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羽绒清洁度测试仪的研发

分类:企业新闻  发布日期:2020-08-13 09:38:12  浏览次数:503  [返回]
文/吴琼 张惠玲 蔡涛 蔡娜娜
摘要
       羽绒清洁度是水洗羽绒的品质指标之一,用于评定水洗羽绒的清洁程度,在控制羽绒及其制品质量中起着重要作用。
本文分析了国内外羽绒清洁度测试方法的差异,自主研发了基于摄像头图片抓取并处理评价的全自动测试羽绒清洁度的测试仪。
关键词:羽绒;清洁度;测试仪;图片处理技术;
DOI:10.14162/j.cnki.11-4772/t.2019.06.016
       羽绒服产品具有轻质保暖等性能,受到消费者的认可。随着消费者的着装观念及对产品质量要求的不断提高,羽绒原料的相关理化性能的质量检验与评估显得尤为重要。羽绒清洁度是羽绒原料中非常重要的评估指标,用于判断羽绒中残留的杂质,灰尘及游离有机物的含量。清洁度较差的羽绒制品可能使人产生过敏反应,哮喘等疾病以及对身体造成严重危害,因此提高羽绒及其制品至关重要。目前,国家标准体系中GB/T 10288-2016《羽绒羽毛试验方法》[1]于2017年7月1日实施并替代了GB/T 10288—2013[2],其中对羽绒清洁度的检测提出了更加严格的要求。 
1羽绒清洁度的测试现状
      GB/T 10288-2016《羽绒羽毛试验方法》规定了清洁度的检测方法有两种:A法(目测法)和B法(专用浊度检验仪法)。
1.1 A法:目测法
      将清洗干净的双十字线塑料片或陶瓷片放在普通浊度计的底部,将滤液倒入普通浊度计中,待气泡消失后逐渐放出滤液,在光源为600lx~1000lx的日光或人工光源下从顶端观察双十字线,直到能看清两条十字线为主,记录能看清双十字线的高度,单位为mm。检验示意图如图1所示:

图1 目测法设备示意图
       此方法操作简单,适用性强,但是仍存在一定的缺陷。由于玻璃管的材质、高度、反光性能都会影响人的视觉判断;每个检验人员的视力不同影响结果判断;试验人员的操作流程无法完全一致,结果也受人为因素影响;手动排液,精细度差,易造成结果偏差;以上缺陷易导致结果重现性差。
1.2 B法:浊度仪法
      将样液注入专用浊度检测仪测量皿中测定。使用前应制作“吸光度—目测值”工作曲线并在检测仪中输入工作曲线回归方程。“吸光度—目测值”数据要求至少30组,且其中的“目测值”应均匀分布于50mm~1000mm之间。测定时直接读取浊度检测仪显示的mm值。
      此方法可以减少人为、光线误差,但是也有一定缺陷。比如:该方法需要取大量样品结果,工作量大,若取样少则代表性不够;适用性不强,目前国内外羽绒清洁度都是用高度值表示,此法不是直接检测高度值;此法需要检验人员对仪器原理有一定的理解,否则实行起来尚有难度。
2仪器系统结构
      为了实现用摄像头功能取代人眼识别,需要选择高精度的摄像头模组和特制的镜头来测试。具体步骤:固定焦点到刻有双十字黑线的陶瓷片上,调整摄像头参数使人眼看到的图片和摄像头捕获到的图像一致。在此过程中,电机升降会导致液面发生变化,需要考虑减慢测试过程中的上升下降速度。
2.1机械结构部分
      本仪器主要由仪器机架、水位控制传动装置、图像采集装置、浊度计装置、浊度计水箱、上下极限位、内部照明等组成。
仪器表面采用喷塑高温固化处理久不褪色。仪器测量传动装置采用步进电机带动丝杆运行,减少振动引起的数据波动。仪器内部封闭,使用固定照明灯管,建立稳定的试验环境,以免受外界光线影响。仪器结构图如图2所示。


图2 全自动清洁度测试仪示意图
2.2硬件部分
   本仪器主机硬件采用32位ARM处理器控制步进电机,带动丝杆传动装置,稳定可靠,能够设定不同测试速度进行试验,仪器自动识别上下限位自动停止,保护仪器不被损坏,高精度数据处理移动高度转化为羽绒液体升降高度,采用高清摄像头实时采集图片传送给电脑进行图片分析计算结果。
2.3软件部分

图3 全自动清洁度测试仪软件工作示意图
       通过32位ARM处理器控制步进电机转动使液面升降,记录页面的实时高度;同时在升降过程中对图像进行高速采集,对相邻的图片进行对比, 剔除模糊的、有干扰的图像数据,再把实时采集到的有用图像进行灰度二值化,使用高斯滤波去除噪声,canny算子找到图像中存在的轮廓,再对轮廓进行霍夫直线检测(根据多次不同样品溶液的测试,统计二级评定标准时的直线颜色范围值,通过设置霍夫直线检测时阈值来有效来判断能否检测到直线存在),在检测到的直线中判断是否有相互垂直的直线或接近垂直的直线并记录,再对垂直的直线中遍历所有的像素点的颜色值并统计,通过统计结果对出现概率多的颜色值,再根据标准评价要求对相应颜色等级要求,根据标准要求是刚好能看清黑色双十字线,所以需要使液面从顶部往下走,为了确认图像,在连续检测到两次图像存在两组相互垂直的直线,据此认定液面高度为羽绒的透明度。
      通过使用摄像头测试的透明度准确性高、结果稳定、重现性好,能够有效地减小目前国内外检测羽绒浊度使用的目视法带来的误差。
3手动清洁度仪与自动清洁度仪测试对比
   为确认开发的自动清洁度仪的准确度,将该设备与手动清洁度仪进行测试对比,选取3种不同清洁度的羽绒,每种测3次取平均值,试验数据结果对比如表1所示:
表1 测试结果(高度)对比

       由表1可观察出,手动清洁度仪的重现性差,其偏差范围在5-15mm范围内;自动清洁度仪由于通过摄像头对图片的抓取与处理,数据稳定可靠,其偏差范围在1-5mm范围内。由此可见,手动清洁度仪因人的主观因素影响,视力、感官都会影响结果的判断,误差大;自动清洁仪所获取的数据科学可靠,通过电脑软件直接评判,避免了人为因素引起的误差,具有较高的重现性和稳定性,可大大提高清洁度检测的公正性和客观性。
4结束语
      羽绒自动清洁度仪基于高清摄像头模块,结合仪器的自动化升降,用电脑实时采集图片进行图片分析处理,满足了数据准确度高、重现性强、适用性高、自动化程度高的要求,也满足了GB/T 10288-2016《羽绒羽毛试验方法》的要求。该仪器的开发开规避了不同手动检测人为误差,数据稳定可靠,值得推广。
参考文献
[1] GB/T 10288-2016《羽绒羽毛试验方法》
[2] GB/T 10288-2003《羽绒羽毛试验方法》

作者单位:
吴琼、张惠玲, 江西省纤维检验局;
蔡涛,石狮市中纺学服装及配饰产业研究院;
蔡娜娜,泉州市美邦仪器有限公司。

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