斷線鉗張角與斷頭坡面線痕偏角關(guān)系的量化研究

彭 迪， 田 浩

(1.西南政法大學(xué)刑事偵查學(xué)院， 重慶 401120；2.重慶市高校物證技術(shù)工程研究中心， 重慶 401120；3.重慶市公安局北碚區(qū)分局燎原派出所， 重慶 400700)

斷線鉗張角與斷頭坡面線痕偏角關(guān)系的量化研究

彭 迪1，2， 田 浩3

(1.西南政法大學(xué)刑事偵查學(xué)院， 重慶 401120；2.重慶市高校物證技術(shù)工程研究中心， 重慶 401120；3.重慶市公安局北碚區(qū)分局燎原派出所， 重慶 400700)

目的 研究斷線鉗剪切張角與剪切斷頭斜坡面紋線偏折角度的定量關(guān)系，從而為剪切痕跡鑒定樣本的制作提供理論依據(jù)。 方法 分別使用350 mm、450 mm、600 mm、750 mm、900 mm型號(hào)的斷線鉗以不同張角剪切直徑不同的鉛絲，應(yīng)用立體顯微鏡分別對(duì)不同條件下形成的斷頭斜坡面紋線進(jìn)行觀察，根據(jù)斜坡面線痕的偏折方向判斷剪切方向以選取測量紋線，再運(yùn)用圖像處理軟件對(duì)偏角進(jìn)行測量，最終建立剪切張角與坡面線痕偏角的線性回歸關(guān)系。 結(jié)果 不同剪切張角剪切形成的斷頭，其坡面線痕偏折角度不同，且偏角隨剪切張角的增大而增大，二者有良好的線性關(guān)系(R2≈0.99)。結(jié)論 偏角約為剪切張角的一半。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，研究有助于快速、準(zhǔn)確地制作鑒定樣本，可顯著提高剪切線痕對(duì)接率，為剪切類工具的鑒定提供了新的思路。

斷線鉗； 剪切張角； 偏折角度； 剪切痕跡； 線痕對(duì)接

0 引言

斷線鉗系常見的剪切較粗棒線材的對(duì)口咬合工具，其兩爿片用壓板及壓板螺栓固定，以圓柱銷為軸張開或咬合，其雙杠桿結(jié)構(gòu)決定能以較小的力獲得較大的機(jī)械效率。犯罪嫌疑人常利用斷線鉗破壞速度快、省力的特點(diǎn)，剪斷掛鎖鎖梁、防盜網(wǎng)、窗柵等障礙物，以實(shí)施犯罪活動(dòng)。

眾所周知，剪切工具的鑒定關(guān)鍵在于制作與檢材痕跡條件接近的實(shí)驗(yàn)樣本，而其難點(diǎn)是難以準(zhǔn)確判斷剪切部位及方向。實(shí)踐中通常的做法是通過預(yù)備實(shí)驗(yàn)大量制樣來確定相同或相似部位[1]，但這樣無疑會(huì)增大鑒定工作量，且容易對(duì)嫌疑工具刃口造成破壞；有學(xué)者[2]提出可通過觀察刃口部位的新鮮擦痕以及破損、卷邊和可疑附著物來確定剪切部位，但不適用于刃口沒有明顯缺損的斷線鉗；還有研究者[3]指出可利用前、后刃剪切斷頭坡面弧形擦劃線條的弧度差別，大致判斷剪切部位，但其研究缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐，且沒有提出嚴(yán)密的科學(xué)論證和數(shù)量關(guān)系；張書杰等[4]利用有角剪切方式的線條痕跡測算剪切距離，對(duì)制作鑒定樣本有啟示作用，但其計(jì)算方法相對(duì)繁瑣,不便于向?qū)崙?zhàn)部門推廣；王炳成[5]等試圖通過分形幾何理論建立剪切痕跡表面輪廓曲線來分析坡面線痕的形貌特征，但結(jié)論主要運(yùn)用于工具種類認(rèn)定，對(duì)樣本制作價(jià)值不大。劉巖等[6]通過實(shí)驗(yàn)測定了鋼絲鉗銑紋痕跡數(shù)量和斜角度與刃口位置之間的關(guān)系，該方法能大致判斷出剪切刃口的位置，但反適用于刃側(cè)為銑加工的鉗具，運(yùn)用范圍有限。本文通過實(shí)驗(yàn)確定斷線鉗剪切張角與斷頭坡面花紋偏折角度的關(guān)系，為科學(xué)制作樣本提供一種簡便方法，也對(duì)該類痕跡的自動(dòng)化識(shí)別提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)與分析

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

斷線鉗的兩刃在發(fā)揮剪切作用時(shí)，是以持續(xù)變化的角度作用于客體，通過減小兩刃所組成的夾角來實(shí)現(xiàn)對(duì)客體的擠壓，直至夾角變?yōu)榱銜r(shí)發(fā)生斷裂，所以客體受到的是一組方向相似圓弧形態(tài)，時(shí)刻都在變化的對(duì)稱力。本文研究的剪切張角是指上、下刃分別與剪切客體表面相切時(shí)所構(gòu)成的夾角α，見圖1；偏折角度是指剪切斷頭坡面斜向線痕入切方向與止切方向之間變化的角度。分別作剪起緣與剪止緣處線痕的切線，兩切線相交所成的銳角夾角即為偏折角度β，見圖2。

圖1 斷線鉗剪切力的作用過程

圖2 坡面偏角示意圖

斷線鉗兩刃片在進(jìn)行剪切時(shí)，兩刃片以一定的初始夾角繞工具軸心做圓弧運(yùn)動(dòng)，直至夾角減小為零。而斷線鉗直剪線材時(shí)，兩刃片是完全對(duì)稱運(yùn)動(dòng)的，所以當(dāng)工具剪斷線材、兩刃閉合時(shí)，每個(gè)刃片相當(dāng)于只運(yùn)動(dòng)了剪切張角一半的圓心角。既然兩刃片在斷頭斜坡面上的運(yùn)動(dòng)方向是持續(xù)變化的，那么刃口及刃側(cè)上的加工痕跡特征在進(jìn)行剪切運(yùn)動(dòng)時(shí)在斷頭斜坡面上也應(yīng)該留下符合運(yùn)動(dòng)規(guī)律的痕跡，即無論是刃口留下的擦劃痕跡，還是刃側(cè)的印壓痕跡，都會(huì)有線痕流向與角度的變化特征，這是本文研究的張角與偏角關(guān)系的理論依據(jù)。

圖3 逆時(shí)針剪切方向

1.2 實(shí)驗(yàn)器材

型號(hào)為350 mm、450 mm、600 mm、750 mm、900 mm較新斷線鉗各一把；φ4 mm、6 mm、8 mm、10 mm的鉛絲若干；比較顯微鏡(ZBA-5，蕪湖市皖江光電儀器有限公司)、立體顯微鏡(蔡司Stemi DV4，德國)各一臺(tái)；計(jì)算機(jī)一臺(tái)及Photoshop CS軟件；量角器、硬紙板、臺(tái)鉗工作臺(tái)。

1.3 樣本的制作與觀察

預(yù)實(shí)驗(yàn)表明，5種不同規(guī)格斷線鉗最大張角約為24°～25°。由于影響斷頭坡面線痕清晰程度的因素較多，故準(zhǔn)確測量偏角大小成為本研究的關(guān)鍵之一。如果實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)剪切張角的變化量過小，剪起緣、剪止緣線痕將變化不大，即偏角不大，這容易帶來測量誤差；反之，則會(huì)造成統(tǒng)計(jì)點(diǎn)過少，影響后期數(shù)據(jù)的處理與分析。根據(jù)不同規(guī)格斷線鉗的最大張角及實(shí)驗(yàn)要求，本研究預(yù)設(shè)剪切張角分別為5°、10°、15°、20°、25°或8°、12°、16°、20°、24°，這既滿足統(tǒng)計(jì)分析的基本要求，也符合本實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況，具體步驟如下：

(1)利用事先預(yù)備的量角器、剪刀在硬紙板上分別制作不同角度的角形模具。

(2)利用5個(gè)角度的角形模具將不同規(guī)格斷線鉗兩刃片的張角分別調(diào)整到相對(duì)應(yīng)角度，將合適規(guī)格的鉛絲固定于臺(tái)鉗鉗口處，用斷線鉗直剪鉛絲5次以上，選取線痕反映性較好的斷頭備檢。

(3)標(biāo)記好每個(gè)斷頭的剪切方向，將其一一置于立體顯微鏡下觀察并篩選紋線特征反映性較好的斷頭坡面并拍照留存。

1.4 偏角的測量方法

1.4.1 判斷剪切方向

剪切方向是指斷線鉗刃片在斜坡面上做弧形運(yùn)動(dòng)的方向。測量偏角大小應(yīng)先對(duì)斷頭的剪切方向進(jìn)行判斷，其目的就是幫助檢驗(yàn)人員尋找最能反映痕跡方向變化的線痕。因?yàn)楫?dāng)斷線鉗兩刃以一定的夾角對(duì)圓形鉛絲進(jìn)行剪切時(shí)，鉛絲與兩刃片相切的兩切點(diǎn)的距離永遠(yuǎn)小于鉛絲的直徑，表現(xiàn)在斷頭坡面上就是切點(diǎn)處于靠近軸心一側(cè)見圖1。

判斷方法應(yīng)先確定刃片做圓弧運(yùn)動(dòng)的軸心，然后判斷斜坡面剪切方向是順時(shí)針還是逆時(shí)針。由于斷線鉗在剪切過程中刃片是以類圓弧的軌跡做運(yùn)動(dòng)的，所以刃片的運(yùn)動(dòng)方向就是圓弧的切線方向，表現(xiàn)在坡面上就是線痕的偏折方向。如圖3所示，從痕起緣到痕止緣看線痕為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則剪切方向即為逆時(shí)針，軸心在左側(cè)；反之如圖4，剪切方向?yàn)轫槙r(shí)針，軸心在右側(cè)。

圖4 順時(shí)針剪切方向

1.4.2 確定入切點(diǎn)

在判斷好斷頭的剪切方向之后，應(yīng)尋找斷線鉗刃口入切點(diǎn)附近的線痕作為測量對(duì)象。根據(jù)斷線鉗最大張角25°及實(shí)驗(yàn)原理，入切點(diǎn)應(yīng)在剪起緣圓弧中點(diǎn)偏向軸心12.5°的范圍內(nèi)，如圖5。

圖5 測量范圍示意圖

1.4.3 測量角度

確定好入切點(diǎn)范圍內(nèi)的線痕之后，即可根據(jù)該線痕在剪起緣處的入切方向以及在剪止緣處的止切方向，通過Photoshop軟件分別做兩處切線的延長線直至相交，使用“標(biāo)尺工具”測量兩延長線夾角，即可得到偏折角度的大小。由于切點(diǎn)處線痕的偏折角度最大，所以在取值時(shí)應(yīng)在測量范圍內(nèi)多尋找?guī)讞l紋線，分別測量它們的偏折角度，然后取最大值。為了提高準(zhǔn)確度，需要再多測量幾個(gè)同樣條件下剪切形成的斷頭坡面線痕的偏折角度，最后求取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)斷線鉗的剪切范圍，結(jié)合前文1.3預(yù)設(shè)的剪切張角，分別用5種不同規(guī)格的斷線鉗剪切φ5 mm、6 mm、8 mm的鉛絲，所測得各組偏角大小見表1～5，部分顯微圖片見圖6、7。

依據(jù)表1～5數(shù)據(jù)，分別作出5種斷線鉗剪切客體時(shí)張角與偏角關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)曲線，并求得相關(guān)系數(shù)，結(jié)果見表6。

表1 350 mm斷線鉗剪切5 mm鉛絲的偏角 (單位：度)

表2 450 mm斷線鉗剪切6 mm鉛絲的偏角 (單位：度)

表3 600 mm斷線鉗剪切6 mm鉛絲的偏角 (單位：度)

由表6可知，不同規(guī)格斷線鉗剪切張角與斷頭斜坡面的線痕偏角均滿足良好的線性關(guān)系，隨著張角的增大，偏角隨之增大；二者線性關(guān)系可近似處理成偏角為張角的一半，即斷頭線痕偏角約為斷線鉗剪切張角的一半。

表4 750 mm斷線鉗剪切8 mm鉛絲的偏角 (單位：度)

表5 900 mm斷線鉗剪切8 mm鉛絲的偏角 (單位：度)

表6 5種型號(hào)斷線鉗張角與斷頭線痕偏角的線性關(guān)系

圖6 450 mm斷線鉗剪切6 mm鉛絲的斷頭坡面

由圖6、7可知，隨著斷線鉗張角的增大，斷頭斜坡面痕跡呈現(xiàn)規(guī)律性的變化，主要體現(xiàn)在線痕的流向變化上，尤其是接近剪止緣部的大量線痕向軸心方向傾斜，其傾斜流向是判斷剪切方向的重要特征。

2.2 討論

2.2.1 斷線鉗的新舊程度的影響

本次實(shí)驗(yàn)所用斷線鉗均較新，刃口、刃側(cè)只有出廠加工花紋痕跡，基本沒有后期使用磨損特征。實(shí)際案件中所獲取的嫌疑工具可能已經(jīng)使用過一段時(shí)間，鉗刃可能存在缺損、卷邊或有異物附著等情況，但是這些特征應(yīng)不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。只要斷線鉗軸心固定，則刃側(cè)與斷頭坡面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是固定的，無論是細(xì)小還是粗大的擦痕，都會(huì)反映出同樣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。如果刃部特別明顯的磨損特征，反而可以成為判斷留痕部位的重要依據(jù)。當(dāng)然，實(shí)驗(yàn)使用的工具不存在刃片錯(cuò)位，螺絲松動(dòng)等情況，非對(duì)等咬合條件下，斷線鉗張角與偏角的關(guān)系尚待進(jìn)一步研究。

2.2.2 斷線鉗刃側(cè)的加工花紋的影響

斷線鉗的刃側(cè)加工花紋主要以銑紋、磨紋為主，方向既有縱向，也有斜向。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，斷線鉗花紋加工花紋的種類、流向及粗細(xì)并不會(huì)影響對(duì)剪切方向以及偏折角度的判斷，只會(huì)決定坡面中部印壓花紋整體的流向。

2.2.3 線材直徑的影響

圖7 750 mm斷線鉗剪切8 mm鉛絲的斷頭坡面

本研究前提條件就是斷頭斜坡面上能反映出線痕方向的變化，如果剪起緣、剪止緣線痕變化量太小，會(huì)對(duì)偏角測量造成很大難度。過小直徑的線材會(huì)導(dǎo)致斷線鉗張角隨之減小，上下兩爿體運(yùn)動(dòng)角度變小，則斷頭斜坡面積也小，這樣坡面就很難表現(xiàn)出因張角的變化而帶來的線痕走向變化。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，被剪客體的直徑不能太小，至少應(yīng)大于4 mm。另一方面，剪切較大直徑(10 mm以上)的線材則會(huì)相應(yīng)增大張角，然而受制于斷線鉗的最大張角(24°～25°)，本研究可選擇的初始張角又會(huì)受到限制。綜合兩方面考慮，本次研究采用的客體為尺寸適中的φ5 mm、6 mm、8 mm 3種規(guī)格的鉛絲。對(duì)比表2與表3、表4與表5的偏角數(shù)據(jù)，可知同一型號(hào)斷線鉗剪切不同規(guī)格鉛絲，所測得偏角基本一致，表明本實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不受材料直徑的影響。

2.2.4 斷線鉗型號(hào)的影響

為考察斷線鉗型號(hào)對(duì)偏角大小的影響，特分別使用350 mm、450 mm、600 mm規(guī)格的斷線鉗剪切6 mm鉛絲，所測得偏角大小見表7。

表7 3種型號(hào)的斷線鉗剪切6 mm鉛絲的偏角 (單位：度)

注：表7中“/”表示此種條件下無法剪切形成斷頭。

由表7可知，不同型號(hào)斷線鉗剪切同一規(guī)格鉛絲，所測得的偏角大小基本一致，這表明本實(shí)驗(yàn)結(jié)果不受斷線鉗型號(hào)的影響。

2.2.5 客體材質(zhì)的影響

客體材質(zhì)種類主要影響斷頭坡面線痕的反映性。本實(shí)驗(yàn)客體鉛絲的塑性大，韌性小，抗剪切能力小，因此斷頭坡面中部上的擦劃線條通常容易被刃側(cè)的印壓痕跡所覆蓋；剪止緣附近的擦劃線條也由于塑性大而呈現(xiàn)出弧形而與剪止緣弧形重疊，對(duì)偏角測量有一定干擾。本次未對(duì)材料種類的影響因素進(jìn)行考察，依據(jù)王洋[1]等的研究結(jié)果，銅絲、鋼絲、鐵絲的剪切斷頭坡面線痕的總體流向趨勢方面可能有較大的差異。但依據(jù)本實(shí)驗(yàn)原理，只要痕起緣、痕止緣的線痕能分別反映出入切和止切方向，就能確定軸心及剪切方向，從而得到偏角數(shù)據(jù)。較硬金屬線材斷頭坡面上的擦劃線條應(yīng)較明顯，同時(shí)由于其抗鉗切能力大，在鉗切過程中金屬客體有相對(duì)刃口向前稍微的滑動(dòng)，因此在斷頭坡面的擦劃線條弧度也減小呈近似直線狀[3]，這會(huì)更有利于偏角的測量。

3 結(jié)論

本研究主要立足于解決剪切工具同一認(rèn)定中樣本制作的問題。為驗(yàn)證本研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果“偏角≈1/2張角”的有效性，使用450 mm型號(hào)的斷線鉗以20°張角制作剪切6 mm鉛絲，將制得的樣本與檢材(實(shí)驗(yàn)測得斜坡面偏角為10°)進(jìn)行同一認(rèn)定，所得結(jié)果見圖8。

圖8 檢材(偏角20°)與樣本(張角10°)的比對(duì)效果

斷線鉗作為刑事犯罪現(xiàn)場常見的作案工具，其同一認(rèn)定工作一直受到相關(guān)領(lǐng)域研究者和基層刑事技術(shù)人員的重視。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究，不同型號(hào)的斷線鉗剪切不同規(guī)格的鉛絲，測定剪切張角與線痕偏角均滿足良好的線性關(guān)系，近似處理成偏角為張角的一半。這不僅有助于研究者進(jìn)一步深入了解剪切坡面線痕流向規(guī)律，而且這一結(jié)論簡單直觀，方便基層技術(shù)人員快速判斷嫌疑工具的剪切部位，有意識(shí)地制作實(shí)驗(yàn)樣本，一方面可以減少制作實(shí)驗(yàn)樣本的次數(shù)，避免制樣工作對(duì)嫌疑工具的破壞，另一方面也可提高鑒定工作的效率及準(zhǔn)確率。

[1] 王洋, 羅亞平, 戴林.線材材質(zhì)對(duì)斷線鉗刃部特征反映性的量化研究[J].中國刑警學(xué)院學(xué)報(bào),2014(1):30-33.

[2] 韓均良.痕跡檢驗(yàn)[M].北京：中國檢察出版社, 2010.

[3] 王毅.斷線鉗剪切痕跡樣本制作方法研究[J].黑龍江信息科技, 2011(19)：43.

[4] 張書杰, 譚鐵君, 張忠良.對(duì)剪切線條痕跡的分析利用[J].中國刑警學(xué)院學(xué)報(bào), 2001(3)：19-21.

[5] 王炳成, 景暢, 任朝暉, 等. 剪切痕跡表面分形維數(shù)的結(jié)構(gòu)函數(shù)法計(jì)算及其應(yīng)用[J].中國人民公安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2004(1):4-6.

[6] 劉巖，王明直. 利用銑紋痕跡數(shù)量和角度判斷鋼絲鉗剪切位置[J]. 刑事技術(shù)，2011(6)：38-40.

(責(zé)任編輯 陳小明)

重慶市教委科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(KJ130106)；重慶市高校市級(jí)工程研究中心項(xiàng)目(LCFS141203)。

彭 迪(1981—)，男，重慶人，講師，博士。研究方向?yàn)槲镒C技術(shù)學(xué)。

D918.91