紡織品色牢度智能評級系統(tǒng)的研制

劉錦瑞 袁園園 張向麗 孫麗霞

(河北出入境檢驗檢疫局檢驗檢疫技術中心，河北石家莊，050051)

紡織品色牢度等級是評價紡織品質(zhì)量的一個重要指標，色牢度評級是色牢度檢測中最關鍵的一個環(huán)節(jié)。目前國內(nèi)外色牢度評級方法主要有人工評級、儀器評級兩種[1-5],以人工評級為主。但是人工評級容易受外部因素和人為因素的影響，對相同級別的結(jié)果評定差異較大。儀器評級比較客觀，不受外部因素的影響，對相同級別的結(jié)果評定也相對穩(wěn)定。GB/T 6151—2016《紡織品 色牢度試驗 試驗通則》明確規(guī)定在評級有爭議時，以儀器評級為準[6]。

近年來主流的儀器評級方法有測色儀評級法和影像評級法兩種[7-10]。由于現(xiàn)在國內(nèi)市面上的儀器測試數(shù)據(jù)與人工評級一致率較低，造成儀器評級的方法并沒有得到很好的推廣。測色儀評級法的評級結(jié)果較準，但是人為因素影響較大，如定位不準、布面容易凸起等因素會影響結(jié)果的準確性[11-12]；影像評級法因為圖像信息采集的準確性、顏色的多次轉(zhuǎn)換等因素影響評級結(jié)果的準確性[13]。本文闡述的紡織品色牢度智能評級系統(tǒng)(以下簡稱評級系統(tǒng))結(jié)合了兩種評級方法的優(yōu)點，自動對樣品準確定位，消除了人為操作、顏色多級轉(zhuǎn)化的影響，實現(xiàn)了準確評級的目的。以下就該系統(tǒng)的方案設計和準確性進行探討。

1 方案設計

根據(jù)GB/T 32598—2016《紡織品 色牢度試驗貼襯織物沾色的儀器評級方法》[14]、GB/T 32616—2016《紡織品 色牢度試樣變色的儀器評級方法》[15]的規(guī)定，通過色牢度自動評級工作站控制圖像信息采集及分光測色系統(tǒng)，分別獲取試樣位置及色差信息，并計算、輸出結(jié)果，實現(xiàn)樣品色牢度等級的自動評定。評級系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成見圖1。

評級系統(tǒng)中最核心部分是高性能圖像采集系統(tǒng)和測色系統(tǒng)，這兩部分性能的優(yōu)劣直接影響色牢度評級的準確程度，因此選型上也較嚴格。

1.1 圖像采集系統(tǒng)

評級系統(tǒng)主要是通過圖像采集系統(tǒng)對被測樣品進行位置和顏色采集，后經(jīng)人眼對顏色深淺進行辨別、移動定位系統(tǒng)，實現(xiàn)對被測樣品色牢度的評定。在這個過程中要求圖像采集系統(tǒng)在2400 萬像素以上。

1.2 測色儀

測色儀是評級系統(tǒng)的核心部件，因此選擇一臺合適的測色儀尤為關鍵。目前國內(nèi)外的測色儀主要有美國愛色麗的X-RITE DATA COLOR自動評級系統(tǒng)、日本美能達CM-2300D型測色儀、國產(chǎn)測色儀1、國產(chǎn)測色儀2。美國愛色麗的X-RITE DATA COLOR自動評級系統(tǒng)可用于測定紡織品色牢度，雖然評級結(jié)果通常較為準確，但其價格過高(80萬元左右)，不利于推廣和使用。日本美能達CM-2300D型測色儀的照明光源為脈沖氙燈，測量壽命約為15萬次，價格較低(3.5萬元左右)，但該測色儀不能用于測定紡織品色牢度。國產(chǎn)測色儀1可用于測定紡織品色牢度，光源壽命為10年300萬次，價格較低(3.6萬元左右)，但不能提供數(shù)據(jù)端口，不能進行二次開發(fā)。國產(chǎn)測色儀2可用于測定紡織品色牢度，光源壽命為5年150萬次，價格低(1.9萬元)，可以按照用戶的需求提供數(shù)據(jù)端口，且購買方便、售后服務快捷。通過以上比較發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)測色儀2較X-RITE DATA COLOR自動評級系統(tǒng)、日本美能達CM-2300D型測色儀、國產(chǎn)測色儀1更有優(yōu)勢，因此評級系統(tǒng)研制時選用國產(chǎn)測色儀2。

1.3 定位系統(tǒng)

定位系統(tǒng)可三維移動，運行范圍要足夠大且無盲點；定位誤差小于0.3 mm；升降力度可控，既能壓緊樣品又不會使樣品變形。

1.4 最終方案的確定

評級系統(tǒng)包括圖像采集、色牢度評級、定位、操作及數(shù)據(jù)處理等部分，色牢度評級工作流程見圖2。

該評級系統(tǒng)的特色在于將圖像采集系統(tǒng)、定位系統(tǒng)與測色系統(tǒng)、色牢度評級軟件進行無縫連接。通過操作及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)控制圖像采集系統(tǒng)，對被測樣品進行拍照后，傳輸至電腦，僅用鼠標點擊圖像中的某一點，定位系統(tǒng)攜帶測色系統(tǒng)精準地自動移動到被測位置，進行色牢度等級評定，最后通過評級軟件進行計算和結(jié)果輸出。

2 評級系統(tǒng)性能驗證

2.1 準確性

目前國際上最具有代表性的測色儀是擁有前沿技術的美國X-RITE DATA COLOR型分光測色儀，在影像評級法中最具有代表性的儀器是英國的VeriVide DigiEye，為了更好地驗證評級系統(tǒng)的準確性，我們對比了兩種儀器評級與評級系統(tǒng)測定結(jié)果的差異。

分別用評級系統(tǒng)、美國X-RITE DATA COLOR型分光測色儀(以下簡稱測色儀A)以及英國VeriVide DigiEye(以下簡稱測色儀B)，采用GB/T 251—2008《紡織品 色牢度試驗 評定沾色用灰色樣卡》[16]和GB/T 250—2008《紡織品 色牢度試驗 評定變色用灰色樣卡》[17]中規(guī)定的各個級別灰卡進行測定，結(jié)果見表1和表2。

表1 沾色用灰色樣卡測定結(jié)果的比較

表2 變色用灰色樣卡測定結(jié)果的比較

通過表1和表2的數(shù)據(jù)比較發(fā)現(xiàn)，該評級系統(tǒng)與測色儀A的測定數(shù)據(jù)沒有顯著差異，但與測色儀B的測定數(shù)據(jù)有一定的差異，雖然在合理的評級誤差范圍內(nèi)，但是評級系統(tǒng)、測色儀A的測定數(shù)值與沾色用灰色樣卡和變色用灰色樣卡的標準值更為接近，直接驗證了該評級系統(tǒng)的準確性，說明該評級系統(tǒng)可以用于評定紡織品沾色牢度和變色牢度級別。

2.2 穩(wěn)定性

使用評級系統(tǒng)分別對GB/T 251—2008《紡織品 色牢度試驗 評定沾色用灰色樣卡》和GB/T 250—2008《紡織品 色牢度試驗 評定變色用灰色樣卡》中的各個級別分別測定6次，結(jié)果見表3和表4。

表3 評級系統(tǒng)沾色牢度穩(wěn)定性

表4 評級系統(tǒng)變色牢度穩(wěn)定性

由表3和表4可知，使用評級系統(tǒng)測定沾色用灰色樣卡和變色用灰色樣卡的各個級別，多次測定結(jié)果基本一致，各級別的最大極差僅為0.03，相對標準偏差在0～0.81%之間，說明系統(tǒng)的穩(wěn)定性良好。

2.3 適用性

使用評級系統(tǒng)、測色儀A及人工評級對不同顏色、不同沾色形式的樣品進行測定，結(jié)果見表5。對不同顏色、種類的變色樣品進行測定，結(jié)果見表6。由表5和表6可見，評級系統(tǒng)可用于測定不同顏色的耐摩擦色牢度樣品以及不同顏色、不同貼襯類型的耐水色牢度樣品，由于耐水色牢度與耐汗?jié)n色牢度、耐唾液色牢度、耐皂洗色牢度試驗的貼襯種類一致，因此評級系統(tǒng)也可測定此類試驗的樣品。同樣，評級系統(tǒng)也可用于測定不同顏色、不同種類紡織品的變色牢度。

對比評級系統(tǒng)與測色儀A的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，對于同一樣品的測定結(jié)果，兩個系統(tǒng)的最大差值僅為0.06，且均與人工評級結(jié)果一致。說明系統(tǒng)可用于不同顏色、不同類型樣品的沾色牢度、變色牢度級別的評定。

表5 對不同顏色、不同沾色形式的樣品沾色牢度測定結(jié)果

表6 對不同顏色、不同種類的樣品變色牢度測定結(jié)果

3 結(jié)論

該評級系統(tǒng)實現(xiàn)了對色牢度樣品準確定位、自動評級的功能，且操作簡單，不僅降低了勞動強度，還消除了人為影響因素。同時，該評級系統(tǒng)具有較高的準確性、良好的穩(wěn)定性、適用范圍廣，可對不同顏色、不同種類、不同試驗類型的沾色及變色樣品進行測定，且數(shù)據(jù)均與測色儀A測試結(jié)果基本一致。該評級系統(tǒng)的研制填補了國內(nèi)紡織品色牢度級別自動評定領域的空白，提高了工作效率，較人工評級法更客觀、高效。