纖維鑑別方法及混紡織物中纖維成分含量的測量方法

2023-10-05 14:17:59 1

專利名稱：：纖維鑑別方法及混紡織物中纖維成分含量的測量方法
技術領域：
：本發明涉及一種纖維鑑別方法，本發明還涉及一種混紡織物中纖維成
背景技術：
：隨著紡織品工業的迅速發展和市場對紡織產品質量要求的提高，高效快速無損檢測紡織品成為迫切的技術需求，其中紡織品纖維的成分和含量檢測是基本的紡織品質量檢測項目。因而，高效快速纖維檢測技術是當前紡織纖維檢測領域的技術發展趨勢。在紡織品纖維檢測領域，對於纖維的成分的鑑別及含量的測量有多種方法和途徑，傳統的國家標準中的方法包括燃燒試驗法、溶解性試驗法、著色識別法、顯微鏡觀察法等。實際檢測應用中，以上各檢測方法都需要對紡織樣品進行取樣並轉移到相應場所(如實驗室等)由專門人員進行檢測。因此，這些檢測方法有如下不足之處取樣離體檢測的方式會對被測纖維製品造成一定程度破壞；檢測過程中的判斷很大程度上依賴於檢測人員主觀的經驗和認知程度，缺乏客觀的數量化鑑別指標，不便於脫離實驗室被廣泛應用；檢測效率不高，故只能隨機抽檢，無法實現大規模檢測。近年來，出現了利用纖維樣品的紅外特徵譜線進行識別以及利用成像圖像模式識別提取纖維形態性狀參數進行統計識別等新的檢測鑑別方法。紅外檢測法和成像圖像模式識別法能在一定程度上實現對纖維特徵的數量化提取和判斷，但檢測過程一般也需要對樣品進行切片製作等前期準備步驟，因而仍然難以走出實驗室，滿足高通量檢測的應用需求。綜上所述，目前的紡織纖維檢測技術還不能滿足高效快速檢測的技術要求。
發明內容本發明所要解決的技術問題就是為了克服以上的不足，提出了一種無損快速高通量纖維鑑別方法和混紡織物中纖維成分含量的測量方法。本發明的技術問題通過以下的技術方案予以解決一種纖維鑑別方法，包括如下步驟第一步利用旋轉線偏振檢測法對各種纖維標準樣品進行成像並數據處理以提取各種纖維標準樣品的性狀參數"，做出各種纖維標準樣品的性狀參數"標準特徵曲線，將各種標準特徵曲線存入標準庫-，第二步利用旋轉線偏振檢測法對待測纖維樣品進行成像並數據處理提取待測纖維的性狀參數，做出待測纖維的性狀參數的待比較特徵曲線；第三步將待比較特徵曲線與標準庫內的各種標準特徵曲線進行對比，判斷所述待比較特徵曲線與某條標準特徵曲線是否為同種曲線，如是則鑑定該待測纖維樣品為所述某條標準特徵曲線相對應的纖維種類。所述第三歩中判斷所述待比較特徵曲線與某條標準特徵曲線是否為同種曲線的方法為獲取待比較特徵曲線與某條標準特徵曲線的相關係數，並判斷相關係數是否大於等於第一預設值，如是則為同種曲線。所述第三步中相關係數通過如下方式得出^S(M,-W)(A-^)，其中Wi為被測樣品直方統計值，A2i為標準樣品直方統計值，^為被測樣品的直方統計平均值，^為標準樣品的直方統計平均值，r為相關係數。所述第三步中判斷所述待比較特徵曲線與某條標準特徵曲線是否為同種曲線的方法為判斷待比較特徵曲線與某條標準特徵曲線的峰的個數和相應的峰值位置、半高寬的差別是否在第一預設精度範圍內，如是則為同種曲線。所述第一步和第二步中的性狀參數通過如下方法得到對纖維樣品進行成像、數據處理後得到背向散射光的偏振差LD屍((9,,《)=^cos(4《i)+Bcos(26>,-%(《》+Ccos(2《—％)，其中LDP為背向散射光的偏振差，《為入射偏振角，《為出射檢偏角；性狀參數《=一種混紡織物中纖維成分含量的測量方法，包括如下步驟第一步利用旋轉線偏振檢測法對各種纖維標準樣品進行成像並數據處理以提取各種纖維標準樣品的性狀參數"，做出各種纖維標準樣品的性狀參數a標準特徵曲線，將各種標準特徵曲線存入標準庫；第二步利用旋轉線偏振檢測法對待測混紡織物進行成像並數據處理提取待測混紡織物的性狀參數，做出混紡織物的性狀參數的待分析特徵曲線；第三步選取標準庫內的至少兩條纖維標準樣品的標準特徵曲線，通過改變權重進行疊加獲得混紡模擬特徵曲線；判斷所述待比較特徵曲線與某條混紡模擬特徵曲線是否為同種曲線，如是則取所述某條混紡模擬特徵曲線所對應的纖維組分和權重為待測混紡織物的纖維組分和成分含量值。所述第三步中判斷所述待比較特徵曲線與某條混紡模擬特徵曲線是否為同種曲線的方法為獲取待比較特徵曲線與某條混紡模擬特徵曲線的相關係數，並判斷相關係數是否大於等於第二預設值，如是則為同種曲線。所述第三步中相關係數通過如下方式得出W)(A2'-A2)，其中Wi為被測樣品直方統計值，/Z2i為標準樣品直方統計值，^為被測樣品的直方統計平均值，巧為標準樣品的直方統計平均值，r為相關係數。所述第三步中判斷所述待比較特徵曲線與某條混紡模擬特徵曲線是否為同種曲線的方法為判斷待比較特徵曲線與某條混紡模擬特徵曲線的峰的個數和相應的峰值位置、半高寬的差別是否在第二預設精度範圍內，如是則為同種曲線。所述第一步和第二步中的性狀參數通過如下方法得到對纖維樣品進行成像、數據處理後得到背向散射光的偏振差丄D屍(《,《)=cos(4圮—仍)+Bcos(2《—％(《》+Ccos(2《—％)，其中LDP為背向散射光的偏振差，S為入射偏振角，《為出射檢偏角；性狀參數"=爿/5。本發明與現有技術對比的有益效果是本發明可以快速地進行纖維鑑別和混紡織物中纖維成分含量的測量，並且在鑑別和測量過程中不需對纖維樣品進行破壞，可以實現無損測量。本發明測量結果準確可靠。圖1是本發明具體實施方式的纖維鑑別方法的流程圖；圖2是標準庫中棉、薴麻和粘膠纖維的性狀參數"標準特徵曲線；圖3是標準庫中羊毛和家蠶絲纖維的性狀參數"標準特徵曲線；圖4是被鑑定棉纖維與標準庫棉纖維的《#徵曲線對比示意圖；圖5是被鑑定家蠶絲纖維與標準庫家蠶絲纖維的《#徵曲線對比示意圖；圖6是本發明具體實施方式的混紡織物中纖維成分含量的測量方法的流程圖7是被鑑定混紡織物與標準庫模擬的a特徵曲線的對比示意圖。具體實施例方式下面通過具體的實施方式並結合附圖對本發明做進一步詳細說明。本發明對旋轉線偏振成像方法獲得的偏振信息進行再處理，形成一種新的纖維鑑別和含量測量的檢測方法，實現無損快速高通量的纖維檢測。本發明的發明人發現，在旋轉線偏振檢測方法獲得的性狀參數中(包括丄B、C等等)，提取與纖維的性狀直接相關的性狀參數o(定義^^/5)進行統計，作出相應的a參數特徵曲線；不同種類的纖維"參數特徵曲線的線形、峰值位置、半高寬等互不相同，因而可以被明顯區分。如圖1所示，一種纖維鑑別方法，包括如下步驟-第一步利用旋轉線偏振檢測法對各種纖維標準樣品進行成像並數據處理以提取各種纖維標準樣品的性狀參數，得到各種纖維標準樣品的性狀參數a標準特徵曲線，將各種標準特徵曲線存入標準庫。對纖維標準樣品進行成像、數據處理後得到的背向散射光的偏振差(LDP)表達為入射偏振角《和出射檢偏角的函數式L，,，。=V一(4《cos(竭-威))+Ccos(2《i3)，其中LDP為背向散射光的偏振差，S為入射偏振角，《為出射檢偏角。其中，4，S，C等都是與^和《無關的參數。我們取性狀參數"=^3，得到了一個對應於成像面每個像素點的a參數數組。對這個數組的元進行直方統計，並且進行歸一化，得到了a參數直方統計分布曲線。每種纖維具有其特殊的0#數直方統計分布曲線，稱為纖維的o0數特徵曲線(簡稱a特徵曲線)。作為鑑別的依據，一些纖維標準樣品的《#徵曲線稱之為纖維標準樣品的性狀參數"標準特徵曲線。圖2是標準庫中棉、薴麻和粘膠纖維的性狀參數"標準特徵曲線，圖3是標準庫中羊毛和家蠶絲纖維的性狀參數"標準特徵曲線。在特徵曲線圖中，橫坐標為a值，縱坐標為直方統計值，表示對應a值的歸一化像素點數，用h表示。本方法具有開放性，即標準庫內的特徵曲線可以添加，從而增加新的纖維種類。第二步利用旋轉線偏振檢測法對待測纖維樣品進行成像並數據處理提取待測纖維的性狀參數，得到待測纖維的性狀參數的待比較特徵曲線。第二步中，得到待測纖維的性狀參數的待比較特徵曲線與第一步中得到標準特徵曲線的方法相同，此處不再贅述。第三步將待比較特徵曲線與標準庫內的各種標準特徵曲線進行對比，判斷所述待比較特徵曲線與某條標準特徵曲線是否為同種曲線，如是則鑑定該待測纖維樣品為所述某條標準特徵曲線相對應的纖維種類。第三步中判斷所述待比較特徵曲線與某條標準特徵曲線是否為同種曲線的方法可為獲取待比較特徵曲線與某條標準特徵曲線的相關係數，並判斷相關係數是否大於等於第一預設值，如是則為同種曲線。計算相關係數的公式如下-.其中Wi為被測樣品直方統計值，//2i為標準樣品直方統計值，5為被測樣品的直方統計平均值，^為標準樣品的直方統計平均值，r為相關係數。所述相關係數的第一預設值為0.98。第三步中判斷所述待比較特徵曲線與某條標準特徵曲線是否為同種曲線的方法還可為判斷待比較特徵曲線與某條標準特徵曲線的峰的個數和相應的峰值位置、半高寬的差別是否在第一預設精度範圍內，如是則為同種曲線。如圖2所示，本發明還提供了一種混紡織物中纖維成分含量的測量方法。通過對標準資料庫中的兩組或者多組纖維a曲線按一定權重進行疊加(比如線性疊加，或者針對實際情況修正的疊加方式)，可以得到一條新的"理論曲線，這條曲線可以模擬以上多纖維成分按權重進行混紡的真實紡織物的a測量曲線。由此得到一種混紡織物中各纖維成分含量的測量方法通過對混紡織物進行旋轉線偏振檢測測量並得到其測量"曲線；然後利用資料庫的各纖維標準"曲線進行組合疊加擬合，改變纖維組分，組分的疊加權重來逼近混紡樣品的測量"曲線，當疊加的模擬a曲線與測量a曲線相關係數達到一定程度，則取此時模擬曲線的纖維組分和權重作為混紡織物的纖維組分和成分含量值。一種混紡織物中纖維成分含量的測量方法，包括如下步驟第一步利用旋轉線偏振檢測法對各種纖維標準樣品迸行成像並數據處理以提取各種纖維標準樣品的性狀參數，做出各種纖維標準樣品的性狀參數a標準特徵曲線，將各種標準特徵曲線存入標準庫。第二步利用旋轉線偏振檢測法對待測混紡織物進行成像並數據處理提取待測混紡織物的性狀參數，做出混紡織物的性狀參數的待分析特徵曲線。性狀參數通過如下方法得到對纖維樣品進行成像、數據處理後得到背向散射光的偏振差ZD屍(《,《)=^c。s(4《1)+萬cos(2《—％(《))+Ccos(2《—％)，其中LDP為背向散射光的偏振差，S為入射偏振角，《為出射檢偏角；性狀參數a=爿/￡。第三步選取標準庫內的至少兩條纖維標準樣品的標準特徵曲線，通過改變權重進行疊加獲得混紡模擬特徵曲線；判斷所述待比較特徵曲線與某條混紡模擬特徵曲線是否為同種曲線，如是則取所述某條混紡模擬特徵曲線所對應的纖維組分和權重為待測混紡織物的纖維組分和成分含量值。第三歩中判斷所述待比較特徵曲線與某條混紡模擬特徵曲線是否為同種曲線的方法為獲取待比較特徵曲線與某條混紡模擬特徵曲線的相關係數，並判斷相關係數是否大於等於第二預設值，如是則為同種曲線。相關係數通過如下方式得出在K——2，其中"為被測樣品直方統計值，h2i為標準樣品直方統計值，H為被測樣品的直方統計平均值，巧為標準樣品的直方統計平均值，r為相關係數。所述相關係數的第二預設值為0.9845。所述第三步中判斷所述待比較特徵曲線與某條混紡模擬特徵曲線是否為同種曲線的方法還可為判斷待比較特徵曲線與某條混紡模擬特徵曲線的峰的個數和相應的峰值位置、半高寬的差別是否在第二預設精度範圍內，如是則為同種曲線。下面將通過實施例來更詳細的描述本發明。測量系統本測量系統的光源採用紅光LED(中心波長650nm，帶寬50nm)，發出的紅光通過偏振片成為線偏振光，再通過焦距為5cm的透鏡成為平行光束，以25°的傾角照射樣品。在垂直樣品表面的方向，通過鏡頭(CCTV鏡頭，fl.8/50mm)和CCD相機(Q-imagingRETIGAEXi，12位，696x520像素)接收從樣品返回的背向散射光，並對照明區域進行成像(成像區大小13mmxi7mm)。本測量系統檢測一次時間22秒，數據處理時間不超過60秒(與計算機的處理能力有關)，故具有快速大容量撿測的能力。實施例一樣品來自某廠家的未知纖維樣品兩份。為排除顏色的幹擾，樣品均為白色。鑑別步驟(1)分別對兩種未知纖維樣品進行旋轉線偏振測量，並擬合得到Z^P(《,《)公式，同時得到參數AS，C等。(2)提取^和5的值組合得到新參數"=^5，並對參數"作直方統計，得到兩種未知纖維的待比較特徵曲線。(3)將測量得到的兩種未知纖維的待比較特徵曲線與標準庫中的各種標準特徵曲線進行逐一對比，分別求出曲線之間的相關係數〃，結果如表一所示。表一被測樣品與標準樣品間的相關係數tableseeoriginaldocumentpage13(4)判別相關係數r的大小，輸出大於等於設定相關係數值(此處設定值為0.98)的結果作為未知纖維種類的鑑別結果。由表可見，被測樣品一與棉纖維標準樣品相關係數r達到0.9876(>0.98)，而同時與標準庫中其他纖維"特徵曲線的相關係數都小於0.98，故鑑別結果為樣品一為棉纖維。事實上，由樣品一的產品說明可知，其確實為棉纖維製品。被鑑定棉纖維與標準庫棉纖維的特徵曲線如圖4所示。同理，被測樣品二與家蠶絲纖維標準樣品相關係數高達0.9949(>0.98)，同時與其餘樣品的相關係數都小於0.98，故鑑別結果為家蠶絲纖維。這個鑑別結論也得到其產品說明的印證。被鑑定家蠶絲纖維與標準庫家蠶絲纖維的《#徵曲線如圖5所示。以上結果說明，利用《#徵曲線鑑別纖維的結果與實際情況一致，說明本發明的鑑別結果準確可靠。實施例二樣品某白色混紡樣品，已知混紡纖維種類為兩種。鑑別步驟(1)對未知混紡纖維樣品進行旋轉線偏振測量，並擬合得到ZZ)P(《,《)公式，同時得到參數x，s，c等。(2)提取^和B的值組合得到新參數"-^/3，並對參數a作直方統計，得到混紡纖維的《#徵曲線。(3)在標準資料庫中選取兩種纖維的W寺徵曲線作為模擬混紡的纖維成分。(4)取一組權重值進行線性疊加，得到一條混紡模擬a特徵曲線。其中，權重值的取法為，取初始權重值組(比如0.01/0.99)，以某一步長(比如0.01)進行變化，直到比值上限(比如0.99/0.01)。(5)將得到的混紡模擬6^寺徵曲線與混紡測量W寺徵曲線進行對比，計算相關係數。計算示例如表二所示(6)判別相關係數r與設定值的大小(此處設為0.9845)。若大於等於0.9845，則輸出檢測結果，包括此時的纖維種類組合及其權重值；若小於0.9845，則返回步驟(4)，重新選擇一組權重值進行步驟(5)和(6);若權重值組合被歷遍，仍然得不到P0.9845的結果，則返回到步驟(3)，選擇新的纖維組合，重新進行步驟(4)(6)，直到得到r〉0.9845的混紡組合，並輸出結果。表二棉麻混紡不同含量模擬曲線與測量曲線相關係數棉/麻比例0.63/0.370.61/0.390.59/0.410.57/0.430.55/0.450.53/0.470.97810.98210.98440.98470.98230.9773>=0細5否否否是否否由表二的相關係數數據，對未知混紡樣品的測量模擬輸出結果為，兩種混紡成分為棉和麻，兩者相對含量比例為0.57/0.43。實際上，從被測混紡樣品的產品說明上可知，該混紡樣品成分確實為棉纖維和麻纖維，兩者相對含量比例為0.55/0.45，檢測結果與產品說明的誤差在規定檢測精度以內。被鑑定混紡織物與標準庫模擬的特徵曲線的對比可參見圖6。可見，利用本發明的檢測方法可以有效進行混紡纖維製品成分鑑別和含量測量。需要強調的是，本發明的標準庫是一個開放的系統，其可以在實際中添加新的纖維種類，以使得其能夠模擬更多的混紡組合。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。權利要求1.一種纖維鑑別方法，其特徵在於，包括如下步驟第一步利用旋轉線偏振檢測法對各種纖維標準樣品進行成像並數據處理以提取各種纖維標準樣品的性狀參數α，做出各種纖維標準樣品的性狀參數α標準特徵曲線，將各種標準特徵曲線存入標準庫；第二步利用旋轉線偏振檢測法對待測纖維樣品進行成像並數據處理提取待測纖維的性狀參數，做出待測纖維的性狀參數的待比較特徵曲線；第三步將待比較特徵曲線與標準庫內的各種標準特徵曲線進行對比，判斷所述待比較特徵曲線與某條標準特徵曲線是否為同種曲線，如是則鑑定該待測纖維樣品為所述某條標準特徵曲線相對應的纖維種類。2.根據權利要求1所述的纖維鑑別方法，其特徵在於所述第三步中判斷所述待比較特徵曲線與某條標準特徵曲線是否為同種曲線的方法為獲取待比較特徵曲線與某條標準特徵曲線的相關係數，並判斷相關係數是否大於等於第一預設值，如是則為同種曲線。3.根據權利要求2所述的纖維鑑別方法，其特徵在於所述第三步中相關M)(/j2,—巧)*=i'■■—一■■■■■i—^-----係數通過如下方式得出^i:(化-W)，其中；^為被測樣品直方統計值，/^為標準樣品直方統計值，^為被測樣品的直方統計平均值，^為標準樣品的直方統計平均值，r為相關係數。4.根據權利要求1所述的纖維鑑別方法，其特徵在於所述第三步中判斷所述待比較特徵曲線與某條標準特徵曲線是否為同種曲線的方法為判斷待比較特徵曲線與某條標準特徵曲線的峰的個數和相應的峰值位置、半高寬的差別是否在第一預設精度範圍內，如是則為同種曲線。5.根據權利要求1-4任一所述的纖維鑑別方法，其特徵在於所述第一步和第二步中的性狀參數通過如下方法得到對纖維樣品進行成像、數據處理後得到背向散射光的偏振差LD屍(《，《)=^Jcos(4《—仍)+萬cos(26>(—%(《》+Ccos(2《，其中LDP為背向散射光的偏振差，^為入射偏振角，《為出射檢偏角；性狀參數a-。6.—種混紡織物中纖維成分含量的測量方法，其特徵在於，包括如下步驟第一步利用旋轉線偏振檢測法對各種纖維標準樣品進行成像並數據處理以提取各種纖維標準樣品的性狀參數"，做出各種纖維標準樣品的性狀參數a標準特徵曲線，將各種標準特徵曲線存入標準庫；第二步利用旋轉線偏振檢測法對待測混紡織物進行成像並數據處理提取待測混紡織物的性狀參數，做出混紡織物的性狀參數的待分析特徵曲線.'第三步..選取標準庫內的至少兩條纖維標準樣品的標準特徵曲線，通過改變權重進行疊加獲得混紡模擬特徵曲線；判斷所述待比較特徵曲線與某條混紡模擬特徵曲線是否為同種曲線，如是則取所述某條混紡模擬特徵曲線所對應的纖維組分和權重為待測混紡織物的纖維組分和成分含量值。7.根據權利要求6所述的混紡織物中纖維成分含量的測量方法，其特徵在於所述第三步中判斷所述待比較特徵曲線與某條混紡模擬特徵曲線是否為同種曲線的方法為獲取待比較特徵曲線與某條混紡模擬特徵曲線的相關係數，並判斷相關係數是否大於等於第二預設值，如是則為同種曲線。8.根據權利要求7所述的混紡織物中纖維成分含量的測量方法，其特徵在於所述第三步中相關係數通過如下方式得出a/2:(W,-Alf(力2,-，其中Wi為被測樣品直方統計值，/22i為標準樣品直方統計值，^為被測樣品的直方統計平均值，巧為標準樣品的直方統計平均值，r為相關係數。9.根據權利要求6所述的混紡織物中纖維成分含量的測量方法，其特徵在於所述第三步中判斷所述待比較特徵曲線與某條混紡模擬特徵曲線是否為同種曲線的方法為判斷待比較特徵曲線與某條混紡模擬特徵曲線的峰的個數和相應的峰值位置、半高寬的差別是否在第二預設精度範圍內，如是則為同種曲線。10.根據權利要求6-9任一所述的混紡織物中纖維成分含量的測量方法，其特徵在於所述第一步和第二步中的性狀參數通過如下方法得到對纖維樣品進行成像、數據處理後得到背向散射光的偏振差LDP(《,《)=V^4cos(4《—仍)+Scos(2《—^(。)+Ccos(2《一％)，其中LDP為背向散射光的偏振差，《為入射偏振角，《為出射檢偏角；性狀參數《=爿/萬。全文摘要本發明公開了一種纖維鑑別方法及混紡織物中纖維成分含量的測量方法，纖維鑑別方法包括利用旋轉線偏振檢測法對各種纖維標準樣品進行成像並數據處理以提取各種纖維標準樣品的性狀參數α，做出各種纖維標準樣品的性狀參數α標準特徵曲線，將各種標準特徵曲線存入標準庫；利用旋轉線偏振檢測法對待測纖維樣品進行成像並數據處理提取待測纖維的性狀參數，做出待測纖維的性狀參數的待比較特徵曲線；將待比較特徵曲線與標準庫內的各種標準特徵曲線進行對比，判斷所述待比較特徵曲線與某條標準特徵曲線是否為同種曲線，如是則鑑定該待測纖維樣品為所述某條標準特徵曲線相對應的纖維種類。本發明具有快速、準確、無損的特點。文檔編號G01N33/00GK101493449SQ20081024135公開日2009年7月29日申請日期2008年12月19日優先權日2008年12月19日發明者何永紅,楠曾,輝馬,強高申請人:清華大學深圳研究生院