专利名称：造纸纤维图像测量方法
技术领域：
本发明涉及造纸技术领域，尤其是一种造纸纤维的长度、宽度、壁腔尺寸、纤维组 成的测量方法。
背景技术：
造纸纤维在不同的原料和不同的处理工艺时具有不同的微观形态，它们对纸张的 性质有着重要影响。草类和阔叶木纤维平均长度小于1毫米，针叶木纤维平均长度2至4 毫米，其宽度约20至100微米；造纸用棉纤维和韧皮植物纤维约长数毫米至10多毫米，宽 度约10至20微米，人眼不易观看。我国过去测量纤维形态指标主要依靠显微镜或显微投 影仪把纤维放大或投影到投影屏上，然后人工在显微镜或投影屏上用测微尺或某种专用尺 进行测量，该方法耗时多，工作量大，人为误差较大，因此在很多情况下，人们不能及时而准 确地对造纸纤维的形态进行测量，不能及时了解和掌握造纸纤维原料在制浆和造纸过程中 其形态的变化情况。在国外，芬兰Kajaani电子技术公司的FS型造纸纤维分析仪，加拿大制浆造纸研 究所等联合开发的FQA纤维分析仪，瑞典生产的L&W纤维自动分析仪等都是把造纸纤维稀 释到很稀的水悬浮液后用微型机械泵送经一毛细管或一狭缝，然后用光电二极管感应或用 数码摄像机对通过毛细管或狭缝的纤维进行快速拍照，再由微型计算机对获取的信息或拍 照的图像进行数据处理，得出纤维的长度和宽度值。此类测量仪器测量速度快，数分钟内测 量造纸纤维数千根。但这些仪器仅能测量造纸纤维的长度、宽度和弯曲指数，不能清晰观察 纤维的形态，不能测量不同纤维浆料的纤维配比、纤维分丝帚化、壁腔比等造纸纤维的质量 指标，且仪器价格要人民币60-100万元左右。2005年清华大学汪家道在其专利CN1264823A中提出的纤维的测量方法，主要用 于测量纺织纤维。由于造纸纤维试片中有大量交叉的纤维，故不适用，同时该方法也不能测 量造纸纤维的其他一些常用特性指标如打浆帚化度，壁腔比，原料中不同种类混合纤维的 组成比例，纸浆中非纤维细胞的含量比例等。
发明内容
针对以上现有的造纸纤维形态的测量和分析方法的不足，本发明的目的是提供一 种新的造纸纤维图像测量方法。本发明的目的是通过采用以下技术方案来实现的一种造纸纤维图像测量方法， 其特征是提供一造纸纤维分析仪，该造纸纤维分析仪包括一生物显微镜、一安装在该生物 显微镜目镜位置的数码摄像机、一微型计算机、与微型计算机连接的显示器及设置于微型 计算机内的造纸纤维信息处理程序，数码摄像机的数据线连接至微型计算机的数据接口 处；测量部分包括以下
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第一部分纤维长宽度测量，其包括第一步，凝胶法制片按照行业标准QB/T 2597-2003造纸纤维长度测定法取得纸或纸浆纤维样品，或 对未经分散的原料或纸浆纤维样品的进行分散处理，得到充分分散的湿纸浆样品；经深色 或青黑色染色剂染色，洗去多余染料并手捏干备用；取染成深色的浆料约5mg，置于带盖玻璃瓶中，加入5_20ml凝胶，加热至流动液 状，充分摇动悬浮液后，吸取纤维凝胶悬浮液均勻涂于载玻片上，纤维凝胶悬浮液在载玻片 上形成凝固胶体，被测纤维均勻地包裹在透明胶膜里；第二步，纤维长、宽测量将第一步所得试片置于载玻片夹具中，通过微型计算机打开造纸纤维分析程序， 调节载玻片位置和显微镜焦距，微型计算机显示屏幕上显示清晰的纤维图像，纤维的长度、 宽度由造纸纤维分析仪自动测量并统计；第二部分造纸纤维配比测量，其包括以下步骤按照行业标准QB/T 2597-2003取样、经赫氏染色剂染色制观测试片，将试片置于 所述载玻片夹具中；打开造纸纤维分析程序，调节载玻片位置和显微镜焦距，微型计算机显 示屏幕上显示清晰的纤维图像；选择纤维信息处理程序的图像颜色分离功能，通过该图像颜色分离功能将不同颜 色值的纤维进行分离，自动计算出颜色相同的纤维在图像中占有的面积，通过不同颜色的 纤维在图像中所占面积的比例，计算出不同纤维在纸或纸浆中比例含量；第三部分造纸纤维植物原料细胞壁腔比的测量，其包括以下步骤将造纸植物原料横向切片制成生物切片，使用染色剂染色，造纸植物原料的细胞 壁染成深颜色，细胞腔为空洞颜色很浅，将染色后的生物切片置于载玻片中，制成纤维横截 面试片，打开造纸纤维分析程序，调节载玻片位置和显微镜焦距，微型计算机显示屏幕上显 示清晰的造纸植物原料横向切片图像；选择纤维信息处理系统的壁腔比自动测量功能，通过该自动测量功能自动识别生 物切片中纤维细胞的细胞腔直径和细胞壁厚度，并分别测量和统计其全部细胞腔的直径、 细胞壁的平均厚度、细胞壁与细胞腔的壁腔面积比率和长度比率。作为本发明优选的技术方案，所述凝胶为透明状，其是由0. 5-3. 5%含量的由石花 菜、麒麟菜等海藻所制成的海藻胶水溶液制成。作为本发明优选的技术方案，所述载玻片夹具为可相套的二个大、小矩形片，尺寸 分别与载玻片的尺寸相应；大框放置比常规载玻片面积大约10倍的凝胶法载玻片，套入小 框后放置常规载玻片。作为本发明优选的技术方案，所述载玻片夹具可随显微镜工作台在X、Y、Z方向移动。作为本发明优选的技术方案，所述凝胶法载玻片与大矩形框镂空部的尺寸相当 长度为70-150，宽度为50-90。相对于现有技术，本发明的技术方案具有以下优点1、减少测量误差。本发明取消了制作显微镜观察样品需载玻片加盖玻片的传统方 法。使用纤维凝胶悬浮液，纤维可均勻地分散在液体胶体中，静置时纤维也不沉于凝胶液底部；用吸管吸取均勻分散的纤维悬浮液到载玻片，做到了取样均勻，纤维悬浮液接触载玻片 后很快形成透明凝胶固体，该方法不需用解剖针分散纤维和盖玻片挤压纤维，因而减少了 解剖针对纤维形态的改变和在盖上盖玻片时细小纤维随多余液体挤出试片所造成测量误差。2、图形清晰利于纤维观察。显微镜观察样品时，其观察景深随样品的放大倍数的 增加而减少，传统制片中，样品中纤维重重叠叠，造成显微镜能清晰地观察上面地纤维但看 不清下面地纤维，使用本方法制片，可避免样品中被测纤维重叠，凝胶体风干后形成的胶膜 仅数微米厚，在近千倍地放大倍数下，显微镜可在更清晰的观察样品的微观形态。3、减少制片强度。为更大的发挥凝胶法制片的作用，本发明设计了专门用于纤维 凝胶试片的载玻片和夹具；通常载玻片制成的样品试片观察面积约6平方厘米，纤维用量 很少，容易取样不均勻而造成测量系统误差，如试片中的针叶木纤维相互很少交叉，每平方 厘米约容纳20至30根纤维，这需要数个试片才能满足行业标准QB/T 2597-2003规定中测 量数百根纤维的要求，本发明所用的大载玻片观察面积近百平方厘米，纤维用量是传统的 10倍多，容纳数千根纤维，即可一个试片就满足上述标准的测量要求，也能减少因取样的不 均勻所造成测量系统误差。4、将纤维染成深色有利于计算机辨别，满足自动测量要求。如纤维不染色，在显微 镜观察时纤维颜色深浅差别很小，部份纤维甚至透明，这会造成纤维测量中，计算机不能获 取准确的纤维二值化图像，丢失了纤维图像信息。纤维使用深色或青黑色染色剂增加纤维 的颜色后，显微镜图像中纤维与背景颜色深浅对比分明，纤维测量中，计算机所获的纤维二 值化图像清晰准确，不会丢失纤维图像信息，测得的纤维长度，宽度准确。
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明图1是载玻片夹具的平面示意图；图2是图1水平方向的横截面示意图；图3是图1垂直方向的横截面示意图。
具体实施例方式第一部分造纸纤维长、宽度的测量第一步凝胶法制片本发明的凝胶法制片方法步骤按照行业标准QB/T 2597-2003造纸纤维长度测 定法取得纸或纸浆纤维样品，或对未经分散的原料或纸浆纤维样品进行分散处理，得到充 分分散的湿纸浆样品，把上述湿纸浆样品用手捏干后；取约Ig湿纸浆加0. 05至1克深色或 青黑色染色剂和约0. 5毫升水混合均勻后，加热至90度，放置数分钟后，用清水冲洗纸浆除 去多余染料并手捏干备用。然后取约IOmg染成深色的浆料置于带盖玻璃瓶中，加入5-20ml 凝胶(由0. 5-3. 5%琼脂等海藻胶溶液组成)，加热至流动液状，充分摇动悬浮液后，用吸管 吸取纤维凝胶悬浮液均勻涂于载玻片上形成透明凝胶固体，被测纤维均勻地包裹在透明凝 胶体内。如载玻片上纤维有较多交叉状态，此片作废，应再向悬浮液中多加凝胶，重复上述 操作，制成更稀的纤维凝胶悬浮液，直至载玻片上的纤维绝大多数处于单根纤维状态，又有一定纤维密度的测量试片。该试片可用于测量浆料纤维长度和宽度、帚化率、杂细胞含量及 观察其纤维形态。载玻片上的纤维凝胶悬浮液静置至风干后测量效果更好。凝胶试片的载玻片夹具放置于显微镜载物台上，其可随显微镜载物台在X(水 平)、Y(垂直)、Z(竖直)方向移动。该载玻片夹具为相套的二个大、小矩形片，尺寸分别与 载玻片的尺寸相应；大框可放置大载玻片，套入小框后放置常规载玻片。载玻片夹具的结构如图1、图2及图3所示，载玻片夹具为矩形片，其一端边缘由二 夹持部10夹持固定于显微镜物镜下方，其中心设有一第一矩形镂空部20，该第一矩形镂空 部20的深度小于夹具的厚度，其中心还设有一第二矩形镂空部30，该第二矩形镂空部30的 长宽尺寸均小于第一矩形镂空部20的长宽尺寸，且该第二矩形镂空部30穿透该夹具。载 玻片可置于该第一矩形镂空部20内；如载玻片面积较小，则需提供一长宽尺寸与第一矩形 镂空部20的长宽尺寸相匹配的结构与前述夹具一致的较小夹具，将载玻片置于该较小夹 具内，将较小夹具置于前述载玻片的第一矩形镂空部20内。在本发明的实施方式中，所述 凝胶法载玻片与大矩形框镂空部的尺寸相当长度为70-150，宽度为50-90。第二步纤维长宽度测量提供一造纸纤维分析仪，其包括一生物显微镜，用以代替生物显微镜目镜的数码 摄像机、微型计算机、与微型计算机连接的显示器、设置于微型计算机内的造纸纤维分析程 序组成，摄像机的数据线连接至微型计算机的数据接口。将第一步所得试片置于载玻片夹具中，打开造纸纤维测量程序，调整载玻片的位 置，调节显微镜的物镜与载玻片中观察纤维的位置，使微型计算机显示屏显示清晰的纤维 样品显微图像。1、纤维长度测量用鼠标点击微型计算机显示屏上所显示所的纤维，每次点击后所得的信息输入微 型计算机，由纤维信息处理程序自动记录、统计、计算所测量的长度数值。2、纤维宽度测量在纤维有代表性的中段的一侧按下鼠标，拖动鼠标画线到纤维的另一侧，画线时 可移动线条的方向，当其与纤维边缘垂直时松开鼠标，反复同样的操作，造纸纤维分析程序 自动测量出纤维的宽度值，并统计、计算出所需要的结果。3、纤维长、宽度同时自动测量。按第一步凝胶法制作试片，对于较少纤维交叉现象的试片，可利用造纸纤维分析 程序中“自动测量”功能使造纸纤维分析程序自动识别微型计算机显示器中所显示的图片 中的每一根纤维，并对所有纤维的长度和宽度进行测量和统计，同时得到纤维长度、宽度测
量结果。第二部分造纸纤维配比测量按照行业标准QB/T 2597-2003取样、用赫氏染色剂染色制观测试片，由于不同种 类或经不同工艺处理的纤维与赫氏染色剂作用产生不同的颜色反应，如化学浆纤维的图像 颜色以蓝和蓝黑为主、机械浆呈黄色、化学机械浆呈金黄色，故通过不同的纤维颜色可区分 不同种类的纤维。选择造纸纤维分析程序的图像颜色分离功能，通过该图像颜色分离功能可将不同 颜色值的纤维进行分离，并自动计算出某种纤维在图像中占有的面积，通过不同颜色值纤维在图像中所占面积的比例，自动计算出各种纤维在纸或纸浆中含量。第三部分造纸纤维植物原料细胞壁腔比的测量将造纸植物原料横向切片制成生物切片，使用所述染色剂染色，制成纤维横截面 试片；将该纤维横截面试片置于载玻片夹具中，调节显微镜的焦距，使微型计算机显示屏中 显示清晰的横截面图像；选择造纸纤维分析程序中的壁腔比自动测量功能，通过该自动测 量功能自动识别纤维细胞壁的细胞腔直径和细胞壁厚度，分别测量所示造纸植物横截面图 像中全部细胞腔的直径和其细胞壁平均厚度，然后自动计算该样品切片的细胞壁和细胞腔 的壁腔比率。
权利要求
一种造纸纤维图像测量方法，其特征是提供一造纸纤维分析仪，该造纸纤维分析仪包括一生物显微镜、一安装在该生物显微镜目镜位置的数码摄像机、一微型计算机、与微型计算机连接的显示器及设置于微型计算机内的造纸纤维信息处理程序，数码摄像机的数据线连接至微型计算机的数据接口处；测量部分包括以下第一部分纤维长宽度测量，其包括第一步，凝胶法制片按照行业标准QB/T 2597 2003造纸纤维长度测定法取得纸或纸浆纤维样品，或对未经分散的原料或纸浆纤维样品的进行分散处理，得到充分分散的湿纸浆样品；经深色或青黑色染色剂染色，洗去多余染料并手捏干备用；取染成深色的浆料约5mg，置于带盖玻璃瓶中，加入5 20ml凝胶，加热至流动液状，充分摇动悬浮液后，吸取纤维凝胶悬浮液均匀涂于载玻片上，纤维凝胶悬浮液在载玻片上形成凝固胶体，被测纤维均匀地包裹在透明胶膜里；第二步，纤维长、宽测量将第一步所得试片置于载玻片夹具中，通过微型计算机打开造纸纤维分析程序，调节载玻片位置和显微镜焦距，微型计算机显示屏幕上显示清晰的纤维图像，纤维的长度、宽度由造纸纤维分析仪自动测量并统计；第二部分造纸纤维配比测量，其包括以下步骤按照行业标准QB/T 2597 2003取样、经赫氏染色剂染色制观测试片，将试片置于所述载玻片夹具中；打开造纸纤维分析程序，调节载玻片位置和显微镜焦距，微型计算机显示屏幕上显示清晰的纤维图像；选择纤维信息处理程序的图像颜色分离功能，通过该图像颜色分离功能将不同颜色值的纤维进行分离，自动计算出颜色相同的纤维在图像中占有的面积，通过不同颜色的纤维在图像中所占面积的比例，计算出不同纤维在纸或纸浆中比例含量；第三部分造纸纤维植物原料细胞壁腔比的测量，其包括以下步骤将造纸植物原料横向切片制成生物切片，使用染色剂染色，造纸植物原料的细胞壁染成深颜色，细胞腔为空洞颜色很浅，将染色后的生物切片置于载玻片中，制成纤维横截面试片，打开造纸纤维分析程序，调节载玻片位置和显微镜焦距，微型计算机显示屏幕上显示清晰的造纸植物原料横向切片图像；选择纤维信息处理系统的壁腔比自动测量功能，通过该自动测量功能自动识别生物切片中纤维细胞的细胞腔直径和细胞壁厚度，并分别测量和统计其全部细胞腔的直径、细胞壁的平均厚度、细胞壁与细胞腔的壁腔面积比率和长度比率。
2.如权利要求1所述的造纸纤维图像测量方法，其特征是所述凝胶为透明状，其是由 0. 5-3. 5%含量的由石花菜、麒麟菜等海藻所制成的海藻胶水溶液制成。
3.如权利要求2所述的造纸纤维图像测量方法，其特征是所述载玻片夹具为可相套 的二个大、小矩形片，尺寸分别与载玻片的尺寸相应；大框放置比常规载玻片面积大约10 倍的凝胶法载玻片，套入小框后放置常规载玻片。
4.如权利要求3所述的造纸纤维图像测量方法，其特征是所述载玻片夹具可随显微 镜工作台在X、Y、Z方向移动。
5.如权利要求3所述的造纸纤维图像测量方法，其特征是所述凝胶法载玻片与大矩 形框镂空部的尺寸相当长度为70-150，宽度为50-90。
全文摘要
本发明涉及一种造纸纤维图像测量方法，该方法采用的仪器为由数码摄像机代替目镜的生物显微镜、微型计算机、与微型计算机连接的显示器、设置于微型计算机内的造纸纤维分析程序组成的造纸纤维分析仪，测量项目包括造纸纤维长、宽度的图像法测量、造纸纤维配比的图像法测量、造纸纤维植物原料细胞壁腔比的测量；本发明提供了一种凝胶法制片技术，以及可放置大型载玻片的载玻片夹具。本发明之造纸纤维图像测量方法简便易行、结果准确。
文档编号G01B11/08GK101963491SQ201010279250
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者王玉, 谭敏, 谭皓晓, 黄菊华 申请人:珠海华伦造纸科技有限公司