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(duì)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(cè)儀器設(shè)備，一直是個(gè)空白。采用人工方法檢測(cè)原棉和棉條的棉結(jié)速度慢、誤差大，嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)的可信度。因此，對(duì)原棉和棉條的棉結(jié)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的測(cè)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(jī)電科技有限公司研發(fā)的XJ129棉結(jié)和短絨測(cè)試儀中的棉結(jié)分機(jī)可以快速準(zhǔn)確地檢測(cè)棉結(jié)，對(duì)不易掌握的棉結(jié)做出細(xì)致的分析，實(shí)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(cè)試棉結(jié)方法
1.1  目測(cè)原棉纖維棉結(jié)
    原棉到棉卷棉結(jié)的傳統(tǒng)測(cè)試方法均采用GB/T 6103-2006原棉疵點(diǎn)試驗(yàn)方法目測(cè)計(jì)數(shù)。檢測(cè)時(shí)，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(xì)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(jì)粒數(shù)。同時(shí)要注意保持疵點(diǎn)原形，防止拉松和扯碎。所測(cè)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(diǎn)和雜質(zhì)。
1.2  燈光檢驗(yàn)法測(cè)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(cè)試方法均采用燈光檢驗(yàn)法。在纖維檢驗(yàn)室，人工將被檢測(cè)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(yàn)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(diǎn)"就計(jì)為棉結(jié)。要盡量用手把大棉結(jié)松散到細(xì)小棉結(jié)為止，所測(cè)棉結(jié)包含了可視的粒狀纖 維結(jié)和能產(chǎn)生“白點(diǎn)”的其它疵點(diǎn)，直徑較小，數(shù)量較大。帶纖維破籽及籽屑等產(chǎn)生“黑點(diǎn)”的疵點(diǎn)被計(jì)為雜質(zhì)。
1.3  目測(cè)法的不足
    目測(cè)法雖然具有操作簡便、投資少等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著一些不足。目測(cè)的棉結(jié)是由許多根纖維扭結(jié)在一起才能被目力辨認(rèn)的纖維團(tuán)，取決于光線照度、測(cè)試人員的眼力和操作經(jīng)驗(yàn)。單個(gè)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(xì)小棉結(jié)不能被目測(cè)計(jì)數(shù)，檢測(cè)的結(jié)果因人而異，不能完全反映棉結(jié)的真實(shí)情況。目測(cè)法檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和一致性欠佳。測(cè)試速度慢，測(cè)試周期長。
2  XJ129棉結(jié)快速測(cè)試檢測(cè)裝置 
    本文提供的快速測(cè)試裝置如圖1所示。
    在測(cè)試時(shí)，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(jìn)行開松，梳理、除雜后，形成近似均勻單纖維流。在負(fù)壓的作用下，纖維流進(jìn)入高速轉(zhuǎn)杯形成棉帶。測(cè)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(xué)傳感器。檢測(cè)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(huì)產(chǎn)生比較大的遮光，單根的纖維會(huì)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(hào)處理器利用DSP，通過一定的算法，對(duì)遮光的幅度和時(shí)間進(jìn)行分析可獲得棉結(jié)的數(shù)量和尺寸信息，最后經(jīng)由計(jì)算機(jī)進(jìn)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(cè)試儀在設(shè)計(jì)時(shí)，采用最佳的機(jī)械分離方式和電機(jī)參數(shù)；考慮到開梳時(shí)既要開梳充分、清除雜質(zhì)和疵點(diǎn)，又不能過多損傷纖維或增加棉樣的短絨含量；同時(shí)棉樣梳理時(shí)要使棉樣達(dá)到均勻的順向單纖維狀態(tài),不會(huì)過多地改變棉結(jié)分布情況。針對(duì)上面這些問題，XJ129棉結(jié)和短纖維測(cè)試儀采用了兩級(jí)刺輥順向運(yùn)動(dòng)分離，減少了纖維損傷；通過實(shí)驗(yàn)不斷改進(jìn)運(yùn)動(dòng)速度、牽伸比等參數(shù)，很好地解決了這一問題。經(jīng)過對(duì)比，纖維的損傷情況很小。
3.2  棉結(jié)信號(hào)的提取
    棉結(jié)信號(hào)如圖2所示。
    棉結(jié)傳感器檢測(cè)出來的信號(hào)要盡可能真實(shí)地反映棉結(jié)的形狀信息。但是對(duì)于光電信號(hào)普遍存在著漂移大、動(dòng)態(tài)范圍大的問題；同時(shí)由細(xì)小的約50um的棉結(jié)所產(chǎn)生的光電信號(hào)又特別小，信號(hào)的放大處理及整機(jī)的抗干擾設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。為此在設(shè)計(jì)過程中采用了以下措施，保證了有用的信號(hào)被完整放大和處理：在光源的驅(qū)動(dòng)上采用獨(dú)立的隔離穩(wěn)壓電源，保證其有較高的穩(wěn)定性同時(shí)不易受到干擾；
    整機(jī)的直流電源采用線性電源，減少電源污染；在光電流信號(hào)處理上，采用兩路信號(hào)對(duì)比的方法，減少溫漂和時(shí)漂的影響；
    采用對(duì)數(shù)放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行壓縮，減少其動(dòng)態(tài)范圍，使小信號(hào)時(shí)信號(hào)清晰，大信號(hào)時(shí)信號(hào)也不會(huì)飽和失真。
3.3  高安全性和可靠性設(shè)計(jì)
    由于設(shè)備中電機(jī)和氣閥較多，動(dòng)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(cè)試儀增加了氣路互鎖機(jī)構(gòu)，保證了即使電路或軟件出現(xiàn)異常，氣路也不會(huì)誤動(dòng)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(yàn)初期，棉結(jié)信號(hào)夾雜大量的干擾脈沖，導(dǎo)致棉結(jié)計(jì)數(shù)異常，經(jīng)過反復(fù)分析，最終確定為變頻器導(dǎo)致的干擾。因變頻器功率大、頻譜寬、功率線長、干擾信號(hào)極難去除。通過隔離、屏蔽、改進(jìn)接地并對(duì)變頻器做了一個(gè)獨(dú)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(dǎo)和輻射干擾降低到了最低,成功的解決了這個(gè)問題。
4  用戶測(cè)試
    儀器設(shè)計(jì)完成后,我們?cè)谟脩粑瀛h(huán)（集團(tuán)）股份有限公司處做了大量測(cè)試實(shí)驗(yàn)。
4.1  試驗(yàn)內(nèi)容
4.1.1  性能測(cè)試：對(duì)XJ129測(cè)試儀的性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試考核,主要考核XJ129測(cè)試儀測(cè)試指標(biāo)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(biāo)的重復(fù)性
4.1.1.2  棉結(jié)指標(biāo)的穩(wěn)定性
4.1.2  數(shù)據(jù)對(duì)比：XJ129測(cè)試指標(biāo)和手工測(cè)試結(jié)果相符性(相關(guān)性)和一致性對(duì)比，由于手工測(cè)試指標(biāo)比機(jī)器測(cè)試指標(biāo)少,主要進(jìn)行以下指標(biāo)對(duì)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(cè)試：主要考察電氣、機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件以及軟件的可靠性。
4.2  實(shí)驗(yàn)方法
4.2.1  重復(fù)性穩(wěn)定性試驗(yàn):
    針對(duì)棉結(jié)指標(biāo)特點(diǎn)以及五環(huán)（集團(tuán)）股份有限公司實(shí)際情況，在重復(fù)性和穩(wěn)定性測(cè)試時(shí)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(jìn)行測(cè)試;每個(gè)棉樣每天做10次,連續(xù)做5天;重復(fù)性對(duì)比四個(gè)試樣每天10次的CV%值(棉結(jié)指標(biāo))；穩(wěn)定性對(duì)比四個(gè)試樣5天10次測(cè)試結(jié)果均值的CV%值(棉結(jié)指標(biāo))。
4.2.2  相關(guān)性測(cè)試
    先在XJ129測(cè)試儀上對(duì)棉樣進(jìn)行測(cè)試，然后把該棉樣交工廠實(shí)驗(yàn)室用常規(guī)方法測(cè)量，XJ129測(cè)試儀每個(gè)棉樣測(cè)3次，取平均值；手工測(cè)試由于測(cè)試時(shí)間較長，所以每個(gè)棉樣做一次。
4.2.3  可靠性測(cè)試
    連續(xù)200小時(shí)以上不關(guān)機(jī)，每天和生產(chǎn)同步測(cè)量棉樣，連續(xù)工作2個(gè)月，觀察電氣、機(jī)械、軟件工作的可靠性。
4.2.4  XJ129每個(gè)測(cè)試完成后打印數(shù)據(jù)并簽名；手工測(cè)試完畢后出質(zhì)量報(bào)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(cè)試指標(biāo)重復(fù)性好、數(shù)據(jù)穩(wěn)定
5.2  相關(guān)性測(cè)試結(jié)果如下:
    對(duì)在線的6個(gè)品種棉條試樣進(jìn)行測(cè)試對(duì)比，其中儀器測(cè)試對(duì)每個(gè)樣品測(cè)試3次，最終數(shù)據(jù)選用各自測(cè)試結(jié)果的平均值；人工測(cè)試對(duì)每個(gè)樣品測(cè)1次，測(cè)試結(jié)果見表1，從圖3可以看出，棉條棉結(jié)的儀器測(cè)試結(jié)果和人工測(cè)試數(shù)據(jù)，趨勢(shì)相關(guān)性良好。
5.3  200小時(shí)內(nèi),電氣、機(jī)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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