長嶺紡電研究所 肖中高

1棉纖維檢測儀器概述

棉花是關系國計民生的重要戰略物資，棉纖維的性能指標主要包括長度、短絨、強度、細度、成熟度、馬克隆、色澤、水分、雜質、棉結等，在棉花的科研育種、收購加工、交易流通、紡織企業使用等各個環節，都需要對其有關性能指標進行檢測。從國內外的棉纖維檢測儀器來看，測量單項指標的儀器眾多，如測量長度的光電儀和羅拉分析儀、測量強度的單纖維儀、測量細度的顯微分析儀、測量成熟度的偏光儀、測量馬克隆的氣流儀、測量水分的電阻儀、測量雜質的重量分析儀等；測量多指標的儀器主要有同時測量長度、強度、馬克隆、色澤、雜質、回潮的大容量測試儀，同時測量棉結、短絨的測試儀，同時測量細度、成熟度、馬克隆的測試儀等。

同時測量多指標的棉纖維檢測儀器與單指標檢測儀器相比，各指標的測量方法不同；多指標同時測量應用了新的檢測方法、現代先進的控制技術、計算機大數據統計分析方法等，測試速度快、測試指標多、數據量大、操作簡單、適用于棉花各環節的大批量檢測、特別適用于國家棉花的公證檢驗以及大中型紡織企業等部門。大容量棉纖維性能測試儀已經對國家棉花質量檢驗體制改革、進行棉花逐包的公證檢驗、棉花流通各環節的檢驗等起到了重要的作用，對紡織企業更好的使用好棉花具有很大的價值，也對我國紡織工業的技術進步具有重要意義。隨著科學技術的進步、檢測技術不斷發展，棉纖維的檢測儀器也在發展進步、不斷地適應棉花檢驗各環節的新要求。

2棉纖維檢測儀器的現狀

2.1國內棉纖維檢測儀器

國內的多指標棉纖維檢測儀器以長嶺紡電公司為代表，達到國際先進水平，不斷的進行創新、引領棉檢儀器的技術發展，在國內的纖檢系統、流通交易、紡織企業等部門不斷的推廣應用。已形成了能夠同時測量多指標的XJ128系列快速棉纖維性能測試儀，XJ129系列棉結和短絨測試儀，FM棉纖維成熟度細度測試儀等系列棉纖維檢測儀器。XJ128測試儀器能夠同時測試棉纖維的長度、強度、馬克隆、色澤、回潮、雜質性能指標；XJ129測試儀器能夠同時測試棉纖維的棉結、短纖維性能指標；FM10測試儀器能夠同時測試棉纖維的成熟度、細度性能指標。國內的多指標測試儀器具有測試速度快、取樣量大、數據的代表性強等特點，可用于棉花檢驗、紡織企業、科研院所、棉花育種、棉花收購、棉花加工廠等不同單位，滿足不同用戶的需求。

1.1 XJ128系列快速棉纖維性能測試儀

自動取樣型的XJ128快速棉纖維性能測試儀，是集光、機、電、氣、計算機及網絡技術等為一體的高難度產品，系統復雜、自動化程度高、測試結果準確。2010年7月通過了國家質量監督檢驗檢驗總局組織的科技成果鑒定，2013年列入國家棉花公檢采購計劃、批量裝備棉花公檢檢驗實驗室，逐步應用到的棉紡織企業、科研院所等單位。國產大容量棉纖維檢測儀器XJ128的技術水平達到了國際先進水平，促進我國棉纖維檢驗技術的進步，提高我國棉花檢驗的技術水平、使纖檢系統客觀公正快速的檢驗棉纖維的性能指標、促進我國紡織工業的技術進步。XJ128快速棉纖維性能測試儀系統復雜、自動化程度高，能夠快速地檢測棉纖維的長度、強度、馬克隆、色澤和雜質性能指標，長度測試采用照影儀法，強度測試采用等速拉伸法，馬克隆測試采用一次壓縮氣流法，色澤測試采用光學反射法，雜質測試采用光學圖像法。長度和強度測試的試樣使用同一個樣品，自動取樣器進行取樣、梳理器去除浮游纖維、測長機構前后移動、光電系統檢測得到照影曲線和長度性能指標，拉伸機構夾持、拉伸、傳感器檢測得到強伸度曲線和強度性能指標。馬克隆測試根據氣橋平衡的原理、壓差傳感器檢測、根據質量的不同修正，完成馬克隆值的測試。色澤測試使用45/0度的方式、分析光譜成分得到色澤性能指標。雜質測試用CCD成像、圖像處理分析方法得到雜質性能指標。XJ128A測試儀色澤模塊設計成雙顏色頭測量，同時測量兩個棉樣的四個面，減少了色澤測量的誤差、提高了測量的穩定性。XJ128D測試儀的回潮測量采用電測器法，具有快速、穩定的回潮自動測量機構，實現了恒定加壓和自動測量；長強數據與回潮關聯，保證了測試的正確性和一致性。

1.2 XJ129系列棉結和短絨率測試儀

XJ129 棉結和短絨測試儀可以取代目前手工目測棉結測試法和羅拉分析短絨測試法，對紡織企業合理配棉、監測和調整生產工藝有重要的指導作用；對原料及半成品的測試，使紡織廠的技術人員能夠及時掌握原料及半成品的質量情況，為原料采購、配棉和產品質量控制呢能夠起到重要作用。XJ129測試的短絨與手扯測定的短絨基本一致，數據穩定，檢測速度快，使用標準的棉樣對儀器進行校準，保證了測試數據的準確性和一致性，可為企業的精細化管理提供有利的幫助。XJ129棉結和短絨測試儀的技術水平達到了國際同類產品的技術水平；能夠應用到纖檢系統、紡織企業等部門，快速的測試棉纖維的棉結和短絨率指標，為國家棉花標準的修訂奠定堅實的基礎，為國家棉花的客觀、科學、公證檢驗提供有力的支持，為紡織企業了解原棉性能、合理配棉、改進生產工藝流程、提高紗線質量、增加企業效益具有很大的價值。XJ129棉結和短絨測試儀的棉結測量采用光電法，通過梳棉開松機構后形成的單纖維流，通過光電傳感器進行檢測，得到棉結數；短絨測量采用光電檢測的方法，測試棉帶或棉條，自動取樣成一端整齊的纖維束，經過梳理后由光電傳感器進行檢測，得到短絨率指標。CN200測試儀采用一體化設計、結構緊湊，光電法測試棉結速度快，同時測量得到籽屑棉結、纖維棉結、以及棉結的平均尺寸，對于紡織企業的生產過程、控制棉結、設備工藝改進具有現實的指導意義。XJ129L快速短絨測試儀，設計成雙針床機構、同時一端整齊兩個棉樣，大大提高了儀器化測試短絨的速度和數據的穩定性；采用專利技術的無損、快速的電動制條器，把松散的原棉制成棉帶，適合儀器快速測量短絨率；儀器測量短絨率的結果，與手動羅拉法的測試結果一致，使短絨測試的數據具有朔源性。

1.3 FM棉纖維成熟度細度測試儀

馬克隆值反映的是棉纖維成熟度和細度的綜合效果，采用一次壓縮氣流法，無法真正同時測量出紡織企業最關心的成熟度和細度指標。FM10棉纖維成熟度和細度測試儀采用兩壓縮氣流法，能夠同時測試棉纖維的馬克隆、細度、和成熟度性能。棉纖維放入測試筒，儀器進行兩次壓縮、形成兩種狀態、分別控制氣體流量、得到兩個壓降數值，由此算出成熟度和細度指標。FM10測試結果能夠很好的與傳統的棉纖維顯微細度、偏光成熟度、氣流馬克隆測試保持一致，極大地提高了測試速度、減少了人為影響、滿足了用戶的需要。

2.2國外棉纖維檢測儀器

國外的多指標棉纖維檢測儀器以USTER公司和PREMIER公司為代表，引領著技術發展的方向。USTER公司HVI1000大容量棉花測試儀，用于進行棉花分級,滿足纖檢機構的應用；該儀器能夠快速測量棉纖維的長度、強度、細度、色澤和雜質等，給出相應的指標，是國際上棉花交易過程中的標準分級系統，適用于進行大批量測試，測試速度快，能夠滿足用戶的要求。USTER公司的AFIS單纖維測試儀，用于纖維的過程測量控制，可以進行棉包、棉層、棉條或粗砂的測試。能夠在2.5分鐘內測試多達11種不同的纖維特性，包括長度、細度、成熟度、棉結、灰塵和雜質等，給出相應的指標。該儀器采用專用分梳機構的單纖維測量方法，原理上更加符合傳統的手工測量，其測量結果已經得到諸多紡織廠用戶的認可，用來指導紡織企業的生產過程。PREMIER公司的全自動棉纖維測試儀ART2, 是用于測試棉花所有重要特性指標的全自動大容量棉花測試儀器，能夠測量棉纖維的長度和整齊度、斷裂強度和伸長、馬克隆、色澤和雜質、回潮；長度/強度測量采用“平面取樣技術”，取樣整齊一致；馬克隆測量采用“自動試樣稱重和自動精確校準”技術，準備快速；重量雜質測量采用“自動對雜質進行收集和稱重”，快速準確便捷；回潮自動測量，并且對強度進行修正。PREMIER公司的 aQura2棉結和短纖維測試儀，用于紡織廠進行棉結和長度、短纖維的測試，適用于測量原棉、中間階段的開松原棉和棉條。

3棉纖維檢測儀器的發展探討

隨著社會的進步、科技的發展，棉纖維檢測技術也在不斷進步、促進著棉纖維檢測儀的發展，朝著自動化、智能化、網絡化的方向發展，不斷的滿足用戶的使用要求。棉纖維檢測的常規單項測試儀器，由于速度慢、人為影響大、測試指標單一，逐步會由同時測量多項指標的快速大容量檢測儀器代替。我國棉纖維檢測儀器的發展、會極大的促進我國的棉花標準的修訂、不斷地滿足了棉花收購交易使用的各個環節的需求。隨著《棉纖維棉結和短纖維率 測試方法 光電法》國家標準的推行，光電法測量束纖維棉結和短絨的儀器將會逐步代替傳統的手工測量棉花棉結和短纖維；隨著《棉花 細絨棉》國家標準的不斷修訂實施，同時測量多項指標的快速大容量棉纖維檢測儀器，不斷廣泛的應用到棉花檢驗的各個環節，促進國家棉花標準的修訂、提高棉花檢驗的速度和數據精確性，促進我國紡織工業的技術進步，使紡織企業更合理的使用棉花原料、提高企業的效益。

從國際上的棉纖維檢測儀器的技術發展來看，該類儀器在測試棉纖維性能的全面化、儀器的自動化控制技術、各種檢測技術以及應用場合的具體實際等方面，都不斷地研究應用新的技術、更加全面的測試棉纖維的各種性能；國內的棉纖維檢測儀器需要不斷應用新的技術、創新的發展，才能具有更強的競爭優勢。在今后一段時期內，國產棉纖維檢測儀器的技術研究，應在以下幾個方面重點發展。

3.1馬克隆模塊的自動化

快速大容量棉纖維檢測儀器的馬克隆模塊，采用的是手動稱重、自動測量、質量范圍較窄、棉樣不回收。隨著中國纖維檢驗局對產品要求的提高，能更好地滿足市場需求，需要進行馬克隆模塊的自動化技術研究，完成馬克隆模塊的自動稱重、自動測量、回收或丟棄測試結束后棉花、拓寬馬克隆稱重的質量范圍等。該技術主要是進行馬克隆模塊的自動控制系統、機械結構裝置、軟件校準方法、數據處理模型的研究。該技術研究成功、應用到產品后，能更好地滿足纖檢系統的棉樣數量特別多、避免操作員可能會出錯引起馬克隆模塊的數據異常的情況；大大提高馬克隆測試數據的正確性。

3.2棉纖維雜質測量的稱重法

目前國內外的大容量棉纖維測試儀的雜質測試，采用的方法都是光學圖像法得出棉纖維雜質的粒數和面積。光學圖像法測量棉纖維雜質，用于棉檢系統對原棉的分級起到一定的作用和意義；但對于棉花的收購、交易以及流通領域的各個環節的作用不大。采用棉花國家標準GB1103.1-2012規定的棉纖維雜質檢測的稱重法測量棉纖維的含雜率，對于棉花流通的各個領域具有很大的作用。因此我公司需要進行稱重法測量棉纖維雜質的研究，以滿足棉花檢驗、交易、流通領域各環節以及紡織企業的需求。稱重法測量棉纖維雜質的原理，是根據機械空氣動力學原理，經刺輥鋸齒分梳松散后的纖維及粘附雜質，在機械和氣流的作用下，由于形狀不同、質量不同、作用其上的力也不同，使纖維和雜質分離，用兩個比值計算出棉纖維的含雜率。

3.3棉纖維性能測量的單纖維法

國外的AFIS棉纖維檢測儀器，通過纖維分離器將棉纖維分開成單纖維、通過專用的傳感器檢測，對單纖維、單棉結和單雜質顆粒進行計數。AFIS是單纖維測量儀器, 用于從軋花到紗線的生產，它給出棉結、長度、短絨、雜質等指標；通過AFIS可以分析整個紡紗工藝流程，開松、除雜、梳棉、并條和粗紗，控制紡紗工藝，進而控制紗線和面料質量，同時節約生產成本；根據所購買的原料優化其工藝流程，更適合紡織企業使用。我公司開發研制的XJ129 棉結和短絨測試儀采用光電法，棉纖維通過梳棉及開松機構后，在負壓的作用下通過棉結檢測的光電傳感器進行檢測，分析處理得到被測試樣棉結數量；短絨率測量時使用棉帶或棉條，取樣器自動取樣，得到一端整齊的纖維束，經過梳理、檢測、形成短絨率信號，分析處理得到短絨率指標。從XJ129測試儀的測試原理、測試結果，以及用戶的實際使用來看，還不能完全達到用戶進行整個紡紗工藝流程的棉結和短絨測試、優化其工藝流程的要求；而進口的USTER AFIS是單纖維測量儀器，已經被大多數紡織企業接受和認可，準確的測量生產過程中棉纖維的棉結、短絨，進而進行紡紗工藝過程的控制，達到優化工藝流程、節約成本的目的。從棉纖維檢測的技術、以及市場需求的情況來看，我公司應該進行單纖維測量技術的研究，主要由兩個關鍵技術問題需要解決。一是要進行纖維分離器的研究，使其把被測試樣完全分離成單纖維；二是進行單纖維的棉結、雜質、短絨檢測技術的研究，使其能夠準確的對單纖維的棉結和單雜質顆粒進行計數，正確的測試棉纖維的短絨率。關鍵技術問題解決后，推出我公司的單纖維測試儀器，達到進口機器的測試水平，控制紡織企業的生產工藝過程，為紡織企業減少廢料、降低設備維護保養、保證質量、節約成本、提高效率，帶來很好的效益。同樣也會為我公司創造更大的經濟和社會效益。

3.4細度和成熟度測量的三次壓縮氣流法

我公司研制的FM10棉纖維細度成熟度測試儀，采用二次壓縮氣流法，測試棉花的馬克隆值、細度、成熟度指標，但隨著最近二十年棉花基因培育技術的進展及棉花種植的需求，棉花品種較之前大量增加，二次壓縮氣流法測試棉花品種的適應性大大降低。為解決二次壓縮法所存在的這些問題，我們需要在西安工程大學進行的“三次壓縮法測試棉花細度成熟度”理論研究基礎上，與其合作進行三次壓縮氣流法測試棉花細度和成熟度研究，實現棉花馬克隆值、細度、成熟度的測試，提高測試棉花品種的適應性。

3.5棉纖維顏色的多指標測量

棉纖維的顏色不僅影響產品的外觀感覺，而且與棉纖維的許多特性有關。棉纖維的顏色檢驗有兩種方法：一是感官檢驗法；二是儀器檢驗法。感官檢驗受主觀因素如視覺因素、心理因素等的影響很大；在視覺中同一色彩實體，往往產生多種色彩感覺；人們所處的環境、當時的心態影響人們心里活動的功能，在人們心情低沉、天氣陰冷時，對顏色反應遲鈍，變色能力下降，當陽光明媚、心情舒暢時，對顏色反映敏感，色彩感覺細膩。儀器檢驗測試以校準色板為溯源依據，測試棉花的反射率、黃度，根據顏色分級圖定出顏色級；感官檢驗以實物標準為依據比對反射率和黃度，綜合確定顏色級；儀器檢驗相對較穩定、客觀，有統一標準的顏色校準板允許誤差范圍。大容量棉纖維性能測試儀器的顏色測量，采用光學反射的方法、45/0度的方式，在法線上測量、分析光譜成分，得到棉纖維的顏色反射率和黃色深度，并依據國家標準的色征圖輸出棉纖維的顏色級。棉纖維的顏色測量值，代表了棉纖維色澤、含雜數量色澤種類、表面粗糙度或光滑度的平均值。感官檢驗可以過濾掉一些因素的干擾，這也是針對經驗豐富、技術水平高的檢驗員來說；而現在的棉纖維顏色測試儀器的測試系統是固定不變的，任何影響因素的微小變化都會影響其測試值。

棉纖維的顏色測量技術需要創新，使用新的技術、進行多指標測量、綜合判斷棉纖維的顏色性能，以達到過濾諸多干擾因素、檢驗穩定、可靠、客觀的、快速的大容量棉纖維顏色測量儀器的實際需要。目前的想法是，采用國際照明委員會推薦的RGB色度系統、使用多個三原色傳感器、使用與棉纖維顏色性能匹配的色溫光源以及光電檢測設計的光學結構等，形成新的棉纖維的顏色測量系統，根據顏色標準、分析多個色度傳感器的光譜成分，得出棉纖維顏色性能的多個指標。通過對大量的棉纖維顏色的感觀數據、現有的兩指標的儀器測量數據、多指標的儀器測量數據的分析，摸索出棉纖維顏色的多指標測量儀器的數據處理模型，得出棉纖維顏色測量新的指標。消除感官檢驗和現有儀器檢驗的不合理因素，，進一步提升我國棉纖維檢驗的技術水平和行業的技術進步。

3.6棉花加工生產線的智能在線檢測

目前棉纖維檢測儀器大部分應用在棉花加工打成包后，專門取樣進行公證檢驗測試；在紡織廠進行原棉的來料測試，以確定其性能指標，進行計算機配棉、在達到產品技術質量的情況下合理利用原材料、降低原料成本；在棉紡織企業的生產過程中，監控棉纖維的性能指標變化、以便及時優化工藝流程、調整生產設備參數、更好的保證產品質量。隨著棉花質量檢測控制的前移，在棉花加工生產線需要實時對籽棉、皮棉的回潮、色澤、雜質進行在線測量。在棉花加工的生產線，在籽棉的喂入通道進行回潮和雜質測量，根據測量數據可以優化籽清機、籽棉除雜機、等設備的工藝參數；在皮棉的集棉通道進行回潮、顏色和雜質測量，根據測量數據可以優化軋花機、皮清機等設備的工藝參數；以及對整個棉花加工生產線進行流程優化，提高棉花加工的質量和效率。我公司研制成功的YZ-1智能在線檢測儀器，是集光、機、電、計算機網絡等技術為一體，系統復雜、自動化程度高，能夠在棉花加工的籽棉喂入通道，進行籽棉的回潮、雜質性能測試，給出回潮率、雜質面積、雜質粒數指標，并上傳中央控制臺；能夠在皮棉集棉通道，進行皮棉的回潮、雜質和顏色性能測量，給出回潮率、雜質面積、雜質粒數、顏色反射率、顏色黃度指標，并上傳中央控制臺；能夠進行數據存儲、顏色分級圖和雜質圖像顯示，并聯網上傳數據到中央控制臺的智能管控中心等；通過網絡化的大數據統計分析，智能化的設計優化棉花加工生產線的工藝流程，自動化的調整設備的工藝參數，提高軋花機的加工質量。YZ-1智能在線檢測儀器，會更多地裝備我國軋花廠的棉花加工生產線，有力地推動我國棉花加工的水平，提高棉花加工質量和效益，也為我國的棉花加工的技術進步產生深遠的社會效益。

4.結束語

隨著我國棉花檢驗體制改革的深入，棉花公證檢驗實驗室、紡織企業、科研院所、棉花收購等棉花流通和使用單位，對棉纖維檢測儀器的需求會越來越多。我公司在紡織電子產品研發領域，具有很強的技術實力，多年來堅持技術創新，實現了企業的技術升級。我們要根據市場需求、不斷地研究棉纖維檢測的新技術、發展自動化、智能花、網絡化的棉纖維檢測儀器，滿足棉花交易、檢驗等部門，對棉花的各種性能進行快速、客觀、準確的檢驗；促進我國棉纖維檢驗技術的進步，提高我國棉花檢驗的技術水平，促進我國紡織工業的技術進步。