羽絨清潔度測(cè)試儀的研發(fā)

文/吳瓊 張惠玲 蔡濤 蔡娜娜

羽絨服產(chǎn)品具有輕質(zhì)保暖等性能，受到消費(fèi)者的認(rèn)可。隨著消費(fèi)者的著裝觀念及對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，羽絨原料的相關(guān)理化性能的質(zhì)量檢驗(yàn)與評(píng)估顯得尤為重要。羽絨清潔度是羽絨原料中非常重要的評(píng)估指標(biāo)，用于判斷羽絨中殘留的雜質(zhì)、灰塵及游離有機(jī)物的含量。清潔度較差的羽絨制品可能使人產(chǎn)生過敏反應(yīng)、哮喘等疾病以及對(duì)身體造成嚴(yán)重危害，因此提高羽絨及其制品的檢測(cè)水平，準(zhǔn)確檢驗(yàn)羽絨的清潔度對(duì)控制羽絨及其制品至關(guān)重要。目前，國家標(biāo)準(zhǔn)體系中GB/T 10288—2016《羽絨羽毛試驗(yàn)方法》[1]于2017年7月1日實(shí)施并替代了GB/T 10288—2013[2]，其中對(duì)羽絨清潔度的檢測(cè)提出了更加嚴(yán)格的要求。

1 羽絨清潔度的測(cè)試現(xiàn)狀

GB/T 10288—2016《羽絨羽毛試驗(yàn)方法》規(guī)定了清潔度的檢測(cè)方法有兩種：A法（目測(cè)法）和B法（專用濁度檢驗(yàn)儀法）。

1.1 目測(cè)法

將清洗干凈的雙十字線塑料片或陶瓷片放在普通濁度計(jì)的底部，將濾液倒入普通濁度計(jì)中，待氣泡消失后逐漸放出濾液，在光源為600lx～1000lx的日光或人工光源下從頂端觀察雙十字線，直到能看清兩條十字線為主，記錄能看清雙十字線的最高高度，單位為mm。檢驗(yàn)示意圖如圖1所示。

圖1 目測(cè)法設(shè)備示意圖

此方法操作簡(jiǎn)單，適用性強(qiáng)，但是仍存在一定的缺陷。由于玻璃管的材質(zhì)、高度、反光性能都會(huì)影響人的視覺判斷；每個(gè)檢驗(yàn)人員的視力不同影響結(jié)果判斷；試驗(yàn)人員的操作流程無法完全一致，結(jié)果也受人為因素影響；手動(dòng)排液，精細(xì)度差，易造成結(jié)果偏差，以上缺陷易導(dǎo)致結(jié)果重現(xiàn)性差。

1.2 濁度儀法

將樣液注入專用濁度檢測(cè)儀測(cè)量皿中測(cè)定。使用前應(yīng)制作“吸光度—目測(cè)值”工作曲線并在檢測(cè)儀中輸入工作曲線回歸方程?！拔舛取繙y(cè)值”數(shù)據(jù)要求至少30組，且其中的“目測(cè)值”應(yīng)均勻分布于50mm～1000mm之間。測(cè)定時(shí)直接讀取濁度檢測(cè)儀顯示的mm值。

此方法可以減少人為、光線誤差，但是也有一定缺陷。比如：該方法需要取大量樣品結(jié)果，工作量大，若取樣少則代表性不夠；適用性不強(qiáng)，目前國內(nèi)外羽絨清潔度都是用高度值表示，此法不是直接檢測(cè)高度值；此法需要檢驗(yàn)人員對(duì)儀器原理有一定的理解，否則實(shí)行起來尚有難度。

針對(duì)GB/T 10288—2016《羽絨羽毛試驗(yàn)方法》的規(guī)定及目前國內(nèi)外羽絨清潔度的測(cè)試現(xiàn)狀，本研究開發(fā)出一款適用性強(qiáng)，準(zhǔn)確度高、重現(xiàn)性高且自動(dòng)化程序高的羽絨清潔度儀，使之適應(yīng)于羽絨羽毛及其制品填充料的檢驗(yàn)。

2 儀器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)用攝像頭功能取代人眼識(shí)別，需要選擇高精度的攝像頭模組和特制的鏡頭來測(cè)試。具體步驟：固定焦點(diǎn)到刻有雙十字黑線的陶瓷片上，調(diào)整攝像頭參數(shù)使人眼看到的圖片和攝像頭捕獲到的圖像一致。在此過程中，電機(jī)升降會(huì)導(dǎo)致液面發(fā)生變化，需要考慮減慢測(cè)試過程中的上升下降速度。

2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)部分

本儀器主要由儀器機(jī)架、水位控制傳動(dòng)裝置、圖像采集裝置、濁度計(jì)裝置、濁度計(jì)水箱、上下極限位、內(nèi)部照明等組成。

儀器表面采用噴塑高溫固化處理久不褪色。儀器測(cè)量傳動(dòng)裝置采用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲桿運(yùn)行，減少振動(dòng)引起的數(shù)據(jù)波動(dòng)。儀器內(nèi)部封閉，使用固定照明燈管，建立穩(wěn)定的試驗(yàn)環(huán)境，以免受外界光線影響。儀器結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2.2 硬件部分

本儀器主機(jī)硬件采用32位ARM處理器控制步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)絲桿傳動(dòng)裝置，穩(wěn)定可靠，能夠設(shè)定不同測(cè)試速度進(jìn)行試驗(yàn)，儀器自動(dòng)識(shí)別上下限位自動(dòng)停止，保護(hù)儀器不被損壞，高精度數(shù)據(jù)處理移動(dòng)高度轉(zhuǎn)化為羽絨液體升降高度，采用高清攝像頭實(shí)時(shí)采集圖片傳送給電腦進(jìn)行圖片分析計(jì)算結(jié)果。

2.3 軟件部分

圖2 全自動(dòng)清潔度測(cè)試儀示意圖

圖3 全自動(dòng)清潔度測(cè)試儀軟件工作示意圖

表1 測(cè)試結(jié)果（高度）對(duì)比 mm

通過32位ARM處理器控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使液面升降，記錄頁面的實(shí)時(shí)高度；同時(shí)在升降過程中對(duì)圖像進(jìn)行高速采集，對(duì)相鄰的圖片進(jìn)行對(duì)比， 剔除模糊的、有干擾的圖像數(shù)據(jù)，再把實(shí)時(shí)采集到的有用圖像進(jìn)行灰度二值化，使用高斯濾波去除噪聲，canny算子找到圖像中存在的輪廓，再對(duì)輪廓進(jìn)行霍夫直線檢測(cè)（根據(jù)多次不同樣品溶液的測(cè)試，統(tǒng)計(jì)二級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的直線顏色范圍值，通過設(shè)置霍夫直線檢測(cè)時(shí)閾值來有效判斷能否檢測(cè)到直線存在），在檢測(cè)到的直線中判斷是否有相互垂直的直線或接近垂直的直線并記錄，再對(duì)垂直的直線中遍歷所有的像素點(diǎn)的顏色值并統(tǒng)計(jì)，通過統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)出現(xiàn)概率最多的顏色值，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)要求對(duì)相應(yīng)顏色等級(jí)要求，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求是剛好能看清黑色雙十字線，所以需要使液面從頂部往下走，為了確認(rèn)圖像，在連續(xù)檢測(cè)到兩次圖像存在兩組相互垂直的直線，據(jù)此認(rèn)定液面高度為羽絨的透明度。

通過使用攝像頭測(cè)試的透明度準(zhǔn)確性高、結(jié)果穩(wěn)定、重現(xiàn)性好,能夠有效地減小目前國內(nèi)外檢測(cè)羽絨濁度使用的目視法帶來的誤差。

3 手動(dòng)清潔度儀與自動(dòng)清潔度儀測(cè)試對(duì)比

為確認(rèn)開發(fā)的自動(dòng)清潔度儀的準(zhǔn)確度，將該設(shè)備與手動(dòng)清潔度儀進(jìn)行測(cè)試對(duì)比，選取3種不同清潔度的羽絨，每種測(cè)3次取平均值，試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)比如表1所示。

由表1可觀察出，手動(dòng)清潔度儀的重現(xiàn)性差，其偏差范圍在5mm～15mm范圍內(nèi)；自動(dòng)清潔度儀由于通過攝像頭對(duì)圖片的抓取與處理，數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，其偏差范圍在1mm～5mm范圍內(nèi)。由此可見，手動(dòng)清潔度儀因人的主觀因素影響，視力、感官都會(huì)影響結(jié)果的判斷，誤差大；自動(dòng)清潔度儀所獲取的數(shù)據(jù)科學(xué)可靠，通過電腦軟件直接評(píng)判，避免了人為因素引起的誤差，具有較高的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性，可大大提高清潔度檢測(cè)的公正性和客觀性。

4 結(jié)論

羽絨自動(dòng)清潔度儀基于高清攝像頭模塊，結(jié)合儀器的自動(dòng)化升降，用電腦實(shí)時(shí)采集圖片進(jìn)行圖片分析處理，滿足了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高、重現(xiàn)性強(qiáng)、適用性高、自動(dòng)化程度高的要求，也滿足了GB/T 10288—2016《羽絨羽毛試驗(yàn)方法》的要求。該儀器的開發(fā)開規(guī)避了不同手動(dòng)檢測(cè)人為誤差，數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，值得推廣。