文/高玉斌 易宏 陳啟賢

1 引言

顯微鏡觀察法是纖維成分的定性鑒別主要方法之一，而纖維成分含量檢測是紡織服裝產(chǎn)品檢驗(yàn)中的基礎(chǔ)項(xiàng)目，也是決定服裝使用性能的重要指標(biāo)。在《產(chǎn)品質(zhì)量法》第27條中明確要求“產(chǎn)品或包裝上的標(biāo)識(shí)必須真實(shí)”。因此，纖維成分含量標(biāo)識(shí)的正確與否尤為重要，顯微鏡的升級(jí)改造有助于纖維成分定性準(zhǔn)確性的提高，其中顯微鏡觀察法主要針對(duì)形態(tài)典型的天然纖維，化學(xué)溶解法主要針對(duì)化學(xué)溶解性能不同的化學(xué)纖維。根據(jù)FZ/T 01057《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法 第4部分：溶解法》的要求，為了能夠鑒別多組分的混紡產(chǎn)品，往往會(huì)在顯微鏡下滴入鹽酸、硝酸等試劑進(jìn)行定性觀察。

目前顯微鏡纖維成分鑒別過程中滴入酸試劑的這種方法的應(yīng)用存在較多不足。其一，化學(xué)試劑容易對(duì)檢驗(yàn)人員造成身體傷害；其二，對(duì)顯微鏡等檢測設(shè)備的腐蝕嚴(yán)重；其三，漏檢風(fēng)險(xiǎn)高，對(duì)檢驗(yàn)人員的技術(shù)以及檢驗(yàn)的專注度要求較高。

考慮到纖維成分含量檢測的重要性和其龐大的市場需求以及滴入試劑這種化學(xué)溶解法定性鑒別的不足，有必要在現(xiàn)有的方法基礎(chǔ)上，開發(fā)一套在顯微鏡下觀察纖維樣品的視頻設(shè)備，在符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的前提下優(yōu)化已有化學(xué)溶解法定性方法，以解決方法中存在的不足。

該研究是在現(xiàn)有纖維定性顯微鏡的基礎(chǔ)上的技術(shù)改進(jìn)，其主要目的是通過改造顯微鏡的載物臺(tái)和防酸堿外殼，使用耐酸堿材料，加裝微型抽風(fēng)系統(tǒng)，安裝視頻觀察設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)視頻觀察與記錄，提高檢驗(yàn)工作效率與檢測質(zhì)量。

2 顯微鏡的視頻定性觀察升級(jí)改造

2.1 視頻顯微鏡的優(yōu)勢介紹

視頻顯微鏡的主要優(yōu)勢： 傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡使用人數(shù)只局限于一個(gè)，要分享顯微鏡的影像很困難，觀察過程的重現(xiàn)性不好，而分享顯微鏡內(nèi)的影像，必須借助其他攝像工具的幫助。然而，視頻顯微鏡由于可以與電腦接駁，通過視頻系統(tǒng)能對(duì)纖維、紗線和織物的橫向和縱向進(jìn)行圖像采集和存儲(chǔ)， 能通過顯微鏡里的圖像采集和分析軟件獲取很多有價(jià)值的定性數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析， 使顯微鏡內(nèi)的視像可以通過網(wǎng)絡(luò)共享給其他人。視頻顯微鏡是一種高科技產(chǎn)品，結(jié)合了先進(jìn)的光學(xué)顯微鏡技術(shù)、先進(jìn)的光電轉(zhuǎn)換技術(shù)、高清液晶屏技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而且具有自動(dòng)錄像、圖像分析功能強(qiáng)、拓展性強(qiáng)等諸多特點(diǎn)[1]。 從而，我們可以對(duì)纖維定性等微觀領(lǐng)域的研究從傳統(tǒng)的普通的及時(shí)觀察到通過顯示器上和網(wǎng)絡(luò)上共享再現(xiàn)，從而提高纖維檢驗(yàn)過程的可追溯性和重現(xiàn)性，極大地提高工作效率。

2.2 視頻顯微鏡改造

2.2.1 光學(xué)系統(tǒng)的升級(jí)改造

普通顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)主要組成部位是目鏡和物鏡。 視頻顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)由無限遠(yuǎn)色差校正光學(xué)系統(tǒng)、多種倍數(shù)可選的物鏡、電荷耦合器件圖像傳感器CCD（下面簡稱CCD）適配器等構(gòu)成。 這種光學(xué)系統(tǒng)的升級(jí)能提高圖像的分辨率，提高顏色的對(duì)比度，能切換不同倍數(shù)的物鏡頭來觀察， 提高纖維外表特征在顯微鏡放大后的辨識(shí)度，為檢驗(yàn)工作的可靠性提供保障。其中無限遠(yuǎn)色差校正光學(xué)系統(tǒng)允許引進(jìn)輔助解決方案，如微分干涉相差的棱鏡、偏振器和落射熒光光源，焦點(diǎn)和像差校正之間的光學(xué)路徑影響很少， 而普通顯微鏡目鏡只能做簡單的圖像直接進(jìn)行光學(xué)放大[2]。 普通纖維只能用固定放大倍數(shù)的物鏡進(jìn)行光學(xué)放大，視頻顯微鏡能夠切換不同倍數(shù)和功能的物鏡進(jìn)行觀察。

2.2.2 工業(yè)數(shù)字相機(jī)的升級(jí)改造

顯微鏡加裝工業(yè)數(shù)字相機(jī)，普通的顯微鏡沒有相關(guān)設(shè)備。工業(yè)數(shù)字相機(jī)作為顯微鏡視覺系統(tǒng)中的核心部件，其最本質(zhì)的功能就是將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成小型高清工業(yè)相機(jī)為有序的電信號(hào)。工業(yè)數(shù)字相機(jī)的主要參數(shù)有分辨率、像素深度、最大幀率、像元尺寸等。 這次升級(jí)改造的工業(yè)相機(jī)參數(shù)（見表1）是市面上參數(shù)規(guī)格比較高的配置，能滿足纖維在微觀形態(tài)下的清晰觀察辨別。工業(yè)數(shù)字相機(jī)的圖像穩(wěn)定性很好，具有高傳輸能力和高抗干擾能力等。目前市面上工業(yè)相機(jī)大多是基于CCD或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體CMOS（下面簡稱CMOS）兩種芯片的相機(jī)。我們采用的是綜合性能更加優(yōu)秀的CMOS圖像傳感器。因?yàn)?，隨著超大規(guī)模集成電路制造工藝技術(shù)的發(fā)展，CMOS圖像傳感器得到迅速發(fā)展。目前，CMOS圖像傳感器集成度高，功耗低，傳輸速度快，動(dòng)態(tài)范圍寬，已廣泛應(yīng)用于高分辨率和高速應(yīng)用。所以，選擇合適的相機(jī)也是顯微鏡設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵，工業(yè)數(shù)字相機(jī)不僅是直接決定所采集到的圖像分辨率、圖像質(zhì)量等， 同時(shí)也與整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行模式直接相關(guān)。

表1 工業(yè)數(shù)字相機(jī)的參數(shù)

2.2.3 高清顯示器的升級(jí)改造

使用高清顯示器代替原來的目鏡或投影屏。市面上的高清顯示器的種類非常豐富，能根據(jù)工作需求進(jìn)行升級(jí)換代和性能拓展。從技術(shù)角度上來說，屏幕分辨率能夠達(dá)到720P以上的顯示器都可稱為高清顯示器。我們采用的高清顯示器有效分辨率是1920×1200，面板類采用的是IPS屏，面板的亮度達(dá)到350cd/m2以上。這種高清顯示器維護(hù)和更換成本低，在使用中能滿足纖維定性鑒別的要求。

2.2.4 圖像采集分析軟件的改造

圖像采集意味著對(duì)圖像進(jìn)行采樣，量化，轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，輸入并存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器中。圖像處理是指利用計(jì)算機(jī)分析圖像以實(shí)現(xiàn)期望結(jié)果的過程，也稱為圖像處理，通常涉及數(shù)字圖像處理。圖像采集處理系統(tǒng)和PC串行通信實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)傳輸，并在PC端實(shí)現(xiàn)圖像處理和顯示。

普通顯微鏡沒有圖像采集分析軟件，圖像采集分析系統(tǒng)見圖1。以前用普通顯微鏡進(jìn)行纖維定性鑒別過程只能一個(gè)人看，定性過程不能以圖像和視頻的格式保存下來，這不同人進(jìn)行纖維定性鑒別觀察的時(shí)候還要重新取樣去制作樣片再看顯微鏡，這樣的話大大增加了工作量。如果采用圖像采集分析軟件，就能把纖維定性鑒別觀察的整個(gè)過程完整地記錄下來，把圖片和錄像共享到系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)后隨時(shí)可以把儲(chǔ)存的圖片和錄像調(diào)出來看，大大減少了重復(fù)的工作量。

圖1 顯微鏡圖像采集分析系統(tǒng)

3 防酸堿系統(tǒng)的改造

3.1 儀器外殼的改造

在顯微鏡鑒別法中為了能夠鑒別多組分的混紡產(chǎn)品，往往會(huì)在顯微鏡下滴入鹽酸、硝酸等試劑進(jìn)行定性觀察。 這種鑒別過程中滴入酸試劑的方法存在較多不足。其一，化學(xué)試劑容易對(duì)檢驗(yàn)人員造成身體傷害； 其二，對(duì)顯微鏡等檢測設(shè)備的腐蝕嚴(yán)重。 所以為了保護(hù)好儀器需要對(duì)顯微鏡進(jìn)行防腐蝕的改造。儀器的外殼采用聚四氟乙烯材料制作，而聚四氟乙烯材料一般稱作“不粘涂層”或“易清潔物料”。該材料耐酸和堿試劑，耐各種有機(jī)溶劑，幾乎不溶于所有溶劑，所以是用來制作儀器防酸堿外殼的優(yōu)良材料。使用這種材料的外殼能保證設(shè)備的持久穩(wěn)定使用。

3.2 濾酸系統(tǒng)的改造

普通的顯微鏡沒有濾酸系統(tǒng)，如果長期在顯微鏡上操作滴加酸液到樣片上，會(huì)有酸氣和酸霧揮發(fā)出來，如果附著在儀器上很容易導(dǎo)致儀器生銹老化，如果氣體被人員吸入很容易導(dǎo)致對(duì)身體的傷害。

視頻顯微鏡中加入了獨(dú)有的凈化功能，針對(duì)檢測中產(chǎn)生的有害氣體進(jìn)行凈化，有效消除檢驗(yàn)中有害氣體對(duì)人員的傷害，獨(dú)有的干式酸霧凈化系統(tǒng)具有完全獨(dú)立密封性，可以保證凈化率，并消除了酸霧腐蝕產(chǎn)生對(duì)儀器使用壽命和人員的影響。

凈化系統(tǒng)中使用的是復(fù)合酸霧吸附劑，該復(fù)合型吸附劑可以同時(shí)凈化硫酸、硝酸、鹽酸、醋酸等各種酸氣和酸霧，它對(duì)酸氣的凈化是一個(gè)多功能的綜合作用，除了一般的物理吸附外，還有化學(xué)吸附、催化作用、化學(xué)反應(yīng)等，反應(yīng)后形成無害的鹽，可作為無害垃圾處理。

另外，在顯微鏡的清潔和維護(hù)中，要注意每個(gè)部件結(jié)構(gòu)的定期清潔和維護(hù)。為了確保顯微鏡得到很好的利用，從而延長了顯微鏡的使用壽命。

4 結(jié)語

本次顯微鏡的改造主要根據(jù)FZ/T 01057—2007《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)中“第3部分：顯微鏡法”“第4部分：溶解法”兩部分中定性鑒別方法進(jìn)行改造，采用先進(jìn)的在線視頻監(jiān)控系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)觀察纖維在不同試劑中的溶解性能。同時(shí)，本次改造還研究定性鑒別過程化學(xué)試劑對(duì)設(shè)備的腐蝕影響，采用耐腐蝕材料與抽風(fēng)系統(tǒng)減少試劑對(duì)設(shè)備和人員的影響。視頻顯微鏡結(jié)合一套應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)檢測過程的數(shù)字化存儲(chǔ)，這樣就能讓一次定性過程共享給不同人來進(jìn)行定性鑒別，有效提高檢測過程質(zhì)量控制的水平。本次顯微鏡升級(jí)改造把單一功能的顯微鏡逐漸發(fā)展為多功能的大型緊密顯微鏡，并且能不斷拓展顯微鏡各種紡織品領(lǐng)域微觀檢測的功能。隨著圖片和數(shù)據(jù)的不斷存儲(chǔ)和積累，能通過計(jì)算機(jī)的信息化手段進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，給纖維定性鑒別的自動(dòng)化提供可靠的數(shù)據(jù)來源。隨著信息科技的不斷發(fā)展，視頻顯微鏡在紡織領(lǐng)域測試分析和纖維鑒別將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。