光电子棉花杂质自动在线检测方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种光电子棉花杂质自动在线检测方法与装置。待清蓬松的棉花由输送装置形成扁平状，传送到可见光及紫外光照明及检测的由ＣＣＤ等组成的检测视场中，获取的二维信息送入计算机进行数字图象处理，提取杂物信号，计算机根据杂物空间位置控制相应的压力喷嘴将杂物喷除。本发明专利技术不仅能清除棉花中的各种有色杂物，而且对无色透明的如尼龙等有机杂物的清除同样有效。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及为生产纤维或长丝而对天然纤维或长丝原料进行的机械处理，特别是一种在紫外及可见光波段工作的光电子棉花杂质自动在线检测方法与装置。由于棉花中混夹着杂物，如尼龙、塑料、麻线、毛发等，特别是无色透明的如丙纶等杂物，在后道工序中打碎纺织成布匹后，可被染色的能力很差，造成深色的布匹上有浅色的点，会直接影响产品的质量，从而造成企业利润的大幅度下降。以往采用的手段是依靠大量人力的手工挑拣操作。但因其质量不稳定，工作环境恶劣，劳动强度大和效益低，所以人工清棉除杂方法已远不能满足现代高档棉纺织品竞争市场的需求，而运用高科技推出性能价格比高的棉花除杂新技术与设备已成为当今国际纺织业的重大攻关项目、如瑞士Uster公司Uster Optiscan(Textil Month，February 1995，P.39)是配备一体化的棉花除杂机构，它是将棉花传送至一维扫描的颜色传感器(对兰、绿、红敏感)，杂物信号达阈值就由喷气阀有选择地将杂物吹入杂物箱内，但是，它是根据杂物的信号的颜色阀值对杂物进行清除的，它能清除麻纱、绳索、石块、棉籽及金属件等有色杂物，而对无色透明的诸如尼龙片等就没法清除。另外要经常对红绿兰三色传感器进行校色，使用起来非常麻烦。本专利技术的目的在于提供一种在紫外及可见波段获取信息，运用计算计数字图象处理技术识别与定位杂物或沾污棉花并由计算机控制压力喷管喷气清除杂质的自动在线检测方法与装置。本专利技术的目的通过如下技术方案达到步骤1，棉花输入将带有杂物或沾污棉花的蓬松棉花由输送装置形成厚度d为5～8厘米、宽度L为60～100厘米的扁平状，传送到由CCD及紫外传感器视场中；步骤2，照明由日光灯管和紫外线低压荧光汞灯组成可见光及紫外波段的对棉花被检测部位的照明；步骤3，可见光检测由2084无线列CCD电荷耦合器件及相应的光学部件组成可见光检测装置，配合传送带定速传送棉花而获取杂质二维图象信息；步骤4，紫外检测由紫外增强256元线列硅光电二极管及其相应的光学部件组成紫外波段检测装置，结合定速传送棉花获取紫外波段的杂质信息；步骤5，图象特征识别通过电子计在可见光波段采用数字图象处理技术，实现Sobe1算子的边缘特征提取，并确定杂物(含污染棉花)的空间位置；步骤6，信号数据处理对紫外波段杂物超阈值信号确定杂物空间位置；步骤7，可见光与紫外信息复合将紫外和可见光波段的杂物位置信息进行“与”操作，并把最终位置信息送至喷嘴控制器；步骤8，压力喷嘴除杂由十个压力为0.1～1MPa的压力喷嘴组成6厘米间隔的线列，喷嘴的椭圆口径长短轴分别为8和3毫米，控制器根据杂物的空间位置控制相对应的压力喷嘴将杂物喷除；步骤9，杂物输出被喷除出的杂物及沾污的棉花被收集至杂物箱内；步骤10，清洁棉输出清洁的棉花由管道被输送到下道工序。本专利技术有如下有益效果1、工业上棉花中存在比较多的杂物是透明的、颜色与棉花相近的如尼龙等杂物，这些杂物在紫外波段与棉花能明显相区分；加上二维数字图象处理，能正确地把这些杂物及沾污的棉花加以识别并清除。2、对隐于蓬松棉花风层的杂物来说，由于可见及紫外光照明及位于棉花底面的底板的反射，对于蓬松棉花好似增加了一个透射式的二次照明，杂物能呈现出一个阴影而被检出。3、十个椭圆喷口的压力喷嘴在计算机根据杂物空间位置的控制下，能自动、有效地吹气喷去杂物，将杂物收集在杂物箱内，由于杂物的质地一般都比棉花质密，在高速气流作用下被整个喷出，而带出的正常棉花纤维较少。4、本专利技术适合于在棉花开包机、或初清机，或搅拌机的后序使用。5、本专利技术运用了二维数字图象处理和可见光、紫外双色光谱特征提取以及计算机数字控制多种操作而实现棉花在线的自动检测和除杂。 本专利技术附图说明如下图1为本光电子棉花杂质自动在线检测方法的程序框图。图2为本专利技术光电子棉花杂质自动在线检测装置的结构示意图。图3为本专利技术照明程序的装置示意图。图4为本专利技术照明程序的另一示意图。图4为图3的侧视图。图5为本专利技术压力喷嘴装置的结构示意图。图6为棉花与几种尼龙杂质的反射光谱曲线圈，图中纵轴为反射率的相对值，其中棉花的反射率置于约为100％的位置。图中实线、单点锁线、双点锁线、虚线分别代表棉花、白尼龙、旧白尼龙、红尼龙的反射曲线，图中明显可见在紫外区尼龙杂质的反射曲线相对于棉花有特征性的起翘，利用紫外检测这些杂质十分有利。图7为本专利技术数据流程框图。图8为本专利技术图识别程序和喷嘴控制程序配合示意图。图9为本专利技术软件工作流程框图。下面结合附图和本专利技术作进一步说明。根据每小时棉花流量约400千克的要求，棉花以10厘米/秒的速度在两块平行的板间通过，板上开有高为1宽为L的石英识别窗，上下分别置日光灯和紫外线低压荧光汞灯光源，分别由CCD线列和紫外增强硅光电二极管线列阵器件及其相应的光学部件进行检测，CCD线列为2084元，紫外增强硅光二极管线列为256元，棉花先后经过CCD和紫外增强硅光电二极管列阵器件进行采样，经图象和信号特征识别程序计算后，得到杂物位置并送至喷嘴控制程序，当杂物通过喷嘴正前方时，相应喷嘴打开，用高速气流将杂物喷出，完成杂物的剔除工作。系统中采用了一块图象采集卡，由计算机将CCD的图象经采集卡以二维数字图象的形式采集下来，进行图象识别处理，图象采集卡为V512B图象采集卡，采集内存512KB，采集速度30ms/帧。识别结果经由计算机与喷嘴控制卡对十个喷嘴进行控制，喷嘴控制卡的控制端口地址为260H，当送往端口的控制室中的某些位置放置“1”时，相应的喷嘴开启，直到再送来的控制字的相应位被复“0”才关闭，即喷嘴开启时间可由软件调整。本专利技术中软件部分有两个任务，一是对棉花可见光图象和紫外信号数据进行处理，识别出杂物的位置；二是根据识别信息控制喷嘴的动作。即具有特征的识别和喷嘴控制二个子系统。对于可见波段，采用了Sobe1算子边缘特征检测的方法，这种方法的优点在于区别杂质是根据局部的灰度突变，而不是全部的灰度分布，这就使当一批棉花质地颜色偏深时识别不受影响，因为此时灰度变化是整个背景的变化。另外由于棉花的阴影是大面积的，其边缘灰阶变化是缓慢的，也不会影响杂物的提取。根据有夹杂物的棉花的图象特别进行分析，其中杂物边缘主要是阶跃状边缘，它两边象素的灰度有显著不同，阶跃状边缘变化规律为灰度变化曲线的一除差分在该点达到极值，二阶差分在该点近旁呈零交叉。阶跃边缘的检测，有多种比较成熟的算法，考虑了运算量的大小和阈值选取的方便，本专利技术选取Sobe1算子来进行杂物信号的提取。边缘信息提取后，判定每个喷嘴的作用小区域中所存在的边缘点数是否超过了阈值，如果超过则该区对准的喷嘴将会动作。对于紫外波段，则不进行边缘信息提取工作。参见图6，几种杂质为白尼龙32、旧的尼龙30、红尼龙31与棉花29的紫外反射曲线相异明显，故紫外光可以显著地将棉花和尼龙塑料等区分开，采用阈值法就可以了。线列紫外增强硅光电二极管的各元分区与多喷嘴作用区对应，当对应某小区的硅光电二极管输出超过阈值，则控制相应位置的喷嘴动作。特征识别子系统还负责把可见和紫外波段的位置信息进行“与”操作，合成在一起，把最终位置信息送到喷嘴控制卡。喷嘴子系统的作用是在合适的时刻根据特征识别子系统送来的信息使喷嘴开启。延迟一段时间后，还要送控制信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电子棉花杂质自动在线检测方法，包括由输送装置将棉花传送到传感器视场中，在照明下对感知的杂物信号进行数据处理，然后由控制器控制喷嘴将杂物清除至杂物收集箱，清洁的棉花被输送到后道工序，其特征在于：（１－１）棉花输入：将带有杂物或沾污的 蓬松棉花由输送装置形成５～８厘米厚、６０～１００厘米宽的扁平状，传送到由ＣＣＤ及紫外传感器的检测视场中；（１－２）照明：由日光灯管及紫外线低压荧光汞灯组成可见光及紫外波段的对棉花被检测部位的照明；（１－３）可见光检测：由ＣＣＤ电荷耦 合器件及相应的光学部件组成可见光检测装置，配合传送带定速传送棉花获取杂质二维图象信息；（１－４）紫外检测：由紫外增强２５６元线列硅光电二极管及其相应光学部件组成紫外波段检测装置，结合定速传送棉花获取紫外波段的棉花及其杂质信息；（１－ ５）图象特征识别：通过电子计算机在可见光波段采用数字图象处理技术，实现Ｓｏｂｅｌ算子的边缘特征提取，且确定杂物（含沾污棉花）的空间位置；（１－６）信号数据处理：对紫外波段杂物超阈值信号确定杂物空间位置；（１－７）可见光与紫外信息复合 ：将紫外和可见光波段的杂物位置信息进行“与”操作，并把最终位置信息送至喷嘴控制器；（１－８）压力喷嘴除杂：由十个压力喷嘴组成６厘米间隔的线列，由控制器根据杂物的空间位置控制相对应的压力喷嘴将杂物喷除；（１－９）杂物输出：被喷除出的杂 物及沾污的棉花被收集至杂物箱内；（１－１０）清洁棉输出：清洁的棉花由管道被输送到下道工序。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王汝笠，李正宇，陈高峰，刘泽恩，余波，朱振才，华铁钧，傅艳红，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]