1、探讨仪器化检测棉花颜色级指标 随着国家“GB 1103.12012锯齿加工细绒棉标准”的正式颁布和实施，棉花颜色级的检测就由大容量棉花快速检测仪来完成了。但是随着中国细绒棉棉花色征图的不断完善，中国细绒棉颜色分级图在新的棉花细绒棉标准GB 1103.12012中的确立，棉花快速检测仪检测出的颜色级结果是否科学、准确，数据是否稳定、可靠，是否具有社会公信力，直接关系到棉花交易双方、用棉单位的切身利益。因此就大容量棉花快速检测仪检测棉花颜色级的数据指标，与各位同仁进行共同探讨和分析，如有不对之处，敬请批评指正。 棉花颜色级的由来及测试初级原理 目前世界上没有任何仪器可以直接测试出棉花的颜色等级，棉
2、纤维样品的颜色等级是通过测试样品的反射率Rd和黄度+b来共同确定的。这个客观的方法是Nickerson和Hunter在19世纪40年代早期为了确定USDA（美国农业部）棉花颜色等级标准时开发的。现在人们更多地用大容量棉纤维快速测试仪的颜色测试系统测试出棉花反射率Rd和黄度+b确定棉花的颜色等级，以取代棉花分级师的感官观测。 反射率表示了棉花样品反射光的明暗程度，对应于Nickerson/Hunter颜色等级图中的反射率Rd。黄度表示棉花样品黄色色调的深浅程度，对应于Nickerson/Hunter颜色等级图中的+b ，两者一起决定仪器测试得到的棉纤维的颜色等级。大容量棉纤维快速测试仪也只是测试
3、出棉花的反射率Rd和黄色深度+b（以下简称黄度）的数值，根据反射率Rd和黄度+b在中国棉花颜色分级图中的坐标位置最终确定棉花的类型和级别。（中国细绒棉棉花颜色分级图见图1） 目前，全世界对于原棉各项技术指标进行测试验证的仪器有USTER公司生产的HVI900 CLASSING、AFIS PRO、AFIS PRO2、MF100、HVI700、HVI1000和我国自主研制的国产XJ128、XJ129，印度生产的Premier ART自动快速测试仪。现在，我国棉花公证检验实验室使用的大容量棉花快速测试仪有420多台，主要是以USTER公司生产的HVI1000为主，国产XJ128自2011年投入使用以
4、来发展和增长速度较快，主要分布于纺织企业、各棉花科研单位及纤维检验机构，目前在市场上有80多台。 由于目前全国各棉花公证检验实验室的棉花检测设备主要为国产XJ128以及USTER公司生产的HVI900 CLASSING、HVI1000，所以我们就对这3种类型的棉花大容量检测仪的颜色测试系统进行举例介绍。 国产XJ128是我国陕西长岭公司自主研制的，拥有完全的自主知识产权，于2011年正式投入市场。XJ128颜色/杂质组件中色泽测试采用的是光照反射法。色泽/杂质测试模块是在主处理机的监控下，采用45/0的照明方式，发光光源是由白炽灯灯泡所发出的光线与棉样表面法线呈45度角的方向入射，在法线上测量
5、棉样表面的发射光，分析得到的光谱成分，然后根据尼克森亨特公式把棉纤维的反射光分析成CIE标准色度观察者的光谱三刺激值X、Y、Z，再根据方程计算出棉纤维色泽的反射率RD和黄色深度+b值。 USTER公司生产的HVI1000的颜色模块的光源采用的是氙灯。对于非彩色棉，棉花的基本色调很接近孟塞尔色卡的10YR，也就是说棉花的色调在孟塞尔色空间的10YR平面上，只要用明度和饱和度两个坐标来刻画棉花的颜色特性即可。因此HVI1000的颜色模块采用亨特坐标，其中Rd（%）表示反射率；+a表示反射光红色成分，-a表示绿色成分；+b表示黄色成分，-b表示蓝色成分。根据CIE1931系统测量出物体颜色的X、Y、
6、Z三刺激值，就可计算出Rd、a、b参数，对于棉花来说，a近似一常数，无需测量，即三刺激值中的X无须测量，所以，棉花测色只要测量棉花的Y、Z两刺激值即可利用公式得出亨特系统颜色空间的结果。通俗地讲HVI1000测试的棉花颜色等级图是二维的。图2为亨特三维坐标图与二维棉花颜色级的转换关系示意图。 XJ128、HVI900 CLASSING、HVI1000三种设备在颜色测试理论上基本一致，但在硬件结构以及数据分析处理（公式计算上）有所不同。XJ128和HVI900 CLASSING虽然照射光源上采用了白炽灯泡且均采用45?角照射法向观测，即45?/0?的照明方式，但XJ128使用的是XYC-全数字棉
7、花色泽仪进行数据处理和模数A/D转换。而HVI900 CLASSING则是通过棉样测试窗口内部下方水平放置的滤色片，将透过的反射光线照射到光敏电路上，光信号通过模数转换传入电脑进行分析，计算得到Rd、+b数值。HVI1000是在HVI900 CLASSING的基础上，进行不断改进和完善的机型。HVI1000为克服白炽灯照明光源照度会随时间变化而变化，产生仪器上的系统漂移，以及人工更换白炽灯时调校角度所带来的误差，为此改用了氙灯作为光源，同时对光敏电路及信号处理模块做了升级优化和系统集成，使得HVI1000在色泽检测中数据波动更小，系统更加稳定。 颜色标准板在大容量棉花快速检测仪颜色校准中的重要
8、作用 棉花快速检测仪的频繁使用有时会造成颜色测试模块数据的异常和波动，有时仪器的颜色模块校准检查不通过时，我们经常会使用颜色标准板进行校准，来保证仪器状态的正常。颜色板准板在国产XJ128、HVI900 CLASSING、HVI1000的颜色校准中是经常使用的。那么我们首先就要明确什么是校准，为什么要进行颜色模块的校准。所谓校准就是在规定条件下，给测量仪器的特性赋值并确定示值误差，将测量仪器所指示或代表的量值，按照比较链或校准链，溯源到测量标准所复现的量值上。 颜色测试系统的校准程序较为简单。通常我们用于颜色校准的标准板由白、棕、黄、灰、中心色5个颜色的瓷板组成，系统检测这5种已知颜色数值的颜
9、色板，并将这些颜色板的读数与系统中保存的校准常数进行比较。如果这些数值不一致，系统将对常数提出警告，以使所有颜色测量符合已知标准。颜色标准板主要用于检查仪器设备或环境条件是否达到要求，用于仪器设备的数值标定。颜色标准板的校准是基于测量的，通过校准程序，系统将对自身的反射率Rd、黄度+b的3个修正参数coefficent0、coefficent1、coefficent2进行修正，从而达到调整测量的水平，确保检测数据的准确性。 用新疆南部具有代表性的原棉在三种类型的大容量棉花快速检测仪上检验分析 1.现行实验室所使用的大容量棉花快速检测仪测试颜色级指标Rd、+b的测试范围和允差，见表1。 2.使用
10、经过赋值的一套瓷板Tile Set为977的颜色校准板分别在3种机型上进行检测、分析，见表2。 对表2的数据进行分析，目前各棉花公证检验实验室所广泛使用的这3种大容量棉花快速检测仪颜色检测系统的溯源是符合要求的，检测数据的稳定性和准确度都是不错的，数据的离散性较小，检测精度较高。 3.使用新疆南部具有区域代表性的原棉（3个）进行检测分析，（注：棉样1-8016、棉样2-8018、棉样3-8019）见表3。 对表3的数据进行分析后发现：3种类型的大容量棉花快速检测仪在实际棉样的检测中数据的稳定性和准确性都是不错的。通过3种不同类型的检测仪器对同一棉样进行检测，检测得到的数据再现性符合要求。这也说
11、明目前我国各棉花公证检验实验室大容量快速检测仪在新标准下应用的颜色分级图得到了较好的应用，检测颜色级反射率Rd、黄度+b指标的能力是完全符合要求的。大容量棉花快速检测仪将在今年国家细绒棉新标准颜色级的检验中充当主力军，为新棉花标准的正式实施和顺利推行保驾护航。 综上所述， 通过对大容量棉纤维快速检测仪检测棉花颜色级指标的探讨，对于我国的棉花颜色品级检验，从人工感官检验棉花品级，到利用大容量棉花快速检测仪检测棉花的反射率和黄度，最终确定棉花的颜色级是棉花检验体制改革的一项丰硕成果，不仅极大地减轻了一线棉花检验分级人员的工作量，也使得棉花颜色级的检验工作更加快捷和高效，使其步入了规范化、程序化的轨道。 对于无论是XJ128，还是HVI1000 以及HVI900 CLASSING等大容量棉花快速检测仪的广泛采用为棉花的检验、交易和流通都提供了有力的技术支撑。大容量棉花快速检测仪检测棉花数据的科学性、准确性符合棉花颜色检测原理，但只有其不断完善和改进，最终达到最佳的检验效果，才能更加有效地提高其在社会和市场中的公信力。 （作者单位：新疆巴州纤维检验所）第 6 页 共 6 页
