AFISPRO纺织工艺过程控制系统的原理和应用

Uster AFISPRO纺织工艺过程控制系统的AFIS是the Advanced Fiber Information Syster的缩写，PRO表示仪器由模块结构组成。它是世界上sc的纺织过程中纤维测试系统，是{dy}种自动测试棉结、杂质的仪器。它能快速方便地测试原棉、棉条和粗纱中的纤维细度、长度、短绒率、棉结、杂质、成熟度等指标，有效地鉴别评定梳棉机、精梳机、并条机、粗纱机制品的质量变化，分析优选原棉、设备和生产工艺。Uster公司1997年、2001年已发表不同水平的AFIS统计值，可供测试数据比较。

1．AFIS的基本结构和原理

图1为AFIS测试系统结构示意图，图2为AFIS单纤维分离器示意图。

1．1仪器的基本结构。

AFIS由纤维分离系统、纤维输送系统、测试系统、计算机控制系统、外部设备等5个部分组成。

纤维分离系统由喂入罗拉、皮圈、固定分梳板、给棉板、带网眼锡林等组成，在锡林高速旋转的离心力和锡林与固定分梳板间分梳力作用下，纤维与杂质分离并使纤维充分梳理，此时棉结附着在纤维中。

纤维输送系统由真空电机、流量控制阀、压力计、管路和废棉收集箱组成，纤维输送系统通过气流及速速力使纤维被伸直平行并牵伸分解为单纤维，同时纤维输送系统把附着有棉结的纤维和被分离出来的杂质分别送至各自的传感器，经过传感器的测试后送回各自的废棉收集箱。

测试系统由两个传感器组成，一个传感器接收纤维，测试出棉结平均直径及数量，纤维长度、纤维直径、短纤维率等数据。另一个传感器接收杂质，测试出杂质的数量及平均直径等数据。

计算机控制系统由1台标准的计算机和测试控制系统组成，它监控仪器工作状态。该系统具有良好的人机对话功能，仪器的一切测试操作，校验等工作均由其提供的菜单辅助完成。

外部设备由1台电子天平、1台LCD显示器和1台喷墨打印机组成。

图2  AFIS单纤维分离器

1．2传感器的工作原理

传感器的工作是根据光学原理完成的（见图3），当纤维经过光源时，根据遮光量不同的电压信号来反映棉结的大小或纤维直径，根据遮光时间产生不同的时间信号来反映纤维的长度，这就检测了棉结和纤维。杂质的检测也是同理。当检测纤维时，由于有些纤维还呈现重叠、弯钩等非平行伸直的单纤维状态，仪器可以进行判断并记录该测试值，以避免出现试验误差。测试纤维的长度和直径等数据是对约0.5g棉样中约3000根纤维计数完成的，测试纤维中的棉结与杂质是对约0.5g棉样计数的。一个棉样的测试一般约用4～5min。

1．3仪器工作过程

试样首先经过电子天平1称量后，经输送装置2和喂入罗拉进入针辊3，被针辊和{dy}分梳板梳理开松，多孔针辊导气孔的气流使重的杂质在{dy}道逆向导流槽中与纤维和微尘分离，排入除杂管道4。较轻的纤维和尘杂在导流槽空气作用下返回针辊，经第二针辊的继续梳理，在第二逆向导流槽中将余留的杂质再次排向除杂管道4。试样微尘则在多孔针辊离心力的作用下被分离，经多孔针辊套筒的区域，进入除微尘管道5。试样经第二针辊和第三梳理板的{zh1}梳理，进入纤维和棉结加速喷管6，经高速剥取送入光电传感器7、电信号测量器8。

如图3所示，被检测纤维通过光电传感器时，使散光量产生变化，经聚焦到传感器转换为电信号的特性波形。纤维产生矩形波；棉结产生三角形波。其波幅数倍于纤维矩形波的波幅。{zh1}借助计算机图像处理系统9处理就可得到棉结的尺寸和数目、纤维长度及根数、质量等数据。同理，被分离的杂质和微尘经另一个传感器和测试处理系统，取得相应的数据。所有数据可在显示器11的屏幕上显示或经打印机10打印出来。

AFIS PRO纺织工艺过程控制系统测试指标和名称

1．4仪器的模块结构

仪器测试系统设计采用不同模块以适应不同需要。

N模块：测试棉结数量、棉结种类和大小；

L&D模块：测试纤维长度和成熟度；

T模块：测试纤维中异物、杂质、微尘的大小与数量；

Multidata模块：同时测定棉结、杂质、微尘 、纤维长度和成熟度；

Autojet模块：自动把试样送入仪器，使操作人员同时可做其他工作。

 仪器配备质量一览图和内置的纤维特性Uster统计值。

1．成熟度的测试原理

AFIS测试纤维成熟度的方法具有独创性，它与传统的、经典的测试胞壁增厚比的理论和方法原理相似；与传统的人工测试中腔胞壁对比法和氢氧化钠膨胀法测试数据基本相同，但籍光学自动测试，效果和准确性较高。

AFIS应用光电图像处理方法测定单根纤维周长和截面积，自动计算棉纤维细度（Metx）、成熟度比和未成熟纤维含量百分率IFC。

众所周知，干态棉纤维截面呈不规则腰圆形（图5a），设其周长设为 ，面积为；设相同周长的圆形（图5b）截面积为 。

则 =

式中： 为胞壁增厚比，即为胞壁充塞的面积与相同周长圆面积之比。相同周长不同形状截面的面积，以圆面积为{zd0}，以此作为比较基础。胞壁增厚状态愈好， 愈大，纤维成熟度愈好。

AFIS认定 小于0.25为不成熟纤维，0.25～0.50为薄胞壁纤维，0.25～1.0为成熟纤维。

由此可计算：

成熟度比Mat按ISO4910“纤维成熟度测量——显微镜法”中氢氧化钠膨胀法公式计算；

式中：200为观察纤维的根数。例如： ， ，则 。

3.AFIS测试指标和代号（见表1）

表1   AFIS测试指标和代号

4．AFIS测试系统的特征

传统检测半制品棉结的方法一般是用目测检验棉条（需先将棉条撕成棉网状）或棉网中的棉结，检测棉网会造成轻条或关车、断头，且不能定量，已很少采用。一般每次每台梳棉机监测0.5g～1g，检验量较少，花费人工较多，通常一个中型厂都需要一个专职试验工。存在的{zd0}问题是对松散棉结的理解，人与人之间往往判定不一样。因此人与人之间、厂与厂之间检验差异很大，缺乏可比性，很难制定一个客观的统一标准。另外试验人员长期目测，容易造成眼疲劳和职业病，并造成测试误差。AFIS自动检测纱条中的棉结、杂质确是重要创新。系统将棉结定义为非单根纤维的缠结，并将棉结分为“棉结”和“带籽屑棉结”两类。一般来说，它与我国标准规定的棉结概念是一致的。由于它将松散的纤维缠结均算作棉结，因此比我国传统的目测法检测棉结相比更加严格。

从棉纺工艺的要求来分析，清棉、梳棉、精梳要尽量使纤维分离成单纤维状态，带籽屑的棉结是造成条干不匀和纱疵的大害，因而可以认为AFIS检测棉结更为合理。

AFIS仪器通过光电传感器测试单纤维的根数和数量，分别得出纤维长度和根数的排列图，从而可求得按根数和质量加权的平均长度、长度CV%、短绒%、相当于手扯长度的质量加权上四分位长度UQL等指标。它与Uster HVI型大容量测试仪束纤维测试求出摄影机曲线，得出跨距长度、整齐度等指标方法不同，意义不同，它与国内通用的Y111型罗拉式长度分析仪、Y121型梳片式长度分析仪求得数据基本一致，具有可比性。并且它具有自动测试、避免人为操作差异、jq度高、测试速度快等特点，特别是短绒率的正确、快速的厕定，更有较大的工艺意义。

AFI S与其它纤维长度分析仪的比较（见表2）

表2  AFI S长度测试与其他仪器的比较