常規(guī)紡織品服裝檢測項(xiàng)目的自動(dòng)化和智能化研究進(jìn)展

賀志鵬

1. 中國紡織信息中心 (中國)

2. 中紡協(xié)(北京)檢驗(yàn)技術(shù)服務(wù)有限公司(中國)

1 研究背景

2019年，中國紡織品服裝出口額為2 718.9億美元。其中，向歐盟和美國的紡織品服裝出口額分別為444.7億美元和401.4億美元，分別占各自紡織品服裝全球進(jìn)口額的32.5%和32.7%[1]。中國作為世界上規(guī)模最大的紡織品服裝生產(chǎn)、消費(fèi)和出口國，需要相應(yīng)的產(chǎn)品質(zhì)量安全保障體系的支撐。

截止到2019年12月，中國紡織行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)總量為2 399項(xiàng)，其中基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)294項(xiàng)，方法標(biāo)準(zhǔn)718項(xiàng)，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)1 363項(xiàng)，且與ISO國際標(biāo)準(zhǔn)一致性程度達(dá)95%以上的對口轉(zhuǎn)化工作已完成[2]。同時(shí)，中國合格評定國家認(rèn)可制度早已融入國際認(rèn)可互認(rèn)體系，極大程度上方便了出口紡織品服裝產(chǎn)品的質(zhì)量檢測，且為企業(yè)節(jié)約了大量成本。

中國GB 18401—2010《國家紡織產(chǎn)品基本安全技術(shù)規(guī)范》、GB 31701—2015《嬰幼兒及兒童紡織產(chǎn)品安全技術(shù)規(guī)范》及世界各國規(guī)定的強(qiáng)制性法規(guī)、條例、標(biāo)準(zhǔn)等規(guī)范了紡織品服裝的基本安全性，其規(guī)定項(xiàng)目為必檢項(xiàng)目，其檢測量在相關(guān)檢測機(jī)構(gòu)的日常檢查中最為龐大。為了應(yīng)對成批常態(tài)化的常規(guī)項(xiàng)目檢測，降低由于人為因素而導(dǎo)致的錯(cuò)誤率，提高工作效率，為企業(yè)縮短生產(chǎn)周期等，極有必要針對不同檢測方法進(jìn)行自動(dòng)化、智能化發(fā)展研究。

2 研究現(xiàn)狀及分析

現(xiàn)有紡織品服裝檢測方法大致可分為預(yù)處理、取樣、前處理、測試、評價(jià)等階段，不同檢測方法在順序上、步驟上會(huì)有所刪減和調(diào)整。不同檢測指標(biāo)、不同檢測方法的不同階段自動(dòng)化程度也有所差別，絕大部分處于半自動(dòng)化程度。以下就幾項(xiàng)常規(guī)檢測項(xiàng)目的自動(dòng)化、智能化程度進(jìn)行分析討論。

2.1 甲醛測試

甲醛測試方法：對紡織品服裝試樣(以下簡稱“試樣”)進(jìn)行萃取或蒸汽吸收后，測定試樣的吸光度或液相色譜保留時(shí)間、色譜峰面積，然后對照標(biāo)準(zhǔn)工作曲線確定甲醛濃度。為實(shí)現(xiàn)分段半自動(dòng)化測試，可以考慮將萃取與后續(xù)測試相結(jié)合，研制可進(jìn)行一體化測試的設(shè)備，將萃取、取液、顯色、測試各環(huán)節(jié)進(jìn)行整合，如多機(jī)位振蕩萃取、連續(xù)化自動(dòng)取液、滴液顯色、自動(dòng)送液、測試，實(shí)現(xiàn)從萃取到定量流程的自動(dòng)化。

昆山海關(guān)申請公開了一種基于鹽酸苯肼與甲醛反應(yīng)顯色，通過比較顏色深淺快速確定試樣是否含有甲醛及是否符合標(biāo)準(zhǔn)限量要求的專利方法[3]。其他關(guān)于紡織品甲醛含量測試的專利文獻(xiàn)則主要集中在非破壞性測試領(lǐng)域。

2.2 pH值測試

pH值測試主要采用pH計(jì)對試樣的水萃取液進(jìn)行測試。日常測試批量大，手動(dòng)使用pH計(jì)測試需要進(jìn)行反復(fù)校準(zhǔn)和穩(wěn)定性觀察，測試時(shí)間和周期較長。查詢相關(guān)專利信息網(wǎng)發(fā)現(xiàn)，目前關(guān)于pH值自動(dòng)化測試的專利較少，授權(quán)實(shí)用新型專利6項(xiàng)，處于審查階段發(fā)明專利2項(xiàng)[4-11]，如表1所示。

表1 授權(quán)及審查中的與pH值自動(dòng)化測試相關(guān)的專利

由北京和眾視野科技有限公司、中國紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)檢測中心聯(lián)合研發(fā)完成的pH值全自動(dòng)測試儀目前已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)和應(yīng)用。設(shè)備實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)取液、自動(dòng)校準(zhǔn)、穩(wěn)定性自動(dòng)識別和自動(dòng)讀數(shù)存取等功能，在一定程度上降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)效率，節(jié)約了企業(yè)用工成本。

2.3 色牢度測試

除干、濕摩擦色牢度、皂洗色牢度等外，其他大部分色牢度測試程序里均提到“應(yīng)使試液完全潤濕(浸濕)試樣，不時(shí)掀壓和撥動(dòng)試樣，保證試液充分且均勻地滲透到試樣中”這一相關(guān)表述。相關(guān)試驗(yàn)也表明潤濕情況對最終結(jié)果評級有較大影響，但鑒于諸多產(chǎn)品存在浸潤性差的問題，大部分實(shí)驗(yàn)室會(huì)采用一塊平板或玻璃棒等給織物施加壓力，由此造成巨大的工作強(qiáng)度。這也一直是廣大檢測工作人員希望實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。相關(guān)資料顯示寧波紡織儀器廠獲得了該領(lǐng)域的1項(xiàng)發(fā)明專利授權(quán)。該發(fā)明所涉及的色牢度試樣浸潤儀器裝置包括多套氣缸敲擊裝置、多個(gè)放置布樣及溶液的試樣盒，其控制器控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)托盤至合適位置后，可控制氣缸敲擊裝置的敲擊件伸進(jìn)試樣盒中進(jìn)行敲擊，實(shí)現(xiàn)代替人工完成這一過程[12]。除寧波紡織儀器廠外，大榮紡織儀器有限公司也生產(chǎn)了相關(guān)產(chǎn)品，但在實(shí)際使用過程中發(fā)現(xiàn)，與手動(dòng)操作相比，使用浸潤儀器裝置時(shí)，存在試樣浸潤效果欠佳或壓力過大造成液滴飛濺的情況，因此施壓控制系統(tǒng)還有待進(jìn)一步完善；此外，還需要增設(shè)試劑盒蓋等。

2.4 評級

色牢度及諸多物理測試項(xiàng)目(如起毛起球測試、平整度測試等)均需要進(jìn)行評級。目前除色牢度有GB/T 32616—2016《紡織品 色牢度試驗(yàn) 試驗(yàn)變色的儀器評級方法》[13]和GB/T 32598—2016《紡織品 色牢度試驗(yàn) 貼襯織物沾色的儀器評級方法》[14]外，其他項(xiàng)目評級均無儀器相關(guān)的評級標(biāo)準(zhǔn)。

查詢中國知網(wǎng)，篇名中含有“儀器評級”的文獻(xiàn)共有15篇，其中13篇與色牢度儀器評級相關(guān)，2篇與起毛起球儀器評級相關(guān)。而最早關(guān)于色牢度儀器評級的文獻(xiàn)為1994年顧民發(fā)表的《儀器評級的現(xiàn)狀與展望》，文中提到，對染色織物的評級儀器評級和目測評級一致性可達(dá)到85%左右，而對于印花織物、多套色的精細(xì)印花織物因儀器精度等的局限性而受限[15]。韓麗屏等[16]研究發(fā)現(xiàn)使用測色配色儀(Datacolor 600)進(jìn)行儀器評級與人工目測評級的一致性在78.6%左右，儀器評級比目測評級嚴(yán)格。此外，儀器評級會(huì)受到試樣形狀、表面平整度、形態(tài)和顏色分布均勻性等的影響，只有符合一定條件的試樣才適合儀器評級；而目測評級并不受此限制，這也是目測評級被廣泛選用的主要原因。

目前，起毛起球等物理項(xiàng)目的儀器評級處于研究階段，且相關(guān)公開文獻(xiàn)甚少。早在2005年，鐘智麗等[17]采用美國在線檢測技術(shù)公司開發(fā)的織物起球評級系統(tǒng)對不同針織物起球性狀進(jìn)行了研究，雖然在結(jié)論部分提及“在雙尾0.01水平上，由織物起球評級系統(tǒng)給出的4個(gè)起球特征表征值和客觀起球評級值均與相應(yīng)起球樣品的主觀起球評級值高度相關(guān)”，但在文章中并未給出主觀評級結(jié)果。孫杰等[18]研究發(fā)現(xiàn)全球關(guān)于起球的儀器評級研究均是基于計(jì)算機(jī)圖像采集和處理技術(shù)，從各維度對織物起球圖像進(jìn)行分割、分析計(jì)算等，從而建立模型進(jìn)行轉(zhuǎn)化。其操作性和實(shí)用性有待進(jìn)一步研究，且與目測評級結(jié)果一致性程度尚有待統(tǒng)一。文中同時(shí)介紹了美國錫萊亞太拉斯(SDLATLAS)公司的PillGrade系統(tǒng)，但未就其測試結(jié)果與目測結(jié)果的一致性進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)比較。筆者目前尚未發(fā)現(xiàn)該設(shè)備在中國相關(guān)檢測機(jī)構(gòu)獲得應(yīng)用。

2.5 異味評級

異味測試為主觀性極強(qiáng)的檢測項(xiàng)目。GB 18401—2010中主要涉及霉味、高沸程石油味(如汽油味、煤油味)、魚腥味、芳香烴氣味。而中國知網(wǎng)中與紡織品服裝異味檢測高度相關(guān)的文獻(xiàn)僅有9篇。測試個(gè)體的主觀性及個(gè)別異味標(biāo)準(zhǔn)樣品的缺失等會(huì)給檢測結(jié)果造成一定程度的影響。王昊等[19-20]采用靜態(tài)頂空-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法檢測涂層織物中6種符合芳香烴氣味的物質(zhì)，試驗(yàn)表明客觀檢測方法與主觀檢測方法結(jié)果高度一致。同時(shí)采用PEN3電子鼻分別對帶有魚腥味、煤油味、霉味、香水味、芳香烴味及正常的純棉織物進(jìn)行了異味檢測，并利用試樣雷達(dá)圖對各種試樣進(jìn)行了鑒別。試驗(yàn)結(jié)果表明電子鼻可有效區(qū)分棉織物中的各種異味。研究和發(fā)展適合異味檢測的客觀方法，將有利于檢測輕微異味。

2.6 成分分析

服裝纖維成分及含量是需要在耐久性標(biāo)簽上明示的重要項(xiàng)目之一，目前其定性測試主要依靠專業(yè)技術(shù)人員通過普通顯微鏡或電子顯微鏡結(jié)合化學(xué)試劑等進(jìn)行，定量測試則以拆分法和化學(xué)溶解法為主。兩組分較易區(qū)分鑒別，三組分及以上時(shí)，為了保證結(jié)果的準(zhǔn)確性需要耗費(fèi)較長時(shí)間，且往往需要更多人員對結(jié)果進(jìn)行復(fù)核，降低錯(cuò)誤率。加之隨著技術(shù)的進(jìn)步，諸多紡織纖維外觀特性等存在較高的相似性，給鑒定帶來一定困難。

隨著大數(shù)據(jù)、人工智能的開發(fā)及相關(guān)識別技術(shù)的應(yīng)用，諸多儀器開發(fā)商及檢測機(jī)構(gòu)開始著手研究開發(fā)纖維電子鑒別技術(shù)。福建鳳竹紡織科技股份有限公司申請并獲得一項(xiàng)關(guān)于滌棉成分檢測設(shè)備的實(shí)用新型專利，公開內(nèi)容顯示該公司對化學(xué)溶解法測試滌棉織物成分進(jìn)行了自動(dòng)化研發(fā)[21]。紹興文理學(xué)院元培學(xué)院的研究者利用纖維回潮率差異設(shè)計(jì)了一種測試雙組分織物成分比例的方法，并已獲得相關(guān)發(fā)明專利授權(quán)[22]。該專利為成分分析開辟了新的思路，但不涉及自動(dòng)化、智能化應(yīng)用。

近紅外光譜技術(shù)的發(fā)展為纖維鑒別提供了自動(dòng)化、智能化發(fā)展方向，以“近紅外光譜”和“紡織”同時(shí)為篇名關(guān)鍵詞檢索，截至2020年5月，共有14篇相關(guān)研究文獻(xiàn)。這些研究為推動(dòng)纖維自動(dòng)化、智能化鑒別起到了一定的促進(jìn)作用。2018年12月，工信部發(fā)布了FZ/T 01144—2018《紡織品 纖維定量分析 近紅外光譜法》標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了采用紅外光譜法測定紡織品中纖維含量的方法，但不適用于涂層織物、涂料印花織物和無機(jī)纖維。其原理是通過建立組分相同但含量不同的已知試樣與光譜之間的關(guān)系，建立相應(yīng)模型，并通過不斷驗(yàn)證和數(shù)據(jù)積累校正模型準(zhǔn)確度以達(dá)到最終可用于實(shí)際鑒別的目的。因此，需要大量試樣進(jìn)行模型建立與訓(xùn)練[23]。目前，僅能對較為單一且常見的如棉、氨綸等兩組分纖維進(jìn)行鑒別。這也成為了阻礙該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的最大障礙。

3 結(jié)語

將檢測人員從繁重、重復(fù)的工作中解放出來，從而進(jìn)行更多創(chuàng)新與實(shí)踐，是檢測行業(yè)技術(shù)發(fā)展的目的。檢測技術(shù)的便捷化、自動(dòng)化、智能化是實(shí)現(xiàn)這一目的的途徑之一。尤其以常規(guī)紡織品服裝檢測項(xiàng)目為著力點(diǎn)和突破點(diǎn)，將帶動(dòng)一大批先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，提高檢測機(jī)構(gòu)自動(dòng)化、智能化水平，縮短紡織企業(yè)相關(guān)產(chǎn)品量產(chǎn)、交貨、流通時(shí)間。需要注意的是，自動(dòng)化、智能化檢測無論如何發(fā)展，結(jié)果的準(zhǔn)確性應(yīng)始終是最大的前提。