生絲勻度檢測(cè)方法的研究進(jìn)展

閆冠宇，左保齊

(蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215021)

眾所周知，從古至今，我國(guó)一直生產(chǎn)蠶絲，不僅是最大的蠶絲生產(chǎn)國(guó)，而且到目前為止已經(jīng)成為最大的出口國(guó)，生絲總產(chǎn)量占世界總量的70%，出口量占世界貿(mào)易量的80%左右，已經(jīng)成為了我國(guó)總體經(jīng)濟(jì)中非常重要的一部分[1-5]。但是隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展特別是加入世界貿(mào)易組織后，生絲貿(mào)易在國(guó)內(nèi)飛速增長(zhǎng)，另外在國(guó)際上的貿(mào)易總量也在不斷增長(zhǎng)，因此對(duì)于生絲品質(zhì)就有了更高的要求。然而我國(guó)目前生絲勻度檢測(cè)方法大多數(shù)采用的仍然是黑板檢驗(yàn)法，并且檢驗(yàn)生絲質(zhì)量品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)體系還是參照20世紀(jì)90年代日本橫濱實(shí)驗(yàn)室建立的生絲檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[6-9]，但是隨著檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，生絲勻度檢測(cè)方法已經(jīng)有了很大的發(fā)展。

生絲勻度檢測(cè)的方法可以分為兩大類，主要是傳統(tǒng)的黑板檢驗(yàn)法和后來(lái)逐漸完善的電子檢測(cè)方法，電子檢測(cè)方法主要包括電容式和光電式電子檢測(cè)方法。另外，生絲勻度檢測(cè)方法還有圖像處理法。

1 黑板檢驗(yàn)法

我國(guó)是生絲生產(chǎn)大國(guó)，也是生絲出口大國(guó)，衡量生絲質(zhì)量指標(biāo)的方法主要采用的仍是日本的測(cè)試指標(biāo)體系，并且大多數(shù)采用的還是黑板檢驗(yàn)法。黑板檢驗(yàn)法作為傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，它的具體操作流程如下，首先把一定長(zhǎng)度的生絲通過(guò)卷取機(jī)按規(guī)定的排列線數(shù)卷繞在黑板上，然后把它放在黑板架上，將黑板架放置在暗室內(nèi)，檢測(cè)員站在黑板的規(guī)定距離處，并且準(zhǔn)備適當(dāng)?shù)臒艄庠O(shè)備，由于絲在光照下會(huì)有透光、折射以及反射現(xiàn)象，所以可以用人眼去觀察并辨別生絲絲條的粗細(xì)變化，還可以識(shí)別絲條上糙疵點(diǎn)的類型和數(shù)量。另外，實(shí)驗(yàn)過(guò)程要和黑板樣照進(jìn)行對(duì)比以此評(píng)判生絲質(zhì)量等級(jí)[10]。但是黑板檢驗(yàn)法也有以下不足：

(1)黑板檢驗(yàn)在檢驗(yàn)方式上屬于感官檢驗(yàn)，很大程度上會(huì)受到人為主觀因素的影響，進(jìn)而產(chǎn)生誤差。

(2)人的感官能力是有限的，因此存在著“最小辨別度”現(xiàn)象，對(duì)勻度、潔凈相近的絲條，一般很難找到出它們的差異。

(3)由于馬赫帶效應(yīng)和同時(shí)對(duì)比度效應(yīng)，勻度變化程度很容易判斷失真。

由于生絲檢驗(yàn)需要公正、精確，并且生絲等級(jí)評(píng)定要有嚴(yán)格的可信度，重現(xiàn)性也要求比較高，所以這些缺點(diǎn)不可避免的造成一定的影響，甚至有時(shí)還會(huì)發(fā)生質(zhì)量方面的糾紛，造成不必要的麻煩，進(jìn)而影響勞動(dòng)者的工作效率，加大勞動(dòng)強(qiáng)度[11]。

2 電子檢測(cè)法

隨著科學(xué)技術(shù)的提高，織機(jī)本身也在不斷發(fā)展，不僅速度有所加快，而且性能也在不斷完善。另外人們的生活水平的提高導(dǎo)致他們對(duì)真絲綢面料有了更高的追求，對(duì)生絲質(zhì)量更是非常注重，尤其是生絲條干均勻性、清潔、潔凈方面。

2.1 電容式傳感檢測(cè)法

烏斯特條干均勻度儀(Uster Tester)是一種均勻度測(cè)量?jī)x，適用范圍比較廣泛，不僅可以用于棉、麻、毛以及各種混紡紗條，還可用于長(zhǎng)絲。該儀器的具體原理是當(dāng)紗條通過(guò)電容極板時(shí)，極板間的電容量會(huì)發(fā)生變化，并且隨著紗條粗細(xì)的變化，電容量也會(huì)發(fā)生改變，通過(guò)這一原理設(shè)計(jì)出該檢測(cè)系統(tǒng)。

電容式條干均勻度儀雖然沒(méi)有了人為主觀因素的影響，并且在紡織領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用，但它還是有一些不足之處，比如：

(1)測(cè)量精度有限，無(wú)法檢測(cè)到8mm內(nèi)的生絲不勻度。

(2)由于測(cè)試條件不同，就會(huì)使測(cè)試結(jié)果在某種程度上發(fā)生改變。在不同的大氣狀態(tài)下，不同的歷史回潮率下，不同的處理時(shí)間，都會(huì)造成一定的影響。

(3)生絲由于存在落緒和填緒現(xiàn)象，所以在檢驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)生絲通過(guò)張力器以及牽引羅拉時(shí)，生絲的徑向直徑會(huì)發(fā)生突變，最后造成軸向張力改變。另外，對(duì)于彈性較好的生絲，一旦發(fā)生張力變化，就會(huì)導(dǎo)致生絲軸向跳動(dòng)，影響測(cè)試儀對(duì)疵點(diǎn)的判別[12-13]。

(4)重現(xiàn)性較差，不能準(zhǔn)確檢驗(yàn)出一些特有的疵點(diǎn)，比如裂絲。因?yàn)殡娙菔綏l干均勻度儀測(cè)量時(shí)，偏重于檢測(cè)條干整體內(nèi)在質(zhì)量，卻不注重生絲抱合的緊密和松疏，也就是不關(guān)心絲的外觀。當(dāng)被檢測(cè)生絲中的纖維的細(xì)度相等時(shí)，由于儀器本身的局限，導(dǎo)致無(wú)法得知每個(gè)生絲橫截面的纖維根數(shù)是否一致。將其與人眼看到的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，就會(huì)有一定差異，影響織物最終的質(zhì)量，導(dǎo)致相關(guān)性較差[14-17]。

另外，電容檢測(cè)紗線傳感器本身具有轉(zhuǎn)換特性，任彩良[18]利用這一特性來(lái)測(cè)量紗線條干不勻率，發(fā)現(xiàn)測(cè)量的結(jié)果總是大于紗線本身的實(shí)際不勻率值。并且紗線在檢測(cè)槽里的截面或直徑大小也會(huì)影響電容式紗線檢測(cè)傳感器的非線性程度，截面或直徑越大，紗線條干不勻率測(cè)試結(jié)果誤差越大。

2.2 光電式轉(zhuǎn)換檢測(cè)法

到現(xiàn)在為止，基于光電法的勻度檢測(cè)方法已有了二十余年的歷史，該方法的基本原理如下：首先調(diào)整光學(xué)裝置使光源照在生絲上，使生絲投影到光電傳感器上，由于生絲粗細(xì)各不相同，這樣就會(huì)使光電傳感器產(chǎn)生不同的輸出信號(hào)，最后根據(jù)這些信號(hào)進(jìn)行生絲的均勻性研究，還可以研究一下相關(guān)的疵點(diǎn)。

蘇州大學(xué)陳慶官等根據(jù)光電式檢測(cè)原理，首先準(zhǔn)備一定長(zhǎng)度的絲條，將光源照射在該絲條上，比較該絲條的影子，對(duì)比發(fā)現(xiàn)在不同的光照度下，感知到的生絲的粗細(xì)也不同，接著根據(jù)這些來(lái)分析生絲的勻度，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)探索，最終成功研制出SD-1型生絲纖度動(dòng)態(tài)檢測(cè)儀。這種儀器首先利用現(xiàn)代光學(xué)傳導(dǎo)技術(shù)，然后將之與共模抑制、差模放大結(jié)合，最后成功研制出生絲纖度檢測(cè)儀，這種儀器比較方便攜帶。由于只是在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行研究，在數(shù)據(jù)方面還不完善，所以還沒(méi)投入實(shí)踐，目前還需進(jìn)一步的研究[19-21]。

蘇州大學(xué)劉鳳嬌為了使實(shí)驗(yàn)更加準(zhǔn)確，首先準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)絲樣進(jìn)行標(biāo)定，然后利用CCD信號(hào)成像技術(shù)對(duì)生絲細(xì)度測(cè)量，并且在整個(gè)檢測(cè)過(guò)程中生絲處于一直運(yùn)動(dòng)狀態(tài)[22-23]。Carvalho等人利用光電法對(duì)紗線直徑以及毛羽的檢測(cè)進(jìn)行研究，通過(guò)使用CMOS線陣傳感器進(jìn)行毛羽檢測(cè)，獲取直徑信號(hào)，另外他們把相干光源和傅里葉高通濾波器結(jié)合，成功的得到信號(hào)圖像，最終經(jīng)對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，CMOS比光電二極管更適用，而且實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)精度更高[24-28]。

利用光電轉(zhuǎn)換原理來(lái)進(jìn)行生絲細(xì)度檢測(cè)已經(jīng)是比較成熟的一項(xiàng)技術(shù)，這種檢測(cè)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求比較低，對(duì)檢測(cè)裝置的要求也不高，并且檢測(cè)速度很快，但是它也有一定的局限，就是檢測(cè)結(jié)果的精度很容易受到生絲表面透明度的影響。

2.3 光電和電容結(jié)合法

由于電容式傳感檢測(cè)本身具有不易忽略的缺陷，光電檢測(cè)還沒(méi)有普遍推廣，一種新的檢測(cè)技術(shù)就迫切需要了。中國(guó)生絲電子檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)研究小組在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，成功研制出第一代生絲電子檢測(cè)儀，該儀器采用多錠檢測(cè)單元，并結(jié)合電容傳感器，用來(lái)檢驗(yàn)生絲疵點(diǎn)等，但是由于該儀器電容式傳感器本身的特性，當(dāng)一些生絲質(zhì)量不變，在生絲外觀存在疵點(diǎn)的情況下，該儀器無(wú)法識(shí)別出這類疵點(diǎn)，造成漏檢。后來(lái)經(jīng)過(guò)進(jìn)一步研究，該小組提出了《生絲電子檢測(cè)分級(jí)規(guī)定》以及《生絲電子檢測(cè)方法》，在2006年10月的杭州國(guó)際絲綢論壇期間，與絲綢業(yè)內(nèi)人士進(jìn)行了溝通和交流，并征求界內(nèi)人士的建議，這在國(guó)內(nèi)外有關(guān)檢測(cè)機(jī)構(gòu)和絲綢業(yè)界得到了普遍關(guān)注。2006年國(guó)際絲綢論壇之后，起草小組在大量研究和業(yè)內(nèi)人士的意見(jiàn)和建議下，經(jīng)過(guò)一些改造加工，成功研制出了集光電-電容傳感技術(shù)一體的多錠第二代生絲電子檢測(cè)儀[29]。

第二代生絲檢測(cè)儀采用集光電-電容一體的傳感檢測(cè)，利用電容傳感器檢測(cè)生絲的內(nèi)部質(zhì)量，利用光電傳感器檢測(cè)生絲的外觀狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生絲表面中的裂絲等疵點(diǎn)，二者的有利結(jié)合，大大提高了生絲檢測(cè)的精確度，減少了漏檢的可能性。目前，生絲電子檢測(cè)儀采用的是最新改進(jìn)的光電-電容結(jié)合的傳感器，光電與電容結(jié)合的檢測(cè)技術(shù)和試驗(yàn)方法已經(jīng)基本得到世界上絲綢專家的認(rèn)可。

3 圖像處理法

生絲檢測(cè)的方法在不斷發(fā)展，另外還有一種方法是利用圖像處理進(jìn)行生絲檢測(cè)，該方法首先把線陣CCD圖像傳感器和鏡頭結(jié)合在一起，打開(kāi)光源，進(jìn)行圖像采集，然后通過(guò)采集卡將得到的圖像信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)里進(jìn)行圖像處理，對(duì)得到的動(dòng)態(tài)生絲圖像進(jìn)行處理，把需要的生絲主干從圖片中提取出來(lái)，再根據(jù)預(yù)設(shè)的具體方案來(lái)計(jì)算CV值。Sparavigna等人以紅外光為光源，利用光學(xué)傳感器測(cè)量紗線勻度，在接收端準(zhǔn)備兩個(gè)CCD傳感器，其中一個(gè)CCD傳感器用來(lái)接收紗線投影圖像，經(jīng)過(guò)圖像處理得出紗線直徑變化的CV值。當(dāng)紗線的散射光線投射到另一個(gè)CCD傳感器上時(shí)，這時(shí)對(duì)紗線外觀進(jìn)行分析[30]。湖北工業(yè)大學(xué)王璜在基于機(jī)器視覺(jué)的基礎(chǔ)上，通過(guò)研究紡織品外觀疵點(diǎn)檢測(cè)與質(zhì)量評(píng)價(jià)，經(jīng)過(guò)圖像處理實(shí)現(xiàn)整個(gè)紡織品的疵點(diǎn)檢測(cè)，并將信息傳輸給計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)。這些雖然不是直接針對(duì)生絲進(jìn)行試驗(yàn)，但也為生絲檢驗(yàn)打下了良好的基礎(chǔ)[31]。涂文驍?shù)仍诨跈C(jī)器視覺(jué)的基礎(chǔ)上，采用將線陣CCD圖像傳感器與遠(yuǎn)心光路結(jié)合的方式，形成一套新的成像系統(tǒng)，進(jìn)而進(jìn)行圖像采集，然后對(duì)獲取的生絲圖像利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行處理，先進(jìn)行閾值分割，再進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理，最后從中提取出生絲主干，并依據(jù)具體的測(cè)量方案求出CV值[32]。蘇州大學(xué)王晨基于機(jī)器視覺(jué)對(duì)生絲圖像進(jìn)行勻度分析，將得到的結(jié)果與烏斯特條干儀ME100的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者有很好的相關(guān)性，并且用SVM的方法對(duì)生絲疵點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別分類，經(jīng)驗(yàn)證SVM方法是可行的，并且具有較高的識(shí)別效率[33-34]。潘青田提出一種基于雙目視覺(jué)的生絲或浸泡絲外觀質(zhì)量檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法，采用兩個(gè)正交方向的CCD圖像傳感器進(jìn)行圖像采集，然后傳輸給計(jì)算機(jī)利用Halcon軟件進(jìn)行分析處理生絲兩個(gè)方向的直徑值，進(jìn)而對(duì)生絲的勻度和蓬松度進(jìn)行分析[35]?；趫D像處理和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的原理，可以直接獲取生絲的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)圖像，更加直觀的觀察生絲的特征，從而可以對(duì)生絲的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。

4 展望

生絲勻度檢測(cè)的方法主要是以黑板檢驗(yàn)法為主，電容式傳感檢測(cè)法、光電式轉(zhuǎn)換檢測(cè)法、光電+電容結(jié)合法以及圖像處理法正在逐步完善，但是黑板檢驗(yàn)法已經(jīng)不能很好地滿足當(dāng)前生絲檢測(cè)的需求了。電容式傳感檢測(cè)雖是目前應(yīng)用較為廣泛的方法，但是該方法的測(cè)量精度有一定的局限，容易受到測(cè)試條件的影響。光電式檢測(cè)方法的實(shí)驗(yàn)環(huán)境雖然要求不高，檢測(cè)速度也比較快，但是在測(cè)量精度方面還有一定的不足，仍需進(jìn)一步的完善。另外，利用圖像處理進(jìn)行生絲檢測(cè)的實(shí)踐還比較少，技術(shù)還不是很成熟，由于硬件要求比較高，設(shè)備也比較貴，所以應(yīng)用還不是很廣泛。黑板檢驗(yàn)法、電容式檢測(cè)法以及光電式檢測(cè)法都是屬于間接檢測(cè)的方法，而圖像處理法是直接檢測(cè)的方法，它是通過(guò)直接獲取生絲的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖像，然后經(jīng)過(guò)處理分析得到生絲的各項(xiàng)指標(biāo)信息，該方法不僅快速、直接，而且準(zhǔn)確性也很高，相信隨著圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，該方法會(huì)越來(lái)越普及，成為生絲檢測(cè)的主要方法。