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羽絨清潔度測(cè)試儀的研發(fā)

2020-08-13 09:38:12

文/吳瓊 張惠玲 蔡濤 蔡娜娜
摘要
       羽絨清潔度是水洗羽絨的品質(zhì)指標(biāo)之一,用于評(píng)定水洗羽絨的清潔程度,在控制羽絨及其制品質(zhì)量中起著重要作用。
本文分析了國(guó)內(nèi)外羽絨清潔度測(cè)試方法的差異,自主研發(fā)了基于攝像頭圖片抓取并處理評(píng)價(jià)的全自動(dòng)測(cè)試羽絨清潔度的測(cè)試儀。
關(guān)鍵詞:羽絨;清潔度;測(cè)試儀;圖片處理技術(shù);
DOI:10.14162/j.cnki.11-4772/t.2019.06.016
       羽絨服產(chǎn)品具有輕質(zhì)保暖等性能,受到消費(fèi)者的認(rèn)可。隨著消費(fèi)者的著裝觀念及對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高,羽絨原料的相關(guān)理化性能的質(zhì)量檢驗(yàn)與評(píng)估顯得尤為重要。羽絨清潔度是羽絨原料中非常重要的評(píng)估指標(biāo),用于判斷羽絨中殘留的雜質(zhì),灰塵及游離有機(jī)物的含量。清潔度較差的羽絨制品可能使人產(chǎn)生過(guò)敏反應(yīng),哮喘等疾病以及對(duì)身體造成嚴(yán)重危害,因此提高羽絨及其制品至關(guān)重要。目前,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系中GB/T 10288-2016《羽絨羽毛試驗(yàn)方法》[1]于2017年7月1日實(shí)施并替代了GB/T 10288—2013[2],其中對(duì)羽絨清潔度的檢測(cè)提出了更加嚴(yán)格的要求。 
1羽絨清潔度的測(cè)試現(xiàn)狀
      GB/T 10288-2016《羽絨羽毛試驗(yàn)方法》規(guī)定了清潔度的檢測(cè)方法有兩種:A法(目測(cè)法)和B法(專用濁度檢驗(yàn)儀法)。
1.1 A法:目測(cè)法
      將清洗干凈的雙十字線塑料片或陶瓷片放在普通濁度計(jì)的底部,將濾液倒入普通濁度計(jì)中,待氣泡消失后逐漸放出濾液,在光源為600lx~1000lx的日光或人工光源下從頂端觀察雙十字線,直到能看清兩條十字線為主,記錄能看清雙十字線的高度,單位為mm。檢驗(yàn)示意圖如圖1所示:

圖1 目測(cè)法設(shè)備示意圖
       此方法操作簡(jiǎn)單,適用性強(qiáng),但是仍存在一定的缺陷。由于玻璃管的材質(zhì)、高度、反光性能都會(huì)影響人的視覺(jué)判斷;每個(gè)檢驗(yàn)人員的視力不同影響結(jié)果判斷;試驗(yàn)人員的操作流程無(wú)法完全一致,結(jié)果也受人為因素影響;手動(dòng)排液,精細(xì)度差,易造成結(jié)果偏差;以上缺陷易導(dǎo)致結(jié)果重現(xiàn)性差。
1.2 B法:濁度儀法
      將樣液注入專用濁度檢測(cè)儀測(cè)量皿中測(cè)定。使用前應(yīng)制作“吸光度—目測(cè)值”工作曲線并在檢測(cè)儀中輸入工作曲線回歸方程。“吸光度—目測(cè)值”數(shù)據(jù)要求至少30組,且其中的“目測(cè)值”應(yīng)均勻分布于50mm~1000mm之間。測(cè)定時(shí)直接讀取濁度檢測(cè)儀顯示的mm值。
      此方法可以減少人為、光線誤差,但是也有一定缺陷。比如:該方法需要取大量樣品結(jié)果,工作量大,若取樣少則代表性不夠;適用性不強(qiáng),目前國(guó)內(nèi)外羽絨清潔度都是用高度值表示,此法不是直接檢測(cè)高度值;此法需要檢驗(yàn)人員對(duì)儀器原理有一定的理解,否則實(shí)行起來(lái)尚有難度。
2儀器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
      為了實(shí)現(xiàn)用攝像頭功能取代人眼識(shí)別,需要選擇高精度的攝像頭模組和特制的鏡頭來(lái)測(cè)試。具體步驟:固定焦點(diǎn)到刻有雙十字黑線的陶瓷片上,調(diào)整攝像頭參數(shù)使人眼看到的圖片和攝像頭捕獲到的圖像一致。在此過(guò)程中,電機(jī)升降會(huì)導(dǎo)致液面發(fā)生變化,需要考慮減慢測(cè)試過(guò)程中的上升下降速度。
2.1機(jī)械結(jié)構(gòu)部分
      本儀器主要由儀器機(jī)架、水位控制傳動(dòng)裝置、圖像采集裝置、濁度計(jì)裝置、濁度計(jì)水箱、上下極限位、內(nèi)部照明等組成。
儀器表面采用噴塑高溫固化處理久不褪色。儀器測(cè)量傳動(dòng)裝置采用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲桿運(yùn)行,減少振動(dòng)引起的數(shù)據(jù)波動(dòng)。儀器內(nèi)部封閉,使用固定照明燈管,建立穩(wěn)定的試驗(yàn)環(huán)境,以免受外界光線影響。儀器結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。


圖2 全自動(dòng)清潔度測(cè)試儀示意圖
2.2硬件部分
   本儀器主機(jī)硬件采用32位ARM處理器控制步進(jìn)電機(jī),帶動(dòng)絲桿傳動(dòng)裝置,穩(wěn)定可靠,能夠設(shè)定不同測(cè)試速度進(jìn)行試驗(yàn),儀器自動(dòng)識(shí)別上下限位自動(dòng)停止,保護(hù)儀器不被損壞,高精度數(shù)據(jù)處理移動(dòng)高度轉(zhuǎn)化為羽絨液體升降高度,采用高清攝像頭實(shí)時(shí)采集圖片傳送給電腦進(jìn)行圖片分析計(jì)算結(jié)果。
2.3軟件部分

圖3 全自動(dòng)清潔度測(cè)試儀軟件工作示意圖
       通過(guò)32位ARM處理器控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使液面升降,記錄頁(yè)面的實(shí)時(shí)高度;同時(shí)在升降過(guò)程中對(duì)圖像進(jìn)行高速采集,對(duì)相鄰的圖片進(jìn)行對(duì)比, 剔除模糊的、有干擾的圖像數(shù)據(jù),再把實(shí)時(shí)采集到的有用圖像進(jìn)行灰度二值化,使用高斯濾波去除噪聲,canny算子找到圖像中存在的輪廓,再對(duì)輪廓進(jìn)行霍夫直線檢測(cè)(根據(jù)多次不同樣品溶液的測(cè)試,統(tǒng)計(jì)二級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的直線顏色范圍值,通過(guò)設(shè)置霍夫直線檢測(cè)時(shí)閾值來(lái)有效來(lái)判斷能否檢測(cè)到直線存在),在檢測(cè)到的直線中判斷是否有相互垂直的直線或接近垂直的直線并記錄,再對(duì)垂直的直線中遍歷所有的像素點(diǎn)的顏色值并統(tǒng)計(jì),通過(guò)統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)出現(xiàn)概率多的顏色值,再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)要求對(duì)相應(yīng)顏色等級(jí)要求,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求是剛好能看清黑色雙十字線,所以需要使液面從頂部往下走,為了確認(rèn)圖像,在連續(xù)檢測(cè)到兩次圖像存在兩組相互垂直的直線,據(jù)此認(rèn)定液面高度為羽絨的透明度。
      通過(guò)使用攝像頭測(cè)試的透明度準(zhǔn)確性高、結(jié)果穩(wěn)定、重現(xiàn)性好,能夠有效地減小目前國(guó)內(nèi)外檢測(cè)羽絨濁度使用的目視法帶來(lái)的誤差。
3手動(dòng)清潔度儀與自動(dòng)清潔度儀測(cè)試對(duì)比
   為確認(rèn)開(kāi)發(fā)的自動(dòng)清潔度儀的準(zhǔn)確度,將該設(shè)備與手動(dòng)清潔度儀進(jìn)行測(cè)試對(duì)比,選取3種不同清潔度的羽絨,每種測(cè)3次取平均值,試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)比如表1所示:
表1 測(cè)試結(jié)果(高度)對(duì)比

       由表1可觀察出,手動(dòng)清潔度儀的重現(xiàn)性差,其偏差范圍在5-15mm范圍內(nèi);自動(dòng)清潔度儀由于通過(guò)攝像頭對(duì)圖片的抓取與處理,數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠,其偏差范圍在1-5mm范圍內(nèi)。由此可見(jiàn),手動(dòng)清潔度儀因人的主觀因素影響,視力、感官都會(huì)影響結(jié)果的判斷,誤差大;自動(dòng)清潔儀所獲取的數(shù)據(jù)科學(xué)可靠,通過(guò)電腦軟件直接評(píng)判,避免了人為因素引起的誤差,具有較高的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性,可大大提高清潔度檢測(cè)的公正性和客觀性。
4結(jié)束語(yǔ)
      羽絨自動(dòng)清潔度儀基于高清攝像頭模塊,結(jié)合儀器的自動(dòng)化升降,用電腦實(shí)時(shí)采集圖片進(jìn)行圖片分析處理,滿足了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高、重現(xiàn)性強(qiáng)、適用性高、自動(dòng)化程度高的要求,也滿足了GB/T 10288-2016《羽絨羽毛試驗(yàn)方法》的要求。該儀器的開(kāi)發(fā)開(kāi)規(guī)避了不同手動(dòng)檢測(cè)人為誤差,數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠,值得推廣。
參考文獻(xiàn)
[1] GB/T 10288-2016《羽絨羽毛試驗(yàn)方法》
[2] GB/T 10288-2003《羽絨羽毛試驗(yàn)方法》

作者單位:
吳瓊、張惠玲, 江西省纖維檢驗(yàn)局;
蔡濤,石獅市中紡學(xué)服裝及配飾產(chǎn)業(yè)研究院;
蔡娜娜,泉州市美邦儀器有限公司。