纺织品色牢度智能评级系统的研制

刘锦瑞 袁园园 张向丽 孙丽霞

(河北出入境检验检疫局检验检疫技术中心，河北石家庄，050051)

纺织品色牢度等级是评价纺织品质量的一个重要指标，色牢度评级是色牢度检测中最关键的一个环节。目前国内外色牢度评级方法主要有人工评级、仪器评级两种[1-5],以人工评级为主。但是人工评级容易受外部因素和人为因素的影响，对相同级别的结果评定差异较大。仪器评级比较客观，不受外部因素的影响，对相同级别的结果评定也相对稳定。GB/T 6151—2016《纺织品 色牢度试验 试验通则》明确规定在评级有争议时，以仪器评级为准[6]。

近年来主流的仪器评级方法有测色仪评级法和影像评级法两种[7-10]。由于现在国内市面上的仪器测试数据与人工评级一致率较低，造成仪器评级的方法并没有得到很好的推广。测色仪评级法的评级结果较准，但是人为因素影响较大，如定位不准、布面容易凸起等因素会影响结果的准确性[11-12]；影像评级法因为图像信息采集的准确性、颜色的多次转换等因素影响评级结果的准确性[13]。本文阐述的纺织品色牢度智能评级系统(以下简称评级系统)结合了两种评级方法的优点，自动对样品准确定位，消除了人为操作、颜色多级转化的影响，实现了准确评级的目的。以下就该系统的方案设计和准确性进行探讨。

1 方案设计

根据GB/T 32598—2016《纺织品 色牢度试验贴衬织物沾色的仪器评级方法》[14]、GB/T 32616—2016《纺织品 色牢度试样变色的仪器评级方法》[15]的规定，通过色牢度自动评级工作站控制图像信息采集及分光测色系统，分别获取试样位置及色差信息，并计算、输出结果，实现样品色牢度等级的自动评定。评级系统的结构组成见图1。

评级系统中最核心部分是高性能图像采集系统和测色系统，这两部分性能的优劣直接影响色牢度评级的准确程度，因此选型上也较严格。

1.1 图像采集系统

评级系统主要是通过图像采集系统对被测样品进行位置和颜色采集，后经人眼对颜色深浅进行辨别、移动定位系统，实现对被测样品色牢度的评定。在这个过程中要求图像采集系统在2400 万像素以上。

1.2 测色仪

测色仪是评级系统的核心部件，因此选择一台合适的测色仪尤为关键。目前国内外的测色仪主要有美国爱色丽的X-RITE DATA COLOR自动评级系统、日本美能达CM-2300D型测色仪、国产测色仪1、国产测色仪2。美国爱色丽的X-RITE DATA COLOR自动评级系统可用于测定纺织品色牢度，虽然评级结果通常较为准确，但其价格过高(80万元左右)，不利于推广和使用。日本美能达CM-2300D型测色仪的照明光源为脉冲氙灯，测量寿命约为15万次，价格较低(3.5万元左右)，但该测色仪不能用于测定纺织品色牢度。国产测色仪1可用于测定纺织品色牢度，光源寿命为10年300万次，价格较低(3.6万元左右)，但不能提供数据端口，不能进行二次开发。国产测色仪2可用于测定纺织品色牢度，光源寿命为5年150万次，价格低(1.9万元)，可以按照用户的需求提供数据端口，且购买方便、售后服务快捷。通过以上比较发现，国产测色仪2较X-RITE DATA COLOR自动评级系统、日本美能达CM-2300D型测色仪、国产测色仪1更有优势，因此评级系统研制时选用国产测色仪2。

1.3 定位系统

定位系统可三维移动，运行范围要足够大且无盲点；定位误差小于0.3 mm；升降力度可控，既能压紧样品又不会使样品变形。

1.4 最终方案的确定

评级系统包括图像采集、色牢度评级、定位、操作及数据处理等部分，色牢度评级工作流程见图2。

该评级系统的特色在于将图像采集系统、定位系统与测色系统、色牢度评级软件进行无缝连接。通过操作及数据处理系统控制图像采集系统，对被测样品进行拍照后，传输至电脑，仅用鼠标点击图像中的某一点，定位系统携带测色系统精准地自动移动到被测位置，进行色牢度等级评定，最后通过评级软件进行计算和结果输出。

2 评级系统性能验证

2.1 准确性

目前国际上最具有代表性的测色仪是拥有前沿技术的美国X-RITE DATA COLOR型分光测色仪，在影像评级法中最具有代表性的仪器是英国的VeriVide DigiEye，为了更好地验证评级系统的准确性，我们对比了两种仪器评级与评级系统测定结果的差异。

分别用评级系统、美国X-RITE DATA COLOR型分光测色仪(以下简称测色仪A)以及英国VeriVide DigiEye(以下简称测色仪B)，采用GB/T 251—2008《纺织品 色牢度试验 评定沾色用灰色样卡》[16]和GB/T 250—2008《纺织品 色牢度试验 评定变色用灰色样卡》[17]中规定的各个级别灰卡进行测定，结果见表1和表2。

表1 沾色用灰色样卡测定结果的比较

表2 变色用灰色样卡测定结果的比较

通过表1和表2的数据比较发现，该评级系统与测色仪A的测定数据没有显著差异，但与测色仪B的测定数据有一定的差异，虽然在合理的评级误差范围内，但是评级系统、测色仪A的测定数值与沾色用灰色样卡和变色用灰色样卡的标准值更为接近，直接验证了该评级系统的准确性，说明该评级系统可以用于评定纺织品沾色牢度和变色牢度级别。

2.2 稳定性

使用评级系统分别对GB/T 251—2008《纺织品 色牢度试验 评定沾色用灰色样卡》和GB/T 250—2008《纺织品 色牢度试验 评定变色用灰色样卡》中的各个级别分别测定6次，结果见表3和表4。

表3 评级系统沾色牢度稳定性

表4 评级系统变色牢度稳定性

由表3和表4可知，使用评级系统测定沾色用灰色样卡和变色用灰色样卡的各个级别，多次测定结果基本一致，各级别的最大极差仅为0.03，相对标准偏差在0～0.81%之间，说明系统的稳定性良好。

2.3 适用性

使用评级系统、测色仪A及人工评级对不同颜色、不同沾色形式的样品进行测定，结果见表5。对不同颜色、种类的变色样品进行测定，结果见表6。由表5和表6可见，评级系统可用于测定不同颜色的耐摩擦色牢度样品以及不同颜色、不同贴衬类型的耐水色牢度样品，由于耐水色牢度与耐汗渍色牢度、耐唾液色牢度、耐皂洗色牢度试验的贴衬种类一致，因此评级系统也可测定此类试验的样品。同样，评级系统也可用于测定不同颜色、不同种类纺织品的变色牢度。

对比评级系统与测色仪A的数据发现，对于同一样品的测定结果，两个系统的最大差值仅为0.06，且均与人工评级结果一致。说明系统可用于不同颜色、不同类型样品的沾色牢度、变色牢度级别的评定。

表5 对不同颜色、不同沾色形式的样品沾色牢度测定结果

表6 对不同颜色、不同种类的样品变色牢度测定结果

3 结论

该评级系统实现了对色牢度样品准确定位、自动评级的功能，且操作简单，不仅降低了劳动强度，还消除了人为影响因素。同时，该评级系统具有较高的准确性、良好的稳定性、适用范围广，可对不同颜色、不同种类、不同试验类型的沾色及变色样品进行测定，且数据均与测色仪A测试结果基本一致。该评级系统的研制填补了国内纺织品色牢度级别自动评定领域的空白，提高了工作效率，较人工评级法更客观、高效。