红木家具与工艺品木材无损检测方法研究

1.2 传统木材鉴定中存在的问题

1.2.1 取样破坏性

由于传统木材鉴定过程中截取的木样要满足徒手切片或切片机切片的要求，木样长、宽及高度的尺寸至少为10 mm×5 mm×5 mm，长度纹理方向与树干方向平行，宽度和高度纹理方向与树干方向垂直，即使对家具或木工艺品减小了木样大小，但同样对家具或木工艺品产生一定的破坏性，特别会对具有巨大升值潜力和收藏价值的红木家具和工艺品完整性和美观性造成破坏^[6]。

1.2.2 木样特征局限性

由于树木受立地条件的影响，木材构造有变异，即使是同一树株，不同的树高和树径部位，也会出现较大差异，甚至有时在10 cm距离范围内会出现很大差异的微观构造^[8~10]。然而木材鉴定机构通常对非常珍贵的红木家具或红木工艺品一般截取横切面宽为5 mm的木样，通常这样大小的横切面并没有包含一个完整的生长轮，在观察其横切面微观构造特征时存在一定的局限性。同时，由于不可能在每一个家具构件上进行取样，所以在一件家具取1个木样就很难代表整套家具的木材树种。

2 木材无损检测方法及手持式数码显微镜

2.1 木材无损检测方法的依据

根据我们平时实验室使用的体视显微镜的工作方式和成像原理^[11]，来寻找一种设备能够拍摄木材表面构造特征达到木材识别的要求，又根据木材识别主要取决于在显微镜下观察到的木材组织和细胞排列和形态的主要微观特征^[12~14]，市场上正好有一种手持式数码显微镜与之相符，能够达到无损检测的要求。该显微镜可直接对需要检测的整件家具的不同构件和构件不同部位的进行拍摄微观图片，然后观察对比后再筛选出具有代表性的横切面、弦切面和径切面图片，进行微观特征观察，其余检测步骤同传统的木材识别方法。该方法解决了传统木材识别中存在的取样破坏性和木样特征局限性的问题，同时也解决了一件家具中不同构件从感观上无法区分的难题。

2.2 手持式数码显微镜

2.2.1 手持式数码显微镜的工作原理

       通过光学镜头将被鉴定的家具部位生成光学图像投射到图像传感器表面上，然后转为电信号，经过A/D转换后变为数字图像信号，再送到数字信号处理芯片中加工处理，再通过USB接口传输到电脑中处理，通过显示器直接显示木材微观图像^[15]。

2.2.2 手持式数码显微镜的类型

符合无损检测要求的手持式数码显微镜有两种类型。一种是和普通的数码相机的外型和工作原理一样，充电后就可使用，拍完所需图片后需连接计算机获取图片；我们选择Anyty公司生产的型号为3R-A200，变倍范围在10~200倍。另一种外形是圆柱形，接头是USB的，需与计算机相连接才能工作，最好使用便携式计算机，这样可以随处移动，在计算机上安装一个相匹配的拍照软件后就可进行拍照；根据平时对图片倍数的要求，我们选择了台湾Dino-lite公司生产的型号为AM7013MT，变倍范围在10~200倍之间进行拍摄横切面，选择该公司型号为AM7013MZT4，变倍范围在400~460倍之间进行拍摄弦切面，选择该公司型号为AM413T5，固定倍数为500倍进行拍摄径切面。

2.2.3 手持式数码显微镜的操作方法

第一种类型的手持式数码显微镜上带有显示器和存储功能，并设有倍数调节按钮(10~40)×，数码倍率1~5，可用低倍数来拍摄木材横切面特征，高倍数来拍摄木材弦切面和径切面特征；和使用数码相机一样，对准需要拍的木材，进行焦距调节和亮度调节，再进行倍数调节，调节完后即可进行拍摄。

第二种类型的手持式数码显微镜要与便携式计算机连接，使用这种显微镜拍摄时，先要对准需要的木材结构特征部位，然后进行亮度和倍数调节，直接在计算机上点击拍摄。

2.2.3 手持式数码显微镜的使用要求

       通过实验，我们发现使用符合使用要求的两种类型的手持式数码显微镜要拍摄出符合识别要求的高质量、高清晰度的木材构造宏微观图片，对物体表面平整度和光滑度有较高的要求。一般来说，横切面需要拍摄的面积较大，对平整度和光滑度都有要求；弦切面和径切面需要拍摄的面积很小，所以只对平整度有较高的要求。

2.2.4 手持式数码显微镜的获取清晰图片的方法

对于表面做过不同处理方法的红木家具和工艺品，我们采取不同的处理方法获取清晰图片。

（1）表面比较光滑的生坯红木家具和工艺品，通常我们在不进行任何处理的情况下直接在表面寻找能否拍出符合要求的图片。如果在无法获取符合要求图片时，由于生坯家具是打磨后就直接销售的，我们可对其进行小面积精细打磨至光滑，就可以获取到符合要求的清晰图片，同时不会对其造成破坏。

（2）红木家具和工艺品表面经过上蜡处理或清漆处理，正常情况下如果无无法获取符合要求图片。经过反复实验，我们发现使用介质涂抹在需要拍摄位置表面能大幅增加图片清楚度。可使用的介质有水、乙醇、丙三醇和油性物质等，其中油性物质效果最佳。因红木家具和工艺品表面经过上蜡处理或清漆处理，拍摄完后直接擦去涂抹的介质，并不会对其造成破坏及污渍。

（3）红木家具和工艺品表面经过色漆处理，正常情况下是无法获取符合要求图片。但我们不难发现，一般情况下，红木家具和工艺品底部和与地面接触的地方只上少部分漆，所以如果在被检测方不介意对其背面隐蔽处或与地面接触的地方进行轻微打磨处理或涂抹介质，同样也能获取符合要求的图片。

3 红木家具与工艺品无损检测应用实例

广西壮族自治区产品质量监督检验研究院的红木鉴定实验室已利用木材无损检测方法检测送检的样品，以其中送检的一套红木家具和一个工艺品为例进行木材鉴定。红木家具是皇宫椅，工艺品是酒樽（如图1-1，图1-5）。

首先将要鉴定的家具整体进行观察，发现有无构件颜色、木纹特别者，如果有，应拍摄其木材微观图，便于之后观察其特征是否与其他构件特征相同和对其进行鉴定；然后找到家具构件横切面用10倍放大镜观察其宏观特征；再用(10~200)×可调和固定500×手持式数码显微镜分别拍取各构件正横切面和正弦切面、正径切面图片，在弦切面拍摄之前，在要拍的地方涂上一些油性物质，可提高图片的清晰度；尽可能的要多拍构造图，这样能够提高鉴定结果的准确性。

通过观察和对比分析获取的红木家具和工艺品的微观构造图，发现两者所有构件的微观构造图均相同。其宏微观特征如下所述：

两者宏观特征均为心材黄褐色、深红色、红褐色至深红褐色，具深褐色或黑色条纹。 生长轮略明显。散孔至半环孔材；管孔在肉眼下可见，早材部分管孔较大。轴向薄壁组织丰富，主为翼状、聚翼状及带状。木射线放大镜下明显（图1-2，图1-6）。

两者微观特征均为单管孔及少数2~3个径列复管孔，管孔内多含侵填体和树胶。单穿孔，管间纹孔式互列。木射线均叠生。木射线单列较少；多列射线宽2~3细胞，高5~10细胞及以上；射线细胞小，细胞近圆形；射线组织同形单列及多列（图1-3，图1-4，图1-7，图1-8）。

木材识别专家在综合宏观和微观特征下，经过比较和分析，在核对有关木材识别的书籍后，对两件被检测物件的木材鉴定结果为均是蝶形花科（Fabaceae）黄檀属（Dalbergia）香枝木，拉丁名为Dalbergia sp.。

图1 皇宫椅和酒樽实物及木材构造

1. 皇宫椅实物图；2. 皇宫椅横切面（50×）；3. 皇宫椅弦切面（430×）；4. 皇宫椅径切面（500×）；

5. 酒樽实物图；6. 酒樽横切面（50×）；7. 酒樽弦切面（430×）；8. 酒樽径切面（500×）

4 结论与建议

  1）通过现场应用实例证明，手持式数码显微镜能够很好的运用于木材检测中，具有无损，即不破坏木构件的完整性，避免了取样检测，简单便捷，提高了工作效率，同时也保存了价值珍贵的红木家具和工艺品的完整性和美观性。

  2）运用将手持式数码显微镜进行获取微观构造图的方法，解决了传统检测中只取一小块木样，造成观察到的木样微观特征具有一定局限性的问题，同时也解决了同一家具中不同构件从感观上无法区分的难题，并有利于了解单一树种微观特征的变异情况，为今后的木材识别积累经验和提供依据。

  3）综合运用手持式数码显微镜与传统的取样方式相结合，能够提高鉴定结果的准确性。当然运用手持式数码显微镜也存在一定的局限性，当被检家具上有深色油漆时就无法获取图片，仍需使用传统的取样方式，有待进一步研究。

 4）目前，由于市场上无专门针对木材识别而设计的手持式数码显微镜，拍摄的图片相对切片染色拍出来的微观图片清晰度稍差一些，但基本上能满足检测要求。希望今后能推广运用，将先进仪器与专业知识完美的结合，为木材识别工作提供更好的方法。

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