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试析蚕茧品质控制工序的发展方向

2021-10-25 61 上传者：管理员

摘要：蚕茧的品质控制与分类分级是取茧制丝的重要内容，对提高生丝品质和蚕茧利用率有积极意义。随着人们生活水平提高，其对丝织品的要求也更高，企业和工厂在蚕茧品质控制方面的研究需求十分旺盛。本文通过对比近年来在此方向上的研究成果，依据蚕茧品质控制工序的研究意义、蚕茧品质控制工序的研究进展、蚕茧品质控制工序的发展方向三个内容，综述其品质控制与分类分级研究进展，并提出未来的发展方向是控制人工和提高分选准确率。

关键词：
丝制品
智能识别
自动缫丝
蚕茧制丝
质量分级
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早在新石器时期中国古人即开始培育家蚕，取茧制丝，且制丝工艺和丝绸产品通过贸易逐步走向世界。近代，受限于技术水平，出于成本和人工的考虑，蚕茧的分选问题不是手工艺者主要考虑的问题，家蚕蚕茧的品质控制并没有得到足够的重视。而在企业和工厂自动化设备改造大趋势下，煮茧缫丝前依靠着手工来提高蚕茧品质的做法已经极不可取，蚕茧的分选工序迫切需要提高效率、准确率。在提高经济效益要求的条件下，国内许多研究制丝工艺的团队对该工序的自动化发展做出了卓越的贡献。

1、蚕茧品质控制工序的研究意义

1.1 蚕茧品质控制工序要求

由于缫丝后道工序需要调控蚕茧的解舒率、牵丝张力等因素，蚕茧外形和结构的不一致会使缫丝的品质和效率降低。通过对蚕茧进行质量分类分级，只留下外形质量均一的好茧可以直接提高缫丝品质和效率。蚕茧品质控制是指将不能缫丝的下茧选出，并将不同的类型的茧分类计量、成件、打包。由于产品丝的价值高，所以在质量控制时，应尽量控制后续缫丝的折损率、漏选率和误选率。只有保证质量控制的精度，为选茧工序制定合理可行的工艺，才能确保缫丝工厂生产的生丝品质[1]。

经过品质控制的蚕茧最终需要满足以下要求：

茧层厚薄和松紧，在缫丝时要需要一致。在解舒时，茧的煮熟、渗润、吸水和吸药程度也必须一致，使同过程的所有蚕茧茧层达到一致的解舒。若解舒程度不一致，则在缫丝时，蚕茧易落绪。

茧形大小需要整齐。在实际生产中，如果茧形大小不整齐，上车茧中大小茧比例经常发生变化，在煮漂茧过程中，造成桶与桶之间茧粒数差异增大。由于每桶茧粒数不同，在相同条件下，不同桶的茧、不同粒的茧之间很难达到一致的解舒程度。

茧的色泽需要基本相同。色泽不同的茧，一般可能受不同地区的气候、环境等变量影响，其性质的差异也很大。由于茧色差异过大，解舒难以均匀，缫丝时落绪多，滑皮茧多，因此在控制蚕茧质量时，茧色需要整齐一致[2]。

当前，我国的选茧和洁净检验项目仍以感官检测方法为主，要求检验人员根据国家标准和技术规范的要求，采用眼看、手摸等方法对样品的性状进行判断。例如摸蚕茧的外形、触感，观察蚕茧的色泽、疵点等。这需要检验人员在深入理解技术规定要求的基础上，不断加强实操练习、操作动作规范、目光尺度平稳[3]。

这样的高技术要求一方面是对企业技术人员的考验，一方面也加大了企业的管理与培训成本。因此进一步使蚕茧品质控制工序变得高效，准确和简化，对茧丝绸行业的技术进步具有非常重要的意义。

1.2 控制蚕茧的类型

一般蚕农收获的鲜茧分为上茧、次茧和下茧：

上车茧是茧形、茧色、茧层都正常，且没有疵点的茧，这样品质的茧才能缫高品质丝。

次茧是茧形、茧色、茧层和疵点等方面有程度较轻的缺陷，但不影响用于缫制正品生丝，不属于下茧的茧。

下茧是茧形、茧色、茧层和疵点等方面有严重缺陷，不能或不宜缫制正品生丝的茧的统称，有：双宫茧、黑斑茧、棉茧、多层茧、口茧、霉茧、多疵点茧、血茧、异色茧和油茧等小类[4]。

一般来说，在家蚕蚕茧的贸易过程中，应将上茧、次茧分开出售[5]。

例如，若使用黑斑茧缫制生丝，其中的腐质会使药剂大量失活，致使黑斑茧周围的好茧药剂浓度下降，通过影响好茧吸药，影响其解舒质量。所以缫丝时牵丝张力不匀，容易上吊、落绪。

要想在进行煮茧缫丝前做好蚕茧的品质控制，必须要认真分选不同类型的蚕茧，以免次茧、下茧混在好茧中污染好茧，使好茧变成下茧[6]。在有次茧、下茧混入上茧中时，病疵茧对生丝的清洁洁净均有程度不一的影响，而其中畸形茧与柴印茧的影响最为突出[7]。

因此进一步研究提高蚕茧品质控制工序对丝织品成型有非常重要的意义。

2、蚕茧品质控制工序的研究进展

2.1 减少人工成本

为了减少选茧工序用工成本和增加上车率，覃南强[8]等人设计了一套基于并联机器人的自动选茧系统。系统由传送装置、下料部分、活动机械组、抓取装置、检测识别系统等组成。

设备运行时，传送带前端的蚕茧匀速运动到视觉检测范围中，此时检测系统识别蚕茧的特征信息，采集到当前蚕茧的外形特征。然后对比数据库，将病疵茧识别标记，同时把信号传递到控制中心。抓取装置通过前面给出的信号，对病疵茧动态跟踪抓取，并将所有料茧分类，其中好茧通过输送带进入上车茧区。其动态快速分选模式，分选速度可达到每分钟80粒蚕茧。此外，还可通过数据库训练和机械运行优化，提高分选效率和适应性。

2.2 提高效率

为了提高降低品质控制的误选率，陈浩[9]等人采用数学模型软件对蚕茧彩色图像进行图像处理，采集蚕茧外形特征，并对疵点类型进行对比分析。构建三维模型可以消除蚕茧采集图像与实际大小之间的差异，将桑蚕茧彩色图像经过图像增强和二值化等处理后，能够检测蚕茧表面污斑面积，对颜色浅淡和多个污斑的蚕茧具有良好的检测效果。此方法便于提取蚕茧图像特征，由于蚕茧是三维结构的椭圆体，因此双目立体相机能很好修正数据差异。利用数学建模软件对蚕茧经行三维建模，为蚕茧自动检测分选提供了一种高效准确的检验方法。

2.3 提高准确率

为了解决蚕茧品质控制时设备的识别准确率，杜昕[10]等人设计了一套由照相机和光源构成的机器视觉的动态选茧系统。由于黄斑茧、印头茧和烂茧等病疵茧共同的特征就是蚕茧表面的污渍和疵点，所以这套系统通过采集的蚕茧外形特征图像上的阴影面积，实现控制疵茧。其对双宫茧、黄斑茧、印头茧、穿头茧和烂茧的识别率分别达到99.2%、98.7%、97.8%、97.2%和98.3%。这套动态选茧系统识别率搞，解决了人工分选蚕茧准确率低的问题；达到解放劳动力、提高效率的效果，控制了后道缫丝原料茧的品质。

蚕茧的性别区分也是品质控制的一环，为了准确控制蚕茧的性别，蔡健荣[11]等人提出了一种射线成像技术的蚕茧性别判断方法。利用射线成像装置获取蚕蛹图像，提取特定外形特征，分别采用线性判别分析和神经网络建立判别模型。其线性判别分析模型识别正确率分别大于91%、86%、89%，神经网络模型识别正确率分别大于88%、81%、83%，且线性分析模型判别时间小于70ms，远低于神经网络模型判别时间500ms。

3、蚕茧品质控制工序的发展方向

根据上述的该工艺研究进展来看，目前主要有三种发展方向，分别是减少人工，提高效率和提高准确率。

其意义在于以较少的成本，实现品质控制和整个丝织品生产工艺的配适。由于蚕茧工人技术培训需要使用专门的选茧计算机考试系统。该系统是利用数据库，实现人工分选的无实物模拟考核，为检验检测机构、缫丝企业、纺织职业技术院校等单位茧丝技术学员的培训教育、管理和考核服务[12]。通过对选茧工序的自动化改造，这样一个培训和考核系统的维护成本可逐渐降低为0。

4、总结与展望

本文提到三个发展方向，受限于后道缫丝工序的效率问题，最受企业和工厂欢迎的方向是减少人工和提高准确率，因为其能够直接带来收益。但是就目前的科技发展形式来看，准确率进一步提升的性价比受限，且目前普遍的所谓自动化设备都还必须配备一定的工人辅助。因此在实现蚕茧品质控制工序全自动化方向，该工艺还有很大的提升空间，其对缫丝行业的技术进步具有重要的意义。

参考文献:

[1]罗顺高,黎琼仙.浅谈缜丝选茧质量控制措施[J].农业与技术,2013,33(3):212.

[2]薛振福.选茧对缜丝产量质量回收率的影响[J].辽宁丝绸,2006(1):27-28.

[3]毕海忠,姚方,袁素荣,等.2015年茧丝检验技术比对选茧和洁净检验项目实操考核结果分析[U].中国纤检,2015(17):64-66.

[4]汪志铮.提高蚕茧质量的六大技术措施[J].农家之友,2015(7):54.

[5]胡祚忠.鲜茧分类､选茧出售与质量检测[J].中国蚕业,2011,32(4):87-89.

[6]温天斌.提高蚕茧质量推动蚕业发展[J].蚕学通讯,2013,33(1):48-49.

[7]杨树学.选剥装置设计方案及其应用[J].丝绸,1993(1);23-24.

[8]覃南强,梁先斌.基于并联机器人的自动选茧系统的设计[J].科技视界,2017(1):163-164.

[9]陈浩,杨峥,刘霞,等.基于MATLAB的桑蚕茧选茧辅助检验方法的研究[J].丝绸,2016,53(3):32-36.

[10]杜昕,刘文烽,林毅坚.基于机器视觉动态选茧系统的研究[J].企业科技与发展,2018(4):91-94.

[11]蔡健荣,刘兵,李永平,等.X射线成像技术判别蚕茧性别[J].农业工程学报,2012,28(8):275-279.