FMA系列纤维图像检测仪的研发历程

FMA系列纤维图像检测仪的研发历程

一、课题的提出

上世纪末，随着计算机软硬件的迅速发展，纤维图像检测分析仪在国外已出现成熟的产品。澳大利亚的OFDA系列纤维直径分析仪已经问世，能在显微镜下快速测量羊毛羊绒的直径，实现了从人工读数到自动图像分析的跨越。1992年OFDA产品在北京国际纺织机械展览会上亮相。之后我国有实力的单位相继引进了该仪器，但价格较贵，一般单位买不起。绝大部分检测单位仍在暗室内使用投影显微镜测量。当时国家纤检局认为这一现实情况必须尽快改变，在1999年纤检局总工何永政亲自找到清华大学科研处，讲明了我国的现状和要求研发纤维图像检测分析仪的迫切性。清华大学科研处就把这个任务交给了当时的精密仪器系内的摩擦学研究所。为什么清华大学科研处没有把此课题交给专门研究图像处理的电子系和自动化系有关老师呢？原因有两个，一是此课题属于仪器研发，精密仪器系有该方面的基础；二是精密仪器系内的摩擦学研究所曾经完成了检测大型轴承（例如飞机、发电站等）从磨损铁粒图像监测发动机运动状态的课题，研发出了铁谱仪。纤维图像检测有点类似于磨损铁粒的图像处理。因此该课题就交给了精密仪器系的摩擦学研究所内以汪家道博士为首的几个老师。

二、万事开头难

清华大学的这几个老师从来没有接触过纤维检测行业，怎么办？他们就先从调查研究开始。他们跑遍了北京地区与羊毛羊绒检测有关的国家机关单位和实验室，以及有关工厂的检测室。从调查研究中得出几点结论：

1、当时国家标准中只有投影显微镜检测的有关标准，如GBT 16988-1997 特种动物纤维与绵羊毛混合物含量的测定，以及GBT-10685-89 羊毛纤维直径试验方法投影显微镜法，还没有关于显微镜纤维图像处理的有关标准。因此只能按照国际羊毛组织（IWTO）的纤维显微图像测试方法，并参考了美国材料与试验协会（ASTM）的投影显微镜测试规范。

2、没有纤维检测方面的知识和实践怎么办，只有虚心向专业人士请教学习。经过筛选，最后确定与当时的北京检验检疫局的羊毛检测中心合作。这样用户需要什么，怎么操作方便就有了明确方向，并且样机还可以到他们那里反复测试。

3、价格尽可能经济，一般工厂要用得起。这样仪器硬件必须选用通用的设备，省钱省力；把工作重点放在仪器检测软件上，要操作简便，精确可靠。

在调查研究阶段结束后，汪家道博士把主要精力放在软件设计和编程上。那时还没有现在编程这么方便，几万句的程序都要靠人力用键盘敲进去。汪家道博士除了完成其他科研教学任务外，此项目他苦战了多半年时间，到2000年底才完成纤维检测仪软件的各个模块的基本测试工作。

三、基于整体图像识别法的纤维显微图像检测仪

基于计算机图像检测分析的方法从技术上基本分三种：第一种是在原来的显微投影仪基础上只加装计算机而成，一般称作显微投影法，这很容易理解；第二种是基于两点拉线法发展的纤维细度检测仪，就是用鼠标在显微图像上将选定的样品拉直线，像一艘船过河，每个样品至少拉三条线；第三种是基于整体图像识别法的纤维细度测量仪，自动识别图像和计算结果，一按鼠标，全屏测量，有多少根纤维同时出结果，无需一根一根测量。汪家道博士采用的测量方法属于第三类，是计算机基于整体图像识别法计算样品的整体图像的面积后取直径平均值。很显然，这第三种技术精确可靠，受人工干扰少，劳动强度低。

基于整体图像识别法的“纤维图像检测仪"经过反复实地验证和修改，2001年终于完成了样机的研制。为了验证该技术的精确性和可靠性，由国家教育部于2001年5月31日组织了以梅自强院士为主任的专家组进行了会议鉴定。

                图1  鉴定委员会名单

鉴定委员会专家用该仪器测量了标样数据，并且将测量结果与用国外生产的OFDA仪器测量的结果进行了对比，其结果如下：

技术检测结果（单位：微米）

                 图2 鉴定委员会实际测量数据对比

2001年6月5日国家教育部批准鉴定。鉴定证书（鉴字[教SW2001]第018号）认为：“该仪器为全自动快速测量纤维尺寸的测试仪，其具有智能化统计细度和曲率分布、自动录入数据库、自动生成检测报表等功能。"“该仪器测量结果快速准确，其精度已达到国际测试仪OFDA的测量精度。另外该仪器还进行了纤维曲率及其分布的测量，这对纤维质量的评定增加了新的参数。"

    图3 部级科学技术鉴定书首页与鉴定意见页

部级鉴定结果对我们推动很大，鉴定委员会要求我们尽快把技术成果转化为实际应用产品，建议我们“尽快投入批量生产"。

为此我们在2001年下半年在进一步改进仪器的同时，也在筹备创建公司的工作。2002年2月初，我们取得了北京华宜卓科技有限公司的营业执照，清华大学退休的老师与少量兼职老师在这个公司里开始了新的征程。

四、新征程新考验

北京华宜卓科技有限公司成立后，我们紧锣密鼓开始了批量生产的各项准备工作，例如基本通用设备计算机显和微镜的选型、仪器产品的销售等。

  图4  本世纪初的产品FMA-M型羊毛羊绒细度检测仪（三轴全自动）

公司经过一年的爬坡运行，在2003年和2004年都取得了不错的业绩，征得了行业内用户的认可和赞誉。例如当初最贵的型号三轴全自动FMA-M型羊毛羊绒细度检测仪（图4），在不到一年时间就卖出十几套，虽然现在看起来很一般，当时用联想的税控微机（CPU只有1GHz，内存128M，硬盘20G），但是用起来其速度和精度，与花近百万元人民币的进口仪器相当。

北京羊绒羊毛检测中心在用户反馈信中曾评价我们的仪器“不但测量误差小，而且自动化程度高。测量细度使用图像识别方法能做到自动测量，不再需要每根进行手动测量了。DMA-M型还能做到三维自动控制，自动移动显微镜工作台，自动调整显微镜物镜焦距，自动测量细度，实现了自动连续测量。这对提高测量精度、提高测量效率、降低劳动强度很起作用。"他们本来想购置外国检测仪器，由于价格需要十万美元，就很纠结。当听说我们的仪器可以替代进口仪器时，立刻购买了我们的全自动检测仪。经过实践使用，他们认为“使用起来更方便、更简单、更可靠，测量结果更快速准确，内外商都认可，是值得信赖的检测仪器。"

英国道森有限公司北京代表处从2001年开始先后购置了我们公司的三台全自动纤维检测仪，每天约有几十个样品需要测量。经过几年的运行，他们认为“这三台仪器运行状况良好，数据可靠，是我们羊绒羊毛加工和进出口检测的必需的仪器"，还在用户使用报告中写道“上述仪器操作不但简单方便，重要的是测量精度高，能适应国际羊毛羊绒的贸易需要。我们与世界上著名的羊绒羊毛贸易公司交易量较大，他们曾经对我们的检测结果表示怀疑，就专门从国外寄来近百种羊毛羊绒样品让我们测量。很快我们就把测量结果交给了外方，他们经过比对核实，对结果没有提出任何异议，认为测量结果稳定，符合要求。结果使双方的贸易和合作更信任、更愉快了。"

2005年中国纺织工业协会通知我们，FMA纤维检测仪可以申报科学技术成果奖。我们如实将我们的FMA纤维检测仪技术特点、研制过程、技术鉴定情况、销售情况和用户的反映等材料按期上报。2005年11月在北京人民大会堂召开了中国纺织工业年度科技奖颁奖仪式，我们的FMA系列产品荣获中国纺织工业协会2005年度科技成果四等奖。

        图5  2005年获中国纺织工业协会年度科技四等奖

   从2005年获奖之后，我们没有停止研发的脚步，仍然根据用户的意见反馈不断改善检测仪的可靠性和简便性，同时根据行业的发展也在不断扩展我们检测仪的适用范围。FMA纤维检测仪从最初一套软件DMA只检测羊毛羊绒细度和检测纤维的成分，发展到第二套软件SFA可以检测纤维的异形度，再到后来根据化纤行业的迅猛发展，开发出第三套软件IMA，检测纤维横截面的直径、面积、中空率等参数。同时原来只能检测白色和浅色纤维，发展到能够检测黑色纤维、消光纤维和半消光纤维。我们也根据用户需要开发出检测固体表面的软件、能够检测镀膜膜厚的软件、能够检测沥青路面用纤维的软件等。这两年根据用户的需要又开发出检测牙刷刷毛的仪器。

我们清楚，我们前面的路还很长很艰难，但我们会接受挑战，会迎着困难而上，会与用户一起迎接更加美好的明天。

（2026年7月）