一、紅木家具無損檢測技術(shù)方法研究的背景
我國傳統(tǒng)紅木古典家具以其鮮明的民族特色和高超的藝術(shù)水準(zhǔn)，深受人們的喜愛和推崇。市場的需求直接推動了當(dāng)代仿古家具行業(yè)的發(fā)展，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全國仿古家具企業(yè)已達(dá)一萬多家，在廣東深圳、中山、臺山、新會，廣西東興，福建仙游，浙江東陽，江蘇常熟，河北大城，山東淄博，云南瑞麗等地業(yè)已形成產(chǎn)業(yè)群。仿古家具市場，早期主要集中在北京、上海、廣州、深圳、濟(jì)南等地，如今，早已發(fā)展延伸到了全國各地。
仙游縣系全國木雕古典家具四大主產(chǎn)區(qū)之一，2006年度仙游縣被中國工藝美術(shù)學(xué)會授予“中國古典工藝家具之都”稱號，2008年“仙作”古典工藝家具制作工藝被列入福建省非物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)目錄。目前仙游縣共有木雕古典家具生產(chǎn)企業(yè)3000多家，規(guī)模以上企業(yè)146家，從業(yè)人員超過12余萬人，古典家具高檔產(chǎn)品占國內(nèi)市場份額的7成以上，2011年仙游縣木雕古典家具產(chǎn)業(yè)創(chuàng)產(chǎn)值達(dá)160億元，拉動地方工業(yè)經(jīng)濟(jì)增長11.7%，木雕古典家具產(chǎn)業(yè)已成為仙游縣支柱經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)。
隨著產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展過程中，以假充真，以次充好，小料拼大料，以膠水粘貼代替榫卯結(jié)構(gòu)，影響家具質(zhì)量的不良現(xiàn)象也同時存在。紅木家具無損檢測技術(shù)方法研究的目的，是保護(hù)紅木家具名優(yōu)產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)的合法權(quán)益，保護(hù)廣大紅木家具愛好者、消費(fèi)者的合法權(quán)益，為政府有關(guān)部門提供紅木家具的打假信息，協(xié)助政府有關(guān)執(zhí)法部門做好紅木家具產(chǎn)品生產(chǎn)、流通、收藏等領(lǐng)域的打假工作和維護(hù)紅木家具消費(fèi)者的權(quán)益，保護(hù)和促進(jìn)紅木家具消費(fèi)市場的健康發(fā)展。但目前國內(nèi)外對家具的內(nèi)部拼補(bǔ)、缺陷、榫卯結(jié)構(gòu)的無損檢測技術(shù)方法研究還是空白的。因此對紅木家具的無損檢測方法進(jìn)行研究具有特別重要的意義。
二、紅木家具無損檢測的方法
利用X射線原理進(jìn)行無損檢測的研究：利用X射線通過物質(zhì)時不被吸收的原理，X射線能穿透一般可見光所不能透過的物質(zhì)�？梢姽庖蚱洳ㄩL較長，光子其有的能量很小，當(dāng)射到物體上時，一部分被反射，大部分為物質(zhì)所吸收，不能透過物體；而X射線則不然，因其波長短，能量大，照在物質(zhì)上時，僅一部分被物質(zhì)所吸收，大部分經(jīng)由原子間隙而透過，表現(xiàn)出很強(qiáng)的穿透能力。紅木家具無損檢測的研究就是利用X射線差別吸收這種性質(zhì)快速檢測出紅木家具木材內(nèi)部的拼接、拼補(bǔ)、缺陷等整體用料情況及是否榫卯結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。
通過基于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的計算機(jī)斷層攝影技術(shù)可以獲得木材內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息，如缺陷位置與尺寸等。X射線、超聲波都可以用于計算機(jī)斷層攝像，除此之外還可以利用微波、核磁共振等方式。
國外圖像化技術(shù)應(yīng)用的時間較早。1998年，KaK等就開始利用電腦技術(shù)處理X射線的檢測結(jié)果，并開始利用計算機(jī)將檢測結(jié)果圖像化。Schmoldt等于1996年開始用X射線 對木材內(nèi)部結(jié)構(gòu)攝像。這種方式最開始只使用一個探測器收集信號。測量時需不斷地移動木材。最后Schmoldt等將其改進(jìn)為使用一系列扇形排列的探測器收集信號。2005年，Sarigul等為提高CT檢測原木缺陷的能力，研究了Intellipost模型系統(tǒng)。
隨著CT技術(shù)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟，國內(nèi)研究者也開始利用結(jié)構(gòu)成像技術(shù)進(jìn)行木材無損檢測。2005年，徐兆軍等利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別歐洲白蠟（Fraxinus excelsior）原木CT圖像中的各種木材缺陷。2006年，戚大偉等采用射線作為檢測手段，對木材進(jìn)行無損檢測，并在此基礎(chǔ)上運(yùn)用特征參數(shù)建立了缺陷識別的數(shù)學(xué)模型，針對無損檢測信號的特征，構(gòu)造了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。最后通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法和模式識別方法相結(jié)合識別木材缺陷，以提高缺陷檢測的準(zhǔn)確率和檢測效果。
成像技術(shù)是檢測木材內(nèi)部缺陷最有前景的技術(shù)之一，它提供的木材內(nèi)部缺陷信息，不僅有得于了解木材的各種物理性能，還有利于木材的加工應(yīng)用。
三、研究的成果
（1）無損檢測項目組通過與仙游縣婦幼保健院X射線科室的科研合作。①所用的X光射線儀器為北京萬東醫(yī)療機(jī)械有限公司生產(chǎn)的型號為：北京WANDONG，電壓在100-0 KV，電流為300mA級。將收集的14個樣品，樣品的材料有酸枝木、非洲紅花梨等，樣品的品種有內(nèi)部拼補(bǔ)的1個、有內(nèi)部缺陷的1個、有內(nèi)部榫卯結(jié)構(gòu)的12個樣品，逐一放在X射線下進(jìn)行全方位觀察研究，從顯示器顯示電壓50-60KV、電流在0.1mA的狀態(tài)下，可以清楚顯示出樣品內(nèi)部的拼補(bǔ)縫隙的輪廓、缺陷的分布及區(qū)域、榫卯結(jié)構(gòu)等用料情況。另一現(xiàn)象是對樣品所使用木材原料的密度差別顯示比較明顯：木材密度越大的圖像越黑越深，密度越小的圖像越白越淺。②所用儀器為加拿大生產(chǎn)的IDC-1600型的X射線設(shè)備，將成產(chǎn)品的小櫈子放在該儀器下，可清晰觀察到小櫈子的榫卯結(jié)構(gòu)和整體用料情況。
（2）無損檢測科研項目組與仙游縣醫(yī)院CT室科研合作，將成產(chǎn)品的櫈子放在CT下，可清晰觀察到櫈子的榫卯結(jié)構(gòu)和整體用料情況。
（3）總結(jié)：紅木家具利用X射線的成像技術(shù)進(jìn)行無損檢測方法在技術(shù)上是可行的，可以利用X射線對紅木家具內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行攝影，并利用計算機(jī)將檢測結(jié)果進(jìn)行圖像化。X射線攝影檢測法的推廣使用是對古典家具檢測的一個很重要的輔助檢測手段，能填補(bǔ)木雕古典家具產(chǎn)品質(zhì)量檢驗的空白。
四、存在的問題
（1）由于醫(yī)院設(shè)備的條件限制，無法對樣品攝影的感光底片清洗形成圖片。
（2）如果以顯示器顯示的圖像顏色深淺與木材密度大小相一致關(guān)系來研究，可以判定家具整體用料情況，是否同一種材質(zhì)，是否以次充好，是否以劣質(zhì)材質(zhì)代替優(yōu)質(zhì)材質(zhì)，是否采用傳統(tǒng)的榫卯結(jié)構(gòu)，從理論是說這些都可從X射線攝影檢測出來。但木材是天然生長的植物材料，與各向同性材料如金屬、玻璃、陶瓷制品等在著巨大的不同，具有形狀不規(guī)則性及變異性和各向異性的特點，因而對木材及其制品的無損檢測有其獨(dú)特性，也有著許多困難[2]。如有些特性，如同一根木材，根部與梢部的密度不僅相同，同種木材的密度也與所處的環(huán)境、海拔高度的不同而不同。因此從木材密度大小來判定木材的種類還有待進(jìn)一步的研究。
五、紅木家具無損檢測的研究方向
對X射線無損檢測形成的底片圖像處理和計算機(jī)模擬再現(xiàn)的技術(shù)，配合顯微鏡的放大原理的技術(shù)研究是紅木家具無損檢測的一個重大研究課題。本次利用X射線攝影法進(jìn)行紅木家具無損檢測的研究為今后我國推廣家具無損檢測提供了參考。
六、結(jié)語
福建省木雕古典家具無損檢測方法研究對提高古典家具行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，對于減少企業(yè)的生產(chǎn)成本、提升企業(yè)競爭力和提高政府部門的監(jiān)管能力具有重要的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。
我國傳統(tǒng)紅木古典家具以其鮮明的民族特色和高超的藝術(shù)水準(zhǔn)，深受人們的喜愛和推崇。市場的需求直接推動了當(dāng)代仿古家具行業(yè)的發(fā)展，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全國仿古家具企業(yè)已達(dá)一萬多家，在廣東深圳、中山、臺山、新會，廣西東興，福建仙游，浙江東陽，江蘇常熟，河北大城，山東淄博，云南瑞麗等地業(yè)已形成產(chǎn)業(yè)群。仿古家具市場，早期主要集中在北京、上海、廣州、深圳、濟(jì)南等地，如今，早已發(fā)展延伸到了全國各地。
仙游縣系全國木雕古典家具四大主產(chǎn)區(qū)之一，2006年度仙游縣被中國工藝美術(shù)學(xué)會授予“中國古典工藝家具之都”稱號，2008年“仙作”古典工藝家具制作工藝被列入福建省非物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)目錄。目前仙游縣共有木雕古典家具生產(chǎn)企業(yè)3000多家，規(guī)模以上企業(yè)146家，從業(yè)人員超過12余萬人，古典家具高檔產(chǎn)品占國內(nèi)市場份額的7成以上，2011年仙游縣木雕古典家具產(chǎn)業(yè)創(chuàng)產(chǎn)值達(dá)160億元，拉動地方工業(yè)經(jīng)濟(jì)增長11.7%，木雕古典家具產(chǎn)業(yè)已成為仙游縣支柱經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)。
隨著產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展過程中，以假充真，以次充好，小料拼大料，以膠水粘貼代替榫卯結(jié)構(gòu)，影響家具質(zhì)量的不良現(xiàn)象也同時存在。紅木家具無損檢測技術(shù)方法研究的目的，是保護(hù)紅木家具名優(yōu)產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)的合法權(quán)益，保護(hù)廣大紅木家具愛好者、消費(fèi)者的合法權(quán)益，為政府有關(guān)部門提供紅木家具的打假信息，協(xié)助政府有關(guān)執(zhí)法部門做好紅木家具產(chǎn)品生產(chǎn)、流通、收藏等領(lǐng)域的打假工作和維護(hù)紅木家具消費(fèi)者的權(quán)益，保護(hù)和促進(jìn)紅木家具消費(fèi)市場的健康發(fā)展。但目前國內(nèi)外對家具的內(nèi)部拼補(bǔ)、缺陷、榫卯結(jié)構(gòu)的無損檢測技術(shù)方法研究還是空白的。因此對紅木家具的無損檢測方法進(jìn)行研究具有特別重要的意義。
二、紅木家具無損檢測的方法
利用X射線原理進(jìn)行無損檢測的研究：利用X射線通過物質(zhì)時不被吸收的原理，X射線能穿透一般可見光所不能透過的物質(zhì)�？梢姽庖蚱洳ㄩL較長，光子其有的能量很小，當(dāng)射到物體上時，一部分被反射，大部分為物質(zhì)所吸收，不能透過物體；而X射線則不然，因其波長短，能量大，照在物質(zhì)上時，僅一部分被物質(zhì)所吸收，大部分經(jīng)由原子間隙而透過，表現(xiàn)出很強(qiáng)的穿透能力。紅木家具無損檢測的研究就是利用X射線差別吸收這種性質(zhì)快速檢測出紅木家具木材內(nèi)部的拼接、拼補(bǔ)、缺陷等整體用料情況及是否榫卯結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。
通過基于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的計算機(jī)斷層攝影技術(shù)可以獲得木材內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息，如缺陷位置與尺寸等。X射線、超聲波都可以用于計算機(jī)斷層攝像，除此之外還可以利用微波、核磁共振等方式。
國外圖像化技術(shù)應(yīng)用的時間較早。1998年，KaK等就開始利用電腦技術(shù)處理X射線的檢測結(jié)果，并開始利用計算機(jī)將檢測結(jié)果圖像化。Schmoldt等于1996年開始用X射線 對木材內(nèi)部結(jié)構(gòu)攝像。這種方式最開始只使用一個探測器收集信號。測量時需不斷地移動木材。最后Schmoldt等將其改進(jìn)為使用一系列扇形排列的探測器收集信號。2005年，Sarigul等為提高CT檢測原木缺陷的能力，研究了Intellipost模型系統(tǒng)。
隨著CT技術(shù)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟，國內(nèi)研究者也開始利用結(jié)構(gòu)成像技術(shù)進(jìn)行木材無損檢測。2005年，徐兆軍等利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別歐洲白蠟（Fraxinus excelsior）原木CT圖像中的各種木材缺陷。2006年，戚大偉等采用射線作為檢測手段，對木材進(jìn)行無損檢測，并在此基礎(chǔ)上運(yùn)用特征參數(shù)建立了缺陷識別的數(shù)學(xué)模型，針對無損檢測信號的特征，構(gòu)造了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。最后通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法和模式識別方法相結(jié)合識別木材缺陷，以提高缺陷檢測的準(zhǔn)確率和檢測效果。
成像技術(shù)是檢測木材內(nèi)部缺陷最有前景的技術(shù)之一，它提供的木材內(nèi)部缺陷信息，不僅有得于了解木材的各種物理性能，還有利于木材的加工應(yīng)用。
三、研究的成果
（1）無損檢測項目組通過與仙游縣婦幼保健院X射線科室的科研合作。①所用的X光射線儀器為北京萬東醫(yī)療機(jī)械有限公司生產(chǎn)的型號為：北京WANDONG，電壓在100-0 KV，電流為300mA級。將收集的14個樣品，樣品的材料有酸枝木、非洲紅花梨等，樣品的品種有內(nèi)部拼補(bǔ)的1個、有內(nèi)部缺陷的1個、有內(nèi)部榫卯結(jié)構(gòu)的12個樣品，逐一放在X射線下進(jìn)行全方位觀察研究，從顯示器顯示電壓50-60KV、電流在0.1mA的狀態(tài)下，可以清楚顯示出樣品內(nèi)部的拼補(bǔ)縫隙的輪廓、缺陷的分布及區(qū)域、榫卯結(jié)構(gòu)等用料情況。另一現(xiàn)象是對樣品所使用木材原料的密度差別顯示比較明顯：木材密度越大的圖像越黑越深，密度越小的圖像越白越淺。②所用儀器為加拿大生產(chǎn)的IDC-1600型的X射線設(shè)備，將成產(chǎn)品的小櫈子放在該儀器下，可清晰觀察到小櫈子的榫卯結(jié)構(gòu)和整體用料情況。
（2）無損檢測科研項目組與仙游縣醫(yī)院CT室科研合作，將成產(chǎn)品的櫈子放在CT下，可清晰觀察到櫈子的榫卯結(jié)構(gòu)和整體用料情況。
（3）總結(jié)：紅木家具利用X射線的成像技術(shù)進(jìn)行無損檢測方法在技術(shù)上是可行的，可以利用X射線對紅木家具內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行攝影，并利用計算機(jī)將檢測結(jié)果進(jìn)行圖像化。X射線攝影檢測法的推廣使用是對古典家具檢測的一個很重要的輔助檢測手段，能填補(bǔ)木雕古典家具產(chǎn)品質(zhì)量檢驗的空白。
四、存在的問題
（1）由于醫(yī)院設(shè)備的條件限制，無法對樣品攝影的感光底片清洗形成圖片。
（2）如果以顯示器顯示的圖像顏色深淺與木材密度大小相一致關(guān)系來研究，可以判定家具整體用料情況，是否同一種材質(zhì)，是否以次充好，是否以劣質(zhì)材質(zhì)代替優(yōu)質(zhì)材質(zhì)，是否采用傳統(tǒng)的榫卯結(jié)構(gòu)，從理論是說這些都可從X射線攝影檢測出來。但木材是天然生長的植物材料，與各向同性材料如金屬、玻璃、陶瓷制品等在著巨大的不同，具有形狀不規(guī)則性及變異性和各向異性的特點，因而對木材及其制品的無損檢測有其獨(dú)特性，也有著許多困難[2]。如有些特性，如同一根木材，根部與梢部的密度不僅相同，同種木材的密度也與所處的環(huán)境、海拔高度的不同而不同。因此從木材密度大小來判定木材的種類還有待進(jìn)一步的研究。
五、紅木家具無損檢測的研究方向
對X射線無損檢測形成的底片圖像處理和計算機(jī)模擬再現(xiàn)的技術(shù)，配合顯微鏡的放大原理的技術(shù)研究是紅木家具無損檢測的一個重大研究課題。本次利用X射線攝影法進(jìn)行紅木家具無損檢測的研究為今后我國推廣家具無損檢測提供了參考。
六、結(jié)語
福建省木雕古典家具無損檢測方法研究對提高古典家具行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，對于減少企業(yè)的生產(chǎn)成本、提升企業(yè)競爭力和提高政府部門的監(jiān)管能力具有重要的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。
