于義琳 羅瑞琪 閻婧宇 趙諾琦

（東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040）

0 引言

1970 年起木材單板染色主要采用現(xiàn)代化工業(yè)合成染料，該方法由日本和意大利優(yōu)先采用，染料采用自動(dòng)投補(bǔ)技術(shù)，用于生產(chǎn)重組裝飾材料。對(duì)于濃度檢測(cè)來說，格靈達(dá)麥克貝斯油墨配方軟件具有自動(dòng)生成配方、多通道計(jì)算速度快的特點(diǎn)，能夠高效配比，降低成本。武林、于志明課題組研究木材聯(lián)缸染色，提出采用木材染色來大程度解決染色廢水的污染問題，實(shí)現(xiàn)木材聯(lián)缸染色。利用瑞士公司的光譜光度儀測(cè)量殘液光譜數(shù)據(jù)，計(jì)算得到需投補(bǔ)量，進(jìn)而進(jìn)行自動(dòng)投補(bǔ)[1]。李春生等提出引進(jìn)瑞士公司的配色系統(tǒng)和顏色控制系統(tǒng)進(jìn)行木材染色，對(duì)木材染色行業(yè)起到了一定的助推作用[2]。該文提出的計(jì)算機(jī)木材染色配色方法和技術(shù)，能夠在保證配色精度的同時(shí)，計(jì)算出最經(jīng)濟(jì)的木材染色方案。結(jié)合自動(dòng)控制技術(shù)和檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)，設(shè)計(jì)聯(lián)缸自動(dòng)投補(bǔ)染色裝置，實(shí)現(xiàn)多缸同染無色差。采用光譜檢測(cè)與pH 值等多種參量檢測(cè)，以續(xù)投染料為控制對(duì)象進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)剩余染液相關(guān)性質(zhì)自動(dòng)投補(bǔ)新一批次所需染料的功能。

1 自動(dòng)投補(bǔ)原理與方法

自動(dòng)控制是指利用附加的設(shè)備或裝置，使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程在不需要人直接參與的情況下，按預(yù)定的規(guī)則自動(dòng)地工作或運(yùn)行參數(shù)。在木材單色和多色配色實(shí)驗(yàn)中，采用計(jì)算機(jī)配色系統(tǒng)對(duì)殘留染料溶液進(jìn)行補(bǔ)充。補(bǔ)充后染料溶液與原液的光密度曲線基本吻合，色差值很小，可用于實(shí)現(xiàn)多缸染色。該文在計(jì)算機(jī)配色系統(tǒng)中使用校正功能，利用技術(shù)人員在長(zhǎng)期工作中積累的經(jīng)驗(yàn)對(duì)染料配方進(jìn)行修改，從而最大限度地發(fā)揮人機(jī)互補(bǔ)性，減少多缸染色的色差。

分光光度計(jì)一般由照明光源、單色器、光度計(jì)量裝置和輸出裝置等組成。照明光源發(fā)出的光是在可見光波長(zhǎng)范圍內(nèi)連續(xù)分布的光，單色器利用棱鏡、彎曲光柵和彩色干擾濾色片將光源的光分散，分解為一定波長(zhǎng)間隔的（如5 nm、10 nm）若干個(gè)單色光。單色光在測(cè)量部分被分為對(duì)稱的2 束光，即樣品光束和參照光束。參照光束照射在標(biāo)準(zhǔn)白板上，樣品光束照射在被測(cè)物體表面，檢測(cè)比較被反射回來的2 束光，可以得到樣品對(duì)該波長(zhǎng)光的反射率。根據(jù)物體色三刺激值和光源三刺激值計(jì)算公式，可以計(jì)算出在照明A 照射下的物體色三刺激值和光源三刺激值。

利用計(jì)算機(jī)配色技術(shù)中的三刺激值法，對(duì)仿珍貴木材染料配方的調(diào)配方法進(jìn)行研究，并得出幾種仿珍貴材貴木材的染料配方。

計(jì)算機(jī)配色研究須基于顏色模型，但模型較多且各自的用途不同，該文采用L*a*b*顏色空間研究木材顏色問題。L*a*b*空間由亮度或光亮度分量L*和2 個(gè)色度分量a*和b*組成，a*的色彩是從深綠到灰，再到亮粉紅色。b*則是從亮藍(lán)色到灰，再到焦黃色。從3 個(gè)刺激量X、Y、Z 到L*a*b*顏色空間的轉(zhuǎn)換公式為

式中：L*為亮度或光亮度分量，a*、b*為色度分量，X、Y、Z 為3 個(gè)刺激量，X0、Y0、Z0分別為CIE 標(biāo)準(zhǔn)照明體的三刺激值

L*a*b*顏色空間滿足全部的可見光譜，并可以準(zhǔn)確地顯示、打印輸入設(shè)備中的色彩，滿足該文對(duì)珍貴木材的顏色采色需求。

2 聯(lián)缸染色裝置及原理

一直以來木材染色都面臨著一個(gè)困境，應(yīng)用分缸染色時(shí)，由于批量過大，即便是品種相同的木材單染色也總會(huì)有缸差。染廠以往的解決方案是盡量采用大小不同的染缸，然后使用體積較大的缸，對(duì)數(shù)量多的、品種一致的木材進(jìn)行單染色。應(yīng)用以上傳統(tǒng)方法，雖然可以降低染色工藝中染缸的數(shù)量，以及同一批木材染色的色差，但是隨之也產(chǎn)生了另外一些難題。染色機(jī)的可變載能力是有局限的，且工業(yè)上染色機(jī)過載使用是不具有經(jīng)濟(jì)性的，嚴(yán)重時(shí)會(huì)增加染色的色差，導(dǎo)致產(chǎn)品不合格，因此該文采用了聯(lián)缸的技術(shù)。

2.1 聯(lián)缸染色原理

將2 臺(tái)～4 臺(tái)的染缸通過循環(huán)管和閥門互相連接，利用泵提供染料循環(huán)的動(dòng)力，使染液在染缸之間流動(dòng)，從而進(jìn)行循環(huán)染色，這樣做是為了即使是在多次染色的情況下，也能使染色精度和色差控制在理想的范圍內(nèi)。為了保證染色成品的質(zhì)量合格，該文采用控制染料流通速度和木材溫差的染色工藝。

2.2 裝置結(jié)構(gòu)及功能

該裝置設(shè)計(jì)目的在于提供一種木材單板聯(lián)缸染色裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中單板浸染技術(shù)不能連續(xù)更換不同的染缸進(jìn)行染色處理，不便于進(jìn)行復(fù)染或多種顏色混染的問題，減少了浸染工作效率低問題的發(fā)生概率，裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。

圖1 裝置整體構(gòu)架

裝置的工作原理及使用流程是用液壓缸驅(qū)動(dòng)浸染籠上移至染色缸上部，將待浸染的木材單板插設(shè)在不同的木材單板插接槽內(nèi)，通過活動(dòng)卡扣合上上蓋，將3 種染色液分別放置在3 個(gè)染色缸內(nèi)，通過減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠滑座，在絲桿上直線運(yùn)動(dòng)，液壓缸驅(qū)動(dòng)浸染籠下移至染色缸內(nèi)部進(jìn)行浸染，從而能夠電動(dòng)驅(qū)動(dòng)木材單板，連續(xù)更換不同的染缸進(jìn)行染色處理，便于進(jìn)行復(fù)染或多種顏色混染[3]。

液壓缸上側(cè)傳動(dòng)連接伸縮桿一端通過染籠支架，來驅(qū)動(dòng)浸染籠升降，進(jìn)行浸染處理。浸染籠內(nèi)部?jī)蓚?cè)壁安裝有多個(gè)隔板，且2 個(gè)隔板之間有木材單板插接槽，能夠?qū)⑾噜彽?塊木材單板隔開浸染，提高浸染的效率[4]。

3 染色工藝與過程

參照?qǐng)D1 所示的聯(lián)缸染色裝置，實(shí)驗(yàn)中的木材染色工藝流程如下：通過管路和可控流量計(jì)向第一染缸和第二染缸投入等量、等濃度的紅、黃、藍(lán)色染料和助染劑，再向染缸中投入待染木材，通過熱電偶加熱染缸，使用恒溫浸漬法對(duì)木材進(jìn)行染色。

然后自動(dòng)補(bǔ)投裝置通過比色皿、分光光度計(jì)以及pH 計(jì)，獲得染色殘液吸收光譜和pH 值數(shù)據(jù)，并輸入基于該裝置的軟件中，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，再通過前述設(shè)計(jì)的算法對(duì)染液濃度及配比進(jìn)行分析，最終得到染缸內(nèi)部剩余顏色的配比，從而自動(dòng)向染缸中投補(bǔ)所需的紅、黃、藍(lán)染料和助染劑，使染料配比恢復(fù)初始狀態(tài)，減小聯(lián)缸染色的色差，再利用染缸對(duì)待染木材進(jìn)行染色，如此循環(huán)[5]。

上述聯(lián)缸染色及自動(dòng)投補(bǔ)裝置不僅能保證木材的染色質(zhì)量，提高染色效率，還能在理論上實(shí)現(xiàn)無限循環(huán)續(xù)染，避免浪費(fèi)、污染，染色流程圖如圖2 所示。

圖2 染色流程圖

4 結(jié)論

通過將自動(dòng)控制和檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，形成了一種生產(chǎn)效率高，各缸之間的被染物顏色穩(wěn)定一致的聯(lián)缸染色方法，同時(shí)可以根據(jù)下一缸所需的顏料進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)色。木材自動(dòng)投補(bǔ)聯(lián)缸染色裝置很好地實(shí)現(xiàn)了色料的自動(dòng)補(bǔ)償，也達(dá)到了對(duì)木材顏色精度的要求。傳統(tǒng)染色過程中染料的浪費(fèi)和加工的一次性問題也得到了很好的改進(jìn)。該文設(shè)計(jì)的裝置可以實(shí)現(xiàn)多批次的染色，并且高效利用染料，促進(jìn)染料循環(huán)利用，避免浪費(fèi)。