长岭纺电研究所 肖中高
1棉纤维检测仪器概述
棉花是关系国计民生的重要战略物资，棉纤维的性能指标主要包括长度、短绒、强度、细度、成熟度、马克隆、色泽、水分、杂质、棉结等，在棉花的科研育种、收购加工、交易流通、纺织企业使用等各个环节，都需要对其有关性能指标进行检测。从国内外的棉纤维检测仪器来看，测量单项指标的仪器众多，如测量长度的光电仪和罗拉分析仪、测量强度的单纤维仪、测量细度的显微分析仪、测量成熟度的偏光仪、测量马克隆的气流仪、测量水分的电阻仪、测量杂质的重量分析仪等；测量多指标的仪器主要有同时测量长度、强度、马克隆、色泽、杂质、回潮的大容量测试仪，同时测量棉结、短绒的测试仪，同时测量细度、成熟度、马克隆的测试仪等。
同时测量多指标的棉纤维检测仪器与单指标检测仪器相比，各指标的测量方法不同；多指标同时测量应用了新的检测方法、现代先进的控制技术、计算机大数据统计分析方法等，测试速度快、测试指标多、数据量大、操作简单、适用于棉花各环节的大批量检测、特别适用于国家棉花的公证检验以及大中型纺织企业等部门。大容量棉纤维性能测试仪已经对国家棉花质量检验体制改革、进行棉花逐包的公证检验、棉花流通各环节的检验等起到了重要的作用，对纺织企业更好的使用好棉花具有很大的价值，也对我国纺织工业的技术进步具有重要意义。随着科学技术的进步、检测技术不断发展，棉纤维的检测仪器也在发展进步、不断地适应棉花检验各环节的新要求。
2棉纤维检测仪器的现状
2.1国内棉纤维检测仪器
国内的多指标棉纤维检测仪器以长岭纺电公司为代表，达到国际先进水平，不断的进行创新、引领棉检仪器的技术发展，在国内的纤检系统、流通交易、纺织企业等部门不断的推广应用。已形成了能够同时测量多指标的XJ128系列快速棉纤维性能测试仪，XJ129系列棉结和短绒测试仪，FM棉纤维成熟度细度测试仪等系列棉纤维检测仪器。XJ128测试仪器能够同时测试棉纤维的长度、强度、马克隆、色泽、回潮、杂质性能指标；XJ129测试仪器能够同时测试棉纤维的棉结、短纤维性能指标；FM10测试仪器能够同时测试棉纤维的成熟度、细度性能指标。国内的多指标测试仪器具有测试速度快、取样量大、数据的代表性强等特点，可用于棉花检验、纺织企业、科研院所、棉花育种、棉花收购、棉花加工厂等不同单位，满足不同用户的需求。
1.1 XJ128系列快速棉纤维性能测试仪
自动取样型的XJ128快速棉纤维性能测试仪，是集光、机、电、气、计算机及网络技术等为一体的高难度产品，系统复杂、自动化程度高、测试结果准确。2010年7月通过了国家质量监督检验检验总局组织的科技成果鉴定，2013年列入国家棉花公检采购计划、批量装备棉花公检检验实验室，逐步应用到的棉纺织企业、科研院所等单位。国产大容量棉纤维检测仪器XJ128的技术水平达到了国际先进水平，促进我国棉纤维检验技术的进步，提高我国棉花检验的技术水平、使纤检系统客观公正快速的检验棉纤维的性能指标、促进我国纺织工业的技术进步。XJ128快速棉纤维性能测试仪系统复杂、自动化程度高，能够快速地检测棉纤维的长度、强度、马克隆、色泽和杂质性能指标，长度测试采用照影仪法，强度测试采用等速拉伸法，马克隆测试采用一次压缩气流法，色泽测试采用光学反射法，杂质测试采用光学图像法。长度和强度测试的试样使用同一个样品，自动取样器进行取样、梳理器去除浮游纤维、测长机构前后移动、光电系统检测得到照影曲线和长度性能指标，拉伸机构夹持、拉伸、传感器检测得到强伸度曲线和强度性能指标。马克隆测试根据气桥平衡的原理、压差传感器检测、根据质量的不同修正，完成马克隆值的测试。色泽测试使用45/0度的方式、分析光谱成分得到色泽性能指标。杂质测试用CCD成像、图像处理分析方法得到杂质性能指标。XJ128A测试仪色泽模块设计成双颜色头测量，同时测量两个棉样的四个面，减少了色泽测量的误差、提高了测量的稳定性。XJ128D测试仪的回潮测量采用电测器法，具有快速、稳定的回潮自动测量机构，实现了恒定加压和自动测量；长强数据与回潮关联，保证了测试的正确性和一致性。
1.2 XJ129系列棉结和短绒率测试仪
XJ129 棉结和短绒测试仪可以取代目前手工目测棉结测试法和罗拉分析短绒测试法，对纺织企业合理配棉、监测和调整生产工艺有重要的指导作用；对原料及半成品的测试，使纺织厂的技术人员能够及时掌握原料及半成品的质量情况，为原料采购、配棉和产品质量控制呢能够起到重要作用。XJ129测试的短绒与手扯测定的短绒基本一致，数据稳定，检测速度快，使用标准的棉样对仪器进行校准，保证了测试数据的准确性和一致性，可为企业的精细化管理提供有利的帮助。XJ129棉结和短绒测试仪的技术水平达到了国际同类产品的技术水平；能够应用到纤检系统、纺织企业等部门，快速的测试棉纤维的棉结和短绒率指标，为国家棉花标准的修订奠定坚实的基础，为国家棉花的客观、科学、公证检验提供有力的支持，为纺织企业了解原棉性能、合理配棉、改进生产工艺流程、提高纱线质量、增加企业效益具有很大的价值。XJ129棉结和短绒测试仪的棉结测量采用光电法，通过梳棉开松机构后形成的单纤维流，通过光电传感器进行检测，得到棉结数；短绒测量采用光电检测的方法，测试棉带或棉条，自动取样成一端整齐的纤维束，经过梳理后由光电传感器进行检测，得到短绒率指标。CN200测试仪采用一体化设计、结构紧凑，光电法测试棉结速度快，同时测量得到籽屑棉结、纤维棉结、以及棉结的平均尺寸，对于纺织企业的生产过程、控制棉结、设备工艺改进具有现实的指导意义。XJ129L快速短绒测试仪，设计成双针床机构、同时一端整齐两个棉样，大大提高了仪器化测试短绒的速度和数据的稳定性；采用专利技术的无损、快速的电动制条器，把松散的原棉制成棉带，适合仪器快速测量短绒率；仪器测量短绒率的结果，与手动罗拉法的测试结果一致，使短绒测试的数据具有朔源性。
1.3 FM棉纤维成熟度细度测试仪
马克隆值反映的是棉纤维成熟度和细度的综合效果，采用一次压缩气流法，无法真正同时测量出纺织企业最关心的成熟度和细度指标。FM10棉纤维成熟度和细度测试仪采用两压缩气流法，能够同时测试棉纤维的马克隆、细度、和成熟度性能。棉纤维放入测试筒，仪器进行两次压缩、形成两种状态、分别控制气体流量、得到两个压降数值，由此算出成熟度和细度指标。FM10测试结果能够很好的与传统的棉纤维显微细度、偏光成熟度、气流马克隆测试保持一致，极大地提高了测试速度、减少了人为影响、满足了用户的需要。
2.2国外棉纤维检测仪器
国外的多指标棉纤维检测仪器以USTER公司和PREMIER公司为代表，引领着技术发展的方向。USTER公司HVI1000大容量棉花测试仪，用于进行棉花分级,满足纤检机构的应用；该仪器能够快速测量棉纤维的长度、强度、细度、色泽和杂质等，给出相应的指标，是国际上棉花交易过程中的标准分级系统，适用于进行大批量测试，测试速度快，能够满足用户的要求。USTER公司的AFIS单纤维测试仪，用于纤维的过程测量控制，可以进行棉包、棉层、棉条或粗砂的测试。能够在2.5分钟内测试多达11种不同的纤维特性，包括长度、细度、成熟度、棉结、灰尘和杂质等，给出相应的指标。该仪器采用专用分梳机构的单纤维测量方法，原理上更加符合传统的手工测量，其测量结果已经得到诸多纺织厂用户的认可，用来指导纺织企业的生产过程。PREMIER公司的全自动棉纤维测试仪ART2, 是用于测试棉花所有重要特性指标的全自动大容量棉花测试仪器，能够测量棉纤维的长度和整齐度、断裂强度和伸长、马克隆、色泽和杂质、回潮；长度/强度测量采用“平面取样技术”，取样整齐一致；马克隆测量采用“自动试样称重和自动精确校准”技术，准备快速；重量杂质测量采用“自动对杂质进行收集和称重”，快速准确便捷；回潮自动测量，并且对强度进行修正。PREMIER公司的 aQura2棉结和短纤维测试仪，用于纺织厂进行棉结和长度、短纤维的测试，适用于测量原棉、中间阶段的开松原棉和棉条。
3棉纤维检测仪器的发展探讨
随着社会的进步、科技的发展，棉纤维检测技术也在不断进步、促进着棉纤维检测仪的发展，朝着自动化、智能化、网络化的方向发展，不断的满足用户的使用要求。棉纤维检测的常规单项测试仪器，由于速度慢、人为影响大、测试指标单一，逐步会由同时测量多项指标的快速大容量检测仪器代替。我国棉纤维检测仪器的发展、会极大的促进我国的棉花标准的修订、不断地满足了棉花收购交易使用的各个环节的需求。随着《棉纤维棉结和短纤维率 测试方法 光电法》国家标准的推行，光电法测量束纤维棉结和短绒的仪器将会逐步代替传统的手工测量棉花棉结和短纤维；随着《棉花 细绒棉》国家标准的不断修订实施，同时测量多项指标的快速大容量棉纤维检测仪器，不断广泛的应用到棉花检验的各个环节，促进国家棉花标准的修订、提高棉花检验的速度和数据精确性，促进我国纺织工业的技术进步，使纺织企业更合理的使用棉花原料、提高企业的效益。
从国际上的棉纤维检测仪器的技术发展来看，该类仪器在测试棉纤维性能的全面化、仪器的自动化控制技术、各种检测技术以及应用场合的具体实际等方面，都不断地研究应用新的技术、更加全面的测试棉纤维的各种性能；国内的棉纤维检测仪器需要不断应用新的技术、创新的发展，才能具有更强的竞争优势。在今后一段时期内，国产棉纤维检测仪器的技术研究，应在以下几个方面重点发展。
3.1马克隆模块的自动化
快速大容量棉纤维检测仪器的马克隆模块，采用的是手动称重、自动测量、质量范围较窄、棉样不回收。随着中国纤维检验局对产品要求的提高，能更好地满足市场需求，需要进行马克隆模块的自动化技术研究，完成马克隆模块的自动称重、自动测量、回收或丢弃测试结束后棉花、拓宽马克隆称重的质量范围等。该技术主要是进行马克隆模块的自动控制系统、机械结构装置、软件校准方法、数据处理模型的研究。该技术研究成功、应用到产品后，能更好地满足纤检系统的棉样数量特别多、避免操作员可能会出错引起马克隆模块的数据异常的情况；大大提高马克隆测试数据的正确性。
3.2棉纤维杂质测量的称重法
目前国内外的大容量棉纤维测试仪的杂质测试，采用的方法都是光学图像法得出棉纤维杂质的粒数和面积。光学图像法测量棉纤维杂质，用于棉检系统对原棉的分级起到一定的作用和意义；但对于棉花的收购、交易以及流通领域的各个环节的作用不大。采用棉花国家标准GB1103.1-2012规定的棉纤维杂质检测的称重法测量棉纤维的含杂率，对于棉花流通的各个领域具有很大的作用。因此我公司需要进行称重法测量棉纤维杂质的研究，以满足棉花检验、交易、流通领域各环节以及纺织企业的需求。称重法测量棉纤维杂质的原理，是根据机械空气动力学原理，经刺辊锯齿分梳松散后的纤维及粘附杂质，在机械和气流的作用下，由于形状不同、质量不同、作用其上的力也不同，使纤维和杂质分离，用两个比值计算出棉纤维的含杂率。
3.3棉纤维性能测量的单纤维法
国外的AFIS棉纤维检测仪器，通过纤维分离器将棉纤维分开成单纤维、通过专用的传感器检测，对单纤维、单棉结和单杂质颗粒进行计数。AFIS是单纤维测量仪器, 用于从轧花到纱线的生产，它给出棉结、长度、短绒、杂质等指标；通过AFIS可以分析整个纺纱工艺流程，开松、除杂、梳棉、并条和粗纱，控制纺纱工艺，进而控制纱线和面料质量，同时节约生产成本；根据所购买的原料优化其工艺流程，更适合纺织企业使用。我公司开发研制的XJ129 棉结和短绒测试仪采用光电法，棉纤维通过梳棉及开松机构后，在负压的作用下通过棉结检测的光电传感器进行检测，分析处理得到被测试样棉结数量；短绒率测量时使用棉带或棉条，取样器自动取样，得到一端整齐的纤维束，经过梳理、检测、形成短绒率信号，分析处理得到短绒率指标。从XJ129测试仪的测试原理、测试结果，以及用户的实际使用来看，还不能完全达到用户进行整个纺纱工艺流程的棉结和短绒测试、优化其工艺流程的要求；而进口的USTER AFIS是单纤维测量仪器，已经被大多数纺织企业接受和认可，准确的测量生产过程中棉纤维的棉结、短绒，进而进行纺纱工艺过程的控制，达到优化工艺流程、节约成本的目的。从棉纤维检测的技术、以及市场需求的情况来看，我公司应该进行单纤维测量技术的研究，主要由两个关键技术问题需要解决。一是要进行纤维分离器的研究，使其把被测试样完全分离成单纤维；二是进行单纤维的棉结、杂质、短绒检测技术的研究，使其能够准确的对单纤维的棉结和单杂质颗粒进行计数，正确的测试棉纤维的短绒率。关键技术问题解决后，推出我公司的单纤维测试仪器，达到进口机器的测试水平，控制纺织企业的生产工艺过程，为纺织企业减少废料、降低设备维护保养、保证质量、节约成本、提高效率，带来很好的效益。同样也会为我公司创造更大的经济和社会效益。
3.4细度和成熟度测量的三次压缩气流法
我公司研制的FM10棉纤维细度成熟度测试仪，采用二次压缩气流法，测试棉花的马克隆值、细度、成熟度指标，但随着最近二十年棉花基因培育技术的进展及棉花种植的需求，棉花品种较之前大量增加，二次压缩气流法测试棉花品种的适应性大大降低。为解决二次压缩法所存在的这些问题，我们需要在西安工程大学进行的“三次压缩法测试棉花细度成熟度”理论研究基础上，与其合作进行三次压缩气流法测试棉花细度和成熟度研究，实现棉花马克隆值、细度、成熟度的测试，提高测试棉花品种的适应性。
3.5棉纤维颜色的多指标测量
棉纤维的颜色不仅影响产品的外观感觉，而且与棉纤维的许多特性有关。棉纤维的颜色检验有两种方法：一是感官检验法；二是仪器检验法。感官检验受主观因素如视觉因素、心理因素等的影响很大；在视觉中同一色彩实体，往往产生多种色彩感觉；人们所处的环境、当时的心态影响人们心里活动的功能，在人们心情低沉、天气阴冷时，对颜色反应迟钝，变色能力下降，当阳光明媚、心情舒畅时，对颜色反映敏感，色彩感觉细腻。仪器检验测试以校准色板为溯源依据，测试棉花的反射率、黄度，根据颜色分级图定出颜色级；感官检验以实物标准为依据比对反射率和黄度，综合确定颜色级；仪器检验相对较稳定、客观，有统一标准的颜色校准板允许误差范围。大容量棉纤维性能测试仪器的颜色测量，采用光学反射的方法、45/0度的方式，在法线上测量、分析光谱成分，得到棉纤维的颜色反射率和黄色深度，并依据国家标准的色征图输出棉纤维的颜色级。棉纤维的颜色测量值，代表了棉纤维色泽、含杂数量色泽种类、表面粗糙度或光滑度的平均值。感官检验可以过滤掉一些因素的干扰，这也是针对经验丰富、技术水平高的检验员来说；而现在的棉纤维颜色测试仪器的测试系统是固定不变的，任何影响因素的微小变化都会影响其测试值。
棉纤维的颜色测量技术需要创新，使用新的技术、进行多指标测量、综合判断棉纤维的颜色性能，以达到过滤诸多干扰因素、检验稳定、可靠、客观的、快速的大容量棉纤维颜色测量仪器的实际需要。目前的想法是，采用国际照明委员会推荐的RGB色度系统、使用多个三原色传感器、使用与棉纤维颜色性能匹配的色温光源以及光电检测设计的光学结构等，形成新的棉纤维的颜色测量系统，根据颜色标准、分析多个色度传感器的光谱成分，得出棉纤维颜色性能的多个指标。通过对大量的棉纤维颜色的感观数据、现有的两指标的仪器测量数据、多指标的仪器测量数据的分析，摸索出棉纤维颜色的多指标测量仪器的数据处理模型，得出棉纤维颜色测量新的指标。消除感官检验和现有仪器检验的不合理因素，，进一步提升我国棉纤维检验的技术水平和行业的技术进步。
3.6棉花加工生产线的智能在线检测
目前棉纤维检测仪器大部分应用在棉花加工打成包后，专门取样进行公证检验测试；在纺织厂进行原棉的来料测试，以确定其性能指标，进行计算机配棉、在达到产品技术质量的情况下合理利用原材料、降低原料成本；在棉纺织企业的生产过程中，监控棉纤维的性能指标变化、以便及时优化工艺流程、调整生产设备参数、更好的保证产品质量。随着棉花质量检测控制的前移，在棉花加工生产线需要实时对籽棉、皮棉的回潮、色泽、杂质进行在线测量。在棉花加工的生产线，在籽棉的喂入通道进行回潮和杂质测量，根据测量数据可以优化籽清机、籽棉除杂机、等设备的工艺参数；在皮棉的集棉通道进行回潮、颜色和杂质测量，根据测量数据可以优化轧花机、皮清机等设备的工艺参数；以及对整个棉花加工生产线进行流程优化，提高棉花加工的质量和效率。我公司研制成功的YZ-1智能在线检测仪器，是集光、机、电、计算机网络等技术为一体，系统复杂、自动化程度高，能够在棉花加工的籽棉喂入通道，进行籽棉的回潮、杂质性能测试，给出回潮率、杂质面积、杂质粒数指标，并上传中央控制台；能够在皮棉集棉通道，进行皮棉的回潮、杂质和颜色性能测量，给出回潮率、杂质面积、杂质粒数、颜色反射率、颜色黄度指标，并上传中央控制台；能够进行数据存储、颜色分级图和杂质图像显示，并联网上传数据到中央控制台的智能管控中心等；通过网络化的大数据统计分析，智能化的设计优化棉花加工生产线的工艺流程，自动化的调整设备的工艺参数，提高轧花机的加工质量。YZ-1智能在线检测仪器，会更多地装备我国轧花厂的棉花加工生产线，有力地推动我国棉花加工的水平，提高棉花加工质量和效益，也为我国的棉花加工的技术进步产生深远的社会效益。
4.结束语
随着我国棉花检验体制改革的深入，棉花公证检验实验室、纺织企业、科研院所、棉花收购等棉花流通和使用单位，对棉纤维检测仪器的需求会越来越多。我公司在纺织电子产品研发领域，具有很强的技术实力，多年来坚持技术创新，实现了企业的技术升级。我们要根据市场需求、不断地研究棉纤维检测的新技术、发展自动化、智能花、网络化的棉纤维检测仪器，满足棉花交易、检验等部门，对棉花的各种性能进行快速、客观、准确的检验；促进我国棉纤维检验技术的进步，提高我国棉花检验的技术水平，促进我国纺织工业的技术进步。