棉纖維成熟度測試

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。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：塔城地區(qū)纖維檢驗(yàn)所）endprint