棉結(jié)是棉纖維糾纏而成的纖維結(jié)。原棉和棉條的棉結(jié)含量，對紡織品的質(zhì)量和生產(chǎn)工藝有著十分重要的影響,而關(guān)于原棉和棉條中棉結(jié)的國產(chǎn)檢測儀器設(shè)備，一直是個空白。采用人工方法檢測原棉和棉條的棉結(jié)速度慢、誤差大，嚴重影響數(shù)據(jù)的可信度。因此，對原棉和棉條的棉結(jié)進行快速準確的測量是各棉花生產(chǎn)、收購、貿(mào)易、加工部門的迫切要求。
陜西長嶺紡織機電科技有限公司研發(fā)的XJ129棉結(jié)和短絨測試儀中的棉結(jié)分機可以快速準確地檢測棉結(jié)，對不易掌握的棉結(jié)做出細致的分析，實現(xiàn)原棉及半成品量化控制，從而優(yōu)化工藝，提高成紗質(zhì)量的穩(wěn)定性，提高制成品率，增加企業(yè)效益。
1 傳統(tǒng)測試棉結(jié)方法
1.1 目測原棉纖維棉結(jié)
原棉到棉卷棉結(jié)的傳統(tǒng)測試方法均采用GB/T 6103-2006原棉疵點試驗方法目測計數(shù)。檢測時，先在試樣中粗揀去各種棉束、索絲、僵棉、黃根、不孕籽、軟籽表皮和破籽等，然后仔細揀出試樣中的緊棉結(jié)和雜質(zhì)（破籽、帶纖維籽屑等），分別計粒數(shù)。同時要注意保持疵點原形，防止拉松和扯碎。所測的棉結(jié)僅為試樣中可視的粒狀纖維結(jié)，直徑大，數(shù)量小，不包括其它疵點和雜質(zhì)。
1.2 燈光檢驗法測棉條棉結(jié)
棉條（生條、熟條、條卷、精梳條和粗紗條）棉結(jié)的傳統(tǒng)測試方法均采用燈光檢驗法。在纖維檢驗室，人工將被檢測試樣在垂直方向引直，兩手將棉條從左右撕開使其成棉網(wǎng)狀，放在棉網(wǎng)檢驗器的黑色玻璃上，利用上方射來的光線，看到黑色玻璃板上不能被手工松散的"白點"就計為棉結(jié)。要盡量用手把大棉結(jié)松散到細小棉結(jié)為止，所測棉結(jié)包含了可視的粒狀纖 維結(jié)和能產(chǎn)生“白點”的其它疵點，直徑較小，數(shù)量較大。帶纖維破籽及籽屑等產(chǎn)生“黑點”的疵點被計為雜質(zhì)。
1.3 目測法的不足
目測法雖然具有操作簡便、投資少等優(yōu)點，但也存在著一些不足。目測的棉結(jié)是由許多根纖維扭結(jié)在一起才能被目力辨認的纖維團，取決于光線照度、測試人員的眼力和操作經(jīng)驗。單個棉結(jié)之間的大小差異較大，由于人眼分辨率的限制，許多客觀存在的細小棉結(jié)不能被目測計數(shù)，檢測的結(jié)果因人而異，不能完全反映棉結(jié)的真實情況。目測法檢測數(shù)據(jù)的準確性、穩(wěn)定性和一致性欠佳。測試速度慢，測試周期長。
2 XJ129棉結(jié)快速測試檢測裝置
本文提供的快速測試裝置如圖1所示。
在測試時，棉條（原棉）被按照一定操作方法送至分梳輥（開松輥）上。分梳輥高速旋轉(zhuǎn)，梳針將喂入的棉花進行開松，梳理、除雜后，形成近似均勻單纖維流。在負壓的作用下，纖維流進入高速轉(zhuǎn)杯形成棉帶。測試棉結(jié)就是利用這一開松方式，將薄霧狀纖維流引入光學傳感器。檢測器部分的光源為激光器，接受器件為硅光電池。纖維流產(chǎn)生遮光和反射，不能梳開的棉結(jié)會產(chǎn)生比較大的遮光，單根的纖維會產(chǎn)生較小的遮光，變化大小和纖維流及棉結(jié)大小有關(guān)。棉結(jié)信號處理器利用DSP，通過一定的算法，對遮光的幅度和時間進行分析可獲得棉結(jié)的數(shù)量和尺寸信息，最后經(jīng)由計算機進一步處理，得出棉結(jié)的一系列數(shù)據(jù)。
3 關(guān)鍵技術(shù)
3.1 轉(zhuǎn)杯分梳法
棉樣開梳效果的好壞以及棉樣能否很好分離是成功的關(guān)鍵，其中關(guān)鍵的技術(shù)之一就是棉樣的開松與分離技術(shù)，既要充分開松、梳理、分離，形成單纖維狀形態(tài)，又不能損傷纖維。XJ129棉結(jié)和短纖維測試儀在設(shè)計時，采用最佳的機械分離方式和電機參數(shù)；考慮到開梳時既要開梳充分、清除雜質(zhì)和疵點，又不能過多損傷纖維或增加棉樣的短絨含量；同時棉樣梳理時要使棉樣達到均勻的順向單纖維狀態(tài),不會過多地改變棉結(jié)分布情況。針對上面這些問題，XJ129棉結(jié)和短纖維測試儀采用了兩級刺輥順向運動分離，減少了纖維損傷；通過實驗不斷改進運動速度、牽伸比等參數(shù)，很好地解決了這一問題。經(jīng)過對比，纖維的損傷情況很小。
3.2 棉結(jié)信號的提取
棉結(jié)信號如圖2所示。
棉結(jié)傳感器檢測出來的信號要盡可能真實地反映棉結(jié)的形狀信息。但是對于光電信號普遍存在著漂移大、動態(tài)范圍大的問題；同時由細小的約50um的棉結(jié)所產(chǎn)生的光電信號又特別小，信號的放大處理及整機的抗干擾設(shè)計就顯得尤為重要。為此在設(shè)計過程中采用了以下措施，保證了有用的信號被完整放大和處理：在光源的驅(qū)動上采用獨立的隔離穩(wěn)壓電源，保證其有較高的穩(wěn)定性同時不易受到干擾；
整機的直流電源采用線性電源，減少電源污染；在光電流信號處理上，采用兩路信號對比的方法，減少溫漂和時漂的影響；
采用對數(shù)放大器對信號進行壓縮，減少其動態(tài)范圍，使小信號時信號清晰，大信號時信號也不會飽和失真。
3.3 高安全性和可靠性設(shè)計
由于設(shè)備中電機和氣閥較多，動作復(fù)雜，所以安全性和可靠性就顯得十分重要。為此XJ129棉結(jié)和短纖維測試儀增加了氣路互鎖機構(gòu)，保證了即使電路或軟件出現(xiàn)異常，氣路也不會誤動作的情況，防止了器件損壞，提高了設(shè)備的安全性和可靠性。
3.4 抗干擾問題的解決
用戶試驗初期，棉結(jié)信號夾雜大量的干擾脈沖，導致棉結(jié)計數(shù)異常，經(jīng)過反復(fù)分析，最終確定為變頻器導致的干擾。因變頻器功率大、頻譜寬、功率線長、干擾信號極難去除。通過隔離、屏蔽、改進接地并對變頻器做了一個獨立的屏蔽箱，在保證散熱的情況下得到最好的隔離效果，最終將變頻器的傳導和輻射干擾降低到了最低,成功的解決了這個問題。
4 用戶測試
儀器設(shè)計完成后,我們在用戶五環(huán)（集團）股份有限公司處做了大量測試實驗。
4.1 試驗內(nèi)容
4.1.1 性能測試：對XJ129測試儀的性能指標進行測試考核,主要考核XJ129測試儀測試指標的重復(fù)性和穩(wěn)定性,包括以下內(nèi)容：
4.1.1.1 棉結(jié)指標的重復(fù)性
4.1.1.2 棉結(jié)指標的穩(wěn)定性
4.1.2 數(shù)據(jù)對比：XJ129測試指標和手工測試結(jié)果相符性(相關(guān)性)和一致性對比，由于手工測試指標比機器測試指標少,主要進行以下指標對比:
4.1.2.1 棉結(jié)總數(shù)(Total Neps)和人工棉雜總數(shù)的相關(guān)性
4.1.3 可靠性測試：主要考察電氣、機械運動部件以及軟件的可靠性。
4.2 實驗方法
4.2.1 重復(fù)性穩(wěn)定性試驗:
針對棉結(jié)指標特點以及五環(huán)（集團）股份有限公司實際情況，在重復(fù)性和穩(wěn)定性測試時選擇具有代表性的、不同品質(zhì)和不同種類的業(yè)務(wù)棉樣、業(yè)務(wù)棉條（普梳和精梳）進行測試;每個棉樣每天做10次,連續(xù)做5天;重復(fù)性對比四個試樣每天10次的CV%值(棉結(jié)指標)；穩(wěn)定性對比四個試樣5天10次測試結(jié)果均值的CV%值(棉結(jié)指標)。
4.2.2 相關(guān)性測試
先在XJ129測試儀上對棉樣進行測試，然后把該棉樣交工廠實驗室用常規(guī)方法測量，XJ129測試儀每個棉樣測3次，取平均值；手工測試由于測試時間較長，所以每個棉樣做一次。
4.2.3 可靠性測試
連續(xù)200小時以上不關(guān)機，每天和生產(chǎn)同步測量棉樣，連續(xù)工作2個月，觀察電氣、機械、軟件工作的可靠性。
4.2.4 XJ129每個測試完成后打印數(shù)據(jù)并簽名；手工測試完畢后出質(zhì)量報表，并簽名，所有原始數(shù)據(jù)均保留。
5 結(jié)果分析
5.1 主要測試指標重復(fù)性好、數(shù)據(jù)穩(wěn)定
5.2 相關(guān)性測試結(jié)果如下:
對在線的6個品種棉條試樣進行測試對比，其中儀器測試對每個樣品測試3次，最終數(shù)據(jù)選用各自測試結(jié)果的平均值；人工測試對每個樣品測1次，測試結(jié)果見表1，從圖3可以看出，棉條棉結(jié)的儀器測試結(jié)果和人工測試數(shù)據(jù)，趨勢相關(guān)性良好。
5.3 200小時內(nèi),電氣、機械、軟件工作的可靠性性好，未出現(xiàn)故障。
6 結(jié)束語
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