一根以上的棉纖維糾纏在一起就形成了棉結(jié)，棉結(jié)存在于原棉、棉花半成品以及紗線和坯布中。它對(duì)紡織品質(zhì)量和生產(chǎn)工藝有著十分重要的影響。紡紗工程中出現(xiàn)棉結(jié)，可降低紗線強(qiáng)度，增加斷頭率；織造過程中出現(xiàn)棉結(jié)，可增加白坯布上的斑點(diǎn)和染色織物上不均勻的染色點(diǎn)，導(dǎo)致不合格紗線和織品的產(chǎn)生。傳統(tǒng)的人工黑板法測(cè)試棉結(jié)速度慢，重復(fù)性差，嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)的可信度和測(cè)量結(jié)果。所以利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，采用合適的測(cè)量方法對(duì)原棉、棉花半成品及紗線中的棉結(jié)進(jìn)行快速準(zhǔn)確地測(cè)量就顯得十分重要。

1  棉結(jié)產(chǎn)生的原因及分類
    1.1  棉結(jié)產(chǎn)生的原因
    棉結(jié)產(chǎn)生的原因多種多樣。在棉花生產(chǎn)、棉花加工及紡紗過程的各個(gè)階段都可能會(huì)產(chǎn)生棉結(jié)。棉花生產(chǎn)過程中由于棉花不成熟纖維糾結(jié)成團(tuán)或動(dòng)物粘液粘結(jié)會(huì)形成棉結(jié)；采摘(主要指機(jī)采棉)及軋花過程中，由于纖維受損、棉籽軋破等可以形成棉結(jié)；紡紗加工過程中由于纖維牽伸回彈糾纏在一起形成棉結(jié)。
    1.2  棉結(jié)的分類
    棉結(jié)按其性質(zhì)類分，可分為籽屑型棉結(jié)，包括葉屑和軋破的棉籽，也稱為雜質(zhì)；纖維型棉結(jié)，即各種原因形成的不易解開的棉纖維團(tuán)。

2  棉結(jié)測(cè)試機(jī)理及信號(hào)處理方法
    2.1  圖像法
    纖維型棉結(jié)在燈箱黑背景呈現(xiàn)為“白星”。籽屑棉結(jié)在燈箱白背景下呈現(xiàn)為“黑點(diǎn)”。利用這一特征，用照像機(jī)替代人眼拍攝圖像，再用圖像處理的方法在背影纖維中識(shí)別出棉結(jié)，其工作機(jī)理為：棉條通過牽伸機(jī)構(gòu)被牽伸成棉網(wǎng)，以一定速度垂直運(yùn)動(dòng)，棉網(wǎng)經(jīng)過兩路裝有白色背景和黑色背景的CCD相機(jī)的拍攝，采集圖像的灰度信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過預(yù)處理電路放大和均衡調(diào)整后，再經(jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，在圖像處理系統(tǒng)中經(jīng)圖像處理算法處理，并通過各種域值判斷準(zhǔn)則統(tǒng)計(jì)出棉結(jié)數(shù)量，測(cè)出棉結(jié)數(shù)既包含纖維型棉結(jié)及籽屑型棉 結(jié)。圖像法測(cè)試棉結(jié)，可給出重量棉結(jié)數(shù)及棉條單位長(zhǎng)度棉結(jié)數(shù)，其最大特點(diǎn)是測(cè)量結(jié)果與人眼目測(cè)法的測(cè)試結(jié)果有很好的相關(guān)性。
    陜西長(zhǎng)嶺紡織機(jī)電科技有限公司生產(chǎn)的YG091棉結(jié)和雜質(zhì)測(cè)試儀，就是利用這種圖像方法檢測(cè)棉結(jié)的，它可測(cè)出直徑100um以上的棉結(jié)，并可對(duì)纖維型棉結(jié)和籽屑型棉結(jié)進(jìn)行分類，根據(jù)棉結(jié)尺寸大小，棉結(jié)可以分為三個(gè)等級(jí)。
    2.2  單纖維法
    USTER公司高級(jí)纖維信息系統(tǒng)AFIS(The Advanced Fiber information System)具有測(cè)試棉結(jié)功能，其測(cè)試機(jī)理為：棉花首先進(jìn)入一個(gè)機(jī)械加氣的纖維分離裝置，將棉花分離成單纖維、雜質(zhì)和微塵。纖維通道內(nèi)有單纖維、纖維型棉結(jié)和部分帶有纖維較少的籽屑型棉結(jié)。雜質(zhì)通道內(nèi)有雜質(zhì)、微塵及部分帶較大籽屑。經(jīng)分離后單纖維、棉結(jié)經(jīng)過負(fù)壓裝置勻速飛過光電學(xué)傳感器，在單纖維、棉結(jié)飛過光學(xué)傳感器時(shí)，由于本體姿態(tài)特征不一樣，其產(chǎn)生電信號(hào)特征信號(hào)也不一樣，電信號(hào)經(jīng)過數(shù)字信號(hào)處理(DSP)分辨，鑒別出不同由單纖維、棉結(jié)等產(chǎn)生的電信號(hào)波形，并用一定算法計(jì)算出棉結(jié)數(shù)量和大小尺寸。
    AFIS系統(tǒng)測(cè)棉結(jié)主要依賴單纖維分離裝置，將棉花分離成單纖維、棉結(jié)在通道中飛行。其測(cè)試速度0.5克試樣測(cè)試需要3分鐘時(shí)間。
    2.3  轉(zhuǎn)杯紡分梳法
    在轉(zhuǎn)杯紡中，棉條送至分梳輥(開松輥)上，分梳輥高速旋轉(zhuǎn)，梳針將喂入的棉條進(jìn)行開松，梳理、除雜后，形成均勻纖維流，在氣流作用下，纖維流進(jìn)入高速轉(zhuǎn)杯形成紗線。而測(cè)棉結(jié)就利用這一開松方式，將薄霧狀纖維流引入光學(xué)傳感器，在光場(chǎng)均勻的傳感器中，纖維流產(chǎn)生遮光和反射，使接收硅電池中光電流發(fā)生變化，變化大小與纖維流和棉結(jié)相關(guān)。計(jì)算機(jī)根據(jù)電信號(hào)變化，來識(shí)別棉結(jié)及其尺寸。為了精確識(shí)別棉結(jié)大小，在纖維流通道上設(shè)置了兩個(gè)條狀接收硅電池，根據(jù)時(shí)差識(shí)別纖維流速度，進(jìn)而精確計(jì)算棉結(jié)大小。
    光學(xué)傳感器為特制測(cè)棉結(jié)傳感器，采用發(fā)散很小的激光作為光源，為了達(dá)到大容量測(cè)試，將檢測(cè)區(qū)設(shè)計(jì)成一個(gè)狹長(zhǎng)的縫隙，從而使激光掃描截面加大，加大了測(cè)試容量。
    采用轉(zhuǎn)杯紡分梳原理的棉結(jié)測(cè)試儀有長(zhǎng)嶺紡電公司XJ129棉結(jié)短絨率測(cè)試儀；USTER公司Nep720棉結(jié)測(cè)試儀；MISDAN公司NATT棉結(jié)測(cè)試儀；PREMIER公司的aQura棉結(jié)短絨測(cè)試儀。其中NATT和Nep720采用一級(jí)分梳輥分梳纖維；XJ129采用二級(jí)分梳輥分梳纖維；aQura采用三級(jí)分梳輥分梳纖維。
    長(zhǎng)嶺XJ129棉結(jié)短絨率測(cè)試儀，可測(cè)出50um以上棉，可按用戶設(shè)置的尺寸對(duì)棉結(jié)進(jìn)行分級(jí)，5克試樣測(cè)試時(shí)需要4分左右時(shí)間。

3  各種測(cè)試方法的比較
    三種測(cè)試方法各有特點(diǎn)，圖像法采用工業(yè)視覺技術(shù)，與人眼目測(cè)法有很好相關(guān)性，對(duì)清梳棉工藝具有一定指導(dǎo)意義。但圖像法測(cè)試的試樣必須是條狀的，要測(cè)試原棉必須增加制條過程。單纖維法能將纖維和棉結(jié)進(jìn)行分離依次通過檢測(cè)區(qū)，從機(jī)理上來說，特征信號(hào)明顯，棉結(jié)識(shí)別可減少誤判斷。但測(cè)試速度慢，不適合大容量測(cè)試，轉(zhuǎn)杯紡分流法，測(cè)試容量大，適合棉花檢驗(yàn)和紡織企業(yè)配棉時(shí)檢測(cè)。轉(zhuǎn)杯紡分梳法試樣品量大，使棉結(jié)變異系數(shù)也明顯降低，測(cè)試結(jié)果重復(fù)性較好，但如果分梳級(jí)數(shù)過多，對(duì)纖維有一定的損傷。

4  小結(jié)
    三種測(cè)棉結(jié)方法，分別采用不同技術(shù)手段來識(shí)別棉結(jié)，對(duì)評(píng)判棉花、棉花半成品質(zhì)量及其對(duì)紡織過程中各個(gè)工序的工藝參數(shù)和設(shè)備參數(shù)調(diào)整具有一定的指導(dǎo)意義。