[發明專利]基于隨機須叢逐步分離模型的纖維短絨率測量計算方法

有效

• 申請號: 201610033913.2
• 申請日: 2016-01-19
• 公開（公告）號: CN105548188B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 王府梅;徐步高;金敬業
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 翁若瑩

技術領域

本發明涉及纖維長度分布特征參數的測量和計算技術領域，具體來說，涉及利用逐步分離模型對隨機須叢中的短絨位置分布進行分析，以便由須叢的線密度曲線獲得纖維短絨率的計算方法，適用于棉、木棉、羊絨、羊毛、化纖短纖等纖維類型。

背景技術

在紡織纖維原料中，長度小于某些特定長度界限的纖維的量與總纖維量的比值被稱為短絨率(英文簡寫SFC)，以百分比表示。普通細絨棉的短絨率長度界限按照我國標準是16毫米，按照美國及部分國際貿易標準是12.7毫米；而平均長度比較長的毛麻纖維的短絨界限值會更高。纖維原料的短絨率越高，則制成紗線的條干均勻度越差、毛羽越多、強度越低，紡紗制造過程中紗線斷頭率越高。因此，短絨率一直是纖維分級定價、生產原料選配、工藝參數設置時的重要依據。

短絨率的測量一般與其它長度指標測量同時進行。最經典的方法是分組稱重法，該方法對測量人員的技能熟練度要求較高，不僅費時費力，而且試樣整齊端的隨機波動和纖維分組時的誤差對短纖維指標(短絨率)的影響遠甚于對纖維的其他長度指標(平均長度、主體長度、品質長度等)的影響。

目前，最常見的棉纖維長度自動化測量系統為HVI和AFIS，這兩種系統以其測量速度快、輸出指標多而被認可。然而，用HVI進行長度測量時，須叢夾持線附近的纖維片段因纏繞不清而被排除在檢測范圍之外，但短纖維恰恰主要存在于這一位置，所以HVI不能直接測得短絨率，只能根據已測得的其它指標結合經驗方程算出一個短纖維表征參數——短絨指數(SFI)。AFIS系統通過測量數千根單纖維的長度來計算纖維樣品的長度分布指標，其內置的開松部件在分離纖維時可能造成纖維斷裂，使測量結果存在偏差。

毛纖維長度的自動化測量系統有Almeter100和OFDA4000二大系統。Almeter100以專用機械手制造一端平齊的須叢，而后讓須叢以恒定速度通過電容傳感器，須叢各橫截面纖維量的變化引起電容偏差，從而獲取須叢各橫截面上的纖維量信息，進而計算短絨率等長度指標。OFDA4000是基于現階段顯微成像技術和CCD技術，對一端平齊的須叢，每隔5毫米計數一次橫截面上的纖維根數，并以1毫米的間距進行插值處理，每試樣需要測試5個須叢，根據從須叢根部到梢部各橫截面纖維根數的變化計算須叢中的纖維長度分布及其對應的短絨率等長度指標。

上述纖維長度的各種自動化測量系統都具有快速高效、節省人力等優點。但是，各測量系統的體積都很龐大，運轉機械和電器部分很復雜，制造成本高昂，使用中磨損量大，并且需要占用大面積的恒溫恒濕室，維護成本也高。

2012年，王府梅、吳紅艷提出了一種新的纖維長度快速低成本測量方法(專利號：ZL 2012 1 0106711.8)，稱作雙須影像法，其做法為：首先將待測散纖維試樣制成纖維伸直、平行、隨機排列的纖維條，然后制取特有的隨機須叢，進而利用光學成像設備獲得雙端須叢的透射灰度圖像，并由圖像計算須叢任一橫截面上的纖維量與位置的關系曲線(簡稱須叢曲線)；最終利用須叢曲線計算重量加權平均長度、主體長度、品質長度和長度變異系數等四個指標。此外，王府梅、吳紅艷還提出了高精度的雙須影像法須叢曲線的獲取方法(專利號：ZL 2012 1 0328089.5)。2013年，王府梅、金敬業、陳菲提出了一種基于雙須影像法的纖維短絨率計算方法(專利號：ZL 2013 1 0325921.0)，實質是建立在批量試驗基礎上的統計回歸方程或經驗預測方法，預測準確度取決于前期批量試驗的樣品種類和數量，且未涉及除棉和木棉之外的其他纖維。該方法缺乏理論依據，以至于出現16毫米短絨率預測方程中沒有16毫米相關變量而只有12.7毫米相關變量的不合邏輯現象。

雙須影像法能夠利用成本低廉、攜帶方便的成像設備在短時間內準確測得紡紗原料或纖維須條中的長度分布指標，很大程度上源自其創新性的隨機須叢試樣。制樣時，用鉗夾隨機夾住纖維條任意橫截面，保證夾持線與纖維條軸向垂直，梳去未被夾持的其他纖維，即得到具有兩個錐形端部的隨機須叢。隨機須叢中纖維平行伸直排列，沒有無法檢測的盲區，因此全部長度信息都能反映到圖像中去，包括其他方法最易丟失的短纖維信息，這就為短絨率的精確測量創造了可能。然而，目前基于雙須影像的短絨率計算方法，要么如上述專利號為ZL 2013 1 0325921.0的發明專利一樣，缺乏對雙端須叢中短纖維分布狀況的全面理論研究，以至于在實際應用中，當需要測試的樣品種類與用來構建預測方程的樣品種類差異較大時，預測結果產生波動；要么研究出了須叢曲線與短絨率的二次微分關系，卻無法解決須叢曲線的隨機噪聲在二次微分中被放大的問題。

發明內容