D R值及其曲線的應(yīng)用研究

李友仁 呂志華 秦少雄 宋 英

（陜西長嶺紡織機(jī)電科技有限公司，陜西寶雞，721013）

電容式條干儀是紡織廠必備的重要測(cè)試設(shè)備，對(duì)紡紗質(zhì)量控制發(fā)揮著重要作用。條干不勻概括為兩大類，即周期性不勻和隨機(jī)不勻［1］。借助波譜分析解決紗線條干周期性不勻問題已很成熟，但對(duì)隨機(jī)不勻至今仍缺乏深入分析。目前紡織廠常規(guī)測(cè)試紗線條干C Vm值和I P I值都是基于8 mm短片段線密度不勻曲線計(jì)算得出的統(tǒng)計(jì)值［2］，只反映短片段紗線條干隨機(jī)不勻程度及瑕疵特征。全面分析紗線條干隨機(jī)不勻應(yīng)包括不同片段長度，它們之間并非有必然的相關(guān)性，即短片段狀態(tài)良好并不能代表中、長片段狀態(tài)也良好，因此須建立一種能夠快速分析紗線不同片段長度隨機(jī)不勻結(jié)構(gòu)特征的新方法。

改善紗線條干均勻度的主要目的是為了獲得良好的織物外觀。多年來，衡量紗線條干隨機(jī)不勻的指標(biāo)主要是C Vm、C Vmb、C Vcb、I P I值，然后參照USTER2018公報(bào)進(jìn)行評(píng)價(jià)。但實(shí)踐表明，這些值即使達(dá)到USTER2018公報(bào)5%水平，也并不能保證獲得良好的織物外觀，由此推斷產(chǎn)生這一問題原因可能是另外兩個(gè)重要因素，一是紗線中屬于小概率事件的過粗較長粗節(jié)和過細(xì)較長細(xì)節(jié)的占比；二是紗線線密度的分布狀態(tài)。從C Vm值的數(shù)學(xué)定義來看，就決定了它只是從總體上評(píng)價(jià)紗線條干隨機(jī)不勻，而與小概率事件的相關(guān)性并不密切；再是現(xiàn)在國內(nèi)外紗線條干儀計(jì)算C Vm值時(shí)不涉及紗線線密度隨機(jī)不勻的分布問題，一旦偏離正態(tài)分布，則所得C Vm值與織物外觀相關(guān)性變差甚至完全不相關(guān)。

通過探索分析，上述問題可以借助條干儀測(cè)得的D R值及其他新指標(biāo)得到一定的解決。引入D R值等指標(biāo)，對(duì)分析紗線條干不勻結(jié)構(gòu)更加有效［3］，尤其在全面評(píng)價(jià)紗線質(zhì)量和預(yù)測(cè)織物外觀方面有所增強(qiáng)。

1 D R（1 m，±5%）值的概念及應(yīng)用

圖1 條干儀測(cè)試紗線1 m片段長度不勻曲線

圖1中陰影區(qū)分別表示粗細(xì)度超出平均線密度+5%及－5%的過粗較長粗節(jié)和過細(xì)較長細(xì)節(jié)。D R（1 m，±5%）分別表示紗線中過粗的較長粗節(jié)和過細(xì)的較長細(xì)節(jié)的累加長度占總試樣長度L0的百分比。

本研究選擇了1 m片段長度和±5%門限，這是基于：織物外觀是靠目測(cè)進(jìn)行評(píng)價(jià)，只當(dāng)超過一定長度的過粗粗節(jié)和過細(xì)細(xì)節(jié)在織物上隨機(jī)分布形成明顯“條影”，才會(huì)刺激人眼產(chǎn)生直覺關(guān)注；常規(guī)百米稱重法測(cè)試紗線線密度不勻，相對(duì)變化超過±3%會(huì)導(dǎo)致布面出現(xiàn)橫檔；D R（1 m，±5%）值相當(dāng)于用1 m量級(jí)的相對(duì)變化超過±5%較長粗節(jié)和較長細(xì)節(jié)的程度表示線密度不勻，D R（1 m，±5%）值過大的紗線織成的織物必然會(huì)出現(xiàn)明顯的“條影”。

C Vm值與有關(guān)，不同線密度紗線的C Vm值沒有可比性。D R值則與無關(guān)，不同品種紗線的D R值可相互比較。所取門限α=±5%對(duì)不同品種紗線來說，雖然不同，但都取超出門限-X（1±5%）的粗節(jié)和細(xì)節(jié)，其相對(duì)粗細(xì)變化是一致的，當(dāng)這些粗節(jié)和細(xì)節(jié)的占比相近，即D R值相近，且當(dāng)線密度接近正態(tài)分布時(shí)則對(duì)織物外觀的影響也是相近的。顯然取D R值評(píng)價(jià)紗線質(zhì)量就變得簡單起來。不同品種紗線的線密度接近正態(tài)分布時(shí)，可依據(jù)D R（1 m，±5%）的平均值（1 m，±5%）對(duì)織物外觀做出預(yù)判。當(dāng)（1 m，±5%）≤9時(shí)，外觀預(yù)判為“優(yōu)秀”；當(dāng)9<（1 m，±5%）<11時(shí)，外觀預(yù)判為“良好”；當(dāng)11<（1 m，±5%）<13時(shí)，外 觀 預(yù)判為“ 一般”；當(dāng)（1 m，±5%）≥13時(shí)，外觀預(yù)判為“差”。

我們?nèi)STER2018公報(bào)中兩個(gè)針織品種管紗不同水平下的C Vm值和C V（1 m）值，并根據(jù)C V（1 m）值計(jì)算出不同水平下相應(yīng)的D Rcal（1 m，±5%）值。當(dāng)該紗線的線密度接近正態(tài)--分--布時(shí)，D Rcal（1 m，±5%）值可近似為實(shí)測(cè)D R（1 m，±5%）值，如表1所示。

從表1中看出，C V（1 m）隨著C Vm增加也相應(yīng)增加，可理解為這些統(tǒng)計(jì)值是建立在紗線線密度近似呈正態(tài)分布的前提下得出。從表1還可以看出，水平由5%到95%時(shí)，C Vm值的變化范圍顯然較D R值的變化范圍要小得多，也即用D R值評(píng)價(jià)織物外觀要較C Vm值更為敏感。線密度近似正態(tài)分布情況下，從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，C Vm值、D R值的水平優(yōu)于50%水平時(shí)，織物外觀隨著水平提高愈趨優(yōu)秀，而降到95%水平時(shí)，織物外觀則顯著變差。一旦線密度顯著偏離正態(tài)分布，則C Vm、C V（1 m）（1 m，±5%）值之間相關(guān)性降低甚至完全不相關(guān)，所以僅憑C Vm值評(píng)價(jià)織物外觀不夠準(zhǔn)確。

表1 兩種紗線在USTER2018公報(bào)不同水平下的C V值與計(jì)算D R值

2 D R曲線及應(yīng)用

目前長嶺條干儀設(shè)計(jì)有5種切割長度（lc=1 cm、10 cm、20 cm、50 cm、1 m），并采用雙線性坐標(biāo)繪成D R曲線，這對(duì)于分析紗線隨機(jī)不勻的結(jié)構(gòu)特征具有創(chuàng)新意義。

2.1 正常D R曲線

正常紗線線密度接近正態(tài)分布，其不同片段長度的線密度不勻曲線圍繞平均值總體上呈平穩(wěn)地隨機(jī)對(duì)稱波動(dòng)。反映在D R曲線上則呈現(xiàn)兩個(gè)基本特點(diǎn)，一是相應(yīng)門限α=0處各條曲線基本會(huì)聚于50%，即D R(l c，±0%)≈50%；二是相應(yīng)縱軸（α=0）D R曲線左右對(duì)稱且均勻分布，如圖2所示。

圖2 條干儀測(cè)試正常紗線的D R曲線

2.2 異常D R曲線

紗線中出現(xiàn)過多不同長度和粗度的偏粗粗節(jié)，此-時(shí)不同片段長度的線密度不勻曲線圍繞平均值X總體上不再呈上下隨機(jī)對(duì)稱波動(dòng)，而是朝粗方向顯著多于朝細(xì)方向的波動(dòng)，紗線線密度將不同程度地偏離正態(tài)分布。反映在D R曲線上于α=0處不再會(huì)聚于50%，而是錯(cuò)位突跳形成“左高右低”的“階躍”且相對(duì)50%點(diǎn)上下基本對(duì)稱。

為此，長嶺條干儀給出一新的特征值——相對(duì)偏移系數(shù) ΔD R(l c)，其中l(wèi) c取1 cm、20 cm、1 m，用來定量評(píng)價(jià)“階躍”的大小及方向。“階躍”的大小以百分?jǐn)?shù)表示；“階躍”的方向“左高右低”時(shí)取正值，“右高左低”時(shí)取負(fù)值（正常紗線線密度接近正態(tài)分布，“階躍”不明顯，|ΔD R(l c)|<5%）。當(dāng)ΔD R(1 cm)為一較大正值說明紗線中出現(xiàn)過多的短粗節(jié)；ΔD R(1 m)為一較大正值說明紗線中出現(xiàn)過多的較長粗節(jié)。當(dāng)紗線中出現(xiàn)過多不同長度和細(xì)度的偏細(xì)細(xì)節(jié)，則在α=0處呈現(xiàn)顯著“右高左低”的“階躍”，ΔD R(l c)<0為一較大的負(fù)值。

下面通過幾個(gè)實(shí)例說明，D R值及D R曲線異常，必然影響織物的外觀。

2.3 幾個(gè)生產(chǎn)實(shí)例

2.3.1 集聚紡JC 9.8 tex管紗

測(cè)試集聚紡JC 9.8 tex管紗，C Vm值、I P I值皆為USTER2018公報(bào)5%水平，但D R（1 m，±α%）曲線在α=0處出現(xiàn)顯著“左高右低”的“階躍”，且曲線向右拖長而顯著不對(duì)稱。ΔD R(1 cm)≈10%，ΔD R(1 m)≈16%，說 明1 m片段線密度顯著偏離正態(tài)分布。D R（1 m，+5%）不是很快衰減到0而仍有相當(dāng)大的值，說明紗線中出現(xiàn)異常長粗節(jié)且必影響織物外觀。實(shí)測(cè)D R曲線如圖3所示。

圖3 “左高右低”的D R曲線

2.3.2 JC/T 60/40 7.4 tex管紗

測(cè)試JC/T 60/40 7.4 tex管紗，C Vm值、I P I值皆為USTER2018公報(bào)5%水平，但D R（1 m，±α%）曲線在α=0處出現(xiàn)顯著“右高左低”的“階躍”且曲線向左拖長而顯著不對(duì)稱，說明1 m片段線密度顯著偏離正態(tài)分布。D R（1 m，-α%）不是很快衰減到0而仍有相當(dāng)大的值，說明紗線中出現(xiàn)異常的長細(xì)節(jié)且必影響織物外觀。實(shí)測(cè)D R曲線如圖4所示。

圖4 “右高左低”的D R曲線

2.3.3 JC 14.8 tex管紗

批次測(cè)試JC 14.8 tex管紗，4#、8#管紗的D R曲線如圖5所示。兩試樣的D R（1 m，±α%）曲線在α=0處沒出現(xiàn)明顯“階躍”，左右也基本對(duì)稱，說明兩試樣的1 m片段線密度不勻曲線圍繞平均值仍接近保持上下隨機(jī)波動(dòng)。又兩試樣的C V（1 m）值無顯著差異（分別為3.28%和3.77%），但（1 m，±5%）值相差懸殊（分別為3.04%和15.08%）。再者兩試樣的理論計(jì)算值D Rcal（1 m，±5%）（分別為6.38%和9.25%）與實(shí)測(cè)平均值（1 m，±5%）（分別為3.04%和15.08%）差異顯著，即兩試樣的1 m片段線密度明顯偏離正態(tài)分布。

圖5 有長片段線不勻的D R曲線

基于上述特點(diǎn)可對(duì)兩試樣1 m片段線密度--隨--機(jī)不勻的結(jié)構(gòu)特征做出解釋，即4#試樣的D R（1 m，±5%）值異常減小，說明紗線中隨機(jī)出--現(xiàn)--一些異常均勻的紗段；而8#試樣中的D R（1 m，±5%）值異常增大，說明紗線中隨機(jī)出現(xiàn)一些異常不勻的紗段。此時(shí)1 m片段線密度不勻曲線不再是平穩(wěn)地上下隨機(jī)波動(dòng)，而是隨機(jī)出現(xiàn)一些波動(dòng)幅度明顯變小或是明顯增大的紗段。

又兩試樣的C Vm值近乎相同以及I P I值皆處于USTER2018公報(bào)25%優(yōu)良水平，短片段D R（1 cm，±α%）曲線也正常，但由于紗線中有的隨機(jī)出現(xiàn)一些異常均勻的紗段，有的隨機(jī)出現(xiàn)一些異常不勻的紗段導(dǎo)致D R（1 m，±5%）值離散很大（S值大于2%），而使織物外觀惡化。

3 D R（1 m，）特征值的應(yīng)用

4 紗線線密度分布的快速判斷

4.1 判斷方法

我們將C Vm值與D R值相結(jié)合，推出D R值相關(guān)系數(shù)和散點(diǎn)圖，可快速判斷紗線線密度是否接近正態(tài)分布，這一功能在長嶺條干儀上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)紗線線密度呈正態(tài)分布時(shí)，理論上不同片段長度線密度的D R值與C Vm值之間的關(guān)系由下式?jīng)Q定［4］。

式中：l c為切割長度或片段長度由“標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的分布函數(shù)值表”查出，y是積分中設(shè)定的自變量，將上限∞及下限帶入后即可得出積分運(yùn)算結(jié)果。

單管測(cè)試時(shí)，根據(jù)實(shí)測(cè)C V（1 m）值計(jì)算出相應(yīng)的理 論D Rca（l1 m，±5%）值 。當(dāng)實(shí) 測(cè)D R（1 m，+5%）與D R（1 m，-5%）--值--兩者相近（即D R曲線左右對(duì)稱），其平均--值--為D R（1 m，±5%），且當(dāng)D Rca（l1 m，±5%）≈D R（1 m，±5%），即理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值相近，說明該管紗樣的1 m片段線密度接近正態(tài)分布。

批次測(cè)試（一般取10管紗，測(cè)試速度400 m/min，測(cè)試時(shí)間1 min）時(shí)，每管紗的（1 m，±5%）≈D Rca（l1 m，±5%），且所測(cè)10管紗的C V（1 m）與相應(yīng)的1 m，±5%）呈正相關(guān)，說明該批次紗線的1 m片段線密度總體上近似呈正態(tài)分布。可基于對(duì)D Rca（l1 m，±5%）、（1 m，±5%）值計(jì)算其線性單相關(guān)系數(shù)r值和繪成散點(diǎn)圖進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷。

當(dāng)r值越大于0.9且散點(diǎn)圖上諸點(diǎn)靠近45°線，說明該批次紗線的1 m片段線密度總體上接近正態(tài)分布。當(dāng)r值越小于0.9和散點(diǎn)圖上諸點(diǎn)分散偏離45°線，說明該批次紗線的1 m片段線密度總體上顯著偏離正態(tài)分布。

4.2 實(shí)測(cè)驗(yàn)證

集聚紡JC 9.8 tex機(jī)織紗的散點(diǎn)圖如圖6所示。由圖6可以看出，（1 m，±5%）≈D Rca（l1 m，±5%），即D R曲線皆正常；D R值的相關(guān)系數(shù)r=0.94（大于0.9）且散點(diǎn)圖中諸點(diǎn)都靠近45°線。說明紗線1 m片段線密度總體接近正態(tài)分布；D R（1 m，+5%）、D R（1 m，-5%）的標(biāo)準(zhǔn)差分別為S+=0.83%及S-=0.77%（小于2%），即離散不明顯，且總均值（1 m，±5%）=7.99%，比較小；可認(rèn)為本批次紗線質(zhì)量及織物外觀皆優(yōu)良。

圖6 集聚紡JC 9.8 tex紗的散點(diǎn)圖

JC 14.8 tex針織紗的散點(diǎn)圖如圖7所示。由圖7可以看出，D R值的相關(guān)系數(shù)r=0.53且散點(diǎn)圖中諸點(diǎn)分散偏離45°線，說明紗線1 m片段線密度總體以非正態(tài)分布。總均值=8.52%雖 不 大 ，但D R（1 m，+5%）、D R（1 m，-5%）的標(biāo)準(zhǔn)差分別為S+=3.54%、S-=3.12%，即D R值離散過大。雖然常規(guī)測(cè)試項(xiàng)目C Vm、C Vmb、I P I疵點(diǎn)值皆處于優(yōu)良水平，但本批次紗線的最終織物外觀較差。

圖7 JC 14.8 tex針織紗的散點(diǎn)圖

5 結(jié)論

綜上所述，紡織廠僅憑常規(guī)測(cè)試C Vm值、I P I值、C Vmb、C Vcb值評(píng)價(jià)紗線條干不勻不能全面反映紗線的質(zhì)量水平，尤其對(duì)布面質(zhì)量方面。除了常規(guī)測(cè)試之外，可檢測(cè)D R值和D R曲線，以評(píng)判布面質(zhì)量，如下情況布面質(zhì)量將處于良好狀態(tài)。

（1）批次測(cè)試C V（1 m）與呈正相關(guān)，即相關(guān)系數(shù)r>0.9且散點(diǎn)圖中諸點(diǎn)皆靠近45°線。

（2）每管紗的D R（1 m，+5%）≈D R（1 m，-5%）（相對(duì)偏差處于15%以內(nèi)）且D Rca（l1 m，±5%），無顯著差異。

（3）批次測(cè)試D R（1 m，+5%）值、D R（1 m，-5%）值離散不明顯，各自的標(biāo)準(zhǔn)差S+及S-皆小于2%。

（4）批次測(cè)試D R（1 m，±5%）的總均值較小，紗線中未出現(xiàn)過粗的較長粗節(jié)和過細(xì)的較長細(xì)節(jié)

（5）D R曲線5組均勻分布，左右基本對(duì)稱，無異常的向左或向右拖長以及密集、扭曲現(xiàn)象，在α=0處各條曲線匯聚于50%，無明顯的“左高右低”或“右高左低”的“階躍”，即相對(duì)偏移系數(shù)|ΔD R(l c)|小于5%。