常規紡織品服裝檢測項目的自動化和智能化研究進展

賀志鵬

1. 中國紡織信息中心 (中國)

2. 中紡協(北京)檢驗技術服務有限公司(中國)

1 研究背景

2019年，中國紡織品服裝出口額為2 718.9億美元。其中，向歐盟和美國的紡織品服裝出口額分別為444.7億美元和401.4億美元，分別占各自紡織品服裝全球進口額的32.5%和32.7%[1]。中國作為世界上規模最大的紡織品服裝生產、消費和出口國，需要相應的產品質量安全保障體系的支撐。

截止到2019年12月，中國紡織行業相關標準總量為2 399項，其中基礎標準294項，方法標準718項，產品標準1 363項，且與ISO國際標準一致性程度達95%以上的對口轉化工作已完成[2]。同時，中國合格評定國家認可制度早已融入國際認可互認體系，極大程度上方便了出口紡織品服裝產品的質量檢測，且為企業節約了大量成本。

中國GB 18401—2010《國家紡織產品基本安全技術規范》、GB 31701—2015《嬰幼兒及兒童紡織產品安全技術規范》及世界各國規定的強制性法規、條例、標準等規范了紡織品服裝的基本安全性，其規定項目為必檢項目，其檢測量在相關檢測機構的日常檢查中最為龐大。為了應對成批常態化的常規項目檢測，降低由于人為因素而導致的錯誤率，提高工作效率，為企業縮短生產周期等，極有必要針對不同檢測方法進行自動化、智能化發展研究。

2 研究現狀及分析

現有紡織品服裝檢測方法大致可分為預處理、取樣、前處理、測試、評價等階段，不同檢測方法在順序上、步驟上會有所刪減和調整。不同檢測指標、不同檢測方法的不同階段自動化程度也有所差別，絕大部分處于半自動化程度。以下就幾項常規檢測項目的自動化、智能化程度進行分析討論。

2.1 甲醛測試

甲醛測試方法：對紡織品服裝試樣(以下簡稱“試樣”)進行萃取或蒸汽吸收后，測定試樣的吸光度或液相色譜保留時間、色譜峰面積，然后對照標準工作曲線確定甲醛濃度。為實現分段半自動化測試，可以考慮將萃取與后續測試相結合，研制可進行一體化測試的設備，將萃取、取液、顯色、測試各環節進行整合，如多機位振蕩萃取、連續化自動取液、滴液顯色、自動送液、測試，實現從萃取到定量流程的自動化。

昆山海關申請公開了一種基于鹽酸苯肼與甲醛反應顯色，通過比較顏色深淺快速確定試樣是否含有甲醛及是否符合標準限量要求的專利方法[3]。其他關于紡織品甲醛含量測試的專利文獻則主要集中在非破壞性測試領域。

2.2 pH值測試

pH值測試主要采用pH計對試樣的水萃取液進行測試。日常測試批量大，手動使用pH計測試需要進行反復校準和穩定性觀察，測試時間和周期較長。查詢相關專利信息網發現，目前關于pH值自動化測試的專利較少，授權實用新型專利6項，處于審查階段發明專利2項[4-11]，如表1所示。

表1 授權及審查中的與pH值自動化測試相關的專利

由北京和眾視野科技有限公司、中國紡織工業聯合會檢測中心聯合研發完成的pH值全自動測試儀目前已實現批量生產和應用。設備實現了自動取液、自動校準、穩定性自動識別和自動讀數存取等功能，在一定程度上降低了人員的勞動強度，提高了勞動效率，節約了企業用工成本。

2.3 色牢度測試

除干、濕摩擦色牢度、皂洗色牢度等外，其他大部分色牢度測試程序里均提到“應使試液完全潤濕(浸濕)試樣，不時掀壓和撥動試樣，保證試液充分且均勻地滲透到試樣中”這一相關表述。相關試驗也表明潤濕情況對最終結果評級有較大影響，但鑒于諸多產品存在浸潤性差的問題，大部分實驗室會采用一塊平板或玻璃棒等給織物施加壓力，由此造成巨大的工作強度。這也一直是廣大檢測工作人員希望實現自動化的一個重要環節。相關資料顯示寧波紡織儀器廠獲得了該領域的1項發明專利授權。該發明所涉及的色牢度試樣浸潤儀器裝置包括多套氣缸敲擊裝置、多個放置布樣及溶液的試樣盒，其控制器控制驅動機構移動托盤至合適位置后，可控制氣缸敲擊裝置的敲擊件伸進試樣盒中進行敲擊，實現代替人工完成這一過程[12]。除寧波紡織儀器廠外，大榮紡織儀器有限公司也生產了相關產品，但在實際使用過程中發現，與手動操作相比，使用浸潤儀器裝置時，存在試樣浸潤效果欠佳或壓力過大造成液滴飛濺的情況，因此施壓控制系統還有待進一步完善；此外，還需要增設試劑盒蓋等。

2.4 評級

色牢度及諸多物理測試項目(如起毛起球測試、平整度測試等)均需要進行評級。目前除色牢度有GB/T 32616—2016《紡織品 色牢度試驗 試驗變色的儀器評級方法》[13]和GB/T 32598—2016《紡織品 色牢度試驗 貼襯織物沾色的儀器評級方法》[14]外，其他項目評級均無儀器相關的評級標準。

查詢中國知網，篇名中含有“儀器評級”的文獻共有15篇，其中13篇與色牢度儀器評級相關，2篇與起毛起球儀器評級相關。而最早關于色牢度儀器評級的文獻為1994年顧民發表的《儀器評級的現狀與展望》，文中提到，對染色織物的評級儀器評級和目測評級一致性可達到85%左右，而對于印花織物、多套色的精細印花織物因儀器精度等的局限性而受限[15]。韓麗屏等[16]研究發現使用測色配色儀(Datacolor 600)進行儀器評級與人工目測評級的一致性在78.6%左右，儀器評級比目測評級嚴格。此外，儀器評級會受到試樣形狀、表面平整度、形態和顏色分布均勻性等的影響，只有符合一定條件的試樣才適合儀器評級；而目測評級并不受此限制，這也是目測評級被廣泛選用的主要原因。

目前，起毛起球等物理項目的儀器評級處于研究階段，且相關公開文獻甚少。早在2005年，鐘智麗等[17]采用美國在線檢測技術公司開發的織物起球評級系統對不同針織物起球性狀進行了研究，雖然在結論部分提及“在雙尾0.01水平上，由織物起球評級系統給出的4個起球特征表征值和客觀起球評級值均與相應起球樣品的主觀起球評級值高度相關”，但在文章中并未給出主觀評級結果。孫杰等[18]研究發現全球關于起球的儀器評級研究均是基于計算機圖像采集和處理技術，從各維度對織物起球圖像進行分割、分析計算等，從而建立模型進行轉化。其操作性和實用性有待進一步研究，且與目測評級結果一致性程度尚有待統一。文中同時介紹了美國錫萊亞太拉斯(SDLATLAS)公司的PillGrade系統，但未就其測試結果與目測結果的一致性進行相關試驗比較。筆者目前尚未發現該設備在中國相關檢測機構獲得應用。

2.5 異味評級

異味測試為主觀性極強的檢測項目。GB 18401—2010中主要涉及霉味、高沸程石油味(如汽油味、煤油味)、魚腥味、芳香烴氣味。而中國知網中與紡織品服裝異味檢測高度相關的文獻僅有9篇。測試個體的主觀性及個別異味標準樣品的缺失等會給檢測結果造成一定程度的影響。王昊等[19-20]采用靜態頂空-氣相色譜-質譜聯用法檢測涂層織物中6種符合芳香烴氣味的物質，試驗表明客觀檢測方法與主觀檢測方法結果高度一致。同時采用PEN3電子鼻分別對帶有魚腥味、煤油味、霉味、香水味、芳香烴味及正常的純棉織物進行了異味檢測，并利用試樣雷達圖對各種試樣進行了鑒別。試驗結果表明電子鼻可有效區分棉織物中的各種異味。研究和發展適合異味檢測的客觀方法，將有利于檢測輕微異味。

2.6 成分分析

服裝纖維成分及含量是需要在耐久性標簽上明示的重要項目之一，目前其定性測試主要依靠專業技術人員通過普通顯微鏡或電子顯微鏡結合化學試劑等進行，定量測試則以拆分法和化學溶解法為主。兩組分較易區分鑒別，三組分及以上時，為了保證結果的準確性需要耗費較長時間，且往往需要更多人員對結果進行復核，降低錯誤率。加之隨著技術的進步，諸多紡織纖維外觀特性等存在較高的相似性，給鑒定帶來一定困難。

隨著大數據、人工智能的開發及相關識別技術的應用，諸多儀器開發商及檢測機構開始著手研究開發纖維電子鑒別技術。福建鳳竹紡織科技股份有限公司申請并獲得一項關于滌棉成分檢測設備的實用新型專利，公開內容顯示該公司對化學溶解法測試滌棉織物成分進行了自動化研發[21]。紹興文理學院元培學院的研究者利用纖維回潮率差異設計了一種測試雙組分織物成分比例的方法，并已獲得相關發明專利授權[22]。該專利為成分分析開辟了新的思路，但不涉及自動化、智能化應用。

近紅外光譜技術的發展為纖維鑒別提供了自動化、智能化發展方向，以“近紅外光譜”和“紡織”同時為篇名關鍵詞檢索，截至2020年5月，共有14篇相關研究文獻。這些研究為推動纖維自動化、智能化鑒別起到了一定的促進作用。2018年12月，工信部發布了FZ/T 01144—2018《紡織品 纖維定量分析 近紅外光譜法》標準，該標準規定了采用紅外光譜法測定紡織品中纖維含量的方法，但不適用于涂層織物、涂料印花織物和無機纖維。其原理是通過建立組分相同但含量不同的已知試樣與光譜之間的關系，建立相應模型，并通過不斷驗證和數據積累校正模型準確度以達到最終可用于實際鑒別的目的。因此，需要大量試樣進行模型建立與訓練[23]。目前，僅能對較為單一且常見的如棉、氨綸等兩組分纖維進行鑒別。這也成為了阻礙該項標準應用的最大障礙。

3 結語

將檢測人員從繁重、重復的工作中解放出來，從而進行更多創新與實踐，是檢測行業技術發展的目的。檢測技術的便捷化、自動化、智能化是實現這一目的的途徑之一。尤其以常規紡織品服裝檢測項目為著力點和突破點，將帶動一大批先進技術的應用，提高檢測機構自動化、智能化水平，縮短紡織企業相關產品量產、交貨、流通時間。需要注意的是，自動化、智能化檢測無論如何發展，結果的準確性應始終是最大的前提。