專利名稱：光電子棉花雜質(zhì)自動在線檢測方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及為生產(chǎn)纖維或長絲而對天然纖維或長絲原料進行的機械處理，特別是一種在紫外及可見光波段工作的光電子棉花雜質(zhì)自動在線檢測方法與裝置。
由于棉花中混夾著雜物，如尼龍、塑料、麻線、毛發(fā)等，特別是無色透明的如丙綸等雜物，在后道工序中打碎紡織成布匹后，可被染色的能力很差，造成深色的布匹上有淺色的點，會直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，從而造成企業(yè)利潤的大幅度下降。以往采用的手段是依靠大量人力的手工挑揀操作。但因其質(zhì)量不穩(wěn)定，工作環(huán)境惡劣，勞動強度大和效益低，所以人工清棉除雜方法已遠不能滿足現(xiàn)代高檔棉紡織品競爭市場的需求，而運用高科技推出性能價格比高的棉花除雜新技術(shù)與設(shè)備已成為當今國際紡織業(yè)的重大攻關(guān)項目、如瑞士Uster公司Uster Optiscan(Textil Month，F(xiàn)ebruary 1995，P.39)是配備一體化的棉花除雜機構(gòu)，它是將棉花傳送至一維掃描的顏色傳感器(對蘭、綠、紅敏感)，雜物信號達閾值就由噴氣閥有選擇地將雜物吹入雜物箱內(nèi)，但是，它是根據(jù)雜物的信號的顏色閥值對雜物進行清除的，它能清除麻紗、繩索、石塊、棉籽及金屬件等有色雜物，而對無色透明的諸如尼龍片等就沒法清除。另外要經(jīng)常對紅綠蘭三色傳感器進行校色，使用起來非常麻煩。
本發(fā)明的目的在于提供一種在紫外及可見波段獲取信息，運用計算計數(shù)字圖象處理技術(shù)識別與定位雜物或沾污棉花并由計算機控制壓力噴管噴氣清除雜質(zhì)的自動在線檢測方法與裝置。
本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案達到步驟1，棉花輸入將帶有雜物或沾污棉花的蓬松棉花由輸送裝置形成厚度d為5～8厘米、寬度L為60～100厘米的扁平狀，傳送到由CCD及紫外傳感器視場中；步驟2，照明由日光燈管和紫外線低壓熒光汞燈組成可見光及紫外波段的對棉花被檢測部位的照明；步驟3，可見光檢測由2084無線列CCD電荷耦合器件及相應(yīng)的光學部件組成可見光檢測裝置，配合傳送帶定速傳送棉花而獲取雜質(zhì)二維圖象信息；步驟4，紫外檢測由紫外增強256元線列硅光電二極管及其相應(yīng)的光學部件組成紫外波段檢測裝置，結(jié)合定速傳送棉花獲取紫外波段的雜質(zhì)信息；步驟5，圖象特征識別通過電子計在可見光波段采用數(shù)字圖象處理技術(shù)，實現(xiàn)Sobe1算子的邊緣特征提取，并確定雜物(含污染棉花)的空間位置；步驟6，信號數(shù)據(jù)處理對紫外波段雜物超閾值信號確定雜物空間位置；步驟7，可見光與紫外信息復合將紫外和可見光波段的雜物位置信息進行“與”操作，并把最終位置信息送至噴嘴控制器；步驟8，壓力噴嘴除雜由十個壓力為0.1～1MPa的壓力噴嘴組成6厘米間隔的線列，噴嘴的橢圓口徑長短軸分別為8和3毫米，控制器根據(jù)雜物的空間位置控制相對應(yīng)的壓力噴嘴將雜物噴除；步驟9，雜物輸出被噴除出的雜物及沾污的棉花被收集至雜物箱內(nèi)；步驟10，清潔棉輸出清潔的棉花由管道被輸送到下道工序。
本發(fā)明有如下有益效果1、工業(yè)上棉花中存在比較多的雜物是透明的、顏色與棉花相近的如尼龍等雜物，這些雜物在紫外波段與棉花能明顯相區(qū)分；加上二維數(shù)字圖象處理，能正確地把這些雜物及沾污的棉花加以識別并清除。
2、對隱于蓬松棉花風層的雜物來說，由于可見及紫外光照明及位于棉花底面的底板的反射，對于蓬松棉花好似增加了一個透射式的二次照明，雜物能呈現(xiàn)出一個陰影而被檢出。
3、十個橢圓噴口的壓力噴嘴在計算機根據(jù)雜物空間位置的控制下，能自動、有效地吹氣噴去雜物，將雜物收集在雜物箱內(nèi)，由于雜物的質(zhì)地一般都比棉花質(zhì)密，在高速氣流作用下被整個噴出，而帶出的正常棉花纖維較少。
4、本發(fā)明適合于在棉花開包機、或初清機，或攪拌機的后序使用。
5、本發(fā)明運用了二維數(shù)字圖象處理和可見光、紫外雙色光譜特征提取以及計算機數(shù)字控制多種操作而實現(xiàn)棉花在線的自動檢測和除雜。
本發(fā)明


如下圖1為本光電子棉花雜質(zhì)自動在線檢測方法的程序框圖。
圖2為本發(fā)明光電子棉花雜質(zhì)自動在線檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明照明程序的裝置示意圖。
圖4為本發(fā)明照明程序的另一示意圖。圖4為圖3的側(cè)視圖。
圖5為本發(fā)明壓力噴嘴裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為棉花與幾種尼龍雜質(zhì)的反射光譜曲線圈，圖中縱軸為反射率的相對值，其中棉花的反射率置于約為100％的位置。圖中實線、單點鎖線、雙點鎖線、虛線分別代表棉花、白尼龍、舊白尼龍、紅尼龍的反射曲線，圖中明顯可見在紫外區(qū)尼龍雜質(zhì)的反射曲線相對于棉花有特征性的起翹，利用紫外檢測這些雜質(zhì)十分有利。
圖7為本發(fā)明數(shù)據(jù)流程框圖。
圖8為本發(fā)明圖識別程序和噴嘴控制程序配合示意圖。
圖9為本發(fā)明軟件工作流程框圖。
下面結(jié)合附圖和本發(fā)明作進一步說明。
根據(jù)每小時棉花流量約400千克的要求，棉花以10厘米/秒的速度在兩塊平行的板間通過，板上開有高為1寬為L的石英識別窗，上下分別置日光燈和紫外線低壓熒光汞燈光源，分別由CCD線列和紫外增強硅光電二極管線列陣器件及其相應(yīng)的光學部件進行檢測，CCD線列為2084元，紫外增強硅光二極管線列為256元，棉花先后經(jīng)過CCD和紫外增強硅光電二極管列陣器件進行采樣，經(jīng)圖象和信號特征識別程序計算后，得到雜物位置并送至噴嘴控制程序，當雜物通過噴嘴正前方時，相應(yīng)噴嘴打開，用高速氣流將雜物噴出，完成雜物的剔除工作。
系統(tǒng)中采用了一塊圖象采集卡，由計算機將CCD的圖象經(jīng)采集卡以二維數(shù)字圖象的形式采集下來，進行圖象識別處理，圖象采集卡為V512B圖象采集卡，采集內(nèi)存512KB，采集速度30ms/幀。
識別結(jié)果經(jīng)由計算機與噴嘴控制卡對十個噴嘴進行控制，噴嘴控制卡的控制端口地址為260H，當送往端口的控制室中的某些位置放置“1”時，相應(yīng)的噴嘴開啟，直到再送來的控制字的相應(yīng)位被復“0”才關(guān)閉，即噴嘴開啟時間可由軟件調(diào)整。
本發(fā)明中軟件部分有兩個任務(wù)，一是對棉花可見光圖象和紫外信號數(shù)據(jù)進行處理，識別出雜物的位置；二是根據(jù)識別信息控制噴嘴的動作。即具有特征的識別和噴嘴控制二個子系統(tǒng)。
對于可見波段，采用了Sobe1算子邊緣特征檢測的方法，這種方法的優(yōu)點在于區(qū)別雜質(zhì)是根據(jù)局部的灰度突變，而不是全部的灰度分布，這就使當一批棉花質(zhì)地顏色偏深時識別不受影響，因為此時灰度變化是整個背景的變化。另外由于棉花的陰影是大面積的，其邊緣灰階變化是緩慢的，也不會影響雜物的提取。根據(jù)有夾雜物的棉花的圖象特別進行分析，其中雜物邊緣主要是階躍狀邊緣，它兩邊象素的灰度有顯著不同，階躍狀邊緣變化規(guī)律為灰度變化曲線的一除差分在該點達到極值，二階差分在該點近旁呈零交叉。階躍邊緣的檢測，有多種比較成熟的算法，考慮了運算量的大小和閾值選取的方便，本發(fā)明選取Sobe1算子來進行雜物信號的提取。邊緣信息提取后，判定每個噴嘴的作用小區(qū)域中所存在的邊緣點數(shù)是否超過了閾值，如果超過則該區(qū)對準的噴嘴將會動作。
對于紫外波段，則不進行邊緣信息提取工作。參見圖6，幾種雜質(zhì)為白尼龍32、舊的尼龍30、紅尼龍31與棉花29的紫外反射曲線相異明顯，故紫外光可以顯著地將棉花和尼龍塑料等區(qū)分開，采用閾值法就可以了。線列紫外增強硅光電二極管的各元分區(qū)與多噴嘴作用區(qū)對應(yīng)，當對應(yīng)某小區(qū)的硅光電二極管輸出超過閾值，則控制相應(yīng)位置的噴嘴動作。
特征識別子系統(tǒng)還負責把可見和紫外波段的位置信息進行“與”操作，合成在一起，把最終位置信息送到噴嘴控制卡。
噴嘴子系統(tǒng)的作用是在合適的時刻根據(jù)特征識別子系統(tǒng)送來的信息使噴嘴開啟。延遲一段時間后，還要送控制信號使噴唬關(guān)閉，本發(fā)明使用的噴嘴開啟持續(xù)時間為100ms，采用軟件開閉噴嘴，主要可使開啟時間可調(diào)，并降低硬件電路的復雜程度。特征識別子系統(tǒng)和噴嘴控制子系統(tǒng)必須并行工作，特征識別程序處理完一塊數(shù)據(jù)，將控制信息傳出后，馬上就要繼續(xù)處理下一塊數(shù)據(jù)，而不能停下來讓控制程序獨占處理器。噴嘴控制程序采用常駐內(nèi)存程序(TSR)，并接管實時鐘中斷INT70H。該中斷為硬件中斷，其觸發(fā)信號來自于RT/CMOSRAM芯片32.768KHz基準振蕩信號的22級分頻器的輸出，觸發(fā)頻率為1.024KHz，即每秒1024次。平時該程序處于休眠狀態(tài)，在識別程序送來位置信息時被激活，向相應(yīng)的噴嘴發(fā)送開啟信號，使噴嘴打開，并置開始計時標志，然后將控制返回識別程序。當TSR發(fā)現(xiàn)計時器計時滿時，向開啟的噴嘴關(guān)閉信號，使噴嘴關(guān)閉。
邊緣檢測的結(jié)果和紫外增強硅光電二極管的信號進行“與”操作，二者只要其中之一檢測到雜物，就向相應(yīng)的噴嘴發(fā)開啟信號。使用簡單的“與”方法不增加計算量。
由于構(gòu)造上的限制，噴嘴不可能緊貼識別窗，要保持6厘米的距離，雜物的位置信息送至噴嘴控制程序時，還不能馬上開啟噴嘴，要等待600ms，使雜物能運動到噴嘴正前方。這個等待由噴嘴控制程序來實現(xiàn)，識別工作仍在工作。在等待的過程中，又相繼有三組位置信息傳來，所以要在TSR中設(shè)一個有四單元的循環(huán)隊列，每個單元存放一組位置信息，每個單元設(shè)一等待計數(shù)器，當有數(shù)據(jù)送入時，計數(shù)器清零，此后INT70H每1ms中斷一次，計數(shù)器加1，一旦那個單元的計數(shù)器達到600時，也就是等待滿600ms，這個單元中的數(shù)據(jù)就會送去控制噴嘴閥門開啟，同時清除該單元內(nèi)容。另外，為了控制噴嘴開啟時間，又設(shè)立了一個延時計數(shù)器，每當噴嘴開啟時，該計數(shù)器清零，以后也是每1ms加1，直到計數(shù)滿100，則發(fā)信號關(guān)閉所有噴嘴。
在識別程序方面，先用120ms采集下CCD圖象，馬上開始計算第一區(qū)的數(shù)據(jù)，100ms后計算結(jié)束，等待100ms使第一區(qū)完全進入紫外探測視場，把紫外增強硅光電二極管的輸出和計算結(jié)果“與”操作，得到最終的雜物位置信息，并到并激活噴嘴程序。然后緊接著計數(shù)第二區(qū)。
本發(fā)明光電子棉花雜質(zhì)自動在線檢測裝置已試運轉(zhuǎn)，硬件、軟件設(shè)計是可行和有效的，雜物清除率達90％以上。棉料經(jīng)料斗在棉花驅(qū)動裝置11和12作用下通入扁平的通道，通道的一面開有識別窗17(石英)，上下各置可見光照明源16和紫外照明源21，二側(cè)有反光板26，在識別窗前置CCD檢測裝置19和紫外檢測裝置20，機箱外圍置有計算機與監(jiān)視器18，在棉花通道正交方位設(shè)置有10個噴嘴22，噴嘴對準雜物導管13，以便雜物集中于雜物箱14，在每個噴嘴前各按置有一個二位三通電磁氣閥27，每二個噴嘴合用于一個空氣過濾器23，電磁氣閥由一個控制器24控制，其正壓氣體由空氣壓縮氣管28提供。清潔棉花在貯存箱25暫存后由潔棉管道15輸往后工序。
權(quán)利要求
1.一種光電子棉花雜質(zhì)自動在線檢測方法，包括由輸送裝置將棉花傳送到傳感器視場中，在照明下對感知的雜物信號進行數(shù)據(jù)處理，然后由控制器控制噴嘴將雜物清除至雜物收集箱，清潔的棉花被輸送到后道工序，其特征在于(1-1)棉花輸入將帶有雜物或沾污的蓬松棉花由輸送裝置形成5～8厘米厚、60～100厘米寬的扁平狀，傳送到由CCD及紫外傳感器的檢測視場中；(1-2)照明由日光燈管及紫外線低壓熒光汞燈組成可見光及紫外波段的對棉花被檢測部位的照明；(1-3)可見光檢測由CCD電荷耦合器件及相應(yīng)的光學部件組成可見光檢測裝置，配合傳送帶定速傳送棉花獲取雜質(zhì)二維圖象信息；(1-4)紫外檢測由紫外增強256元線列硅光電二極管及其相應(yīng)光學部件組成紫外波段檢測裝置，結(jié)合定速傳送棉花獲取紫外波段的棉花及其雜質(zhì)信息；(1-5)圖象特征識別通過電子計算機在可見光波段采用數(shù)字圖象處理技術(shù)，實現(xiàn)Sobe1算子的邊緣特征提取，且確定雜物(含沾污棉花)的空間位置；(1-6)信號數(shù)據(jù)處理對紫外波段雜物超閾值信號確定雜物空間位置；(1-7)可見光與紫外信息復合將紫外和可見光波段的雜物位置信息進行“與”操作，并把最終位置信息送至噴嘴控制器；(1-8)壓力噴嘴除雜由十個壓力噴嘴組成6厘米間隔的線列，由控制器根據(jù)雜物的空間位置控制相對應(yīng)的壓力噴嘴將雜物噴除；(1-9)雜物輸出被噴除出的雜物及沾污的棉花被收集至雜物箱內(nèi)；(1-10)清潔棉輸出清潔的棉花由管道被輸送到下道工序。
2.一種光電子棉花雜質(zhì)自動在線檢測裝置，包括輸送裝置、檢測裝置、噴嘴除雜裝置和特征識別與控制軟件，其特征在于(2-1)在料斗和棉花扁平通道內(nèi)各設(shè)有棉花驅(qū)動裝置(11)和(12)，通道的另一面開有石英識別窗(17)，其對面上下分別置有可見光照明源(16)和紫外照明源(21)，在識別窗前置CCD檢測裝置(19)和紫外檢測裝置(20)，在整機機箱外圍置有計算機及監(jiān)視器(18)；在棉花通道的正交方位設(shè)置有10個噴嘴(22)，噴嘴對準雜物導管(13)，雜物導管終端置雜物箱(14)，在每個噴嘴前各安置一個電磁氣閥(27)，每二個噴嘴合用一個空氣過濾器(23)，電磁氣閥由一個控制器(24)控制，其正壓氣體由空氣壓縮氣管(28)提供；在整機底部有供清潔棉暫存的貯存箱(25)和輸往下工序的潔棉管道(15)；(2-2)具有二個功能軟件，一是對棉花的可見光圖象與紫外信號進行實時信息處理并確定雜物空間位置的特征識別軟件；二是根據(jù)識別信息控制噴嘴動作的噴嘴控制軟件。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種光電子棉花雜質(zhì)自動在線檢測方法與裝置。待清蓬松的棉花由輸送裝置形成扁平狀，傳送到可見光及紫外光照明及檢測的由CCD等組成的檢測視場中，獲取的二維信息送入計算機進行數(shù)字圖象處理，提取雜物信號，計算機根據(jù)雜物空間位置控制相應(yīng)的壓力噴嘴將雜物噴除。本發(fā)明不僅能清除棉花中的各種有色雜物，而且對無色透明的如尼龍等有機雜物的清除同樣有效。
文檔編號G01N21/00GK1166597SQ9710629
公開日1997年12月3日 申請日期1997年2月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月26日
發(fā)明者王汝笠, 李正宇, 陳高峰, 劉澤恩, 余波, 朱振才, 華鐵鈞, 傅艷紅 申請人:中國科學院上海技術(shù)物理研究所