(一)技术交底书的要求:
□应清楚、完整地写明发明或实用新型的内容;
□使所属技术领域的普通技术人员能够根据此内容实施发明创造;
□使上述人员相信本发明确实可以解决现有技术不能解决的问题。
□应力争挖掘出解决技术问题的思路并在交底书中描述。在交底书中给出"______的问题,通过______来解决"这样的描述,力争在交底书中写出"如果用一句话来概括,这件专利想要解决的问题以及解决这个问题的核心是什么?"这句话。
纤维鉴别方法及混纺织物中纤维成分含量的测量方法
2)所属技术领域:
技术领域:
本发明涉及一种纤维鉴别方法,本发明还涉及一种混纺织物中纤维成分含量的测量方法。
3)背景技术
3.1)详细介绍技术背景,并描述申请人所知的与发明方案最接近的已有技术(应详细介绍,以不需再去看文献即可领会该技术内容为准,如果现有技术出自专利、期刊、书籍,则提供出处);
(注:专利检索可选网站如下:1、http://pss-system.cnipa.gov.cn/sipopublicsearch/portal/uilogin-forwardLogin.shtml;2、http://www.soopat.com/;3、https://www.baiten.cn/;4、https://www.patenthub.cn/;5、http://www.innojoy.com/)
3.2)对现有技术存在的缺点进行客观的评述(现有技术的缺点是针对于本发明的优点来说的;如果找不出对比技术方案及其缺点,可用反推法,根据本发明的优点来找对应的缺点;本发明不能解决的缺点,不需提供;缺点可以是成本高、处理时间慢等类似问题)。
3.3)如果自己或本课题组/研发团队此前针对本申请的主题发表过内容相近的论文或申请过比较接近的专利,请列出并进行详细说明,包括论文投稿日期、公开日期、刊名刊号、卷期号、专利申请日期、公告日期、专利申请号等,以及文章或专利内容的简述。
背景技术:
随着纺织品工业的迅速发展和市场对纺织产品质量要求的提高,高效快速无损检测纺织品成为迫切的技术需求,其中纺织品纤维的成分和含量检测是基本的纺织品质量检测项目。因而,高效快速纤维检测技术是当前纺织纤维检测领域的技术发展趋势。
在纺织品纤维检测领域,对于纤维的成分的鉴别及含量的测量有多种方法和途径,传统的国家标准中的方法包括燃烧试验法、溶解性试验法、着色识别法、显微镜观察法等。实际检测应用中,以上各检测方法都需要对纺织样品进行取样并转移到相应场所(如实验室等)由专门人员进行检测。因此,这些检测方法有如下不足之处:取样离体检测的方式会对被测纤维制品造成一定程度破坏;检测过程中的判断很大程度上依赖于检测人员主观的经验和认知程度,缺乏客观的数量化鉴别指标,不便于脱离实验室被广泛应用;检测效率不高,故只能随机抽检,无法实现大规模检测。近年来,出现了利用纤维样品的红外特征谱线进行识别以及利用成像图像模式识别提取纤维形态性状参数进行统计识别等新的检测鉴别方法。红外检测法和成像图像模式识别法能在一定程度上实现对纤维特征的数量化提取和判断,但检测过程一般也需要对样品进行切片制作等前期准备步骤,因而仍然难以走出实验室,满足高通量检测的应用需求。综上所述,目前的纺织纤维检测技术还不能满足高效快速检测的技术要求。
4)发明内容:
4.1)正面描述本发明所要解决的技术问题(对应现有技术的所有缺点;本发明解决不了的,不需提供);
4.2)清楚完整的叙述发明创造的技术方案,应结合工艺流程图、原理框图、电路图、仿真图、布局图、设备结构图进行说明(越详细越好,包括本发明的总体构成(列出本发明的完整部件/流程及其连接关系/时序关系),可与第6部分合写;发明中每一功能的实现都要有相应的技术实现方案,不能只有原理,也不能只做功能介绍;需要详细提供与现有技术的区别技术和关联技术;每个附图都应有对应的文字描述,以他人不看附图即可明白技术方案为准;所有英文缩写都应中文注释):
对于机械产品的发明创造应详细说明每一个结构零部件的形状、构造、部件之间的连接关系、空间位置关系、工作原理等;
对于电器产品应描述电器元件的组成、连接关系;
对于无固定形状和结构的产品,如粉状或流体产品、化学品、药品,应描述其组分及其含量、制造工艺条件和工艺流程等;
对于方法发明,应描述操作步骤、工艺参数等;注意请务必给出流程图,并对流程图的各个方框进行标号,并借助标号指出每个方框在正文中所对应的说明文字的位置。
4.3)简单点明本发明的关键点和欲保护点(逐项列出1、2、3、、、),并简单介绍与最接近的现有技术相比,本发明有何优点(一两个自然段即可;结合技术方案来描述,做到有理有据,即用推理或因果关系的方式推理说明;可以对应所要解决的技术问题或发明目的来描述)。
应力争挖掘出解决技术问题的思路并在交底书中描述。在交底书中给出"______的问题,通过______来解决"这样的描述,力争在交底书中写出"如果用一句话来概括,这件专利想要解决的问题以及解决这个问题的核心是什么?"这句话(用不超过30个字说明本发明的发明点)。
发明内容:
本发明所要解决的技术问题就是为了克服以上的不足,提出了一种无损快速高通量纤维鉴别方法和混纺织物中纤维成分含量的测量方法。
本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决:一种纤维鉴别方法,包括如下步骤: 第一步:利用旋转线偏振检测法对各种纤维标准样品进行成像并数据处理以提取各种纤维标准样品的性状参数 ,做出各种纤维标准样品的性状参数 标准特征曲线,将各种标准特征曲线存入标准库;第二步:利用旋转线偏振检测法对待测纤维样品进行成像并数据处理提取待测纤维的性状参数,做出待测纤维的性状参数的待比较特征曲线;第三步:将待比较特征曲线与标准库内的各种标准特征曲线进行对比,判断所述待比较特征曲线与某条标准特征曲线是否为同种曲线,如是则鉴定该待测纤维样品为所述某条标准特征曲线相对应的纤维种类。
所述第三步中判断所述待比较特征曲线与某条标准特征曲线是否为同种曲线的方法为:获取待比较特征曲线与某条标准特征曲线的相关系数,并判断相关系数是否大于等于第一预设值,如是则为同种曲线。
所述第三步中相关系数通过如下方式得出:,其中:h1i为被测样品直方统计值,h2i为标准样品直方统计值,为被测样品的直方统计平均值,为标准样品的直方统计平均值,为相关系数。
所述第三步中判断所述待比较特征曲线与某条标准特征曲线是否为同种曲线的方法为:判断待比较特征曲线与某条标准特征曲线的峰的个数和相应的峰值位置、半高宽的差别是否在第一预设精度范围内,如是则为同种曲线。
所述第一步和第二步中的性状参数通过如下方法得到:对纤维样品进行成像、数据处理后得到背向散射光的偏振差,其中LDP为背向散射光的偏振差,i为入射偏振角,s为出射检偏角;性状参数。
一种混纺织物中纤维成分含量的测量方法,包括如下步骤:第一步:利用旋转线偏振检测法对各种纤维标准样品进行成像并数据处理以提取各种纤维标准样品的性状参数 ,做出各种纤维标准样品的性状参数 标准特征曲线,将各种标准特征曲线存入标准库;第二步:利用旋转线偏振检测法对待测混纺织物进行成像并数据处理提取待测混纺织物的性状参数,做出混纺织物的性状参数的待分析特征曲线;第三步:选取标准库内的至少两条纤维标准样品的标准特征曲线,通过改变权重进行叠加获得混纺模拟特征曲线;判断所述待比较特征曲线与某条混纺模拟特征曲线是否为同种曲线,如是则取所述某条混纺模拟特征曲线所对应的纤维组分和权重为待测混纺织物的纤维组分和成分含量值。
所述第三步中判断所述待比较特征曲线与某条混纺模拟特征曲线是否为同种曲线的方法为:获取待比较特征曲线与某条混纺模拟特征曲线的相关系数,并判断相关系数是否大于等于第二预设值,如是则为同种曲线。
所述第三步中相关系数通过如下方式得出:,其中:h1i为被测样品直方统计值,h2i为标准样品直方统计值,为被测样品的直方统计平均值,为标准样品的直方统计平均值,为相关系数。
所述第三步中判断所述待比较特征曲线与某条混纺模拟特征曲线是否为同种曲线的方法为:判断待比较特征曲线与某条混纺模拟特征曲线的峰的个数和相应的峰值位置、半高宽的差别是否在第二预设精度范围内,如是则为同种曲线。
所述第一步和第二步中的性状参数通过如下方法得到:对纤维样品进行成像、数据处理后得到背向散射光的偏振差,其中LDP为背向散射光的偏振差,i为入射偏振角,s为出射检偏角;性状参数。
本发明与现有技术对比的有益效果是:本发明可以快速地进行纤维鉴别和混纺织物中纤维成分含量的测量,并且在鉴别和测量过程中不需对纤维样品进行破坏,可以实现无损测量。本发明测量结果准确可靠。(即:目前的纺织纤维检测技术不能满足高效快速检测的技术要求的技术问题,通过利用旋转线偏振检测法来解决)
5)附图:实用新型专利必须提供附图,附图中构成件可以有标记,尺寸和参数不必标注。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的纤维鉴别方法的流程图;
图2是标准库中棉、苎麻和粘胶纤维的性状参数标准特征曲线;
图3 是标准库中羊毛和家蚕丝纤维的性状参数标准特征曲线;
图4是被鉴定棉纤维与标准库棉纤维的特征曲线对比示意图;
图5是被鉴定家蚕丝纤维与标准库家蚕丝纤维的特征曲线对比示意图;
图6是 本发明具体实施方式的混纺织物中纤维成分含量的测量方法的流程图;
图7是被鉴定混纺织物与标准库模拟的特征曲线的对比示意图。
6)优选具体实施方式(可与第4部分合写,具体实施方式中包括:实验例的完整描述及实验数据及对实验数据的解读,以及比较例的完整描述及比较例的数据结果和对数据结果的解读;尽量写明所有同样能完成发明目的的替代方案,所述替代可以是部分结构、器件、方法步骤的替代,也可以是完整的技术方案):
对于产品发明应描述产品构成、电路构成或者化学成分、各部分之间的相互关系、工作过程或操作步骤;对于方法发明应写明步骤、参数、工艺条件等,可提供多个具体实施方式。
具体实施方式:
下面通过具体的实施方式并结合附图对本发明做进一步详细说明。
本发明对旋转线偏振成像方法获得的偏振信息进行再处理,形成一种新的纤维鉴别和含量测量的检测方法,实现无损快速高通量的纤维检测。
本发明的发明人发现,在旋转线偏振检测方法获得的性状参数中(包括A、B、C等等),提取与纤维的性状直接相关的性状参数 (定义=A/B)进行统计,作出相应的 参数特征曲线;不同种类的纤维 参数特征曲线的线形、峰值位置、半高宽等互不相同,因而可以被明显区分。
如图1所示,一种纤维鉴别方法,包括如下步骤:
第一步:利用旋转线偏振检测法对各种纤维标准样品进行成像并数据处理以提取各种纤维标准样品的性状参数,得到各种纤维标准样品的性状参数 标准特征曲线,将各种标准特征曲线存入标准库。
对纤维标准样品进行成像、数据处理后得到的背向散射光的偏振差(LDP)表达为入射偏振角i和出射检偏角s的函数式:,其中LDP为背向散射光的偏振差,i为入射偏振角,s为出射检偏角。其中,A,B,C等都是与i和s无关的参数。
我们取性状参数,得到了一个对应于成像面每个像素点的 参数数组。对这个数组的元进行直方统计,并且进行归一化,得到了 参数直方统计分布曲线。每种纤维具有其特殊的 参数直方统计分布曲线,称为纤维的 参数特征曲线(简称 特征曲线)。作为鉴别的依据,一些纤维标准样品的 特征曲线称之为纤维标准样品的性状参数 标准特征曲线。图2是标准库中棉、苎麻和粘胶纤维的性状参数 标准特征曲线,图3 是标准库中羊毛和家蚕丝纤维的性状参数 标准特征曲线。在特征曲线图中,横坐标为 值,纵坐标为直方统计值,表示对应 值的归一化像素点数,用h表示。
本方法具有开放性,即标准库内的特征曲线可以添加,从而增加新的纤维种类。
第二步:利用旋转线偏振检测法对待测纤维样品进行成像并数据处理提取待测纤维的性状参数,得到待测纤维的性状参数的待比较特征曲线。
第二步中,得到待测纤维的性状参数的待比较特征曲线与第一步中得到标准特征曲线的方法相同,此处不再赘述。
第三步:将待比较特征曲线与标准库内的各种标准特征曲线进行对比,判断所述待比较特征曲线与某条标准特征曲线是否为同种曲线,如是则鉴定该待测纤维样品为所述某条标准特征曲线相对应的纤维种类。
第三步中判断所述待比较特征曲线与某条标准特征曲线是否为同种曲线的方法可为:获取待比较特征曲线与某条标准特征曲线的相关系数,并判断相关系数是否大于等于第一预设值,如是则为同种曲线。
计算相关系数的公式如下:
其中:h1i为被测样品直方统计值,h2i为标准样品直方统计值,为被测样品的直方统计平均值,为标准样品的直方统计平均值,为相关系数。所述相关系数的第一预设值为0.98。
第三步中判断所述待比较特征曲线与某条标准特征曲线是否为同种曲线的方法还可为:判断待比较特征曲线与某条标准特征曲线的峰的个数和相应的峰值位置、半高宽的差别是否在第一预设精度范围内,如是则为同种曲线。
如图2所示,本发明还提供了一种混纺织物中纤维成分含量的测量方法。通过对标准数据库中的两组或者多组纤维 曲线按一定权重进行叠加(比如线性叠加,或者针对实际情况修正的叠加方式),可以得到一条新的 理论曲线,这条曲线可以模拟以上多纤维成分按权重进行混纺的真实纺织物的 测量曲线。由此得到一种混纺织物中各纤维成分含量的测量方法:通过对混纺织物进行旋转线偏振检测测量并得到其测量 曲线;然后利用数据库的各纤维标准 曲线进行组合叠加拟合,改变纤维组分,组分的叠加权重来逼近混纺样品的测量 曲线,当叠加的模拟 曲线与测量 曲线相关系数达到一定程度,则取此时模拟曲线的纤维组分和权重作为混纺织物的纤维组分和成分含量值。
一种混纺织物中纤维成分含量的测量方法,包括如下步骤:
第一步:利用旋转线偏振检测法对各种纤维标准样品进行成像并数据处理以提取各种纤维标准样品的性状参数,做出各种纤维标准样品的性状参数 标准特征曲线,将各种标准特征曲线存入标准库。
第二步:利用旋转线偏振检测法对待测混纺织物进行成像并数据处理提取待测混纺织物的性状参数,做出混纺织物的性状参数的待分析特征曲线。
性状参数通过如下方法得到:对纤维样品进行成像、数据处理后得到背向散射光的偏振差,其中LDP为背向散射光的偏振差,i为入射偏振角,s为出射检偏角;性状参数。
第三步:选取标准库内的至少两条纤维标准样品的标准特征曲线,通过改变权重进行叠加获得混纺模拟特征曲线;判断所述待比较特征曲线与某条混纺模拟特征曲线是否为同种曲线,如是则取所述某条混纺模拟特征曲线所对应的纤维组分和权重为待测混纺织物的纤维组分和成分含量值。
第三步中判断所述待比较特征曲线与某条混纺模拟特征曲线是否为同种曲线的方法为:获取待比较特征曲线与某条混纺模拟特征曲线的相关系数,并判断相关系数是否大于等于第二预设值,如是则为同种曲线。
相关系数通过如下方式得出:,其中:h1i为被测样品直方统计值,h2i为标准样品直方统计值,为被测样品的直方统计平均值,为标准样品的直方统计平均值,为相关系数。所述相关系数的第二预设值为0.9845。
所述第三步中判断所述待比较特征曲线与某条混纺模拟特征曲线是否为同种曲线的方法还可为:判断待比较特征曲线与某条混纺模拟特征曲线的峰的个数和相应的峰值位置、半高宽的差别是否在第二预设精度范围内,如是则为同种曲线。
下面将通过实施例来更详细的描述本发明。
测量系统:本测量系统的光源采用红光LED (中心波长650 nm,带宽50 nm),发出的红光通过偏振片成为线偏振光,再通过焦距为5cm的透镜成为平行光束,以25°的倾角照射样品。在垂直样品表面的方向,通过镜头(CCTV镜头,f1.8/50mm)和CCD 相机(Q-imaging RETIGA EXi, 12 位,696×520 像素)接收从样品返回的背向散射光,并对照明区域进行成像(成像区大小13 mm ×17 mm)。本测量系统检测一次时间22秒,数据处理时间不超过60秒(与计算机的处理能力有关),故具有快速大容量检测的能力。
实施例一:
样品:来自某厂家的未知纤维样品两份。为排除颜色的干扰,样品均为白色。
鉴别步骤:
分别对两种未知纤维样品进行旋转线偏振测量,并拟合得到公式,同时得到参数A,B,C等。
提取A和B的值组合得到新参数,并对参数 作直方统计,得到两种未知纤维的待比较特征曲线。
将测量得到的两种未知纤维的待比较特征曲线与标准库中的各种标准特征曲线进行逐一对比,分别求出曲线之间的相关系数r,结果如表一所示。
表一 被测样品与标准样品间的相关系数
相关系数r |
棉(标准库) |
苎麻(标准库) |
粘胶(标准库) |
羊毛(标准库) |
家蚕丝(标准库) |
被测样品一 |
0.9876 |
-0.3466 |
-0.6507 |
-0.7616 |
-0.3711 |
被测样品二 |
-0.3729 |
-0.2155 |
0.3325 |
0.4617 |
0.9949 |
判别相关系数r的大小,输出大于等于设定相关系数值(此处设定值为0.98)的结果作为未知纤维种类的鉴别结果。
由表可见,被测样品一与棉纤维标准样品相关系数r达到0.9876(>0.98),而同时与标准库中其他纤维 特征曲线的相关系数都小于0.98,故鉴别结果为样品一为棉纤维。事实上,由样品一的产品说明可知,其确实为棉纤维制品。被鉴定棉纤维与标准库棉纤维的特征曲线如图4所示。
同理,被测样品二与家蚕丝纤维标准样品相关系数高达0.9949(>0.98),同时与其余样品的相关系数都小于0.98,故鉴别结果为家蚕丝纤维。这个鉴别结论也得到其产品说明的印证。被鉴定家蚕丝纤维与标准库家蚕丝纤维的 特征曲线如图5所示。
以上结果说明,利用 特征曲线鉴别纤维的结果与实际情况一致,说明本发明的鉴别结果准确可靠。
实施例二:
样品:某白色混纺样品,已知混纺纤维种类为两种。
鉴别步骤:
对未知混纺纤维样品进行旋转线偏振测量,并拟合得到公式,同时得到参数A,B,C等。
提取A和B的值组合得到新参数,并对参数 作直方统计,得到混纺纤维的 特征曲线。
在标准数据库中选取两种纤维的 特征曲线作为模拟混纺的纤维成分。
取一组权重值进行线性叠加,得到一条混纺模拟 特征曲线。其中,权重值的取法为,取初始权重值组(比如0.01/0.99),以某一步长(比如0.01)进行变化,直到比值上限(比如0.99/0.01)。
将得到的混纺模拟 特征曲线与混纺测量 特征曲线进行对比,计算相关系数r,计算示例如表二所示:
判别相关系数r与设定值的大小(此处设为0.9845)。若大于等于0.9845,则输出检测结果,包括此时的纤维种类组合及其权重值;若小于0.9845,则返回步骤(4),重新选择一组权重值进行步骤(5)和(6);若权重值组合被历遍,仍然得不到r>0.9845的结果,则返回到步骤(3),选择新的纤维组合,重新进行步骤(4)~(6),直到得到r>0.9845的混纺组合,并输出结果。
表二 棉麻混纺不同含量模拟曲线与测量曲线相关系数
棉/麻比例 |
0.63/0.37 |
0.61/0.39 |
0.59/0.41 |
0.57/0.43 |
0.55/0.45 |
0.53/0.47 |
r |
0.9781 |
0.9821 |
0.9844 |
0.9847 |
0.9823 |
0.9773 |
>=0.9845 |
否 |
否 |
否 |
是 |
否 |
否 |
由表二的相关系数数据,对未知混纺样品的测量模拟输出结果为,两种混纺成分为棉和麻,两者相对含量比例为0.57/0.43。实际上,从被测混纺样品的产品说明上可知,该混纺样品成分确实为棉纤维和麻纤维,两者相对含量比例为0.55/0.45,检测结果与产品说明的误差在规定检测精度以内。被鉴定混纺织物与标准库模拟的特征曲线的对比可参见图6。可见,利用本发明的检测方法可以有效进行混纺纤维制品成分鉴别和含量测量。需要强调的是,本发明的标准库是一个开放的系统,其可以在实际中添加新的纤维种类,以使得其能够模拟更多的混纺组合。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
图1
图2
图3
图4
图5
图6
图7