棉結是棉纖維糾纏而成的纖維結。原棉和棉條的棉結含量，對紡織品的質量和生產工藝有著十分重要的影響,而關于原棉和棉條中棉結的國產檢測儀器設備，一直是個空白。采用人工方法檢測原棉和棉條的棉結速度慢、誤差大，嚴重影響數據的可信度。因此，對原棉和棉條的棉結進行快速準確的測量是各棉花生產、收購、貿易、加工部門的迫切要求。
    陜西長嶺紡織機電科技有限公司研發的XJ129棉結和短絨測試儀中的棉結分機可以快速準確地檢測棉結，對不易掌握的棉結做出細致的分析，實現原棉及半成品量化控制，從而優化工藝，提高成紗質量的穩定性，提高制成品率，增加企業效益。
1  傳統測試棉結方法
1.1  目測原棉纖維棉結
    原棉到棉卷棉結的傳統測試方法均采用GB/T 6103-2006原棉疵點試驗方法目測計數。檢測時，先在試樣中粗揀去各種棉束、索絲、僵棉、黃根、不孕籽、軟籽表皮和破籽等，然后仔細揀出試樣中的緊棉結和雜質（破籽、帶纖維籽屑等），分別計粒數。同時要注意保持疵點原形，防止拉松和扯碎。所測的棉結僅為試樣中可視的粒狀纖維結，直徑大，數量小，不包括其它疵點和雜質。
1.2  燈光檢驗法測棉條棉結
    棉條（生條、熟條、條卷、精梳條和粗紗條）棉結的傳統測試方法均采用燈光檢驗法。在纖維檢驗室，人工將被檢測試樣在垂直方向引直，兩手將棉條從左右撕開使其成棉網狀，放在棉網檢驗器的黑色玻璃上，利用上方射來的光線，看到黑色玻璃板上不能被手工松散的"白點"就計為棉結。要盡量用手把大棉結松散到細小棉結為止，所測棉結包含了可視的粒狀纖 維結和能產生“白點”的其它疵點，直徑較小，數量較大。帶纖維破籽及籽屑等產生“黑點”的疵點被計為雜質。
1.3  目測法的不足
    目測法雖然具有操作簡便、投資少等優點，但也存在著一些不足。目測的棉結是由許多根纖維扭結在一起才能被目力辨認的纖維團，取決于光線照度、測試人員的眼力和操作經驗。單個棉結之間的大小差異較大，由于人眼分辨率的限制，許多客觀存在的細小棉結不能被目測計數，檢測的結果因人而異，不能完全反映棉結的真實情況。目測法檢測數據的準確性、穩定性和一致性欠佳。測試速度慢，測試周期長。
2  XJ129棉結快速測試檢測裝置 
    本文提供的快速測試裝置如圖1所示。
    在測試時，棉條（原棉）被按照一定操作方法送至分梳輥（開松輥）上。分梳輥高速旋轉，梳針將喂入的棉花進行開松，梳理、除雜后，形成近似均勻單纖維流。在負壓的作用下，纖維流進入高速轉杯形成棉帶。測試棉結就是利用這一開松方式，將薄霧狀纖維流引入光學傳感器。檢測器部分的光源為激光器，接受器件為硅光電池。纖維流產生遮光和反射，不能梳開的棉結會產生比較大的遮光，單根的纖維會產生較小的遮光，變化大小和纖維流及棉結大小有關。棉結信號處理器利用DSP，通過一定的算法，對遮光的幅度和時間進行分析可獲得棉結的數量和尺寸信息，最后經由計算機進一步處理，得出棉結的一系列數據。
3  關鍵技術
3.1  轉杯分梳法
    棉樣開梳效果的好壞以及棉樣能否很好分離是成功的關鍵，其中關鍵的技術之一就是棉樣的開松與分離技術，既要充分開松、梳理、分離，形成單纖維狀形態，又不能損傷纖維。XJ129棉結和短纖維測試儀在設計時，采用最佳的機械分離方式和電機參數；考慮到開梳時既要開梳充分、清除雜質和疵點，又不能過多損傷纖維或增加棉樣的短絨含量；同時棉樣梳理時要使棉樣達到均勻的順向單纖維狀態,不會過多地改變棉結分布情況。針對上面這些問題，XJ129棉結和短纖維測試儀采用了兩級刺輥順向運動分離，減少了纖維損傷；通過實驗不斷改進運動速度、牽伸比等參數，很好地解決了這一問題。經過對比，纖維的損傷情況很小。
3.2  棉結信號的提取
    棉結信號如圖2所示。
    棉結傳感器檢測出來的信號要盡可能真實地反映棉結的形狀信息。但是對于光電信號普遍存在著漂移大、動態范圍大的問題；同時由細小的約50um的棉結所產生的光電信號又特別小，信號的放大處理及整機的抗干擾設計就顯得尤為重要。為此在設計過程中采用了以下措施，保證了有用的信號被完整放大和處理：在光源的驅動上采用獨立的隔離穩壓電源，保證其有較高的穩定性同時不易受到干擾；
    整機的直流電源采用線性電源，減少電源污染；在光電流信號處理上，采用兩路信號對比的方法，減少溫漂和時漂的影響；
    采用對數放大器對信號進行壓縮，減少其動態范圍，使小信號時信號清晰，大信號時信號也不會飽和失真。
3.3  高安全性和可靠性設計
    由于設備中電機和氣閥較多，動作復雜，所以安全性和可靠性就顯得十分重要。為此XJ129棉結和短纖維測試儀增加了氣路互鎖機構，保證了即使電路或軟件出現異常，氣路也不會誤動作的情況，防止了器件損壞，提高了設備的安全性和可靠性。
3.4  抗干擾問題的解決
    用戶試驗初期，棉結信號夾雜大量的干擾脈沖，導致棉結計數異常，經過反復分析，最終確定為變頻器導致的干擾。因變頻器功率大、頻譜寬、功率線長、干擾信號極難去除。通過隔離、屏蔽、改進接地并對變頻器做了一個獨立的屏蔽箱，在保證散熱的情況下得到最好的隔離效果，最終將變頻器的傳導和輻射干擾降低到了最低,成功的解決了這個問題。
4  用戶測試
    儀器設計完成后,我們在用戶五環（集團）股份有限公司處做了大量測試實驗。
4.1  試驗內容
4.1.1  性能測試：對XJ129測試儀的性能指標進行測試考核,主要考核XJ129測試儀測試指標的重復性和穩定性,包括以下內容：
4.1.1.1  棉結指標的重復性
4.1.1.2  棉結指標的穩定性
4.1.2  數據對比：XJ129測試指標和手工測試結果相符性(相關性)和一致性對比，由于手工測試指標比機器測試指標少,主要進行以下指標對比:
4.1.2.1  棉結總數(Total Neps)和人工棉雜總數的相關性
4.1.3  可靠性測試：主要考察電氣、機械運動部件以及軟件的可靠性。
4.2  實驗方法
4.2.1  重復性穩定性試驗:
    針對棉結指標特點以及五環（集團）股份有限公司實際情況，在重復性和穩定性測試時選擇具有代表性的、不同品質和不同種類的業務棉樣、業務棉條（普梳和精梳）進行測試;每個棉樣每天做10次,連續做5天;重復性對比四個試樣每天10次的CV%值(棉結指標)；穩定性對比四個試樣5天10次測試結果均值的CV%值(棉結指標)。
4.2.2  相關性測試
    先在XJ129測試儀上對棉樣進行測試，然后把該棉樣交工廠實驗室用常規方法測量，XJ129測試儀每個棉樣測3次，取平均值；手工測試由于測試時間較長，所以每個棉樣做一次。
4.2.3  可靠性測試
    連續200小時以上不關機，每天和生產同步測量棉樣，連續工作2個月，觀察電氣、機械、軟件工作的可靠性。
4.2.4  XJ129每個測試完成后打印數據并簽名；手工測試完畢后出質量報表，并簽名，所有原始數據均保留。
5  結果分析
5.1  主要測試指標重復性好、數據穩定
5.2  相關性測試結果如下:
    對在線的6個品種棉條試樣進行測試對比，其中儀器測試對每個樣品測試3次，最終數據選用各自測試結果的平均值；人工測試對每個樣品測1次，測試結果見表1，從圖3可以看出，棉條棉結的儀器測試結果和人工測試數據，趨勢相關性良好。
5.3  200小時內,電氣、機械、軟件工作的可靠性性好，未出現故障。
6  結束語
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