棉纖維成熟度測試

張曉超

摘要：本文歸納列舉了目前國內外對棉纖維成熟度檢測的方法，包括計算機圖像處理技術、傳感技術、視頻顯微鏡技術、偏振光測定法、HVI測量方法以及AFIS測量方法，并預測纖維成熟度檢測技術進一步的研究方向。

關鍵詞：棉纖維；成熟度；檢測技術

棉纖維成熟度即棉纖維在生長發育過程中，纖維素在次生脆壁中積累和加厚的程度。它與棉纖維色澤、強力、細度、轉曲、彈性、吸濕、染色等理化性能直接相關。一般情況下，成熟度好的棉纖維色澤亮、強力高、吸濕小、轉曲多、彈性大、染色好、保暖良、細度粗，否則相反。因此，成熟度是反映棉纖維品級的綜合指標，是決定棉纖維使用價值的重要依據，是檢驗棉纖維品級的根本條件[1]。因此，成熟度檢測在纖維檢測中也顯得尤為重要，目前，國內外都有人在研究測試纖維成熟度的方法，甚至研制成熟度測試軟件[2]。

1 計算機圖像處理技術

所謂計算機圖像處理，是指利用數字計算機及其他有關數字技術，對圖像施加某種運算和處理，從而將圖像信號轉換成數字格式的過程[3-4]。

測量棉纖維成熟度的理論基礎是把棉纖維的截面周長作圓周畫圖，以此圓的直徑作為纖維的理論直徑來計算纖維的周長和面積，可用圖像處理技術提取纖維截面的外周長度和面積。應用計算機圖像處理技術測試纖維成熟度的基本測量過程是：首先，用哈氏切片法制作棉纖維切片，再運用CCD攝像傳感器，利用其內部的光敏單元的光電轉換功能將投射到光敏單元上的纖維光學圖像轉換成電信號“圖像”，計算機用MATLAB對纖維截面圖像做處理，進行空間域操作，從而增強對比度并用圖像分割技術去除噪聲，然后進行二值轉換后提取周長與面積等特征值，最后計算出成熟度比。

綜合國內外研究應用的情況，圖像處理技術在紡織測試領域的主要發展趨勢為：（1）靜態測試向動態測試發展；（2）二維檢測向三維測試開拓；（3）采用圖像圖形結合的方法進行三維成像、三維造型將得到很大的發展；（4）單參數的檢測向集散系統發展；（5）黑白圖像分析向真彩色圖像分析過渡；（6）在線質量檢測在計算機集成制造中獲得應用將引起廣泛關注。

2 傳感技術

美國研制并投入使用了Peyer-McI15500棉纖維測試系統。它由纖維長度儀、纖維細度及成熟度儀、纖維強度伸長度儀、纖維葉屑含量測試儀、纖維色特征測試儀、纖維含糖量測試儀以及條形碼讀取記錄器等多臺獨立的儀器并聯組臺而成。

3 視頻顯微鏡技術

測試原理：視頻變焦顯微鏡具有超高連續可調的放大倍率并可連續變焦，使用與視頻顯微鏡配套兼容的PinnacleStudio8.0圖像采集軟件，采集在計算機屏幕上觀察到的一定放大倍數下的棉纖維縱向截面圖像；再利用與視頻顯微鏡配套兼容的Imager-Prop—lus圖像分析軟件，測量棉纖維的中腔寬度和胞壁厚度，由此計算平均成熟系數、未成熟纖維百分率等。

測試步驟：（1）試樣制片：從試樣棉條的縱向取樣，重約4mg～6mg，用手扯法加以整理使成一端整齊的小棉束。先用稀梳后用密梳從棉束整齊一端梳去16mm以下的短纖維。將揩干凈的載玻片放在黑絨板上，在載玻片邊緣涂些膠水，夾取數根纖維均勻地排在載玻片上，一直把纖維排完為止，待膠水干后，用細針把纖維整理平直，然后用膠水粘住纖維的另一端，輕輕地在纖維上放置蓋玻片。（2）采集棉纖維縱向圖像：選擇高倍物鏡，使用透射光源，將棉纖維縱向片子放置在視頻顯微鏡載物臺上，打開圖像采集軟件，調節視頻顯微鏡放大倍數和焦距至計算機屏幕上棉纖維縱向圖像清晰，采集圖像保存。（3）定標尺：使用Imager-Proplus圖像分析軟件，打開在采集棉纖維縱向圖像時的放大倍數下所采集的測微尺圖像文件，進行定標。（4）運用圖像分析軟件對棉纖維進行測量。最后計算：

腔寬壁厚比值=腔寬/壁厚

試樣平均成熟系數=Σ各根棉纖維的成熟系數/N定的總根數

未成熟纖維百分率=（成熟系數在0.75以下的纖維根數/測定的總根數）×100%

4 偏振光測定法

測試原理：偏振光干涉色法是用偏振光顯微鏡來測定棉纖維成熟度，利用棉纖維的雙折射性質，在偏振光顯微鏡中觀察棉纖維的干涉色。不同成熟度的棉纖維胞壁厚度的不同，導致光程差不同，棉纖維呈現出不同的干涉色，根據棉纖維的干涉色來判定纖維的成熟度。

在偏振光檢測棉纖維成熟度的應用中，需要對棉纖維進行兩種成熟度的檢測：

（1）由激光裝置通過偏振片給棉纖維照射激光，由硅電池轉換成相應的光電流，通過A/D模數轉換通道被輸入單片機，其數值經過特定的成熟度算法與標準值比較最后通過微型打印機輸出。

（2）在沒有偏振片的情況下，檢測通過單位面積的棉纖維的透射激光，然后由硅電池轉換成相應的光電流并經過模數轉換后進入單片機，修正計算后輸出打印結果。

5 HVI以及AFIS測量方法

（1）HVI：大容量棉花品質測試系統可稱是集高速度、大容量、自動化、多功能、計算機化測試技術于一體的典例。該系統的主要技術創新點：①自動化程度高：全自動纖維取樣系統，主體測試部分幾乎全部由儀器自動操作，人為因素降到最低，減輕了試驗人員的勞動強度，使測試人員由最初的8人減到1人。②測試速度快：每份試樣測試全套約20s～30s，每天每班（8h）一套儀器可檢800～1000份試樣，因而有可能對棉花逐包取樣，全面檢驗。③測試試樣大：以前常規測試棉纖維樣品大部分每種只測數毫克，現在每包取樣10克左右，測試結果代表性好。④測試指標多：可以一次性取樣檢測出棉纖維的長度、長度均勻度、強力、伸長、馬克隆值、成熟度、含水、色澤、雜質等指標，測試棉纖維性能比較全面。⑤計算機管理及統一處理數據：由于HVI的這些技術特點，目前已逐步被國際紡織企業所認同，該測試儀器亦得到了快速發展。又如激光式羊毛直徑快速測試儀FDA，采取快速單根測試技術，由于它能快速提供更詳盡的個體和分布數據，以彌補總量的不足，亦有相當的實用意義。

（2）AFIS：UsterAFIS纖維測試系統不僅能快速、可靠地測試棉纖維的成熟度、細度和未成熟纖維所占比例，而且由于是逐根測量，還可給出纖維成熟度和細度的分布。這對配棉中控制原棉性能差異，保證原料和成紗質量本質參數的穩定，減少染色色差和疵點有著重要意義。

AFIS成熟度和細度的測試方法是利用先進的光學測試技術確定纖維的形狀，精確測定每根單纖維的周長和壁厚面積。AFIS唯一確定每根單纖維胞壁充實度，準確反映纖維成熟度，并能測試出未成熟纖維含量，亦即成熟度分布直方圖。在附加特定的軟件系統后AFIS可以同時測定棉樣的棉結、雜質、纖維長度、直徑、細度、未成熟纖維含量（IFC）、成熟度比等性能指標。

6 結語

纖維成熟度測試是棉織物生產的重要組成部分，它的測量有很多方法：有雙壓縮氣流測量法、偏振光分析法、顯微鏡法、離心法、近紅外線光譜測定法、圖像分析法等。其中圖像分析對成熟度測量的縱向圖像和部分圖像分析都適合。

測試技術的發展正是科學技術進步的標志，科學技術的進步必定帶動測試技術的更大發展。高速度、大容量、自動化、多功能、計算機化的紡織測試技術將成為發展方向的主流，集計算機技術、激光技術、CCD成像技術、圖像識別技術于一身的新型紡織測試技術正以日新月異的態勢迅猛發展。了解和應用先進的測試技術，對于紡織品的生產、紡織品的貿易具有重要的實際意義。

參考文獻：

[1] 李同英.棉纖維成熟度儀系統的應用研究[J].微計算機信息，2008，9（24）：208-210.

[2] 曲梅，楊雄.計算機圖像技術在纖維成熟度檢測方面的研究[J].農業網絡信息，2008，（4）：137-138.

[3] 狄煒，徐伯俊.數字圖像處理在紡織中的應用及發展[J].上海紡織科技，2002，6（30）： 61-62.

[4] 郭燕蕾，顧平.纖維和紗線檢測中的圖像處理技術[J].江蘇絲綢，2008，（2）：1-4.

（作者單位：塔城地區纖維檢驗所）endprint