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AFIS 与 aQura 对带籽屑棉结（SCN）数量与尺寸检测稳定性对比的研究
王毅、鲁琴、孙鹏子、郭昕、曹继鹏 （辽东学院）
0 前言
棉结中的带籽屑棉结（SeedCoat Neps, 以下简称SCN）对纱线质量危害较大，根据Matusiak等人的研究［1］，随着喂入气流纱中SCN数量的增加，纱线中的粗节、细节、棉结及纱线不匀率都有所增加。近年来，由于AFIS、FCT、aQura等测试棉结（包括SCN）仪器相继研发成功［2］，人们可以很方便地检测出纺纱过程中SCN的数量和尺寸。因而国内外均开始进行对SCN的测试、去除等的研究工作，这些研究工作主要集中在AFIS与FCT对SCN的数量和尺寸检测的相关性［1］问题，纺纱过程中SCN数量和尺寸的变化规律［3，4］，SCN尺寸和数量与环锭纱质量相关性的研究［5］，籽屑附着纤维长度对SCN去除的影响［6］，刺辊速度、种类、产量及棉网清洁器等对SCN去除的影响方面［7，8］，aQura检测棉结（包括SCN）的准确性及测试效率方面的研究［9］。而关于Uster AFIS 和Premier aQura对SCN数量和尺寸检测稳定性方面的对比研究还没有见过相关报道，本文就上述问题进行了有关工艺的实验研究，并对实验结果用统计分析理论［10］进行了分析，得出了两种仪器对SCN数量和尺寸稳定性的检测次数范围。
1 实验方法
1.1 实验材料
实验采用中国新疆棉，其中129级占90%，229级占10%。
1.2 实验条件
实验用棉卷为同一系列开清棉机所加工，实验用的梳棉机为A186F，第一次实验中盖板与锡林的隔距均为0.25 mm，每个实验方案在梳棉机上加工三个棉卷，每个方案每卷分别随机取10个生条子样（共取30个生条子样）进行aQura与AFIS检测；第二次实验中盖板与锡林的隔距均为0.225 mm，每个实验方案在梳棉机上加工两个棉卷，每个方案每卷分别随机取15个生条子样（共取30个生条子样）进行aQura与AFIS检测。实验过程中梳棉机的其他工艺参数均不改变，梳棉机的活动盖板踵趾差分别取0.14、0.28、0.42和0.56 mm。每一种踵趾差下，产量分别设定为25、30和35 kg/h，进行对比实验，总计为12个实验方案，具体实验方案代号和实验条件对应情况见表1。两次实验不同方案下生产的生条中的SCN数量和尺寸分别采用两种仪器进行检测的结果见表2和表3所示。
2 实验结果分析
首先，对两种仪器检测的24组测试数据分别进行3σ原则验证，验证结果表明，两种仪器两次实验的24组测试数据符合正态分布。
在此基础上，我们引入统计量：
根据
由给定允许测量值波动范围来估计测试稳定次数n的大小。分两步：
（1）估计
的值
由于统计量
是随机变量x方差的无偏估计，所以可以用
来估计
。
（2）利用
，对于给定的我们允许的波动程度ε，给定水平α，则可以根据：
计算最小值n。
如果取α=0.05，则有 
，即
该式的意义是在测量一个对象时，如果用测量n次求其均值作为其测量值，对于不同的试验，测量值肯定会有波动，那么对于我们给定的所允许波动程度ε，n为多少合适？上式给出了测试稳定次数n的计算公式，表明在上式中给出试验次数n情况下，
与真实的μ值之间的差异大于ε的概率小于给定的水平α。
由此可见，ε取值越小，n值将越大，说明测试的结果越接近真实值。反之则说明测试的结果精度较低。在本文中，我们根据实际经验取
，μ与
的计算分别以每个方案30次测试数据的均值和方差。同时，我们对24组测试数据（每组30次测试结果，以下同）的变异系数CV%值进行了计算。图1-8分别显示了两次实验SCN数量和尺寸指标的测试稳定次数和CV%值的计算结果。具体数据见图1-8所示。
由图1可知，第一次实验中AFIS检测生条中SCN数量的CV%值在35.-50.9，平均值为39.5，而aQura的CV%值在12.1-18.2，平均值为14.8。由图5可知，第二次实验中AFIS检测生条中SCN数量的CV%值在25.7-45.5，平均值为36.9，而aQura的CV%值在11.2-40.2，平均值为16.2。可见对SCN数量检测来说，AFIS检测数据的波动性明显高于aQura。
由图2可知，在95%的置信区间内，第一次实验中AFIS检测生条中SCN数量的稳定次数在82-224，平均值为136.5，而aQura的稳定次数在13-29，平均值为19.7。由图6可知，第二次实验中AFIS检测生条中SCN数量的稳定次数在58~179，平均值为121，而aQura的稳定次数在11~37（有一个数据为140），平均值为28.3。可见对SCN数量检测来说，在相同的置信区间内，AFIS检测数据的稳定次数明显高于aQura。
由图3可知，第一次实验中AFIS检测生条中SCN尺寸的CV%值在8.3-13.9，平均值为11.2，而aQura的CV%值在4.2-6.6，平均值为5.4。由图7可知，第二次实验中AFIS检测生条中SCN尺寸的CV%值在7.3-13.1，平均值为10.5，而aQura的CV%值在5.9-10.7（有一个数据为22），平均值为9.8。可见对SCN尺寸检测来说，AFIS检测数据的波动性仍然高于aQura。
由图4可知，在95%的置信区间内，第一次实验中AFIS检测生条中SCN尺寸的稳定次数在6-17，平均值为12.2，而aQura的稳定次数在2-4，平均值为3.1。由图8可知，第二次实验中AFIS检测生条中SCN尺寸的稳定次数在5-15，平均值为10.1，而aQura的稳定次数在4-10（有一个数据为42），平均值为9.9。可见对SCN尺寸检测来说，在相同的置信区间内，AFIS检测数据的稳定次数仍然高于aQura。
根据以上分析，用AFIS检测SCN数量采用30次检验结果的波动性太大，其实验数据不可以用来作为科学研究的结论，两次实验数据稳定次数的平均值分别为137.3和121，总体均值为129.2，因此只有测试次数在130次以上，检测结果才具有一定的可靠性。而对于检测SCN的尺寸来说，两次实验数据稳定次数的均值分别为12.2和10.3，总体均值为11.3，因此只有检测12次以上，AFIS检测SCN尺寸才具有一定的可靠性。使用aQura来检测SCN的数量时，两次实验数据的稳定次数分别为19.7和28.3，总体均值为24.0，因此只有测试次数在24次以上，aQura对SCN数量的检测结果才具有一定的可靠性。对于aQura检测SCN尺寸时，两次实验检测稳定次数均值分别为3.1和 9.9，总体均值为65，可见对于该指标检测7次就可以保证测试结果具有一定的可靠性。
从两种测试仪器检测结果的比较中可以看出，AFIS对SCN数量的检测稳定次数要明显高于aQura，其CV%的平均值也明显高于aQura，说明在SCN数量检测上aQura明显要比AFIS稳定，测试效率更高一些。从两种仪器的测试原理来看，AFIS采用的是光电传感器，图9是纤维与棉结的光电传感器示意图。试样分离成单纤维后，由气流送到传感器中。当被测纤维通过检测区时，受光源照射产生散射光，其光亮随被测物体的大小与特性而变化，再经过光学棱镜聚焦到接收器上，使光亮的变化转换成相应的电信号，从而输出不同的特性波形，如图10所示。每一棉结将产生一个幅度高出单纤维数倍的近似三角形波，而每根纤维呈近似矩形的波，棉结产生的波幅数值大于纤维矩形波的波幅，因此可以鉴别出来，并测得试样中棉结的数目和尺寸大小。而aQura在测试原理上与AFIS相类似，差异之处在于aQura是采用激光来扫描纤维薄层，在测试精确度上应该说二者没有什么差异，两种仪器主要的不同之处在于所检测的样品量不同，aQura测试时采用10g的高样品量，而AFIS仅采用0.5g的较低样品量。相关的研究认为［11］，aQura在检测棉结时要比AFIS精确的根本原因在于其采用相对较大的检测样品量，我们认为在SCN数量和尺寸检测上，二者稳定性差异的原因也是如此。因而建议AFIS采用较大样品容量试样或增加检测的次数，以降低检测结果的波动性。
根据以上分析，我们可以得到如下结论：
（1）用aQura检测SCN数量需检测24次以上，检测的结果才具有一定的可靠性，检测SCN尺寸在检测7次以上，结果就具有一定的可靠性。
（2）用AFIS检测SCN数量需检测130次以上，检测的结果才具有一定的可靠性，检测SCN尺寸在检测12次以上，结果就具有一定的可靠性。
（3）通过对两种仪器进行比较，aQura在检测SCN数量和尺寸指标的稳定性方面要远好于AFIS,这从在相同的允许波动范围内，aQura检测结果的稳定次数少，30次检测数据的CV%值远小于AFIS得到证明。aQura检测的稳定次数远小于AFIS,其根本原因在于其采用了高样品容量检测的方式。
参考文献：
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