[发明专利]一种纤维长度快速低成本测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域中纤维长度测量，特别是涉及一种纤维长度快速低成本测量方法，适用于棉、木棉、羊绒、毛类纤维等短纤维的长度及其分布特性测试。

背景技术

长度是纺织纤维的一项重要品质指标，它直接影响纱线强度、毛羽以及织物风格，也是选用纺纱设备、确定工艺、产品设计的重要依据。测试纤维长度的最经典方法是分组称重法，但这种方法需要操作者具备专业技能，费时费力，并且对于棉纤维、羊绒等长度比较短的纤维，分组难度很大。

现在应用的两大自动化测试系统是：HVI和AFIS。这两大测试系统可实现纤维长度的快速、全自动测量，但也都存在一些缺陷。HVI中传感设备不能测量完整的须丛，只能从离基线一定距离处开始测量，这样就会忽略一些短纤维。AFIS测量系统在开松中会有纤维发生断裂，纤维伸直、分离和排列都是问题，而且在测试单元只有部分纤维被统计，所以测试结果会存在偏倚。这两大测试系统另一个重要的缺点是价格昂贵，不少企业和机构难以承担。

2003年，俞会永等人(专利申请号：03125118.8)提出将纤维由长到短排列成一端平齐的纤维排列图，采集纤维排列图的数字图像后，对其进行处理并计算长度指标。这种方法是利用图像处理法取代人工作图法从纤维排列图的数字图像中获取长度指标，但是，将纤维排列成一端整齐、密度均匀的纤维排列图是很困难的，需要具有专业技能的操作者才能完成，所以此方法仍不能被普及推广。

2004年，朱尤栋(专利申请号：200410061608.1)提出利用普通扫描仪得到纤维图像，统计像素点的亮度值得到曲线图(见图1)，将此曲线当作须丛曲线(俗称照影仪曲线)。分析图1可以发现该曲线与理论须丛曲线明显不同，图1中曲线在初始阶段(高峰处)为上凸形，那么它的二次微分为负值，而我们推导证明须丛曲线的二次微分为正值，说明这种方法得到的曲线存在较大误差。原因是普通扫描仪只得到纤维丛的表面信息，纤维丛厚度大于一定数值以后，图像亮度值不再随纤维丛厚度线性增大，造成纤维丛曲线失真。而且此申请文件中未具体说明如何从曲线图计算纤维长度。

2008年，严漂利用摄像头拍摄透射光照射的纤维束，获得数字图像，根据图像中像素的亮度值与透光强度成正比做出自称的照影仪曲线(东华大学，硕士论文：棉纤维色度和长度测量方法的研究与设计)。同年，张志杰等人(专利号：ZL200820157317.6)也提出用摄像头获取一端平齐纤维束的数字图像后经信息转换系统将其转换成计算长度所需的数据，声称采用透射光和反射光均可，但是未具体说明如何将图像信息转换成长度指标计算公式中所需的数据信息。上述两种自己搭建的简易装置虽价格低廉，但是由于视野比较大，无论是透射光还是反射光很难保证入射光源的均匀度，无法避免光源不匀对纤维层厚度信号的直接叠加，其次存在摄像头边缘像素点的畸变等问题，测试的精确度与稳定性很难得到保证。

上述这些纤维长度测量的数字图像法至今未被应用，其缺陷不仅是信号精确度很差，还包括对由数字图像获得曲线的物理意义及其与纤维长度分布的关系缺乏论证，有的只简单地将获得曲线看作照影仪曲线，并模仿照影仪曲线处理方法计算出平均长度，有的不具体给出长度计算方法只是模糊说明。这些都使得上述方法与应用需求相距很远。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纤维长度快速低成本测量方法，实现纺织纤维长度快速、低成本测量，最大限度地利用现有通用设备开发出纺织纤维长度的快速测量方法与硬件、软件系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种纤维长度快速低成本测量方法，包括以下步骤：

(1)制取纤维条：将待测散纤维试样制成纤维伸直、平行、随机排列的纤维条；

(2)制取须丛：夹持纤维条的任一横断面，梳去浮游纤维，制得须丛；

(3)数字图像采集：通过图像采集设备生成须丛数字图像，并将其传入计算机；

(4)须丛曲线提取：提取生成的须丛数字图像的像素信息，对其进行处理与计算后获得表征须丛各横断面纤维量的须丛曲线；

(5)长度指标计算：根据须丛曲线计算纤维的四项长度指标。

所述步骤(5)中4项长度指标计算公式如下：

重量加权平均长度其中，l_m为最长纤维的长度，F(L)为须丛曲线，L为须丛横断面坐标；

计算使k取最大值时L的取值为主体长度l_z，其中，k为须丛曲线在L处的曲率；