董偉輝，袁光輝，馮曉鋒，王　瑜，宋　英，魏萌萌

(陜西長嶺紡織機(jī)電科技有限公司，陜西 寶雞　721013)

0　引言

棉纖維是紡織工業(yè)的主要原料，隨著我國質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)體制機(jī)制的不斷深化，棉纖維質(zhì)量檢驗(yàn)儀器化正在全面實(shí)施。目前，棉纖維顏色級差和雜質(zhì)等級檢驗(yàn)儀器主要是烏斯特公司(USTER)的HVI1000型大容量棉纖維測試儀，以及陜西長嶺紡織機(jī)電科技有限公司研制的XJ128型棉纖維性能快速測試儀和MCG-1型棉纖維顏色級差測試儀[1]。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，纖檢系統(tǒng)要求提高對棉纖維顏色、雜質(zhì)等級的檢測效率。烏斯特公司研發(fā)的雙色、雙雜質(zhì)HVI1000新型大容量棉纖維測試儀，比原HVI1000型單面測試儀的測試效率提高1倍；而XJ128型棉纖維性能快速測試儀為單面測試，每次測試時(shí)操作員需手動翻轉(zhuǎn)才能進(jìn)行棉樣的雙面測試，測試效率較低。為促進(jìn)國產(chǎn)測試儀技術(shù)提升，筆者將探討基于LED光學(xué)系統(tǒng)的雙色雙雜質(zhì)棉纖維檢測技術(shù)及其應(yīng)用研究。

1　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了提高棉纖維顏色級差、雜質(zhì)等級的檢測效率，筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)對稱型測試結(jié)構(gòu)，如圖1所示。棉纖維處于上下對稱的兩個(gè)檢測系統(tǒng)間，實(shí)現(xiàn)同時(shí)從棉纖維的兩面檢測其顏色、雜質(zhì)等級指標(biāo)。該結(jié)構(gòu)采用LED光源，保證了檢測光源的穩(wěn)定性，有利于整體結(jié)構(gòu)的小型化。目前，該檢測系統(tǒng)單面體積為216 mm×206 mm×110 mm。

1—LED光源；2—CCD相機(jī)；3—顏色傳感器；4—棉纖維；5—測試窗口。圖1　雙色雙雜質(zhì)檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2　檢測原理

2.1　棉纖維顏色級差檢測原理

棉纖維顏色級差測量采用光電反射法[2]，棉纖維試樣在84 mm×84 mm的測試窗口透鏡上被緊密壓平后，由兩路光源發(fā)出的光與被測棉纖維表面法線成45 °角方向進(jìn)行照射，在0°角的法線上測量被測棉纖維表面的反射光，經(jīng)色度檢測電路把y、z兩通道的色度信號轉(zhuǎn)換成電信號，并進(jìn)行放大處理、采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后通過RS232串行通信傳輸?shù)街魈幚頇C(jī)，由上位機(jī)處理軟件對y、z兩通道的信號進(jìn)行光譜分析，計(jì)算得出被測棉纖維表面的光反射率(Rd)和黃度(+b)，按照色征圖算出棉纖維的顏色級。棉纖維顏色測量是在Nickerson-Hunter色度空間進(jìn)行的，通過對棉纖維樣品的XYZ(CIE1964補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三刺激值)計(jì)算可以得到棉纖維的反射比(Rd)和黃度(+b)。其亨特坐標(biāo)的反射比(Rd)和黃度(+b)的計(jì)算方程如下[3]：

式中，Y和Z分別是色度傳感器輸出的棉纖維色度信號。該公式是根據(jù)亨特提出的顏色測量坐標(biāo)系統(tǒng)，使用標(biāo)準(zhǔn)的C光源照射棉花表面，分析棉花的光譜特性而得出。

2.2　棉纖維雜質(zhì)等級檢測原理

棉纖維雜質(zhì)等級檢測采用圖像法，圖1中的兩個(gè)CCD相機(jī)，在棉纖維上下兩面拍照并采集其表面圖像，并將此圖像傳至上位機(jī)軟件，經(jīng)過高斯模糊濾波、圖像分割閾值尋找，得到二值化圖像，清除圖像噪聲后，對二值化圖像統(tǒng)計(jì)面積和雜質(zhì)粒數(shù)，得到被測樣品的雜質(zhì)粒數(shù)和雜質(zhì)面積，計(jì)算出雜質(zhì)等級。

2.3　電路設(shè)計(jì)

電路設(shè)計(jì)主要針對光源部分，選用穩(wěn)定性好、壽命長的LED光源[4]。在該系統(tǒng)中，對稱安裝鋁基板、貼片封裝的LED光源板，可保證光線均勻和及時(shí)散熱。

3　實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

將研究的檢測系統(tǒng)應(yīng)用在XJ128A型棉纖維快速測試儀上，進(jìn)行顏色級差和雜質(zhì)等級的正確性與穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)。

3.1　顏色穩(wěn)定性驗(yàn)證

對標(biāo)準(zhǔn)色板(編號：3323)的中心板進(jìn)行8 h測量，具體數(shù)據(jù)見表1。從測得數(shù)據(jù)可知，上、下兩個(gè)顏色系統(tǒng)的Rd和+b指標(biāo)的穩(wěn)定性差異值，在穩(wěn)定1 h后均能達(dá)到±0.4的要求[5]。

表1測量色板的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

測試時(shí)間/h中心板上檢測系統(tǒng)下檢測系統(tǒng)Rd+bRd+b172.58.772.68.6272.68.872.58.5372.48.772.58.5472.58.772.48.4572.48.772.48.4672.58.772.58.5772.48.772.68.6872.48.772.68.6

3.2　顏色正確性驗(yàn)證

使用驗(yàn)收色板(12塊)，對上、下兩個(gè)顏色系統(tǒng)分別進(jìn)行色澤驗(yàn)收測試，見表2和表3。該系統(tǒng)測試驗(yàn)收色板的Rd和+b的正確性都能夠達(dá)到驗(yàn)收要求。其中，Rd平均值允差為1.0，+b平均值允差為0.7[6]。

表2上檢測系統(tǒng)顏色驗(yàn)收數(shù)據(jù)

標(biāo)準(zhǔn)值實(shí)測值差值Rd+bRd+bRd+b83.14.782.74.4-0.4-0.361.29.661.59.40.3-0.281.714.281.614.6-0.10.456.22.756.02.2-0.2-0.583.64.783.44.4-0.2-0.380.414.080.414.400.455.72.355.41.9-0.3-0.483.74.283.63.9-0.1-0.362.29.262.39.20.1081.414.481.214.9-0.20.554.92.655.32.10.4-0.572.68.572.68.600.1

表3下檢測系統(tǒng)顏色驗(yàn)收數(shù)據(jù)

標(biāo)準(zhǔn)值實(shí)測值差值Rd+bRd+bRd+b83.14.782.84.4-0.3-0.361.29.661.59.40.3-0.281.714.281.814.60.10.456.22.756.12.3-0.1-0.483.64.783.64.40-0.380.414.080.614.50.20.555.72.355.51.9-0.2-0.483.74.283.73.90-0.362.29.262.39.30.10.181.414.481.314.9-0.10.554.92.655.32.10.4-0.572.68.572.78.50.10

3.3　纖維雜質(zhì)正確性驗(yàn)證

使用中纖局雜質(zhì)驗(yàn)收圖像板(編號178p，12塊標(biāo)準(zhǔn)板，每塊板的允差值各不相同)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果見表4和表5。從測試數(shù)據(jù)可以看出，實(shí)測雜質(zhì)面積Ta和雜質(zhì)粒數(shù)Tc都在允差范圍內(nèi)，按中纖局驗(yàn)收要求，測試數(shù)據(jù)正確。

4　結(jié)論

雙色、雙雜質(zhì)棉纖維檢測系統(tǒng)安裝在XJ128A型棉纖維快速測試儀上，其穩(wěn)定性和正確性均可滿足顏色級差、雜質(zhì)等級的測試要求，可提高棉纖維的顏色級和雜質(zhì)等級的測試效率，無需手動翻轉(zhuǎn)棉樣即可完成雙面檢測。本系統(tǒng)的應(yīng)用研究，將有助于XJ128系列產(chǎn)品的進(jìn)一步推廣。

表4上檢測系統(tǒng)雜質(zhì)驗(yàn)收數(shù)據(jù)

標(biāo)準(zhǔn)值實(shí)測值差值允差TaTcTaTcTaTcTaTc0.1180.1170-10.0220.41150.4016-0.0110.0520.55250.58260.0310.0740.79330.7633-0.0300.0751.00441.07450.0710.0961.81551.7556-0.0610.1470.1980.1970-10.0320.27130.28140.0110.0320.51280.5029-0.0110.0540.86350.8233-0.04-20.0951.22441.1444-0.0800.1160.59290.5827-0.01-20.074

表5下檢測系統(tǒng)顏色驗(yàn)收數(shù)據(jù)

標(biāo)準(zhǔn)值實(shí)測值差值允差TaTcTaTcTaTcTaTc0.1180.1170-10.0220.41150.4016-0.0110.0520.55250.56260.0110.0740.79330.7832-0.01-10.0751.00441.07450.0710.0961.81551.7956-0.0210.1470.1980.1970-10.0320.27130.2714010.0320.51280.5128000.0540.86350.8534-0.01-10.0951.22441.1444-0.0800.1160.59290.5727-0.02-20.074

參考文獻(xiàn)：