-51.05
126.33
δ2
-577.20
421.77
Tabella 4.13: intervalli di confidenza di γS (rasi).
164
Statistica
Valore
R2:
0.89
F0:
31.52
p-value:
9.682 ⋅10−4
Tabella 4.14: statistiche generali di γS (rasi).
Dall'analisi emerge come il termine γS risulti non statisticamente dipendente dai termini di
forza (β1 e β2), ciò significa che la forma della curva di compliance di un campione è
indipendente dal livello di forza. Inoltre, non hanno significatività statistica nemmeno i
parametri legati ai finissaggi di decorticazione e smerigliatura.
Analizzando i valori si nota come il contributo a γS risulti opposto per i termini di trama e di
ordito: un incremento complessivo nella resistenza del campione in direzione di trama (cioè
il termine TitT ⋅ trame ) rende più bassa la compliance nella stessa direzione (coefficiente β3).
Il solo incremento di titolo, tuttavia, dà anche un contributo inverso (coefficiente β5). Qui
vale nuovamente la considerazione che, un elevato titolo comporta maggiori curvature dei
filati all'interno del tessuto, rendendo così più significativa la deformabilità flessionale
rispetto alla sola deformabilità a trazione.
Il contributo dei termini legati ai parametri di ordito ( TitO ⋅ filiO e TitO) mostrano segni
opposti ai parametri legati alla trama, quindi forniscono contributi opposti.
165
Di seguito si analizza il comportamento della costante γS per tessuti ad armatura tipo tela.
L'espressione usata è molto simile a quella per i rasi, ed è identica a quella di equazione
[4.43]:
γ S = β 0 + β1 ⋅ F + β 2 ⋅ F 2 + β 3 ⋅ TitT ⋅ trame + β 4 ⋅ TitO ⋅ filiO +
Parametro
Valore
β0
Costante
β1
Forza (1°grado)
1.766
β2
Forza (2°grado)
-0.0090
β3
TitT*trame
1.472
β4
TitO*filiO
-0.572
β5
TitT
-56.67
β6
TitO
72.943
δ1
Calandratura
-191.17
-2737.2
Tabella 4.15: regressione di γS (tele).
166
Parametro
β1
-4.732
8.265
β2
-0.0257
0.00766
β3
0.720
2.224
β4
-0.778
-0.366
β5
-87.036
-26.31
β6
40.295
105.590
δ1
-414.436
32.102
Tabella 4.16: intervalli di confidenza di γS (tele).
Statistica
Valore
R2:
0.812
F0:
14.867
p-value:
9.75 ⋅10−4
Tabella 4.17: statistiche generali di γS (tele).
Anche da questa analisi emerge come il termine γS risulti non statisticamente dipendente dai
termini di forza (β1 e β2), ciò significa che la forma della curva di compliance di un
campione è indipendente dal livello di forza. Inoltre, nemmeno il parametro legato al
finissaggio di calandratura ha significatività statistica.
In questo caso, il contributo dei parametri legati alla trama ed all'ordito danno un contributo
esattamente opposto (in termini di segno) a quello che gli stessi parametri danno nei
campioni con armatura raso. Tale aspetto è singolare, tanto più che, osservando questo stesso
167
aspetto per il termine γC , ciò non si verifica e, tra le due tipologie di campioni, i segni
risultano concordi.
Osservando i parametri generali della statistica (Tabella 4.17), si nota come il termine R2,
percentuale di varianza spiegata, sia più basso che in tutti gli altri campioni (0.81), facendo
così intuire che forse questa statistica non è molto affidabile.
4.5.3
Analisi del termine legato al coseno γC.
Il termine γC è il coefficiente legato al coseno nell'espressione di [4.2]. Pertanto il suo
contributo è massimo quando si effettua una misura in direzione di ordito
(convenzionalmente 0°) e nullo quando si effettua una misura in direzione di trama
(convenzionalmente 90°). L'analisi, anche in questo caso, è stata condotta in due fasi
separate per tessuti di tipo raso da 5 e per tessuti di tipo tela.
L'espressione utilizzata per l'analisi di regressione del parametro γC per i campioni realizzati
con un'armatura tipo raso da 5 è identica a quella di [4.42] utilizzata per i parametri γ0 e γS e
che viene qui sotto riportata:
γ C = β 0 + β1 ⋅ F + β 2 ⋅ F 2 + β 3 ⋅ TitT ⋅ trame + β 4 ⋅ TitO ⋅ filiO + β 5 ⋅ TitT + β 6 ⋅ TitO +
168
Parametro
Valore
β0
Costante
β1
Forza (1°grado)
1.196
β2
Forza (2°grado)
-0.00136
β3
TitT*trame
1.158
β4
TitO*filiO
-1.516
β5
TitT
-34.859
β6
TitO
116.981
δ1
Decorticazione
-1314.381
δ2
Smerigliatura
-1492.420
-656.549
Tabella 4.18: regressione di γC (rasi).
Parametro
β1
-2.990
5.383
β2
-0.0122
0.00946
β3
0.891
1.426
β4
-2.385
-0.646
β5
-42.924
-26.794
β6
42.659
191.302
δ1
-1510.106
-1118.657
δ2
-1887.451
-1097.389
Tabella 4.19: intervalli di confidenza di γC (rasi).
169
Statistica
Valore
R2:
0.898
F0:
34.376
p-value:
9.682 ⋅10−4
Tabella 4.20: statistiche generali di γC (rasi).
Dall'analisi emerge come il termine γC risulti non statisticamente dipendente dai termini di
forza (β1 e β2), ciò significa che, anche in questo caso, la forma della curva di compliance di
un campione è indipendente dal livello di forza. Contrariamente al parametro γS , i termini
legati ai finissaggi di decorticazione e smerigliatura forniscono un notevole contributo,
statisticamente valido.
Analizzando i valori si nota come il livello di compliance sia influenzato dai termini di trama
ed ordito con segni opposti a γS , il che fa supporre come i parametri di trama ed ordito
influenzino la compliance nelle varie direzioni in modo opposto.
Di seguito si analizza il comportamento della costante γS per tessuti ad armatura tipo tela.
L'espressione usata è molto simile a quella per i rasi, ed è identica a quella di equazione
[4.43]:
γ C = β 0 + β1 ⋅ F + β 2 ⋅ F 2 + β 3 ⋅ TitT ⋅ trame + β 4 ⋅ TitO ⋅ filiO +
170
Parametro
Valore
β0
Costante
β1
Forza (1°grado)
-3.743
β2
Forza (2°grado)
0.00124
β3
TitT*trame
7.698
β4
TitO*filiO
-2.021
β5
TitT
-296.279
β6
TitO
342.791
δ1
Calandratura
1802.090
-14622.605
Tabella 4.21: regressione di γC (tele).
Parametro
β1
-15.683
8.196
β2
-0.0298
0.0322
β3
6.506
8.8889
β4
-2.3718
-1.670
β5
-344.213
-248.345
β6
290.118
395.464
δ1
1417.581
2186.600
Tabella 4.22: intervalli di confidenza di γC (tele).
171
Statistica
Valore
R2:
0.947
F0:
62.062
p-value:
9.75 ⋅10−4
Tabella 4.23: statistiche generali di γC (tele).
Anche da quest'ultima analisi emerge che la forza non è un parametro statisticamente
significativo per il termine γC , pertanto si può affermare che il livello di forza non influenti
in alcun modo la forma della curva di compliance al variare dell'angolo ma ne influenza solo
il termine costante γ0.
Il finissaggio di calandratura fornisce un contributo statisticamente significativo ed i termini
legati ai parametri di trama ed ordito hanno segni concordi a quelli dei campioni con
armatura raso.
Complessivamente si nota come tutti i coefficienti ricavati dalle analisi su campioni tipo tela
abbiano valori assoluti più bassi. Ciò è spiegabile considerando che il maggior livello di
intreccio tra i fili di trama e di ordito che si ha in una tela rispetto a quello che si ha in un
raso rende il tessuto stesso sicuramente più rigido, e quindi il valore della compliance
misurata dallo strumento risulta conseguentemente più basso.
172
4.6 Lavoro di isteresi
Un'ulteriore correlazione che può essere ricercata dalle misure ottenute dalla macchina di
prova è quella tra il lavoro dissipato lungo un ciclo di carico ed i parametri di costruzione del
tessuto.
In questo caso può essere interessante osservare se vi sia un effetto legato ad esempio alle
torsioni dei filati oppure al numero di filamenti di cui è composto un filato o, infine alla
presenza o meno di testurizzazione. Tutti questi fattori appaiono poter influenzare il lavoro
dissipato lungo un ciclo di carico, in quanto apparentemente correlati a problematiche di
attrito tra i fili. Ovviamente anche i parametri già considerati nelle analisi precedenti possono
influenzare l'andamento di questo parametro.
Il processo di analisi compiuto è identico a quello fatto per l'analisi della compliance dei
campioni a disposizione.
Purtroppo, a causa del maggior numero di variabili indipendenti potenzialmente coinvolte
nell'analisi, ed a causa dell'esiguità del numero di prove a disposizione, non è stato possibile
instaurare un'analisi statistica dettagliata come quella condotta in precedenza.
Tra i pochi elementi finora emersi è apparsa una correlazione tra il lavoro dissipato ed i
seguenti parametri:
1. trama: il lavoro dissipato decresce al crescere del prodotto del titolo di trama per il
numero di trame al centimetro;
2. ordito: il lavoro dissipato decresce al crescere del prodotto del titolo di ordito per il
numero di fili al centimetro;
3. numero di torsioni: il lavoro dissipato cresce all'aumentare delle torsioni.
Questi elementi appaiono ragionevoli, infatti i punti 1 e 2 si collegano ad una diminuzione di
compliance e dunque ad un minor ciclo di lavoro complessivo, cioè minore è l'allungamento
complessivo del campione. Il punto 3 fa intendere che all'aumentare delle torsioni aumenti
l'attrito tra i fili e dunque anche il lavoro dissipato.
173
Purtroppo però nessuna delle statistiche che sono state eseguite ha dato un esito chiaramente
positivo, nessun parametro ha evidenziato un contributo sempre statisticamente significativo.
Ciò può essere dovuto alla maggior variabilità dei dati raccolti che, unita all'esiguità dei dati
utilizzabili per questo tipo di statistica, rende più complesso il lavoro di analisi sull'isteresi
dei tessuti.
4.7 Un campione di tessuto elasticizzato
Lo strumento di prova utilizzato appare essere utile per l'analisi di campioni con spiccate
caratteristiche elastiche, in particolare per l'analisi dei campioni di tessuti cosiddetti
"elasticizzati".
Sono state eseguite prove su campioni composti da filati binati di poliestere e lycra, un filato
con spiccate caratteristiche elastiche. Tali prove non sono rientrate nell'analisi presentata in
precedenza, poiché, a causa del diverso tipo di filato (con caratteristiche meccaniche
decisamente diverse), non avrebbe avuto senso effettuare un'unica analisi. Tuttavia può
essere interessante, ad esempio, l'andamento della compliance di un tessuto come il tessuto
"J" (le cui caratteristiche fondamentali sono riportate in Tabella 4.2) e che presenta un ordito
in poliestere al 100% e in trama un filato composto da lycra e poliestere. Nel complesso la
percentuale in peso della lycra è circa dell'8% sul peso totale del tessuto.
Si è voluto così osservare innanzitutto l'andamento innanzitutto delle curve di forzaspostamento nelle direzioni principali (trama ed ordito) e quindi l'andamento della
compliance al variare dell'angolo.
Di seguito si riportano i grafici qui sopra descritti.
174
Campione J dati raccolti in direzione trama e ordito
320
Ordito
Trama
240
160
Forza [cN]
80
0
-16000
-12000
-8000
-4000
0
4000
8000
12000
16000
-80
-160
-240
-320
Figura 4.6: grafici forza-spostamento del campione J in direzione trama e ordito.
Compliance del Campione J
16000
14000
Compliance [micron]
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
0
15
30
45
60
75
90
angolo [°]
Figura 4.7: compliance del campione J (a 300 cN)
175
Dalla Figura 4.7 si nota come l'effetto della lycra sia sempre più presente all'aumentare
dell'angolo, facendo raggiungere livelli di compliance molto elevati, non raggiungibili con il
solo poliestere.
Un'indagine condotta sull'effetto complessivo della lycra su tessuti composti per la maggior
parte di poliestere è uno sviluppo sicuramente interessante e che, come si vede dai grafici
delle figure precedenti, è possibile effettuare attraverso la macchina di prova oggetto di
questo studio.
4.8 Conclusioni
Dall'analisi svolta al paragrafo 4.5 risulta come, innanzitutto, il modello proposto abbia una
buona rispondenza statistica, essendo i coefficienti dei regressori statisticamente significativi
e avendo ottenuto valori di R2 molto elevati.
In particolare si può osservare come i termini generalmente significativi siano:
-
Forza di tensione;
-
Resistenza del tessuto in direzione di trama (titolo di trama per trame al centimetro);
-
Resistenza del tessuto in direzione di ordito (titolo di ordito per fili al centimetro);
-
Titolo di trama;
-
Titolo di ordito;
Il contributo della forza risulta significativo unicamente all'interno del coefficiente γ0, che è
indipendente dall'angolo di misura e che rappresenta quindi una sorta di valore medio della
compliance del tessuto. Gli altri coefficienti, γS e γC , risultano indipendenti dal livello di
forza a cui è stata eseguita la prova, il che implica che la forma della curva di compliance è
indipendente dal livello di forza a cui si effettuano i test.
Per quanto concerne gli altri contributi, emerge come il termine cosiddetto di "resistenza"
(cioè titolo moltiplicato per la frequenza dei fili), dà sempre un contributo negativo alla
176
compliance nella medesima direzione, come era intuitivo attendersi, cioè: un aumento della
resistenza ad esempio in direzione di trama comporta una riduzione della compliance in
quella stessa direzione.
L'effetto della resistenza è in generale opposto in direzione ortogonale nei casi di γS e γC ,
facendo intendere che, per quanto concerne la forma della curva, un aumento della resistenza
in una direzione aumenta la compliance (segno positivo) nella direzione opposta. Ciò non si
verifica nel caso di γ0, nell'espressione del quale entrambi i termini di resistenza hanno segno
negativo: ciò è ragionevole, considerando che l'aumento di resistenza fa diminuire il valore
medio della compliance.
L'effetto del titolo è più articolato, in quanto spesso si nota che il solo titolo dà un contributo
opposto al termine di resistenza a cui fa riferimento. Ciò fa intuire che l'aumento del titolo,
da solo, non porta ad una diminuzione di compliance del tessuto, poiché bisogna tenere in
considerazione l'effetto di intreccio tra i fili. Per forze molto piccole, quali sono quelle
applicate nei test effettuati, un titolo elevato fa sì che in fase di tensione intervenga
dapprima, ed in modo preponderante, la flessibilità del filato piuttosto che la sua resistenza a
trazione. Ciò rende, nel campo delle piccole forze, i tessuti costruiti con titoli elevati
leggermente più compliant.
Effettuando poi il confronto fra tessuti costruiti con armatura di tipo tela ed i tessuti costruiti
con armatura di tipo raso da 5, si nota come, generalmente, i segni dei coefficienti siano
concordi, ma, per quanto riguarda i valori, i coefficienti calcolati per i tessuti di tipo raso da
5 risultano più elevati, mostrando così come la compliance di tali stoffe sia maggiore. Ciò è
facilmente spiegabile considerando che i tessuti di tipo raso hanno un livello di intreccio
molto minore rispetto alle tele, il che rende i fili più liberi ed il tessuto complessivamente più
cedevole.
Infine, in molte delle analisi effettuate, si nota come la compliance dei tessuti possa essere
notevolmente influenzata dalla presenza di trattamenti di finissaggio. In molti casi, l'utilizzo
di una variabile dummy che tenesse conto di tali trattamenti ha dato contributi
statisticamente molto significativi, mostrando così che il comportamento meccanico del
tessuto può essere fortemente influenzato anche dalla presenza di un finissaggio.
177
Capitolo 5: Conclusioni
CAPITOLO 5
5 Conclusioni
5.1 Analisi del contesto
Nell'industria tessile, anche in quella di qualità, come può certamente essere considerata
quella del distretto comasco, il controllo di qualità dei tessuti si riassume generalmente in un
controllo visivo delle pezze di stoffa prodotte, alla ricerca di "difettosità palesi" dei tessuti
(come ad esempio trame mancanti, barrature, nodi, macchie, ecc…) sia nel caso di tessuti
greggi sia nel caso di tessuti finiti e tinti.
Tale controllo non presenta, in genere, differenti modalità di esecuzione: certamente, a
seconda dei tipi di tessuti prodotti, alcuni parametri dell'operazione, come la velocità di
controllo, cambiano, a seconda delle esigenze dello specifico produttore, ma si può dire che,
in generale, il controllo visivo segue procedure molto standard.
Un'altra tipologia di controllo effettuata dai produttori di tessuti, anche se non da tutti e
spesso in collaborazione con laboratori di analisi terzi, è l'analisi delle "difettosità occulte" di
un tessuto, ossia di tutti quei difetti non riconoscibili a vista, come possono essere la solidità
della tinta di un tessuto alla luce, ad agenti chimici ecc….
178
Tale tipologia di controllo sta assumendo sempre più importanza all'interno dell'insieme di
specifiche che consentono di definire un prodotto di qualità, infatti si osserva come molti
clienti, in generale confezionisti, richiedano specifiche proprietà di resistenza dei tessuti a
diversi agenti esterni, in funzione del tipo di utilizzo che il cliente finale ne farà.
Un aspetto che invece rimane al di fuori di un controllo di qualità ben definito e
standardizzato delle pezze di tessuto rimane ad oggi la cosiddetta "mano" del tessuto, ossia
l'insieme di tutte quelle proprietà fisico-meccaniche di un tessuto legate alle sensazioni
ricavate dal tatto. Tali proprietà sono essenzialmente legate alle caratteristiche meccaniche
dei filati che compongono un tessuto, al modo in cui il tessuto stesso è stato costruito ed ai
tipi di finissaggio applicati.
È oggi difficile, se non impossibile, trovare un linguaggio comune condiviso da tutti,
produttori e clienti, per definire la mano: si parla di proprietà di rigidità, morbidezza,
levigatezza, pienezza, ecc… ed all'interno di uno stesso termine si possono intendere aspetti
più o meno diversi. Si comprende quindi come possano facilmente insorgere problemi e
contestazioni nel rapporto tra i produttori di tessuti ed i loro clienti.
La mano del tessuto ricopre un ruolo fondamentale per il successo di un capo di
abbigliamento così come per molti componenti di arredamento. La mano è quell'insieme di
proprietà che vengono percepite immediatamente dal cliente finale, e ne influenzano la scelta
in modo decisivo.
In fase di definizione di un rapporto commerciale, il cliente ed il produttore concordano le
caratteristiche del tessuto da realizzare mediante campioni, instaurando così, in modo
esplicito o no, un loro linguaggio per specificare le proprietà desiderate del prodotto.
Appare così chiara, da un lato, la mancanza di uno standard condiviso da tutti, e, dall'altra, la
mancanza di forme di controllo di qualità degli aspetti qui menzionati.
Se quindi la pratica industriale non dispone di strumenti di analisi utilizzabili per definire in
modo preciso, ripetibile e condivisibile le caratteristiche meccaniche del tessuto e perciò
definirne in modo oggettivo la mano, la ricerca scientifica nel campo tessile mostra numerosi
tentativi di definizione della mano dei tessuti, attraverso studi teorici di meccanica dei tessuti
e studi sperimentali realizzati mediante strumenti di misura realizzati ad hoc.
Due sono i sistemi più noti per la misura e la caratterizzazione della qualità dei tessuti per
abbigliamento: il sistema Kawabata ed il sistema FAST. Entrambi hanno trovato una
diffusione limitata all'ambito della ricerca nel settore tessile, e praticamente nessuna
179
applicazione nel campo della produzione tessile e nel commercio, essenzialmente per la
elevata complessità delle prove, per il tempo necessario ad eseguire un intero set di prove ed
infine, ma non di minore importanza, perché la definizione della mano data da quegli
strumenti non è significativa per scopi industriali.
Sulla base della ricerca effettuata presso l'"Institut für automatisierte Produktion" dell'ETH
di Zurigo, è nata l'idea per la realizzazione di una nuova macchina per l'analisi dei tessuti.
Tale macchina, ad oggi consente di effettuare misure di forza – spostamento su campioni di
tessuto in diverse direzioni: trama, ordito e qualsiasi angolo compreso.
Una volta messa a punto la macchina, sono state eseguite le misure sul set di campioni
disponibile, e dai dati raccolti sono state determinate le correlazioni tra le misure fornite
dalla macchina ed i parametri di costruzioni più significativi dei campioni.
5.2 Obiettivi raggiunti
Il proposito principale di questo studio era l'indagine delle principali problematiche di
qualità dei tessuti e la ricerca di nuovi elementi per innovare la valutazione della mano del
tessuto e la progettazione di tessuti nuovi. La ricerca svolta ha avuto notevoli connotazioni
sperimentali, in quanto, per una vasta parte, si è basata su misure e prove effettuate sulla
macchina di prova realizzata presso l'ETH di Zurigo.
Un primo obiettivo da raggiungere era quello di analizzare e comprendere le potenzialità
della macchina, in quanto, precedentemente a questo studio, non erano mai state effettuate
prove dedicate all'analisi del tipo di risposta dello strumento di misura. La macchina ha da
subito mostrato di poter soddisfare molti dei prerequisiti ritenuti necessari allo sviluppo di un
sistema di controllo dei tessuti, in quanto si è mostrata affidabile, ripetibile e capace di
discriminare, in termini di valore di misura, tra campioni molto simili: aspetto questo di
sicura innovazione rispetto a molti sistemi di controllo delle caratteristiche meccaniche dei
tessuti presenti nella letteratura accademica.
180
La prima fase di analisi dello strumento ha portato all'introduzione di alcune modifiche di
comportamento e di logica di controllo, oltre ad alcune modifiche software volte ad ottenere
il maggior numero possibile di informazioni ad ogni test su di un campione di tessuto.
Una volta raccolti tutti i dati ottenibili dai campioni disponibili, si è potuto procedere alla
ricerca delle correlazioni tra i parametri più significativi riguardanti la costruzione del
tessuto ed i valori delle misure raccolte.
L'analisi statistica condotta ha fornito risultati molto interessanti, da un lato fornendo
correlazioni statisticamente significative tra le misure ed i parametri di costruzione del
tessuto, dall'altro facendo intuire la possibilità di realizzare un modello matematico di un
tessuto in grado di rappresentare le caratteristiche meccaniche dei tessuti messe in evidenza
dalle prove.
Va infine sottolineato come i campioni utilizzati siano tessuti di produzione standard e non
campioni prodotti ad hoc per l'analisi sperimentale. Ciò, da un lato, rende sicuramente più
interessanti gli esiti ottenuti dall'analisi condotta, in quanto basata direttamente su dati
"reali"; d'altro canto, la possibilità di costruzione di campioni ad hoc permetterebbe di
costruire una base di dati per l'indagine statistica più uniforme e bilanciata.
5.3 Sviluppi futuri
La possibilità di costruire un modello matematico del tessuto che parta da elementi derivanti
da misure sperimentali appare ad oggi la strada più indicata da percorrere per la
realizzazione di uno strumento software in grado di fornire un aiuto ad un produttore di
tessuti in fase di progettazione di una nuova tipologia di tessuto. I modelli teorici oggi
esistenti non sono in grado di fornire alcuna indicazione precisa sulle caratteristiche del
tessuto, in quanto la meccanica, l'interazione tra i fili, l'effetto di procedimenti di finissaggio
non è ad oggi matematizzabile. Un modello con origini sperimentali è invece in grado di
fornire indicazioni molto più attendibili sugli effetti della modifica di uno o più parametri di
costruzione del tessuto stesso.
181
Un modello quale quello presentato in questo studio, basato su misure sperimentali ed
un'indagine statistica, può realizzare i propositi per cui era stato pensato: infatti, da un lato, il
confronto tra le misure sperimentali ottenute da un campione prodotto ed i dati attesi ricavati
dal modello può essere utilizzato come controllo di qualità (almeno, ad oggi, per quanto
riguarda la compliance); dall'altro, la progettazione di un tessuto con un certo livello di
compliance può trovare ausilio dalla applicazione del modello ottenuto in questo studio:
ipotizzando i parametri di costruzione, si può ricavare, dal modello, un valore di compliance
atteso e da questo effettuare modifiche ai parametri per ottenere il livello e l'andamento
desiderato in funzione della direzione.
Chiaramente, il modello oggi disponibile è decisamente semplificato, in quanto considera un
unico tipo di filato ed ha considerato un numero di campioni non elevato. Da un lato questo è
stato necessario al fine di non introdurre un numero troppo elevato di variabili, facendo
probabilmente perdere la sensibilità sulle misure che si stavano facendo, d'altra parte, gli
esiti confortanti ottenuti spingono a continuare l'indagine ed allargare il campo di tessuti
considerati.
Dal punto di vista sperimentale, è necessario effettuare ancora delle analisi riguardanti il
lavoro di isteresi dissipato lungo un ciclo di carico. Tale aspetto appare più complesso da
trattare della compliance, a causa del maggior numero di variabili che potenzialmente
possono intervenire e a causa del numero prove che è necessario effettuare per avere un set
di dati su cui impostare un'analisi statistica affidabile.
Sempre nell'ambito della sperimentazione pura legata alla macchina di prova, si può pensare
ad analizzare diversi tipi di tessuti, soprattutto tutti quei tessuti con spiccate caratteristiche
elastiche (come ad esempio brevemente illustrato nel paragrafo 4.7). Tessuti contenenti
percentuali di filati molto elastici, come la lycra, mostrano caratteristiche leggermente
diverse rispetto a quanto emerso dall'analisi condotta in questo studio: sicuramente, se il
filato elastico è presente solo in una direzione, l'espressione semplice della compliance
adottata potrebbe non essere valida, o fornire risultati molti diversi rispetto a quelli ottenuti
nell'analisi dei tessuti composti da solo poliestere.
La potenziale applicabilità della macchina in ambito industriale, ad oggi appare certamente
una possibilità concreta, anche se la fase di prototipazione necessita ancora di migliorie,
soprattutto di tipo hardware (ad esempio un nuovo sistema di movimentazione ed un nuovo
sistema di carico dei campioni), ma anche di analisi più dettagliate, magari effettuate anche
182
con campioni di laboratorio realizzati ad hoc, per poter analizzare correlazioni oggi non
disponibili all'interno dei campioni a disposizione.
Il primo sviluppo futuro quindi, sia per un'applicazione industriale nel campo della
progettazione dei tessuti, sia nel campo del controllo di qualità (inteso come tentativo di
oggettivazione della mano dei tessuti), certamente passa attraverso l'ampliamento del set di
misure da raccogliere da un singolo campione. La macchina considerata in questo studio
può, con un semplice intervento, passare da misure di tensione sul tessuto (compliance) a
misure di attrito superficiale, sempre in tutte le direzioni. Ad oggi tale caratteristica dello
strumento è stata indagata solo parzialmente e certo merita uno studio più approfondito ed
alcune migliorie, soprattutto per quanto riguarda la superficie di riferimento per la misura di
attrito.
Infine, pur essendo la compliance un aspetto molto interessante, soprattutto per i tessuti che
devono avere spiccate caratteristiche di elasticità, certo tale misura non basta per definire
completamente la mano di un tessuto. Una definizione di mano passa attraverso un set di
misure più ampio, tra le quali le misure di compliance e di attrito superficiale si inseriscono,
ma potrebbero non essere abbastanza. La letteratura scientifica citata al capitolo 2 mostra
numerose macchine di prova e tipologie di misura interessanti per questo scopo.
Presumibilmente, la possibilità di oggettivare il controllo della mano di un tessuto passa
attraverso l'esecuzione di diverse misure che siano in grado di fornire una sorta di "impronta
digitale" del tessuto e di monitorare eventuali derive nel corso del processo produttivo.
183
Letteratura citata
LETTERATURA CITATA
Letteratura citata: Capitolo 1
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197
Appendici
APPENDICI
198
Appendice A: Glossario dei principali termini tessili
APPENDICE A
Glossario dei principali termini tessili
ALTEZZA:
(di un tessuto). La distanza tra una cimossa e l'altra, ovvero la
larghezza del tessuto.
ARMATURA:
Termine che sta ad indicare l'intreccio dei fili. Più precisamente è
l'unità minima di intreccio dei fili di ordito e di trama che dà
l'effetto di intreccio e di disegno nel tessuto. Le armature
fondamentali sono tre: tela, saia, raso.
BARRATURA:
Propriamente è un difetto di filatura o tessitura su stoffe unite, che
presentano righe o segni irregolari in senso trasversale. Oggi,
effetto di righe di armatura in direzione di trama, cioè difetti sul
tessuto in direzione di trama, striature.
BATAVIA:
Armatura derivata dalla saia, caratterizzata dal rapporto pari senza
rovescio, quindi con due dritti. È una delle armature più impiegate
nei tessuti per drapperia e laneria.
BAVA:
Filamento continuo emesso dal baco da seta. La è composta, a sua
volta, da due filamenti incollati tra loro, detti "bavelle". Si dice
199
anche di filamenti continui artificiali o sintetici ottenuti dalle
filiere.
BAVELLE:
I due filamenti emessi dal baco da seta, che subito riuniti ed
incollati dalla sericina, formano la bava.
BINATO:
Prodotto formato dall'unione, senza torsione, di due o più fili o
monofili o filati.
BOZZIMA:
Sostanza collosa, di varia natura (amido, colla, resina, olio, ecc…)
della quale vengono imbevuti i filati per renderli più lisci e
resistenti alle operazioni tessili che devono subire.
CALANDRATO:
Dicesi di tessuto sottoposto a calandratura. L'operazione consiste
nel far passare il tessuto fra le calandre, ovvero cilindri rotanti,
riscaldati, che lo stirano a caldo e gli conferiscono un aspetto liscio
ed appiattito. Se i cilindri sono incisi con particolari disegni si
possono ottenere effetti speciali e disegni (marezzatura o moirè,
goffratura, ecc…).
CANDEGGIO:
Trattamento a base di cloro, anidride solforosa, acqua ossigenata e
altri candeggianti, al quale si sottopongono le fibre tessili per
renderle candide.
CARDATURA:
È una delle operazioni fondamentali della filatura, attraverso la
quale, dopo il lavaggio, si aprono e si sgrovigliano i fiocchi
eliminando le impurità vegetali. La lana ed il cotone, passando
attraverso cilindri provvisti di aghi, vengono separati fibra a fibra:
le fibre, inoltre, vengono orientate nello stesso senso e liberate
dalle impurità presenti.
200
CASCAMI:
Residui e scarti di lavorazione tessile, talvolta impiegati per
ottenere effetti speciali in filati o tessuti.
CATENA:
(o ordito). L'insieme dei filati, di solito più forti e ritorti che
formano la lunghezza della stoffa.
CHAPPE:
Cascami di seta lavorati e ricavati da bozzoli avariati o dagli scarti
della seta naturale. Dicesi anche di tessuto o filato ricavato dai
cascami della seta.
CHIARELLA:
Difetto di trama per cui, in una regione delimitata, lungo tutta
l'altezza, i filati di trama risultano più radi che nel resto del
tessuto.
CIMOSSA:
Estremità laterali dei tessuti, costituite da fili estremi ed esterni
all'ordito, in genere più fitti e resistenti, nella quale spesso viene
riannodato il filato di trama o viene eseguita una stampigliatura o
tessitura che porta la marca del fabbricante o altro.
CRESPO:
Tessuto di vario peso dal caratteristico aspetto granuloso,
increspato, ondulato o comunque mosso. Questa sua caratteristica
di increspatura può essere ottenuta per effetto dell'armatura, ma
più spesso per effetto dei filati omonimi, la cui torsione forzata,
molto elevata, crea queste increspature. In genere è un tessuto
piuttosto leggero e drappeggiante. L'arricciatura si crea anche
durante l'operazione di finissaggio per effetto del diverso
restringimento dei filati.
CRESPO GEORGETTE: Crespo di seta, caratterizzato dalla forte torsione dei filati per cui
presenta una superficie granulosa. Si distingue dagli altri perché
più leggero e trasparente.
201
CRESPO SATINATO:
Crespo di peso medio, liscio, lucido sul dritto e opaco sul
rovescio, talvolta stampato sul dritto.
CUCIRINO:
Filato appositamente fabbricato per cucire a macchina, a mano o
per ricamo. Può essere realizzato con fibre naturali, artificiali e
sintetiche, ma quello più diffuso è un filato ritorto a tre capi in
cotone mercerizzato.
DECATISSAGGIO:
Operazione di finissaggio delle stoffe, specialmente di lana,
compiuta al termine del ciclo di rifinitura, per attenuare l'eccesso
di brillantezza impartita dalla calandratura e pressatura, per
fissarne al contempo questa qualità e somministrare un certo grado
di umidità al tessuto in modo da ravvivare le fibre e stabilire
definitivamente le dimensioni della stoffa.
DENARO:
Misura di peso per la titolazione ponderale o diretta, usata
prevalentemente nell'industria serica. Corrisponde ad un grammo
per 9000 metri di filato.
DENIM:
Robusta stoffa in saia, effetto di ordito, di cotone originariamente
fabbricata in Francia a Nimes, con ordito tinto in blu indigo (o
marrone) e la trama in greggio, che fa effetto bicolore. È la stoffa
dei jeans.
DEVORÈ:
(Letteralmente dal francese: divorato). Diffuso sistema di stampa
di stoffe per abiti femminili o tendaggi, ecc. che si ottiene per
corrosione. Vengono impiegati filati di fibre diverse per realizzare
rispettivamente il fondo di sostegno ed il ricamo, che sottoposti a
speciali agenti chimici si sciolgono lasciando in evidenza il
disegno predisposto.
202
DIRITTO:
Le stoffe hanno un diritto ed un rovescio, si dicono a due diritti se
le facce sono perfettamente uguali, a doppia faccia (double face)
se hanno il diritto ed il rovescio diversi.
DRITTO FILO:
Lungo i fili d'ordito di un tessuto. Dritto filo in trama: lungo le
trame di un tessuto.
ELASTICITÀ:
Proprietà della fibra di ritornare alla lunghezza primitiva dopo
essere stata tesa o compressa. Si misura calcolando il "modulo
elastico" iniziale che dipende dal comportamento della fibra sotto
tensione.
FAILLE:
Tessuto in genere per laneria, ma anche per abbigliamento
maschile, tipo taffetà, ma a grana più marcata di peso medio o
pesante, abbastanza sostenuto, realizzato in seta o altre fibre
sintetiche o artificiali.
FALLO:
Difetto su un tessuto.
FALSA GARZA:
(o étamine) tessuto leggero e trasparente a intreccio tela. L'ordito e
la trama sono normalmente della stessa densità e sono
prevalentemente formati da cotone o filati sintetici a forte torsione
(poliesteri o acrilici).
FIBRA:
In senso generale indica un elemento di materia, caratterizzato da
flessibilità ed elevato rapporto fra lunghezza e diametro. In senso
specifico indica un filamento tessile di lunghezza limitata. Può
essere naturale, artificiale o sintetica.
FILATO:
Insieme non stirabile di fibre unite per torsione, che danno origine
ad un corpo continuo, lungo, sottile, resistente, flessibile, atto a
203
poter essere opportunamente intrecciato per produrre tessuti,
maglie, pizzi ed altri manufatti.
FILIERA:
Sezione circolare di metallo pregiato ed inattaccabile con fori
molto sottili calibrati, attraverso i quali vengono estruse le fibre
artificiali e sintetiche.
FILO:
Insieme di fibre tessili continue, con o senza torsione.
FINISSAGGIO:
Insieme delle operazioni di finitura eseguite sul tessuto uscito dal
telaio. Se ne ricordano alcune delle più importanti: garzatura,
cimatura, calandratura, vaporizzazione, decatissaggio, ecc…
GARZATURA:
Operazione di rifinitura destinata a sollevare il pelo superficiale
del tessuto. L'effetto si ottiene facendo scorrere la pezza a contatto
con cilindri rotanti provvisti di punte metalliche (garzi) o di cardi
vegetali, che sollevano il pelo superficiale della stoffa creando un
aspetto più o meno pelurioso, a seconda di quanto si spinge
l'operazione.
GEORGETTE:
Tessuto di seta o di lana prodotto con filato di ordito ritorto in
senso contrario rispetto a quello di trama per cui il tessuto prende
aspetto e mano ruvidi.
GOFFRATO:
Tessuto a nido d'ape, chiamato anche bugnato, che reca in
superficie effetti a rilievo alternati ad incavi formanti disegni
geometrici. Viene realizzato per effetto di armatura.
GREGGIO:
Materiale tessile non lavorato o non rifinito; quindi lana, cotone,
seta, ecc… in fiocco, in filato, in tessuto non rifiniti.
204
INTRECCIO:
È l'intrecciarsi dei fili nel tessuto. Viene rappresentato con
l'armatura.
JACQUARD:
Dal nome dell'inventore Jean Marie Jacquard nel 1805. Speciale
meccanismo, a cartoni perforati, applicato ai telai per comandare il
movimento dei singoli fili di ordito, mediante il quale si ottengono
intrecci e disegni anche molto complessi. Genericamente con
questo nome si intendono anche tutti i tessuti operati eseguiti con
telaio provvisto di macchina Jacquard e che presentano disegni
complessi nelle più svariate armature, come i damaschi, i broccati
o altri tessuti per arredamento ed abbigliamento.
LUCIDATURA:
Calandratura a forte pressione, con eventuale aggiunta di cere,
paraffina, od altri composti chimici per ottenere il lucido.
MAGLIA:
Intreccio ottenuto con filo continuo anziché con fili di ordito e
trama. Presenta rigatura verticale nel senso dell'ordito ed è
caratteristico per la sua elasticità. Può essere lavorato su misura
(maglie, maglioni, ecc…) e in pezza (jersey) e con filati di tutte le
fibre.
MANO:
Termine tecnico con cui si cerca di esprimere il tatto: la
sensazione di calore, compattezza, morbidezza, che il tessuto o il
filato danno toccandoli. Si parla quindi di "mano" morbida,
soffice, pastosa; oppure secca, dura, rigida, liscia, dolce, levigata,
fine, serica, gonfia, voluminosa, nervosa; ruvida, rustica, molle,
oppure sostenuta, ecc…
MERCERIZZAZIONE: Trattamento ideato dal chimico J. Mercer per i filati ed i tessuti di
cotone. Il processo consiste in un trattamento, del filato o del
tessuto, in una soluzione di soda caustica che conferisce loro
maggior lucentezza e resistenza.
205
NEPS:
In inglese significa bottoni. Sono gli ingrossamenti sferici, piccoli
grovigli di fibre irregolari, di peluria, che aderiscono al filato
deformandolo.
NON-WOVEN:
Letteralmente "non tessuto", dicesi di materiali e stoffe ottenuti
con procedimento diverso dalla tessitura, attualmente usati come
sostegno, rinforzo e simili.
ORDITO:
Insieme di fili, solitamente ritorti e più resistenti rispetto alla
trama, che formano la lunghezza della stoffa.
PANAMA:
Armatura derivata dalla tela per ampliamento, raddoppiando o
aumentando in pari numero i fili di ordito ed i fili di trama. È
chiamato anche nattè. Il termine si riferisce ai tessuti che
impiegano tale armatura, fabbricati prevalentemente in lana,
cotone, ma anche in altre fibre. Sono adatti sia per l'abbigliamento
sia per l'arredamento.
PILLING:
Caratteristica tendenza dei manufatti tessili, specialmente delle
maglie, a formare palline, groppetti, bottoni, costituiti dalla peluria
che si stacca per normale usura e strofinio e si raccoglie sulla
superficie. È propria dei tessuti a maglieria fine, a fibre sottili e
corte.
RAPPORTO:
Dicesi "rapporto d'armatura" il numero minimo di fili e trame
necessario a rappresentare l'armatura.
RASO:
È il nome della terza armatura fondamentale, detta anche satin.
Con questo termine si definiscono tutti i tessuti che utilizzano tale
intreccio e che perciò si presentano lisci, rasati e con lucentezza
serica. L'effetto è dovuto al particolare tipo di armatura che
206
prevede punti di legatura ridotti al minimo e che perciò non
producono gli effetti di grana caratteristici delle tele e delle
diagonali. Per tale ragione i tessuti in armatura raso sono più
delicati e sensibili al logorio di quelli con altre armature. Possono
essere fabbricati con qualsiasi fibra tessile.
RIDUZIONE:
È il numero di fili di ordito o di trame per centimetro. Si parla di
riduzioni in ordito o in trama.
RITORTO:
Riferito prevalentemente ai fili ed ai filati. Ritorto semplice:
prodotto formato da due o più fili, monofili o filati, uniti mediante
una sola operazione di ritorcitura. Ritorto composto: prodotto
formato da due o più componenti (di cui almeno un ritorto
semplice) uniti mediante altra o altre operazioni di ritorcitura. Si
dice anche di un tessuto di lana, generalmente pettinato, fabbricato
con filati ad elevata torsione, che gli conferiscono una particolare
resistenza e mano.
SABLÈ:
Ovvero sabbiato. Dicesi del tessuto ottenuto con armatura
particolare, a volte senza alcuna relazione con le armature
fondamentali, che gli conferisce un aspetto granuloso ma
uniforme, cioè privo di tendenze a rigature orizzontali, verticali,
diagonali, derivante dai rasi su fondo ampliato, con effetti
contrastanti, quasi sabbiati, puntinati sul fondo che lo rendono
brillante; si usa in camiceria e telerie in genere.
SAIA:
(in inglese twill). Armatura fondamentale, molto impiegata nei
tessuti di lana, spacialmente in drapperia. È caratterizzata da
andamento diagonale, da un diritto e da un rovescio.
SATINARE:
Calandrare energicamente per ottenere un tessuto con superficie
liscia e lucida.
207
SETA:
Fibra tessile prodotta dal baco da seta. Può essere greggia o tratta,
cioè costituita dai filamenti continui (lunghezza metri 800 circa)
che si ottengono dipanando i bozzoli; chappe o fioretto, cioè
costituita dai cascamiprovenienti dai bozzoli avariati e da altri
scarti; Bourette, cioè peluria proveniente dai cascami di
lavorazione; cruda, se non sottoposta a sgommatura; addolcita o
semicotta se sottoposta a leggero lavaggio in acqua calda; cotta, se
sottoposta a trattamento più energico, in acqua bollente, per
togliere tutta la gomma o sericina; caricata, se sottoposta a
trattamento con sali per renderla più pesante.
SINTETICHE:
Fibre tessili ottenute attraverso procedimenti di sintesi chimica
(polimerizzazione)
sulla
base
di
varie
materie,
tra
cui
principalmente i prodotti della distillazione del carbone e del
petrolio. Vengono classificate in: poliammidiche (Lilion, Nailon,
Perlon), poliestere (Dacron, Terital, Terylene), poliviniliche
(Movil, Meraklon, Politene, ecc…) Poliacriliche (Acrilan, Orlon,
Leacril, Permalon, ecc…).
SPUNBONDED:
(letteralmente: filato legato). Termine applicato a quei tipi di
tessuto non tessuto (non-woven) che usati originalmente per
indumenti da lavoro e negli ospedali, hanno avuto grande
diffusione e successo recentemente per la realizzazione di molti
oggetti di uso comune.
STAMPA:
Operazione praticata sui tessuti e filati per imprimere disegni e
colori.
TELA:
Termine usato talora genericamente per indicare un qualsiasi
tessuto di lino, cotone o canapa. Correttamente indica l'omonima
armatura fondamentale. La tela è l'intreccio più piccolo che esista,:
208
il suo rapporto di armatura è composto da due soli fili e due sole
trame. Poiché ogni filo di ordito si intreccia con ogni filo di trama,
il tessuto risulta serrato e resistente più di ogni altro. Il diritto
risulta uguale al rovescio, la superficie un po' opaca. Le tele
possono essere piene e compatte, ma anche rade, aperte, a seconda
del risultato che si vuole ottenere: si va dalla tela olona, molto
fitta, robusta, grossa ed impermeabile, fino alle garze leggerissime,
ai voile. Viene fabbricata con qualsiasi fibra. L'impiego più
diffuso è nella biancheria in lino o cotone e nei tessuti leggeri
estivi.
TESSITURA:
Intreccio di due serie di fili, uno forma l'ordito, l'altra la trama,
secondo il disegno di armatura prestabilito.
TESSUTO:
Manufatto ottenuto mediante l'intreccio di numerosi fili di ordito e
di trama.
TESTURIZZATO:
Dicesi di filati artificiali o sintetici a bava continua a cui sono state
conferite, tramite processi vari, arricciature ed ondulazioni simili a
quelle delle fibre naturali, per renderli elastici e voluminosi.
TINTURA:
Operazione che serve a colorare il materiale, quasi sempre
greggio. Può essere eseguita in vari momenti del ciclo di
lavorazione e cioè quando le fibre sono in stato di fiocco, tops,
filato o tessuto.
TITOLO:
Numero che rappresenta il rapporto tra la lunghezza ed il peso di
un filato. Esprime la grossezza o diametro del filato.
TRAMA:
(fili di trama). L'insieme dei fili che corrono perpendicolarmente a
quelli di ordito e formano l'altezza della stoffa. Sono di solito
meno ritorti e meno forti di quelli di ordito.
209
TRATTAMENTI:
Nella fase finale del finissaggio possono essere applicati ai tessuti
trattamenti vari, in genere chimici, per conferire e fissare certe
proprietà: ANTIPIEGA (per eliminare la facilità di stropicciare);
ANTIMACCHIA;
ANTIMUFFA,
ANTITARME,
ANTISTATICO (per eliminare, nei fili sintetici, l'elettricità
statica), ANTIFELTRANTE (nei tessuti di lana), ANTIFIAMMA,
ANTISTIRO, PIEGA PERMANENTE (nei tessuti di lana),
IDROREPELLENTE, AMMORBIDENTE, IMPERMEABILE, ed
infine varie resinature o spalmature per dare una superficie cerata,
trasparente o opaca, ecc… ANTIBATTERICO, per impedire
cattivi odori sviluppati dai batteri che sono presenti nel sudore.
VOLUMINIZZATO:
Dicesi di fili di fibre sintetiche che hanno subito trattamenti di
testurizzazione per conferire alle fibre gonfiezza, morbidezza e
volume.
210
Appendice B: diagrammi di compliance dei campioni utilizzati
APPENDICE B
Diagrammi di compliance dei campioni utilizzati
Campione A 200cN
γ0
γS
γC
1849.7
14.2
-1346.5
R2:
0.9758
Sample A : 200 cN
2000
R2 =0.9758
compliance
1500
1000
500
0
15
30
45
60
75
90
angolo [°]
211
Campione B 200cN
γ0
γS
γC
1899.0
61.6
-1292.3
2
R:
0.9816
Sample B : 200 cN
2000
R2 =0.98166
1800
compliance
1600
1400
1200
1000
800
600
0
15
30
45
60
75
90
angolo [°]
Campione C 200cN
γ0
γS
γC
1442.1
140.5
-330.5
2
R:
0.9843
Sample C : 200 cN
1600
R2 =0.99196
1550
1500
1450
compliance
1400
1350
1300
1250
1200
1150
1100
0
15
30
45
60
75
90
angolo [°]
212
Campione D 200cN
γ0
γS
γC
1045.4
-565.9
139.8
2
R:
0.9646
Sample D : 200 cN
1200
2
R =0.96467
1100
1000
compliance
900
800
700
600
500
400
0
15
30
45
60
75
90
angolo [°]
Campione E 200cN
γ0
γS
γC
543.8
-332.8
-62.2
2
R:
0.9802
Sample E : 200 cN
500
R2 =0.98025
450
compliance
400
350
300
250
200
0
15
30
45
60
75
90
angolo [°]
213
Campione F 200cN
γ0
γS
γC
753.6
-288.0
87.9
2
R:
0.8783
Sample F : 200 cN
850
800
R2 =0.87826
750
compliance
700
650
600
550
500
450
0
15
30
45
60
75
90
60
75
90
angolo [°]
Campione G 200cN
γ0
γS
γC
3580.9
-636.0
-2816.8
2
R:
0.9860
Sample G : 200 cN
3000
R2 =0.98602
2500
compliance
2000
1500
1000
500
0
15
30
45
angolo [°]
214
Campione H 200cN
γ0
γS
γC
1871.0
30.8
-892.6
2
R:
0.9882
Sample H : 200 cN
2000
R2 =0.98817
1800
compliance
1600
1400
1200
1000
800
0
15
30
45
60
75
90
60
75
90
angolo [°]
Campione I 200cN
γ0
γS
γC
4749.6
272.7
-2303.2
2
R:
0.9869
Sample I : 200 cN
5500
R2 =0.98694
5000
compliance
4500
4000
3500
3000
2500
2000
0
15
30
45
angolo [°]
215
Campione J 200cN
γ0
γS
γC
14431.1
-4760.3
-12283.2
2
R:
0.9573
Sample J : 200 cN
11000
10000
R2 =0.95728
9000
8000
compliance
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
15
30
45
60
75
90
60
75
90
angolo [°]
Campione K 200cN
γ0
γS
γC
2107.5
696.7
-126.8
2
R:
0.9864
Sample K : 200 cN
2900
2800
R2 =0.98637
2700
2600
compliance
2500
2400
2300
2200
2100
2000
1900
0
15
30
45
angolo [°]
216
Campione L 200cN
γ0
γS
γC
1367.6
-42.2
351.2
2
R:
0.9137
Sample L : 200 cN
1750
R2 =0.91371
1700
1650
compliance
1600
1550
1500
1450
1400
1350
1300
0
15
30
45
60
75
90
60
75
90
angolo [°]
Campione M 200cN
γ0
γS
γC
1630.1
-652.2
-135.0
2
R:
0.9774
Sample M : 200 cN
1500
R2 =0.97737
1400
compliance
1300
1200
1100
1000
900
0
15
30
45
angolo [°]
217
Campione N 200cN
γ0
γS
γC
3744.6
-169.7
-827.3
2
R:
0.9917
Sample N : 200 cN
3600
R2 =0.99167
3500
3400
compliance
3300
3200
3100
3000
2900
2800
0
15
30
45
60
75
90
angolo [°]
Campione O 200cN
γ0
γS
γC
1314.4
-707.9
245.9
2
R:
0.9717
Sample O : 200 cN
1600
1500
R2 =0.97169
1400
1300
compliance
1200
1100
1000
900
800
700
600
0
15
30
45
60
75
90
angolo [°]
218
Campione P 200cN
γ0
γS
γC
1267.7
11.2
260.6
2
R:
0.9587
Sample P : 200 cN
1550
R2 =0.9587
1500
compliance
1450
1400
1350
1300
1250
0
15
30
45
60
75
90
angolo [°]
Campione Q 200cN
γ0
γS
γC
941.9
192.4
344.5
2
R:
0.9159
Sample Q : 200 cN
1400
R2 =0.91593
1350
compliance
1300
1250
1200
1150
1100
0
15
30
45
60
75
90
angolo [°]
219
Campione R 200cN
γ0
γS
γC
1215.8
420.3
-250.0
2
R:
0.9587
Sample R : 200 cN
1700
R2 =0.95872
1600
1500
compliance
1400
1300
1200
1100
1000
900
0
15
30
45
60
75
90
angolo [°]
220
Appendice C: Codice di programmazione della macchina
APPENDICE C
Codice di programmazione della macchina
Public sample As String
Public ii As Integer
Public Fmax As Integer
Public alpha As Integer
Public velocity As Integer
Public cycles As Integer
Public time0 As Variant
Dim i As Integer
'Dim K As Integer
Dim F As Double
Public Vectorlength As Integer
Const L = 4000
'Dim test As Long, tempX As Long, tempY As Long
'Dim LL As Integer
'Public W_hin As Integer
'Public W_rück As Integer
Private Sub Command1_Click()
InterruptFlag = False
'Lettura dei parametri di Misura
Fmax = CInt(Slider1.value)
221
alpha = CInt(Slider2.value)
velocity = CInt(Slider3.value)
cycles = CInt(Slider4.value)
'Start
Form1.Bild1.PointNumber = 1
Form1.zAxis.port.Output = "HM0" & vbCr & vbLf
Form1.ServoAxis.SetZeroPosition
Form1.ySensor.port.Output = "T" & vbCr & vbLf
'Set current Position to Zero
'Set force to Zero
Betrieb.Wait (1000)
Form1.ySensor.RequestForce
'test if load cell is Zero
Wait (200)
If Form1.ySensor.Force > 2 Then
MsgBox ("An error has occured during taring. Measurement aborted.Try again")
Exit Sub
End If
i=0
F=0
ii = 600
ReDim Fx(ii), Pos_x(ii), time_x(ii), Ra(ii), Fo(ii)
'Rotation
Betrieb.Drehung (alpha)
Wait (500)
'Test in positive direction
Form1.ServoAxis.SetVelocity (10)
Wait (200)
Form1.ServoAxis.move (L)
Do While F < 100 * Fmax
Wait (150)
F = CInt(Sqr((-Form1.ySensor.Force) ^ 2))
Loop
Form1.ServoAxis.Stopp
Wait (200)
Position = Form1.ServoAxis.Position
Wait (200)
Form1.ServoAxis.move (-Position)
Wait (200)
Do While (Form1.ServoAxis.Position) ^ 2 > 1
Wait (100)
Loop
F=0
222
Wait (500)
'Test in negative direction
Form1.ServoAxis.move (-L)
Wait (150)
F = CInt(Sqr((-Form1.ySensor.Force) ^ 2))
Loop
Wait (200)
Position = Form1.ServoAxis.Position
Wait (200)
Form1.ServoAxis.move (-Position)
Wait (200)
Do While (Form1.ServoAxis.Position) ^ 2 > 1
Wait (100)
Loop
F=0
Wait (500)
'Free, Set to Zero, fix (after tests)
Call Form1.AdvantechObject.Digital_Out(0, 0)
'Free magnets
Wait (1000)
'Fix magnets
Wait (5000) 'Zeit für Messzelle zum beruhigen
Form1.ServoAxis.SetZeroPosition
Form1.ySensor.port.Output = "T" & vbCr & vbLf
'Set force to Zero
Betrieb.Wait (15000)
'test if load cell is Zero
Wait (200)
If Form1.ySensor.Force > 2 Then
MsgBox ("An error has occured during taring. Measurement aborted.Try again")
Exit Sub
End If
Wait (1000)
' sample = "none"
'Graphic ON
Form1.Bild1.PlotWindow.Show
Form1.Bild1.init
'Set velocity
223
Form1.ServoAxis.SetVelocity (velocity)
START OF CYCLES
Label1.Visible = True
Frame5.Visible = True
Label4.Caption = ""
ProgressBar1.value = 0
ProgressBar1.Visible = True
Timer1.enabled = True
'time0 = Time
Form1.ServoAxis.move (L)
Misura
Loop
Wait (3300)
For cla = 1 To cycles
Label4.Caption = cla
If cla = cycles Then
Form1.ServoAxis.move (-2 * L)
'
Wait (1000)
Do While F > -100 * Fmax
Misura
Loop
Wait (3300)
temp = Form1.ServoAxis.Position
Form1.ServoAxis.move (-temp)
'
Wait (1000)
224
Do While Abs(Pos_x(i - 1)) > 10
Misura
Loop
Wait (3300)
Else
Form1.ServoAxis.move (-2 * L)
'
Wait (1000)
Do While F > -100 * Fmax
Misura
Loop
Wait (3300)
Form1.ServoAxis.move (2 * L)
' Wait (1000)
Misura
Loop
Wait (3300)
End If
Next cla
Label1.Visible = False
ProgressBar1.Visible = False
Timer1.enabled = False
Vectorlength = i
Betrieb.Wait (1000)
Wait (300)
'free magnets
'free rotating table
'opposite current in magnets
225
Wait (100)
Wait (100)
Wait (100)
'give current to magnets
'free rotating table
'opposite current
'Graphic OFF
Form1.Bild1.PlotWindow.Hide
Call DatiExcel(Pos_x, Fx, time_x, Vectorlength, Fmax, alpha, velocity, cycles)
End Sub
Form1.Show
Form8.Hide
End Sub
Form1.InterruptFlag = True
End Sub
Private Sub Form_Load()
Timer1.enabled = False
Timer1.Interval = 10
ProgressBar1.Visible = False
ProgressBar1.value = 0
OLE1.Visible = False
Frame5.Visible = False
Text1.Text = "2 N"
Text2.Text = "0°"
Text3.Text = "2 rpm"
226
Text4.Text = "2 cycles"
End Sub
Private Sub Option1_Click()
sample = "A"
End Sub
sample = "B"
End Sub
sample = "C"
End Sub
sample = "D"
End Sub
sample = "E"
End Sub
sample = "F"
End Sub
227
Private Sub Slider1_Click()
Text1.Text = Slider1.value & " N"
End Sub
Text2.Text = Slider2.value & "°"
End Sub
Text3.Text = Slider3.value & " rpm"
End Sub
Text4.Text = Slider4.value & "cycles"
End Sub
Private Sub Misura()
Dim temp As Variant
Wait (25)
Pos_x(i) = Form1.ServoAxis.Position
Wait (75)
Fx(i) = -Form1.ySensor.Force
' F = Sqr(Fx(i) ^ 2)
'Minus, so it is in the first quadrant
' temp = Time
time_x(i) = ProgressBar1.value
F = CInt(Fx(i))
If i > ii - 5 Then
ii = ii + 100
ReDim Preserve Fx(ii), Pos_x(ii), time_x(ii), Fo(ii), Ra(ii)
End If
228
If Form1.InterruptFlag = True Then
Exit Sub
End If
Call Form1.Bild1.SinglePlot(CInt(Pos_x(i)), CInt(Fx(i)))
i=i+1
End Sub
Private Sub DatiExcel(x() As Double, F() As Double, timex() As Variant, ByVal
Vectorlength As Integer, Fmax As Integer, angle As Integer, velocity As Integer, cycles As
Integer)
Set ExApp = GetObject(, "Excel.Application")
OLE1.Visible = True
Frame5.Visible = False
ExApp.Workbooks.Open FileName:= _
"C:\WINNT\Profiles\Administrator\Desktop\repeatedFlop.xls"
With ExApp
.Range("B2").Select
.ActiveCell.FormulaR1C1 = CStr(Date)
.Range("B3").Select
.ActiveCell.FormulaR1C1 = CStr(Time)
.Range("B5").Select
.ActiveCell.FormulaR1C1 = Fmax & " N"
.Range("B6").Select
.ActiveCell.FormulaR1C1 = angle & "°"
.Range("B7").Select
.ActiveCell.FormulaR1C1 = cycles
.Range("B8").Select
.ActiveCell.FormulaR1C1 = velocity
.Range("B11").Select
.ActiveCell.FormulaR1C1 = Vectorlength
End With
'show data in Form8 (without vectors of measure)
ExApp.ActiveWorkbook.Save
ExApp.ActiveWindow.Close
OLE1.Update
'Open again for next session of work
229
'Save the measures
For kk = 0 To Vectorlength
If Form1.InterruptFlag = True Then
Exit Sub
End If
ExApp.Range("C" & CStr(kk + 2)).Select
ExApp.ActiveCell.FormulaR1C1 = timex(kk)
ExApp.Range("D" & CStr(kk + 2)).Select
ExApp.ActiveCell.FormulaR1C1 = x(kk)
ExApp.Range("E" & CStr(kk + 2)).Select
ExApp.ActiveCell.FormulaR1C1 = F(kk)
If kk > 0 Then
ExApp.Range("F" & CStr(kk + 2)).Select
ExApp.ActiveCell.FormulaR1C1 = ((x(kk) - x(kk - 1)) / (timex(kk) - timex(kk - 1)))
ExApp.Range("G" & CStr(kk + 2)).Select
ExApp.ActiveCell.FormulaR1C1 = ((F(kk) - F(kk - 1)) / (x(kk) - x(kk - 1)))
ExApp.Range("H" & CStr(kk + 2)).Select
ExApp.ActiveCell.FormulaR1C1 = ((F(kk) + F(kk - 1)) * (x(kk) - x(kk - 1)) / 2)
End If
Next kk
ExApp.Range("J2").Select
ExApp.ActiveCell.FormulaR1C1 = "=SUM(R[+1]C[-2]:R[kk+2]C[-2])"
ExApp.Columns("C:C").Select
ExApp.Selection.NumberFormat = "0"
ExApp.Columns("D:D").Select
ExApp.Selection.NumberFormat = "0.00"
ExApp.Columns("E:E").Select
ExApp.Columns("F:F").Select
ExApp.Columns("G:G").Select
ExApp.Columns("H:H").Select
ExApp.Range("J2").Select
ExApp.Range("A1").Select
230
'close again
'Do While sample = "none"
' MsgBox ("Select Type of SAMPLE")
' Wait (5000)
'
' Loop
'open File Excel and save under new name
On Error GoTo PUTZEN
Beep
Form8.CommonDialog1.CancelError = True
Form8.CommonDialog1.InitDir = "D:\Messungen\claudio\Prove cicli"
Form8.CommonDialog1.Filter = ".xls"
Form8.CommonDialog1.FileName = sample & "_" & Fmax & "N" & "_" & angle & "d"
& "_vel" & velocity & "_" & cycles & "cycles"
Form8.CommonDialog1.ShowSave
ExApp.ActiveWorkbook.SaveAs FileName:=Form8.CommonDialog1.FileName,
FileFormat:= _
xlNormal, Password:="", WriteResPassword:="", ReadOnlyRecommended:=False _
, CreateBackup:=False
'open repeatedFlop, cancel Data and save repeatedFlop (for the next Measure)
PUTZEN:
With ExApp
.Range("B2").Select
.ActiveCell.FormulaR1C1 = ""
.Range("B3").Select
.Range("B5").Select
.Range("B6").Select
.Range("B7").Select
.Range("B8").Select
231
.Range("B11").Select
.Range("J2").Select
End With
' For kk = 0 To Vectorlength
'
'
ExApp.Range("C" & CStr(kk + 2)).Select
'
ExApp.ActiveCell.FormulaR1C1 = ""
'
ExApp.Range("D" & CStr(kk + 2)).Select
'
ExApp.ActiveCell.FormulaR1C1 = ""
' Next kk
With ExApp
.Columns("C:H").Select
.Selection.ClearContents
.Range("C1").Select
.Selection.Font.Bold = True
.Selection.Font.Italic = True
.ActiveCell.FormulaR1C1 = "Time"
.Range("D1").Select
.ActiveCell.FormulaR1C1 = "Displacement"
.Range("E1").Select
.ActiveCell.FormulaR1C1 = "Force"
.Range("F1").Select
.ActiveCell.FormulaR1C1 = "Velocity"
.Range("G1").Select
.ActiveCell.FormulaR1C1 = "Rigidity"
.Range("H1").Select
.ActiveCell.FormulaR1C1 = "Work"
End With
ExApp.Range("A1").Select
232
'
'
'
'
'
'
Option1.value = False
OLE1.Update
Beep
End Sub
Private Sub Timer1_Timer()
ProgressBar1.value = ProgressBar1.value + 1
End Sub
233

CAPITOLO 3 - Politecnico di Milano

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