生丝匀度检测方法的研究进展

闫冠宇，左保齐

(苏州大学 纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215021)

众所周知，从古至今，我国一直生产蚕丝，不仅是最大的蚕丝生产国，而且到目前为止已经成为最大的出口国，生丝总产量占世界总量的70%，出口量占世界贸易量的80%左右，已经成为了我国总体经济中非常重要的一部分[1-5]。但是随着我国经济的快速发展特别是加入世界贸易组织后，生丝贸易在国内飞速增长，另外在国际上的贸易总量也在不断增长，因此对于生丝品质就有了更高的要求。然而我国目前生丝匀度检测方法大多数采用的仍然是黑板检验法，并且检验生丝质量品质的标准体系还是参照20世纪90年代日本横滨实验室建立的生丝检验标准[6-9]，但是随着检测技术的发展，生丝匀度检测方法已经有了很大的发展。

生丝匀度检测的方法可以分为两大类，主要是传统的黑板检验法和后来逐渐完善的电子检测方法，电子检测方法主要包括电容式和光电式电子检测方法。另外，生丝匀度检测方法还有图像处理法。

1 黑板检验法

我国是生丝生产大国，也是生丝出口大国，衡量生丝质量指标的方法主要采用的仍是日本的测试指标体系，并且大多数采用的还是黑板检验法。黑板检验法作为传统的检测方法，它的具体操作流程如下，首先把一定长度的生丝通过卷取机按规定的排列线数卷绕在黑板上，然后把它放在黑板架上，将黑板架放置在暗室内，检测员站在黑板的规定距离处，并且准备适当的灯光设备，由于丝在光照下会有透光、折射以及反射现象，所以可以用人眼去观察并辨别生丝丝条的粗细变化，还可以识别丝条上糙疵点的类型和数量。另外，实验过程要和黑板样照进行对比以此评判生丝质量等级[10]。但是黑板检验法也有以下不足：

(1)黑板检验在检验方式上属于感官检验，很大程度上会受到人为主观因素的影响，进而产生误差。

(2)人的感官能力是有限的，因此存在着“最小辨别度”现象，对匀度、洁净相近的丝条，一般很难找到出它们的差异。

(3)由于马赫带效应和同时对比度效应，匀度变化程度很容易判断失真。

由于生丝检验需要公正、精确，并且生丝等级评定要有严格的可信度，重现性也要求比较高，所以这些缺点不可避免的造成一定的影响，甚至有时还会发生质量方面的纠纷，造成不必要的麻烦，进而影响劳动者的工作效率，加大劳动强度[11]。

2 电子检测法

随着科学技术的提高，织机本身也在不断发展，不仅速度有所加快，而且性能也在不断完善。另外人们的生活水平的提高导致他们对真丝绸面料有了更高的追求，对生丝质量更是非常注重，尤其是生丝条干均匀性、清洁、洁净方面。

2.1 电容式传感检测法

乌斯特条干均匀度仪(Uster Tester)是一种均匀度测量仪，适用范围比较广泛，不仅可以用于棉、麻、毛以及各种混纺纱条，还可用于长丝。该仪器的具体原理是当纱条通过电容极板时，极板间的电容量会发生变化，并且随着纱条粗细的变化，电容量也会发生改变，通过这一原理设计出该检测系统。

电容式条干均匀度仪虽然没有了人为主观因素的影响，并且在纺织领域也有着广泛的应用，但它还是有一些不足之处，比如：

(1)测量精度有限，无法检测到8mm内的生丝不匀度。

(2)由于测试条件不同，就会使测试结果在某种程度上发生改变。在不同的大气状态下，不同的历史回潮率下，不同的处理时间，都会造成一定的影响。

(3)生丝由于存在落绪和填绪现象，所以在检验过程中，当生丝通过张力器以及牵引罗拉时，生丝的径向直径会发生突变，最后造成轴向张力改变。另外，对于弹性较好的生丝，一旦发生张力变化，就会导致生丝轴向跳动，影响测试仪对疵点的判别[12-13]。

(4)重现性较差，不能准确检验出一些特有的疵点，比如裂丝。因为电容式条干均匀度仪测量时，偏重于检测条干整体内在质量，却不注重生丝抱合的紧密和松疏，也就是不关心丝的外观。当被检测生丝中的纤维的细度相等时，由于仪器本身的局限，导致无法得知每个生丝横截面的纤维根数是否一致。将其与人眼看到的结果进行对比，就会有一定差异，影响织物最终的质量，导致相关性较差[14-17]。

另外，电容检测纱线传感器本身具有转换特性，任彩良[18]利用这一特性来测量纱线条干不匀率，发现测量的结果总是大于纱线本身的实际不匀率值。并且纱线在检测槽里的截面或直径大小也会影响电容式纱线检测传感器的非线性程度，截面或直径越大，纱线条干不匀率测试结果误差越大。

2.2 光电式转换检测法

到现在为止，基于光电法的匀度检测方法已有了二十余年的历史，该方法的基本原理如下：首先调整光学装置使光源照在生丝上，使生丝投影到光电传感器上，由于生丝粗细各不相同，这样就会使光电传感器产生不同的输出信号，最后根据这些信号进行生丝的均匀性研究，还可以研究一下相关的疵点。

苏州大学陈庆官等根据光电式检测原理，首先准备一定长度的丝条，将光源照射在该丝条上，比较该丝条的影子，对比发现在不同的光照度下，感知到的生丝的粗细也不同，接着根据这些来分析生丝的匀度，经过大量的实验探索，最终成功研制出SD-1型生丝纤度动态检测仪。这种仪器首先利用现代光学传导技术，然后将之与共模抑制、差模放大结合，最后成功研制出生丝纤度检测仪，这种仪器比较方便携带。由于只是在实验室中进行研究，在数据方面还不完善，所以还没投入实践，目前还需进一步的研究[19-21]。

苏州大学刘凤娇为了使实验更加准确，首先准备标准丝样进行标定，然后利用CCD信号成像技术对生丝细度测量，并且在整个检测过程中生丝处于一直运动状态[22-23]。Carvalho等人利用光电法对纱线直径以及毛羽的检测进行研究，通过使用CMOS线阵传感器进行毛羽检测，获取直径信号，另外他们把相干光源和傅里叶高通滤波器结合，成功的得到信号图像，最终经对比研究发现，CMOS比光电二极管更适用，而且实验的检测精度更高[24-28]。

利用光电转换原理来进行生丝细度检测已经是比较成熟的一项技术，这种检测技术的实验环境要求比较低，对检测装置的要求也不高，并且检测速度很快，但是它也有一定的局限，就是检测结果的精度很容易受到生丝表面透明度的影响。

2.3 光电和电容结合法

由于电容式传感检测本身具有不易忽略的缺陷，光电检测还没有普遍推广，一种新的检测技术就迫切需要了。中国生丝电子检测标准研究小组在大量试验的基础上，成功研制出第一代生丝电子检测仪，该仪器采用多锭检测单元，并结合电容传感器，用来检验生丝疵点等，但是由于该仪器电容式传感器本身的特性，当一些生丝质量不变，在生丝外观存在疵点的情况下，该仪器无法识别出这类疵点，造成漏检。后来经过进一步研究，该小组提出了《生丝电子检测分级规定》以及《生丝电子检测方法》，在2006年10月的杭州国际丝绸论坛期间，与丝绸业内人士进行了沟通和交流，并征求界内人士的建议，这在国内外有关检测机构和丝绸业界得到了普遍关注。2006年国际丝绸论坛之后，起草小组在大量研究和业内人士的意见和建议下，经过一些改造加工，成功研制出了集光电-电容传感技术一体的多锭第二代生丝电子检测仪[29]。

第二代生丝检测仪采用集光电-电容一体的传感检测，利用电容传感器检测生丝的内部质量，利用光电传感器检测生丝的外观状况，及时发现生丝表面中的裂丝等疵点，二者的有利结合，大大提高了生丝检测的精确度，减少了漏检的可能性。目前，生丝电子检测仪采用的是最新改进的光电-电容结合的传感器，光电与电容结合的检测技术和试验方法已经基本得到世界上丝绸专家的认可。

3 图像处理法

生丝检测的方法在不断发展，另外还有一种方法是利用图像处理进行生丝检测，该方法首先把线阵CCD图像传感器和镜头结合在一起，打开光源，进行图像采集，然后通过采集卡将得到的图像信息传输到计算机里进行图像处理，对得到的动态生丝图像进行处理，把需要的生丝主干从图片中提取出来，再根据预设的具体方案来计算CV值。Sparavigna等人以红外光为光源，利用光学传感器测量纱线匀度，在接收端准备两个CCD传感器，其中一个CCD传感器用来接收纱线投影图像，经过图像处理得出纱线直径变化的CV值。当纱线的散射光线投射到另一个CCD传感器上时，这时对纱线外观进行分析[30]。湖北工业大学王璜在基于机器视觉的基础上，通过研究纺织品外观疵点检测与质量评价，经过图像处理实现整个纺织品的疵点检测，并将信息传输给计算机实现实时检测。这些虽然不是直接针对生丝进行试验，但也为生丝检验打下了良好的基础[31]。涂文骁等在基于机器视觉的基础上，采用将线阵CCD图像传感器与远心光路结合的方式，形成一套新的成像系统，进而进行图像采集，然后对获取的生丝图像利用计算机技术进行处理，先进行阈值分割，再进行形态学处理，最后从中提取出生丝主干，并依据具体的测量方案求出CV值[32]。苏州大学王晨基于机器视觉对生丝图像进行匀度分析，将得到的结果与乌斯特条干仪ME100的检测结果进行对比，发现两者有很好的相关性，并且用SVM的方法对生丝疵点进行识别分类，经验证SVM方法是可行的，并且具有较高的识别效率[33-34]。潘青田提出一种基于双目视觉的生丝或浸泡丝外观质量检测装置及检测方法，采用两个正交方向的CCD图像传感器进行图像采集，然后传输给计算机利用Halcon软件进行分析处理生丝两个方向的直径值，进而对生丝的匀度和蓬松度进行分析[35]。基于图像处理和计算机技术结合的原理，可以直接获取生丝的动态实时图像，更加直观的观察生丝的特征，从而可以对生丝的各项指标进行检测。

4 展望

生丝匀度检测的方法主要是以黑板检验法为主，电容式传感检测法、光电式转换检测法、光电+电容结合法以及图像处理法正在逐步完善，但是黑板检验法已经不能很好地满足当前生丝检测的需求了。电容式传感检测虽是目前应用较为广泛的方法，但是该方法的测量精度有一定的局限，容易受到测试条件的影响。光电式检测方法的实验环境虽然要求不高，检测速度也比较快，但是在测量精度方面还有一定的不足，仍需进一步的完善。另外，利用图像处理进行生丝检测的实践还比较少，技术还不是很成熟，由于硬件要求比较高，设备也比较贵，所以应用还不是很广泛。黑板检验法、电容式检测法以及光电式检测法都是属于间接检测的方法，而图像处理法是直接检测的方法，它是通过直接获取生丝的实时动态图像，然后经过处理分析得到生丝的各项指标信息，该方法不仅快速、直接，而且准确性也很高，相信随着图像处理技术的不断发展与完善，该方法会越来越普及，成为生丝检测的主要方法。