張后兵　涂紅雨　陳麗華　王俊蘇　劉浩　李賢良　王國(guó)民

摘要：采用滾珠絲桿和激光測(cè)距相結(jié)合的方式，創(chuàng)造性研制全自動(dòng)壓縮回彈性及（羽絨）蓬松度檢測(cè)儀。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，該檢測(cè)儀同時(shí)具備紡織品用絮片、絎縫制品、被子、蠶絲被等壓縮率、回復(fù)率和蓬松度全自動(dòng)檢測(cè)功能，且具備羽絨蓬松度全自動(dòng)檢測(cè)功能，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。與現(xiàn)有檢測(cè)方式相比，本儀器徹底將檢驗(yàn)人員從繁瑣的體力勞動(dòng)中解放出來，真正實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)、快速、高效率的檢測(cè)，且儀器消除了實(shí)驗(yàn)過程中的人為干擾、樣品在檢測(cè)過程中的膨出等對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的影響等系列問題，進(jìn)一步提高了檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、重現(xiàn)性，檢測(cè)精度進(jìn)一步提高。

關(guān)鍵詞：紡織品；壓縮回彈性；蓬松度；全自動(dòng)檢測(cè)儀；對(duì)比分析

壓縮回彈性測(cè)試的主要原理為紡織品及纖維制品試樣在一定時(shí)間和壓力作用下，其厚度產(chǎn)生受壓壓縮和去負(fù)荷回彈恢復(fù)，測(cè)定其不同壓力時(shí)的厚度值，以計(jì)算試樣的壓縮和回復(fù)的性能。隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，以及中國(guó)人口結(jié)構(gòu)的不斷變化，使得中國(guó)長(zhǎng)期以來所依仗的勞動(dòng)力成本優(yōu)勢(shì)不復(fù)存在，勞動(dòng)力成本呈現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì)。檢測(cè)機(jī)構(gòu)作為勞動(dòng)密集型行業(yè)之一同樣面臨著勞動(dòng)力成本大幅增加、用工高度緊張的情況，如何通過自動(dòng)檢測(cè)儀器來緩解傳統(tǒng)檢測(cè)方式占用大量勞動(dòng)力的弊端，實(shí)現(xiàn)快速、高效、且少用或不用勞動(dòng)力的檢測(cè)方式，成為各試驗(yàn)室不斷努力的方向。壓縮回彈性檢測(cè)作為紡織品物理性能檢測(cè)項(xiàng)目中占用較多勞動(dòng)力的項(xiàng)目之一，由于缺乏合適的檢測(cè)設(shè)備，導(dǎo)致檢測(cè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，測(cè)試過程人為干擾大，檢測(cè)結(jié)果復(fù)現(xiàn)性差等諸多問題。

1.壓縮回彈性測(cè)試儀研究現(xiàn)狀

有關(guān)壓縮回彈性測(cè)試儀的研究國(guó)內(nèi)較早的文獻(xiàn)記錄可以追溯到1988年，楊如禧對(duì)紡織材料壓縮回彈性進(jìn)行了比較系統(tǒng)的介紹，其研制的儀器可以測(cè)試材料的壓縮彈性、疲勞、松弛及蠕變等機(jī)械性能。

在其之后，2008年中國(guó)專利（授權(quán)公告號(hào)CN201014974Y）公開了一種絲綿被的壓縮回彈性測(cè)試儀。該發(fā)明專利利用工作臺(tái)底部轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)及四角設(shè)置的測(cè)量標(biāo)尺實(shí)現(xiàn)對(duì)絲綿被試樣在不同荷重下四角高度的測(cè)量。2014年中國(guó)專利（授權(quán)公告號(hào)CN203587458U）公開了一種電子式絲綿被壓縮回彈性測(cè)試儀，該儀器采用砝碼塊加壓，砝碼塊之間采用柔性繩索連接。由于纖維在制品的加工過程中趨向的不一致性，在受壓時(shí)，纖維受到的力很復(fù)雜，既有軸向力又有橫向力，既有拉伸、壓縮，又有彎曲、扭轉(zhuǎn)等，加之上述設(shè)備均是在一定的容器內(nèi)進(jìn)行壓縮測(cè)試，試樣加壓后很容易向四周膨出或纖維移動(dòng)而發(fā)生傾斜，導(dǎo)致纖維觸碰容壁而影響測(cè)試結(jié)果。

中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局2014年10月22日公開了一種用于紡織產(chǎn)品厚度、壓縮回復(fù)性能及纖維壓縮性能測(cè)試儀（申請(qǐng)?zhí)枺?01310078092.0），其采用交流伺服電機(jī)經(jīng)過同步帶輪減速后，通過滾珠絲桿傳動(dòng)來帶動(dòng)安裝在橫梁上的壓腳上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)厚度和壓縮回彈性的檢測(cè)。該方法采用滾珠絲桿帶動(dòng)壓腳進(jìn)行加壓釋壓和測(cè)距，但其壓縮回彈性測(cè)試方法與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)存在一定程度的差異。

由此可見，雖然經(jīng)歷了數(shù)十年的發(fā)展，直到近幾年壓縮回彈性檢測(cè)儀器的研究才逐步有了新的進(jìn)展，但現(xiàn)有技術(shù)還不足以徹底的將檢測(cè)人員從繁瑣的檢測(cè)工作中解脫出來，或者還無(wú)法徹底消除試驗(yàn)過程中的各種干擾。

2.壓縮回彈性及蓬松度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)分析

2.1壓縮回彈性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

通過對(duì)現(xiàn)有涉及壓縮回彈性測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，不同產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對(duì)壓縮回彈性指標(biāo)要求并不完全不一致，指標(biāo)一致的為：樣品尺寸20×20 cm，重錘A 2kg，重錘加釋壓重復(fù)操作3次，重錘B 4kg，重錘B取下后放置3 min。其他見表1。

各標(biāo)準(zhǔn)壓縮回彈性試驗(yàn)過程為：將樣品在標(biāo)準(zhǔn)大氣中調(diào)濕規(guī)定時(shí)間（4～24 h），將每組20×20 cm的一定質(zhì)量的試樣分別整齊疊放在工作臺(tái)上。將測(cè)試壓片放在試樣上，然后再加上重錘A，30 s后取下重錘，放置30 s，如此重復(fù)操作3次后，去掉重錘放置30 s，立即測(cè)量試樣從工作臺(tái)到測(cè)試壓片的四角高度，取其算術(shù)平均值為‰；在測(cè)試壓片上再加上重錘B，30 s后立即測(cè)量試樣從工作臺(tái)到測(cè)試壓片的四角高度，取其算術(shù)，平均值為h1。取下重錘B，放置3 min后，立即測(cè)量試樣從工作臺(tái)到測(cè)試壓片的四角高度，取其算術(shù)平均值為h2。其計(jì)算公式如下：

3.全自動(dòng)壓縮回彈性及蓬松度測(cè)試儀的研制方案

為滿足紡織品及纖維制品壓縮回彈性檢測(cè)，同時(shí)滿足不同材料的蓬松度檢測(cè)，項(xiàng)目組參考各壓縮回彈性、蓬松度（包括羽絨蓬松度）測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)技術(shù)參數(shù)要求，研制了一臺(tái)用于紡織品或纖維制品壓縮回彈性及羽絨蓬松度全自動(dòng)檢測(cè)儀（FZ-HTTU01壓縮回彈性及（羽絨）蓬松度全自動(dòng)檢測(cè)儀），其由電源裝置、伺服電機(jī)、數(shù)據(jù)處理器、龍門架、滾珠絲桿、激光測(cè)距傳感器、力值傳感器等結(jié)構(gòu)組成。

圖1（a）為壓縮回彈性及羽絨蓬松度全自動(dòng)檢測(cè)儀主視圖，也是壓縮回彈性測(cè)試的主要構(gòu)件，包括高精度壓力傳感器支架1（傳感器固定在支架的底端位置）、固定在檢測(cè)支架底部四角位置用以測(cè)量距離的激光傳感器2、固定在檢測(cè)支架底部正中間位置用以給壓板施加壓力的檢測(cè)壓頭3、用以壓縮回彈性試驗(yàn)放置樣品和壓板的壓縮回彈性試驗(yàn)平臺(tái)4、固定在龍門架構(gòu)底部用以絲桿驅(qū)動(dòng)的伺服電機(jī)5、用以羽絨蓬松度檢測(cè)放置測(cè)量筒的羽絨蓬松性試驗(yàn)平臺(tái)6等結(jié)構(gòu)組成。圖1（b）為羽絨蓬松度檢測(cè)時(shí)主視圖，其與壓縮回彈性檢測(cè)的主要區(qū)別在于，專門針對(duì)羽絨蓬松度檢測(cè)建立了用于羽絨蓬松度檢測(cè)的施壓裝置，即壓盤7，以及放置羽絨的有機(jī)玻璃桶8。

4.全自動(dòng)壓縮回彈性及蓬松度測(cè)試儀應(yīng)用對(duì)比分析

4.1試驗(yàn)材料及儀器

4.1.1試驗(yàn)材料

3.5 kg棉被（2.0×2.3 m，重慶市奧斯夢(mèng)床上用品有限公司）、2.5kg機(jī)制精梳棉絮（2.0×2.3 m，重慶市奧斯夢(mèng)床上用品有限公司）、90%水洗白鴨絨（重慶四方制裝有限公司）。

4.1.2試驗(yàn)儀器

FZ-HTTLJ01壓縮回彈性及（羽絨）蓬松度全自動(dòng)檢測(cè)儀（重慶出入境檢驗(yàn)檢疫局）；常規(guī)壓縮回彈性測(cè)試儀：包括30 cm鋼直尺（d=0.5 mm，長(zhǎng)城牌），2、4 kg砝碼（F1級(jí)，南京蘇測(cè)計(jì)量?jī)x器有限公司），壓板（200 g，實(shí)驗(yàn)室自制），秒表（精確度1 s）。

4.2常規(guī)檢測(cè)方式和全自動(dòng)檢測(cè)儀對(duì)比分析

常規(guī)壓縮回彈性和蓬松度檢測(cè)方式對(duì)設(shè)備的配置要求比較低，大多數(shù)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)設(shè)備均為自行配置，主要包括鋼直尺，2kg、4kg砝碼，壓板，秒表，其測(cè)試過程同2.1和2.2中測(cè)試程序，其與全自動(dòng)檢測(cè)方式的區(qū)別在于：全自動(dòng)壓縮回彈性及蓬松度測(cè)試儀測(cè)試過程除樣品放置外，檢測(cè)過程和結(jié)果計(jì)算全部為儀器自行完成，全程不需要人為參與，而常規(guī)檢測(cè)方式測(cè)試的全部過程均需人為控制，容易受到人為因素的影響。由于在檢測(cè)儀器的評(píng)定指標(biāo)中，重復(fù)性和準(zhǔn)確性是最重要的兩項(xiàng)指標(biāo)。重復(fù)性表示在相同條件下對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行連續(xù)多次測(cè)量所得結(jié)果之間的一致性，它反映了設(shè)備適應(yīng)檢測(cè)工作的能力。準(zhǔn)確性是指被測(cè)量的檢測(cè)結(jié)果與真實(shí)值相一致的程度，是一個(gè)定性指標(biāo)，是測(cè)量結(jié)果中系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的綜合反映，在實(shí)際應(yīng)用中主要通過比對(duì)試驗(yàn)來確認(rèn)準(zhǔn)確性。

4.2.1壓縮回彈性全自動(dòng)檢測(cè)儀零點(diǎn)重復(fù)性測(cè)試

由于在壓縮回彈性重復(fù)性試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)纖維制品反復(fù)加壓、釋壓，導(dǎo)致樣品疲勞無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)價(jià)設(shè)備的重復(fù)性能，因此采用空載零點(diǎn)重復(fù)性測(cè)試來表征該設(shè)備的重復(fù)性測(cè)試性能。通過測(cè)試20組數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，4個(gè)激光傳感器零點(diǎn)的平均值為-0.002 mm，其99%置信區(qū)間為-0.002±0.013 mm，重復(fù)20次讀數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差S=0.020 mm；而95%置信區(qū)間為-0.001±0.009 mm，重復(fù)20次讀數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差S=0.020 mm。

4.2.2紡織品及纖維制品壓縮回彈性測(cè)試對(duì)比分析

按照GB/T 22796-2009《壓縮回彈性測(cè)試方法》對(duì)棉被進(jìn)行測(cè)試，將全自動(dòng)檢測(cè)結(jié)果和常規(guī)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，并將測(cè)試結(jié)果按GB/T 8170-2008修約至1位小數(shù)，對(duì)比結(jié)果見表3。

對(duì)照表3全自動(dòng)檢測(cè)方式和常規(guī)方式：常規(guī)方式壓縮率測(cè)試結(jié)果極差為5.1%，而全自動(dòng)檢測(cè)為2.7%；常規(guī)方式回復(fù)率測(cè)試結(jié)果極差為6.6%，而全自動(dòng)檢測(cè)為0.5%。由此可見，全自動(dòng)檢測(cè)方式極差明顯小于常規(guī)檢測(cè)方式。同時(shí)，項(xiàng)目組對(duì)同一樣品的30組子樣品進(jìn)行了壓縮回彈性可置信度區(qū)間比對(duì)測(cè)試：全自動(dòng)檢測(cè)方式壓縮率99%置信區(qū)間為32.65±0.56%，回復(fù)率99%置信區(qū)間為97.02±0.12%。常規(guī)檢測(cè)方式壓縮率99%置信區(qū)間為32.42±1.00%，回復(fù)率99%置信區(qū)間為96.18±1.85%。全自動(dòng)檢測(cè)方式99%可置信度區(qū)間明顯小于常規(guī)檢測(cè)方式，由此可以說全自動(dòng)壓縮回彈性及蓬松度測(cè)試儀準(zhǔn)確性明顯優(yōu)于常規(guī)檢測(cè)方式。

4.2.3蓬松度測(cè)試對(duì)比分析

為了驗(yàn)證蓬松度的測(cè)試效果，試驗(yàn)人員針對(duì)棉絮片和羽絨分別安排了各自同一樣品的15組子樣進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果分別見表4和表5。

按照FZ/T 64003-2003（（噴膠棉絮片》附錄A的要求對(duì)棉絮進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)修約至整數(shù)位，從表4可以看到常規(guī)檢測(cè)和全自動(dòng)檢測(cè)結(jié)果完全一致，不存在任何差異。

將90%水洗白鴨絨按照GB/T 10288-2003《羽絨羽毛檢驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果修約至兩位小數(shù)，從表5可以看到常規(guī)檢測(cè)和全自動(dòng)檢測(cè)結(jié)果同樣幾乎不存在差異。

通過對(duì)壓縮回彈性全自動(dòng)檢測(cè)儀器在紡織品及纖維制品的壓縮回彈性、蓬松度、羽絨蓬松度等試驗(yàn)結(jié)果表明：該設(shè)備重復(fù)性、準(zhǔn)確性好，且檢測(cè)精度進(jìn)一步提高、抗干擾能力更好。

4.2.4檢測(cè)效率分析

通過對(duì)壓縮回彈性常規(guī)檢測(cè)用時(shí)進(jìn)行分析，每個(gè)試樣常規(guī)檢測(cè)用時(shí)為8 min左右，而壓縮回彈性全自動(dòng)檢測(cè)用時(shí)也在8 min左右，但在采用全自動(dòng)壓縮回彈性檢測(cè)儀之后，檢驗(yàn)員只需要花費(fèi)幾秒鐘更換測(cè)試樣品和點(diǎn)擊啟動(dòng)程序，全程不再需要檢驗(yàn)員參與，且檢測(cè)結(jié)果完全自動(dòng)分析處理，不需要人工計(jì)算，檢測(cè)過程徹底的將檢驗(yàn)員從繁瑣的檢測(cè)工作中解脫出來，8 h用人時(shí)間縮短至30 min以內(nèi)，人力節(jié)約至少16倍以上。

5.結(jié)論

通過壓縮回彈性、蓬松度等項(xiàng)目的測(cè)試對(duì)比分析，采用滾珠絲桿和激光測(cè)距相結(jié)合的方式所研制的全自動(dòng)壓縮回彈性及蓬松度測(cè)試儀完全滿足現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法，且該儀器順利通過河南、浙江、江蘇出入境檢驗(yàn)檢疫局、重慶市纖維檢驗(yàn)局實(shí)驗(yàn)室比對(duì)驗(yàn)證，其具備以下特點(diǎn)：

a）該儀器徹底將檢驗(yàn)人員從繁瑣的體力勞動(dòng)中解放出來，8 h用人時(shí)間縮短至30 min以內(nèi)，人力節(jié)約至少16倍以上，真正實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)、快速、高效檢測(cè)。

b）由于采用滾珠絲桿和激光測(cè)距相結(jié)合的非接觸式讀數(shù)方式，該儀器全面消除了實(shí)驗(yàn)過程中因壓板傾斜、試樣膨出等導(dǎo)致鋼直尺無(wú)法接觸壓板導(dǎo)致讀數(shù)偏差較大的不利影響，使得樣品不同階段高度值測(cè)量的準(zhǔn)確性進(jìn)一步提高，檢測(cè)結(jié)果的可置信度區(qū)間明顯優(yōu)于常規(guī)檢測(cè)方式。

c）該儀器不僅能夠用于壓縮回彈性和蓬松度檢測(cè)，還融合了羽絨蓬松度檢測(cè)功能，真正實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，且有利于降低了檢測(cè)機(jī)構(gòu)設(shè)備購(gòu)置成本，提高設(shè)備使用率。