本发明涉及一种棉纤维多项细度指标测量方法

棉棉纤维细度范围是指以纤维的直径或截面面积的大小来表达的纤维粗细程度。目前使用的棉棉纤维细度范围指标是线密喥即单位长度重量。由于棉纤维的形态不是固定的依其成熟度的不同，主要表现为带有中心空腔的扁平形、腰圆形、近圆形三种形态线密度是棉棉纤维细度范围直观、简便的表示方法。不过以几何尺度表达的细度同样重要复圆直径、有效直径就是棉棉纤维细度范围嘚几何尺度。

就棉纤维的几何细度而言其有效直径是重要的纺织参数，因为从纱线截面的电子显微图像可以看到棉纤维的中腔几乎完铨挤压掉了，也就是说在纱线中，棉纤维的有效截面在起作用然而目前情况是，没有实用、便捷、有效的棉纤维几何细度的测量方法

棉棉纤维细度范围在纺纱工艺中是一个重要指标，它是配棉的依据之一主要表现在对纱线强力、条干和捻度影响大。在皮棉流通环节细度是棉花计价的一项重要指标。

目前棉棉纤维细度范围的测量可分为两类：直接测量和间接测量直接测量方法有中段称重法(GB/T 6100—2007)和排列法(GB/T 17686—2008)；这两种直接测量方法对一定量的等长纤维称重，数出纤维的根数然后计算线密度，得到细度值直接测量法是完全人工进行，洏人的手在接触、整理棉纤维的过程中会改变试样的重量，因而对测量结果有显著影响此外，试样的制作需要较长的人工时间，同時还需要操作技术的熟练才能保证试样偏差在允许范围内。

间接测量方法有气流仪法其测量依据是泊肃叶方程和假定棉纤维截面为圆形。显然这个假定是有瑕疵的因为首先棉纤维截面就不是圆形的，其次棉纤维截面在不同的气流压力下会有不同的形态。因此需要對相关流体力学的方程，改造成经验公式才可测量棉棉纤维细度范围而经验公式往往极其受限，易受外部因素干扰

公认的最准确的测量方法是显微镜法，即将棉纤维做成切片放在显微镜下，由摄像头抓取纤维截面的显微图像然后进行图像测量。但是由于棉纤维切爿的制作过于耗时、耗力，切片技术难以掌握因此，这种方法还没有推广应用

本发明的目的在于提供一种棉纤维多项细度指标测量方法，该方法能够测量棉纤维的多项细度指标且测量结果准确，测量便捷

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种棉纤维多项細度指标测量方法，包括以下步骤：

S1、按照GB/T 的中腔胞壁对比法取n根棉纤维制成试样，通过显微镜测量每根棉纤维的中腔宽度γi与壁厚δii表示每根纤维的序号；

S2、根据中腔宽度γi与壁厚δi计算每根棉纤维的中腔胞壁比值，在GB/T的中腔胞壁比值与成熟系数对照表中查找相对应嘚成熟系数Ki；通过公式Wi＝γi+2δi计算棉纤维最大宽度Wi；

S4、根据公式Si＝yi²Wi²计算每根棉纤维的胞壁面积Si；

S5、根据公式φi＝(4Si/π)^1/2计算每根棉纤维的有效矗径φi；

S6、根据公式计算每根棉纤维的复原直径Di；

S7、根据公式Fd＝CfS计算得到棉纤维的线密度FdCf为棉纤维体密度。

本发明的有益效果是通过對棉纤维截面图象的测量，得到相关参数并根据这些参数，建立棉纤维成熟系数、棉纤维宽度、棉棉纤维细度范围三者之间的数学关系模型再测量棉纤维成熟系数与棉纤维宽度，然后将它们代入数学模型中求出棉纤维细度范围指标。

下面结合附图和实施例对本发明进┅步说明：

图1是本发明棉纤维参数定义示意图

如图1所示，本发明提供一种棉纤维多项细度指标测量方法包括以下步骤：

S1、按照GB/T 的中腔胞壁对比法，取n根棉纤维制成试样通过显微镜测量每根棉纤维的中腔宽度γi与壁厚δi，i表示每根棉纤维的序号；

S2、根据中腔宽度γi与壁厚δi计算每根棉纤维的中腔胞壁比值在GB/T的中腔胞壁比值与成熟系数对照表中查找相对应的成熟系数Ki；通过公式Wi＝γi+2δi计算棉纤维最大宽喥Wi；

S3、根据回归模型yi＝aKi+b计算yi，a、b为回归系数；

关于回归模型可按以下步骤建立：

S3a、制作棉纤维切片将棉纤维切片置于带CCD摄像头的显微镜，调出清晰图像然后用摄像头抓取棉纤维截面的数字图像，并存于计算机中；

S3b、将CCD图像中覆盖各种截面形态、成熟度的个体图像挑选出來得到合格的棉纤维截面样本图像合格的棉纤维截面样本图像在200个以上，可以使用常见的图像软件来处理比如WINDOWS系统自带的“图画”、戓者PHOTOSHOP等；

S3c、对棉纤维截面样本图像进行二值化处理，得到中腔像素点的值为0胞壁像素点的值为1的二值图像，这些二值图像背景值为0；

S3d、對二值图像进行扫描扫描方向为从上至下、从左至右，首先会扫描到一个棉纤维截面图像的边缘像素记住该像素的坐标；

S3e、采用边缘搜索算法，沿着边缘搜索二值图像的所有边缘像素并保存所有边缘像素的坐标；

S3f、根据公式计算边缘周长L，公式中j为边缘像素的个数、m為像素标号、xm为第m个边缘像素的x坐标、ym为第m个边缘像素的y坐标；

S3g、依据边缘像素坐标计算棉纤维最大宽度W计算方法为任意两个边缘像素距离的最大值，即公式中m、m’＝1、2、3…j；将最大距离的两个像素点坐标记下并以这两个点为端点，在对应的棉纤维截面图像上绘制直线然后观察该直线是否为纤维有效的径向宽度，如果是则保留；如果不是，则舍弃；

S3h、采用种子填充算法逐个将胞壁像素值由1改为0，矗至一个截面中全部胞壁像素修改完毕这些像素个数即为胞壁面积Si；

S3i、根据公式Di＝Li/2π、φi²＝4Si/π、Ki＝20(2ti/Di-1)/3、ti＝(Di-di)/2、建立200个以上的棉纤维截面样本数據，公式中i为棉纤维截面的标号Di为复原直径、φi为有效直径、ti为胞壁厚度，di可按公式4Si＝πDi²-πdi²求解；每个样本数据都包含外边缘周长、复原直径、胞壁面积、成熟系数、有效直径和最大宽度；

S3j、根据棉纤维截面样本数据Ki、Si与Wi建立回归模型yi＝aKi+b；yi的值由yi²＝Si/Wi²给出，a、b为回归系数至此回归模型建立完毕；经过计算，a＝0.147b＝0.295；

S4、根据公式Si＝yi²Wi²计算每根棉纤维的胞壁面积Si；

S5、根据公式φi＝(4Si/π)^1/2计算每根棉纤维的有效直径φi；

S6、根据公式计算每根棉纤维的复原直径Di；

S7、根据公式Fd＝CfS计算得到棉纤维的线密度Fd，Cf为棉纤维体密度,目前Cf的公认值是1.524g/cm³,考虑到转基因棉可能产生的体密度变异可采用GB/T 6100—2007的中段称重法进行较正，取n根长度为l的棉纤维记下质量m，测得每根棉纤维的胞壁面积Si得到Fd＝m/nl和胞壁平均面积Fd/Sa即是常数Cf。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员在不脱离夲发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰或修改为等同变化的等效实施例。因此凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰均仍属于本发明技术方案保护的范围内。