FMA系列纖維細度儀整體輪廓測量技術

  FMA系列纖維細度測量儀的檢測軟件DMA（Diameter Micro Analyzer）所使用的測量方法及裝置, 屬顯微測量技術領域。該系列產品由清華大學教師開發研制，采用了整體輪廓測量技術。2001年通過國家部級技術鑒定，獲得紡織工業協會2005年科技獎，后交由北京華宜卓科技有限公司經營管理。該儀器在國內采用國際標準,符合國家七部委[2002]209號文件關于積極采用國際標準的要求。對纖維檢測行業的技術進步、擴大對外開放、加快與國際慣例接軌具有推動作用。

纖維直徑等參數是衡量其產品質量的重要標志，且這些參數已被國際羊毛纖維組織（IWTO）列為國際標準。為了測量纖維直徑及相關的參數，國際上出現了一系列方法。其中比較成熟和廣泛應用的方法有投影顯微法和基于計算機圖像分析的方法。

投影顯微法

   投影顯微法發展相對較為成熟，上世紀在我國被廣泛采用，但它存在許多本身不可克服的缺點，例如

（一）測量速度慢、工作效率低。投影顯微法的纖維直徑測量是由人工在暗室中一根一根進行的，因此其測量速度非常慢，工作效率低。

（二）費用高。投影顯微法測量速度慢且勞動強度大，在實際測量中，需要雇傭較多的人和購置較多臺儀器，這無形中增加了成本。

（三）測量精度低。人工手動測量結果會受到較大的人為因素干擾，從而降低了測量精度和可信度，使得測量結果差異很大。在激烈的國際競爭環境下，這種測量方法測量的結果很難被國際相關廠商所承認。

隨著技術的發展，尤其是計算機和圖像處理技術的發展，利用計算機進行纖維直徑及相關參數的測量越來越可行。由澳大利亞廠商提供的光學纖維直徑分析儀（OFDA）曾被一些單位使用，從其使用狀況來說，它比投影法要方便和快速得多。它的基本原理是對纖維圖像進行顯微放大并對顯微放大圖像進行處理和纖維尺寸測量。該儀器雖效率較高，但同樣存在一些不足：

1) 該儀器的圖像采集卡是一種高速圖像卡，制作成本昂貴，因此通用性大大下降；

      2)光源為可切換光源，目的是滿足不同的需要,但造成了光源制造和控制的復雜性；

      3)軟件平臺的數據文件不能同其它軟件共享，沒有管理功能；

      4)價格昂貴，在我國只有少數單位買得起, 極大地限制了它的廣泛應用。

  計算機圖像分析法

FMA系列儀器使用一種獨特的纖維尺寸測量方法及專用的顯微裝置。將計算機、控制、顯微和圖像處理技術相結合，開發了基于纖維整體形狀特征（不是幾個點）的纖維尺寸測量方法和裝置。由于采用了獨特技術，使得其具有明顯的技術先進性。

   1、纖維尺寸測量方法：

（1）  纖維樣品制作

   纖維經過專用工具切割形成長約1毫米的纖維，將切斷后的纖維均勻撒布在制樣玻璃上。按照國家有關標準執行。

(2)   纖維圖像采集

  將纖維樣品由顯微鏡放大后的圖像經攝像頭、圖像采集成數字信號傳輸到到計算機內存中。

(3)  纖維圖像背景分離

  將纖維圖像中纖維成像部分同其它部分剝離開。其分離的原理是根據纖維圖像部分同其它部分在灰度上存在明顯的差別，這種差別主要為纖維圖像部分的灰度值較大，而其它部分較小，因此可通過選擇一個中界值來將纖維和其它部分分離開來。

(4)  纖維跟蹤識別整體測量

    纖維尺寸主要是由其整體輪廓信息所決定的，因此提取其輪廓信息是非常關鍵的。這里采用的方法為邊界鏈碼跟蹤方法來實現的，在跟蹤過程中，將識別到的邊界用特定顏色標識，并將其坐標值記錄在計算機內存中，以便后續處理。因此本儀器采用的是整體輪廓測量技術, 這不同于其它廠商采用的設置測量點技術。設置測量點技術為了提高精度，采用多選點（3個點以上）取平均值方法。但是選點再多, 也無法做到無數根, 無法做到本方法的整體輪廓測量。這是本儀器與其它廠商儀器的根本區別。

(5) 纖維尺寸測量

纖維尺寸測量參數都是從纖維邊界中計算出來的，這些參數是：

纖維直徑：纖維中點沿纖維垂直方向測量纖維兩邊輪廓線間的距離；

纖維彎曲率：纖維中點處的纖維彎曲曲率。

單位長度上突起數：

突起面積：

(6)   纖維尺寸統計計算

纖維樣品中的單個纖維尺寸存在很大的隨機性，因此只有其統計參數和分布才能更好地反映其質量。該方法所給的統計參數和分布為

（a）統計參數

平均值（所有測量參數）：

標準方差（所有測量參數）：

     E為數學期望

刺痛因素：

纖維直徑大于規定尺寸的根數 除以 測量纖維根數

5%最粗纖維與纖維平均直徑差：5%最粗毛纖維平均直徑 - 纖維平均直徑

5%最細纖維與纖維平均直徑差：纖維平均直徑 - 5%最細毛纖維平均直徑

（b）分布

纖維直徑分布：纖維數量隨纖維直徑變化的概率分布

纖維彎曲率分布：纖維數量隨纖維曲率變化的概率分布

突起大小分布：纖維數量隨纖維突起大小的概率分布

單位長度上突起數量分布：纖維數量隨單位長度上突起數量的概率分布

2、纖維尺寸測量專用裝置

商用微機，顯微鏡，攝像頭等，數碼攝像頭通過USB接口與微機相連。

   由于本儀器使用了先進的纖維測量方法和合理的專用顯微測量裝置，使得纖維尺寸測量快速、準確。所測的纖維尺寸幾乎包括了所有關于纖維的輪廓特征。也由于采用先進的測量方法和合理的裝置，使得其成本相對同類進口產品要低得多；同時本儀器操作簡單、維護容易，測量誤差低，使用壽命長。