張曉超
摘要:本文歸納列舉了目前國內(nèi)外對(duì)棉纖維成熟度檢測的方法,包括計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)、傳感技術(shù)、視頻顯微鏡技術(shù)、偏振光測定法、HVI測量方法以及AFIS測量方法,并預(yù)測纖維成熟度檢測技術(shù)進(jìn)一步的研究方向。
關(guān)鍵詞:棉纖維;成熟度;檢測技術(shù)
棉纖維成熟度即棉纖維在生長發(fā)育過程中,纖維素在次生脆壁中積累和加厚的程度。它與棉纖維色澤、強(qiáng)力、細(xì)度、轉(zhuǎn)曲、彈性、吸濕、染色等理化性能直接相關(guān)。一般情況下,成熟度好的棉纖維色澤亮、強(qiáng)力高、吸濕小、轉(zhuǎn)曲多、彈性大、染色好、保暖良、細(xì)度粗,否則相反。因此,成熟度是反映棉纖維品級(jí)的綜合指標(biāo),是決定棉纖維使用價(jià)值的重要依據(jù),是檢驗(yàn)棉纖維品級(jí)的根本條件[1]。因此,成熟度檢測在纖維檢測中也顯得尤為重要,目前,國內(nèi)外都有人在研究測試?yán)w維成熟度的方法,甚至研制成熟度測試軟件[2]。
1 計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)
所謂計(jì)算機(jī)圖像處理,是指利用數(shù)字計(jì)算機(jī)及其他有關(guān)數(shù)字技術(shù),對(duì)圖像施加某種運(yùn)算和處理,從而將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式的過程[3-4]。
測量棉纖維成熟度的理論基礎(chǔ)是把棉纖維的截面周長作圓周畫圖,以此圓的直徑作為纖維的理論直徑來計(jì)算纖維的周長和面積,可用圖像處理技術(shù)提取纖維截面的外周長度和面積。應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)測試?yán)w維成熟度的基本測量過程是:首先,用哈氏切片法制作棉纖維切片,再運(yùn)用CCD攝像傳感器,利用其內(nèi)部的光敏單元的光電轉(zhuǎn)換功能將投射到光敏單元上的纖維光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)“圖像”,計(jì)算機(jī)用MATLAB對(duì)纖維截面圖像做處理,進(jìn)行空間域操作,從而增強(qiáng)對(duì)比度并用圖像分割技術(shù)去除噪聲,然后進(jìn)行二值轉(zhuǎn)換后提取周長與面積等特征值,最后計(jì)算出成熟度比。
綜合國內(nèi)外研究應(yīng)用的情況,圖像處理技術(shù)在紡織測試領(lǐng)域的主要發(fā)展趨勢為:(1)靜態(tài)測試向動(dòng)態(tài)測試發(fā)展;(2)二維檢測向三維測試開拓;(3)采用圖像圖形結(jié)合的方法進(jìn)行三維成像、三維造型將得到很大的發(fā)展;(4)單參數(shù)的檢測向集散系統(tǒng)發(fā)展;(5)黑白圖像分析向真彩色圖像分析過渡;(6)在線質(zhì)量檢測在計(jì)算機(jī)集成制造中獲得應(yīng)用將引起廣泛關(guān)注。
2 傳感技術(shù)
美國研制并投入使用了Peyer-McI15500棉纖維測試系統(tǒng)。它由纖維長度儀、纖維細(xì)度及成熟度儀、纖維強(qiáng)度伸長度儀、纖維葉屑含量測試儀、纖維色特征測試儀、纖維含糖量測試儀以及條形碼讀取記錄器等多臺(tái)獨(dú)立的儀器并聯(lián)組臺(tái)而成。
3 視頻顯微鏡技術(shù)
測試原理:視頻變焦顯微鏡具有超高連續(xù)可調(diào)的放大倍率并可連續(xù)變焦,使用與視頻顯微鏡配套兼容的PinnacleStudio8.0圖像采集軟件,采集在計(jì)算機(jī)屏幕上觀察到的一定放大倍數(shù)下的棉纖維縱向截面圖像;再利用與視頻顯微鏡配套兼容的Imager-Prop—lus圖像分析軟件,測量棉纖維的中腔寬度和胞壁厚度,由此計(jì)算平均成熟系數(shù)、未成熟纖維百分率等。
測試步驟:(1)試樣制片:從試樣棉條的縱向取樣,重約4mg~6mg,用手扯法加以整理使成一端整齊的小棉束。先用稀梳后用密梳從棉束整齊一端梳去16mm以下的短纖維。將揩干凈的載玻片放在黑絨板上,在載玻片邊緣涂些膠水,夾取數(shù)根纖維均勻地排在載玻片上,一直把纖維排完為止,待膠水干后,用細(xì)針把纖維整理平直,然后用膠水粘住纖維的另一端,輕輕地在纖維上放置蓋玻片。(2)采集棉纖維縱向圖像:選擇高倍物鏡,使用透射光源,將棉纖維縱向片子放置在視頻顯微鏡載物臺(tái)上,打開圖像采集軟件,調(diào)節(jié)視頻顯微鏡放大倍數(shù)和焦距至計(jì)算機(jī)屏幕上棉纖維縱向圖像清晰,采集圖像保存。(3)定標(biāo)尺:使用Imager-Proplus圖像分析軟件,打開在采集棉纖維縱向圖像時(shí)的放大倍數(shù)下所采集的測微尺圖像文件,進(jìn)行定標(biāo)。(4)運(yùn)用圖像分析軟件對(duì)棉纖維進(jìn)行測量。最后計(jì)算:
腔寬壁厚比值=腔寬/壁厚
試樣平均成熟系數(shù)=Σ各根棉纖維的成熟系數(shù)/N定的總根數(shù)
未成熟纖維百分率=(成熟系數(shù)在0.75以下的纖維根數(shù)/測定的總根數(shù))×100%
4 偏振光測定法
測試原理:偏振光干涉色法是用偏振光顯微鏡來測定棉纖維成熟度,利用棉纖維的雙折射性質(zhì),在偏振光顯微鏡中觀察棉纖維的干涉色。不同成熟度的棉纖維胞壁厚度的不同,導(dǎo)致光程差不同,棉纖維呈現(xiàn)出不同的干涉色,根據(jù)棉纖維的干涉色來判定纖維的成熟度。
在偏振光檢測棉纖維成熟度的應(yīng)用中,需要對(duì)棉纖維進(jìn)行兩種成熟度的檢測:
(1)由激光裝置通過偏振片給棉纖維照射激光,由硅電池轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的光電流,通過A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換通道被輸入單片機(jī),其數(shù)值經(jīng)過特定的成熟度算法與標(biāo)準(zhǔn)值比較最后通過微型打印機(jī)輸出。
(2)在沒有偏振片的情況下,檢測通過單位面積的棉纖維的透射激光,然后由硅電池轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的光電流并經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)入單片機(jī),修正計(jì)算后輸出打印結(jié)果。
5 HVI以及AFIS測量方法
(1)HVI:大容量棉花品質(zhì)測試系統(tǒng)可稱是集高速度、大容量、自動(dòng)化、多功能、計(jì)算機(jī)化測試技術(shù)于一體的典例。該系統(tǒng)的主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn):①自動(dòng)化程度高:全自動(dòng)纖維取樣系統(tǒng),主體測試部分幾乎全部由儀器自動(dòng)操作,人為因素降到最低,減輕了試驗(yàn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,使測試人員由最初的8人減到1人。②測試速度快:每份試樣測試全套約20s~30s,每天每班(8h)一套儀器可檢800~1000份試樣,因而有可能對(duì)棉花逐包取樣,全面檢驗(yàn)。③測試試樣大:以前常規(guī)測試棉纖維樣品大部分每種只測數(shù)毫克,現(xiàn)在每包取樣10克左右,測試結(jié)果代表性好。④測試指標(biāo)多:可以一次性取樣檢測出棉纖維的長度、長度均勻度、強(qiáng)力、伸長、馬克隆值、成熟度、含水、色澤、雜質(zhì)等指標(biāo),測試棉纖維性能比較全面。⑤計(jì)算機(jī)管理及統(tǒng)一處理數(shù)據(jù):由于HVI的這些技術(shù)特點(diǎn),目前已逐步被國際紡織企業(yè)所認(rèn)同,該測試儀器亦得到了快速發(fā)展。又如激光式羊毛直徑快速測試儀FDA,采取快速單根測試技術(shù),由于它能快速提供更詳盡的個(gè)體和分布數(shù)據(jù),以彌補(bǔ)總量的不足,亦有相當(dāng)?shù)膶?shí)用意義。
(2)AFIS:UsterAFIS纖維測試系統(tǒng)不僅能快速、可靠地測試棉纖維的成熟度、細(xì)度和未成熟纖維所占比例,而且由于是逐根測量,還可給出纖維成熟度和細(xì)度的分布。這對(duì)配棉中控制原棉性能差異,保證原料和成紗質(zhì)量本質(zhì)參數(shù)的穩(wěn)定,減少染色色差和疵點(diǎn)有著重要意義。
AFIS成熟度和細(xì)度的測試方法是利用先進(jìn)的光學(xué)測試技術(shù)確定纖維的形狀,精確測定每根單纖維的周長和壁厚面積。AFIS唯一確定每根單纖維胞壁充實(shí)度,準(zhǔn)確反映纖維成熟度,并能測試出未成熟纖維含量,亦即成熟度分布直方圖。在附加特定的軟件系統(tǒng)后AFIS可以同時(shí)測定棉樣的棉結(jié)、雜質(zhì)、纖維長度、直徑、細(xì)度、未成熟纖維含量(IFC)、成熟度比等性能指標(biāo)。
6 結(jié)語
纖維成熟度測試是棉織物生產(chǎn)的重要組成部分,它的測量有很多方法:有雙壓縮氣流測量法、偏振光分析法、顯微鏡法、離心法、近紅外線光譜測定法、圖像分析法等。其中圖像分析對(duì)成熟度測量的縱向圖像和部分圖像分析都適合。
測試技術(shù)的發(fā)展正是科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志,科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步必定帶動(dòng)測試技術(shù)的更大發(fā)展。高速度、大容量、自動(dòng)化、多功能、計(jì)算機(jī)化的紡織測試技術(shù)將成為發(fā)展方向的主流,集計(jì)算機(jī)技術(shù)、激光技術(shù)、CCD成像技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)于一身的新型紡織測試技術(shù)正以日新月異的態(tài)勢迅猛發(fā)展。了解和應(yīng)用先進(jìn)的測試技術(shù),對(duì)于紡織品的生產(chǎn)、紡織品的貿(mào)易具有重要的實(shí)際意義。
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(作者單位:塔城地區(qū)纖維檢驗(yàn)所)endprint