CN103399013B - 一种基于双须影像法的纤维短绒率测量计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于双须影像法的短绒率测量计算方法，步骤为：第一步、基于双须影像法获取须丛曲线，其特征在于：第二步、在须丛曲线上提取S(12.7)、Smax及F(12.7)；第三步、采用多元统计回归方程计算得到16mm以下纤维所占的重量百分率，即短绒率SFCW(16)；第四步、采用多元统计回归方程计算得到12.7mm以下纤维所占的重量百分率，即短绒率SFCW(12.7)。本发明与现有技术相比，具有以下的优点：采用新的双须影像法测量出纤维须丛曲线，巧妙运用图像处理分析软件和多元回归分析方法，获得了短绒率的快速简便测量计算方法。新方法巧妙解决了现有测量方法的速度、精准性、完善性与成本、方便度之间的很多矛盾，能够快速准确地测量纤维短绒率，而且成本低，设备维护方便，便于普及和推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种纤维短绒率的快速低成本测量方法，适用于棉、木棉、化纤、羊绒、毛类纤维等短纤维的短绒率测试。
背景技术
短绒率是纺织纤维的一项重要品质指标，它直接影响纱线条干、强度、毛羽以及织物风格，也是选用纺纱设备、确定工艺、决定产品质量和纤维用途、价格的重要依据。能直接测得纤维短绒率指标的方法主要有纤维长度手排测试法(拜氏图法)、罗拉式纤维长度测试法、梳片式纤维长度测试法，电容式纤维长度测试法(Almeter法)和单纤维快速测试法(AFIS法)。
纤维长度手排测试法(拜氏图法)、罗拉式纤维长度测试法、梳片式纤维长度测试法都存在制样复杂、所需设备要求高和耗费时间长的缺点，在棉纺厂等生产一线应用不便。电容式纤维长度测试法(Almeter法)和单纤维快速测试法(AFIS法)虽然测试快速，但都存在仪器价格昂贵、要求很专业人员操作等缺陷，并且电容式纤维长度测试法(Almeter法)制样时会产生飞花流失等问题使短纤维丢失的概率远大于长纤维，单纤维快速测试法(AFIS法)在开松中会有纤维发生断裂，纤维伸直、短纤维分离和排列都是问题。
1992年，王宝才(专利申请号：92113920.9)提出一种用照影仪测定棉纤维短绒率的方法，包括以下步骤：1、用梳子制备样品：把样品全挂在梳子上，梳理样品到梳针根部，即照影仪测量纤维长度时的制样方法；2、在梳子上升过程中用照影仪测得梳针根部的读数Q1(代表全部纤维根数)，接着在离梳针较远处用照影仪测得读数Q2(代表长纤维根数)；3、由测得的读数并根据该专利的公式即可求出短绒率Sf，这种方法存在以下缺陷：(1)短绒率公式为仅仅使用棉纤维试验数据分析获得的经验公式，可能不适用于其他纤维，具有一定的局限性；(2)根据朗伯比尔定律(Lambert-Beer定律)和王府梅、吴红艳的实验研究结果，纤维材料厚度与透过的光强存在负指数关系，并非线性关系，Q1和Q2并不能代表王宝才定义的纤维量；(3)制样时梳针根部的纤维得不到充分梳理，可能会影响测得读数Q1的稳定性；(4)步骤2中提到的“较远处”测得Q2太模糊，没有明确给出一个定义；(5)受老照影仪窄缝透光的机加工难度和光电池精度限制，测试误差很大。所以，该方法的参考价值不大，20年来一直未被应用。
2012年，王府梅、吴红艳开发了一种纤维长度快速低成本测量方法(发明专利申请号分别为：201210328089.5和201210328101.2)，目前称作双须影像法，二专利重点公布了三方面技术：(1)取样制样方法：纤维条梳夹取样、梳理制取双端须丛；(2)采用透射式扫描仪获取双端须丛的透光信息，并输入计算机；(3)根据自己研发的算法，由透光信息计算双端须丛曲线，即须丛任一横截面上的相对纤维量与横截面位置的关系曲线F(L)；(4)由须丛曲线计算纤维的平均长度、主体长度、右半部平均长度，具体算法都建立在自己严密的理论推导基础上，实践证明精确度无可置疑。
但是，已有专利等研究成果从未报道过基于双须影像法的短绒率测量计算方法，使这一测量方法与著名的HVI系统存在同样缺陷——不能测短绒率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种纤维短绒率的快速低成本测量方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种基于双须影像法的短绒率测量计算方法，步骤为：
第一步、基于双须影像测试法获取须丛曲线，其特征在于：
第二步、在须丛曲线上提取：0～12.7mm范围须从曲线的积分，记为S(12.7)；须丛曲线下的总积分，记为Smax；横坐标为12.7mm处须丛曲线的纵坐标，即该处的相对纤维量，记为F(12.7)；
第三步、采用多元统计回归方程SFCW(16)＝a-bF(12.7)/Smax-cS(12.7)计算得到16mm以下纤维所占的重量百分率，即短绒率SFCW(16)，其中，a、b、c为根据批量试验数据即经验确定的常数。
优选地，在所述第三步后，还包括：
第四步、采用多元统计回归方程SFCW(12.7)＝a-bF(12.7)/Smax计算12.7mm以下纤维所占的重量百分率，即短绒率SFCW(12.7)。
优选地，在所述第三步及所述第四步中，a＝10～200、b＝500～3000、c＝1～5。
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明借助基础成熟方法测得一组纤维短绒率数据，采用新的双须影像法测量出纤维须丛曲线，巧妙运用图像处理分析软件和多元回归分析方法，求得了短绒率的快速简便测量计算方法。新方法巧妙解决了现有测量方法的速度、精准性、完善性与成本、方便度之间的很多矛盾，能够快速准确地测量纤维短绒率，而且成本低，设备维护方便，便于普及和推广。
附图说明
图1为在须丛曲线上提取与短绒率密切相关的物理量的示意图；
图2为须丛曲线上的变量信息示意图；
图3为本发明测得12.7mm以下短绒率与成熟方法测得基准短绒率的关系；
图4为本发明测得16mm以下短绒率与成熟方法测得基准短绒率的关系；
图5为一种新疆细绒棉的单侧须丛曲线图；
图6为梳棉回收的盖板棉单侧须丛曲线图；
图7为一种海南岛木棉的单侧须丛曲线图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明提供了一种基于双须影像法的短绒率测量计算方法，其步骤为：
第一步、基于双须影像测试法获取须丛曲线：
第二步、如图1所示，在须丛曲线上提取：0～12.7mm范围须从曲线的积分，记为S(12.7)；须丛曲线下的总积分，记为Smax；横坐标为12.7mm处须丛曲线的纵坐标，即该处的相对纤维量，记为F(12.7)；
第三步、采用多元统计回归方程：
SFCW(16)＝a-bF(12.7)/Smax-cS(12.7) (1)
计算得到16mm以下纤维所占的重量百分率，即短绒率SFCW(16)，其中，a、b、c为根据批量试验数据即经验确定的常数，a＝10～200、b＝500～3000、c＝1～5；
第四步、采用多元统计回归方程：
SFCW(12.7)＝a-bF(12.7)/Smax (2)
计算12.7mm以下纤维所占的重量百分率，即短绒率SFCW(12.7)。
本发明的技术原理如下：
1、须丛曲线上与短绒率相关的变量提取：
中国标准规定棉花的短绒以16mm为界限，即长度小于16mm的纤维被称作短绒。故在本发明中，提取变量同样也是以16mm为界限。根据制样方法可知，须丛曲线上横坐标即须丛长度L＞16mm的部分不再包含短绒信息，而16mm以下的短绒信息全部包含在横坐标为0～16mm范围的须丛曲线上。所以，如图2所示，分别选取如下物理量：
F(16)——横坐标16mm处须丛曲线的纵坐标或相对纤维量；
S(16)——0～16mm范围须从曲线下的积分；
A(16)——A(16)＝S(16)-16×F(16)，即0～16mm须丛曲线与坐标轴围成的曲边三角形面积。
同时，考虑现行长度测量系统HVI将12.7mm以下的纤维计作短绒，选取了如下三个变量：
F(12.7)——横坐标12.7mm处须丛曲线的纵坐标或相对纤维量；
S(12.7)——0～12.7mm范围须从曲线下的积分；
A(12.7)——A(12.7)＝S(12.7)-12.7×F(12.7)，即0～12.7mm须丛曲线与坐标轴围成的曲边三角形面积。
考虑到短绒率必与Lw(重量平均长度)有关，而Lw＝2Smax，且Smax可直接由须丛曲线计算得到，所以选取了如下变量：
Smax——须丛曲线下的总积分。
并将上述7变量进行与短绒率相关的组合，形成表1所示的6个组合变量，总计13个物理量与短绒率进行多元相关分析，短绒率SFCW(12.7)及SFCW(16)的物理含义见表1的最后2行。
表1组合变量及短绒率的物理含义表
2、试样及其基准短绒率测试：
为了分析出纤维短绒率与双须影像法的物理量间关系，我们选取了短绒率高低差异很大的23种纤维品种：1种等长化纤(零短绒率)、14种不同长度的棉花试样、8种短绒率相差很大的木棉试样，试样信息见表2。等长化纤的短绒率认为是0，棉花品种的短绒率以及重量平均长度均采用AFIS单纤维测试仪测得。由于现有仪器不能测量木棉纤维的长度指标，木棉纤维的短绒率按GB/T16257-2008《纺织纤维短纤维长度和长度分布的测定单纤维测量法》采用单根纤维长度人工测量法，标准要求每品种应测量500根，实际测量500～1000根。将用AFIS单纤维测试仪和单根纤维长度人工测量法的短绒率定为基准短绒率。
表2试样的基准短绒率等信息
3、须丛曲线信息与纤维短绒率的关系分析：
3.1、单相关分析：
考虑双须影像测试方法的须丛相对于试样整体也存在的随机波动，因此对于每一种纤维试样，分别做三个双端须丛，分别在每个须丛曲线上提取与短绒率相关的物理信息，即每种试样的基准短绒率实际对应三个须丛的物理信息，23种纤维共有69套物理信息，69套物理信息与纤维短绒率的单相关分析结果见表3。
表3须丛曲线物理信息与纤维基准短绒率的相关系数R
从表3可以看出，在独立变量中，A(16)(0～16mm须丛曲线与坐标轴围成的曲边三角形面积)和A(12.7)(0～12.7mm须丛曲线与坐标轴围成的曲边三角形面积)与纤维短绒率的相关系数相对比较低，其中A(16)只有0.310和0.412；其他物理量与短绒率的相关系数都比较高，S(12.7)(0～12.7mm范围须从曲线下的积分)与两个短绒率的相关系数最高，分别达到0.848和0.896。
单相关分析主要反映了单个因素对测试结果的影响，而须丛曲线的某些信息变量可能存在交互影响的情况，因此本发明根据实际情况，将二个变量组合成一个新的变量，包括S(16)/Smax，F(16)/Smax，A(16)/Smax，S(12.7)/Smax，F(12.7)/Smax，A(12.7)/Smax。在表3中，除了S(16)/Smax与纤维短绒率的相关系数相对比较低外，其他组合变量与纤维短绒率的相关系数相对都比较高，F(12.7)/Smax的相关系数最高，分别为0.896和0.939，高于独立变量S(12.7)与纤维短绒率的相关系数0.848和0.896。
3.2、多元回归分析：
通过单相关分析可知，须丛曲线上的部分物理信息与纤维短绒率高度相关。为了研究短绒率与须丛曲线的多个物理量间的多元相关特性，进而探求短绒率计算公式，我们以表3第1列的13个变量为自变量，以表2中现有成熟方法测量的基准短绒率为因变量，应用SPSS统计软件，进行逐步回归分析，获得12.7mm以下重量短绒率的最佳回归方程见前述公式(1)，复相关系数R2＝0.803；16mm以下重量短绒率的最佳回归方程见前述公式(2)，复相关系数R2＝0.889。
经回归方程的显著性表可知，在0.05水平下两组线性回归方程是高度显著的，可认为上述多元线性回归方程在95％的置信度下有意义。
图3和图4是本发明方法测得的短绒率与现有成熟方法测得的基准短绒率的一致情况。由于本发明方法操作简单、成本很低，因此每一试样用本发明方法测量3次。显然，本发明方法与现有成熟方法的一致性很高，并且本发明方法的结果稳定性很好。
以下结合具体实施例来进一步说明本发明。
实施例1
新疆产的细绒棉采用AFIS系统测得的12.7mm和16mm以下短绒率分别为5.3％和10.8％，基于双须影像法的单侧须丛曲线见图5(另一侧完全对称)，采用本发明方法测量计算的短绒率分别为4.8％和10.5％。
实施例2
梳棉回收的盖板棉用AFIS测得12.7mm和16mm以下的短绒率分别为21.8％和33.9％，基于双须影像法的单侧须丛曲线见图6，采用本发明方法测量计算的短绒率分别为20.8％和32.6％。
实施例3
海南岛产的一种木棉用单根纤维长度人工测量法测得的12.7mm和16mm以下短绒率分别为45％和54.5％，基于双须影像法的单侧须丛曲线见图7，采用本发明方法测量计算的短绒率分别为41％和56.5％。
Claims (3)
1.一种基于双须影像法的短绒率测量计算方法，步骤为：
第一步、基于双须影像法获取须丛曲线，其特征在于：
第二步、在须丛曲线上提取：0~12.7mm范围须从曲线的积分，记为 ；须丛曲线下的总积分，记为；横坐标为12.7mm处须丛曲线的纵坐标，即该处的相对纤维量，记为；
第三步、采用多元统计回归方程计算得到16mm以下纤维所占的重量百分率，即短绒率，其中，、、为根据批量试验数据即经验确定的常数。
2.如权利要求1所述的一种基于双须影像法的短绒率测量计算方法，其特征在于，在所述第三步后，还包括：
第四步、采用多元统计回归方程计算12.7mm以下纤维所占的重量百分率，即短绒率。
3.如权利要求2所述的一种基于双须影像法的短绒率测量计算方法，其特征在于：在所述第三步及所述第四步中，、、。
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