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棉结测试机理的探讨

发布时间: 2010-07-21 来源: 作者:
    一根以上的棉纤维纠缠在一起就形成了棉结,棉结存在于原棉、棉花半成品以及纱线和坯布中。它对纺织品质量和生产工艺有着十分重要的影响。纺纱工程中出现棉结,可降低纱线强度,增加断头率;织造过程中出现棉结,可增加白坯布上的斑点和染色织物上不均匀的染色点,导致不合格纱线和织品的产生。传统的人工黑板法测试棉结速度慢,重复性差,严重影响数据的可信度和测量结果。所以利用现代科学技术,采用合适的测量方法对原棉、棉花半成品及纱线中的棉结进行快速准确地测量就显得十分重要。

1  棉结产生的原因及分类
    1.1  棉结产生的原因
    棉结产生的原因多种多样。在棉花生产、棉花加工及纺纱过程的各个阶段都可能会产生棉结。棉花生产过程中由于棉花不成熟纤维纠结成团或动物粘液粘结会形成棉结;采摘(主要指机采棉)及轧花过程中,由于纤维受损、棉籽轧破等可以形成棉结;纺纱加工过程中由于纤维牵伸回弹纠缠在一起形成棉结。
    1.2  棉结的分类
    棉结按其性质类分,可分为籽屑型棉结,包括叶屑和轧破的棉籽,也称为杂质;纤维型棉结,即各种原因形成的不易解开的棉纤维团。

2  棉结测试机理及信号处理方法
    2.1  图像法
    纤维型棉结在灯箱黑背景呈现为“白星”。籽屑棉结在灯箱白背景下呈现为“黑点”。利用这一特征,用照像机替代人眼拍摄图像,再用图像处理的方法在背影纤维中识别出棉结,其工作机理为:棉条通过牵伸机构被牵伸成棉网,以一定速度垂直运动,棉网经过两路装有白色背景和黑色背景的CCD相机的拍摄,采集图像的灰度信号,该信号经过预处理电路放大和均衡调整后,再经模拟/数字转换电路转换为数字信号,在图像处理系统中经图像处理算法处理,并通过各种域值判断准则统计出棉结数量,测出棉结数既包含纤维型棉结及籽屑型棉 结。图像法测试棉结,可给出重量棉结数及棉条单位长度棉结数,其最大特点是测量结果与人眼目测法的测试结果有很好的相关性。
    陕西长岭纺织机电科技有限公司生产的YG091棉结和杂质测试仪,就是利用这种图像方法检测棉结的,它可测出直径100um以上的棉结,并可对纤维型棉结和籽屑型棉结进行分类,根据棉结尺寸大小,棉结可以分为三个等级。
    2.2  单纤维法
    USTER公司高级纤维信息系统AFIS(The Advanced Fiber information System)具有测试棉结功能,其测试机理为:棉花首先进入一个机械加气的纤维分离装置,将棉花分离成单纤维、杂质和微尘。纤维通道内有单纤维、纤维型棉结和部分带有纤维较少的籽屑型棉结。杂质通道内有杂质、微尘及部分带较大籽屑。经分离后单纤维、棉结经过负压装置匀速飞过光电学传感器,在单纤维、棉结飞过光学传感器时,由于本体姿态特征不一样,其产生电信号特征信号也不一样,电信号经过数字信号处理(DSP)分辨,鉴别出不同由单纤维、棉结等产生的电信号波形,并用一定算法计算出棉结数量和大小尺寸。
    AFIS系统测棉结主要依赖单纤维分离装置,将棉花分离成单纤维、棉结在通道中飞行。其测试速度0.5克试样测试需要3分钟时间。
    2.3  转杯纺分梳法
    在转杯纺中,棉条送至分梳辊(开松辊)上,分梳辊高速旋转,梳针将喂入的棉条进行开松,梳理、除杂后,形成均匀纤维流,在气流作用下,纤维流进入高速转杯形成纱线。而测棉结就利用这一开松方式,将薄雾状纤维流引入光学传感器,在光场均匀的传感器中,纤维流产生遮光和反射,使接收硅电池中光电流发生变化,变化大小与纤维流和棉结相关。计算机根据电信号变化,来识别棉结及其尺寸。为了精确识别棉结大小,在纤维流通道上设置了两个条状接收硅电池,根据时差识别纤维流速度,进而精确计算棉结大小。
    光学传感器为特制测棉结传感器,采用发散很小的激光作为光源,为了达到大容量测试,将检测区设计成一个狭长的缝隙,从而使激光扫描截面加大,加大了测试容量。
    采用转杯纺分梳原理的棉结测试仪有长岭纺电公司XJ129棉结短绒率测试仪;USTER公司Nep720棉结测试仪;MISDAN公司NATT棉结测试仪;PREMIER公司的aQura棉结短绒测试仪。其中NATT和Nep720采用一级分梳辊分梳纤维;XJ129采用二级分梳辊分梳纤维;aQura采用三级分梳辊分梳纤维。
    长岭XJ129棉结短绒率测试仪,可测出50um以上棉,可按用户设置的尺寸对棉结进行分级,5克试样测试时需要4分左右时间。

3  各种测试方法的比较
    三种测试方法各有特点,图像法采用工业视觉技术,与人眼目测法有很好相关性,对清梳棉工艺具有一定指导意义。但图像法测试的试样必须是条状的,要测试原棉必须增加制条过程。单纤维法能将纤维和棉结进行分离依次通过检测区,从机理上来说,特征信号明显,棉结识别可减少误判断。但测试速度慢,不适合大容量测试,转杯纺分流法,测试容量大,适合棉花检验和纺织企业配棉时检测。转杯纺分梳法试样品量大,使棉结变异系数也明显降低,测试结果重复性较好,但如果分梳级数过多,对纤维有一定的损伤。

4  小结
    三种测棉结方法,分别采用不同技术手段来识别棉结,对评判棉花、棉花半成品质量及其对纺织过程中各个工序的工艺参数和设备参数调整具有一定的指导意义。
 
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