一种原棉异性纤维的分拣装置及使用方法

本发明属于计算机技术邻域，具体涉及一种原棉异性纤维的分拣装置及使用方法。

背景技术：

异纤，即异性纤维，其概念是指与棉纤维性能不同的其它纤维如毛、麻、丝、化纤，又称为“三丝”。混入原棉中的“三丝”，如果不在生产前被拣选出来，容易在生产过程中被打碎成无数细小的纤维，形成疵点，难以在纺织加工中被清除。这会对棉纱和布匹的质量产生巨大的影响：纺纱时，由于异纤纤维强度与棉纤维不用，容易造成棉纱断头，降低生产效率；布匹织造时，异纤会影响布面的强度和手感；染色时，由于异纤和棉纤维染色性能不同，会发生染色不均的情况，影响染色效果。

解决异纤问题的方法有很多。从异纤发生的源头进行解决的方案效果并不是十分明显，其一是异纤问题可能差生的原因很多，其二是原棉的来源很广，质量参差不齐，把控难度大。一般地，相关企业会在生产阶段安排异纤的清理，但是考虑到一些异纤在经历开松甚至清棉过程后会被打碎而难以检测或清理，为此，国内许多企业都组织人力成立车间在生产加工前进行“三丝”挑拣。数据表明，一个1万锭的棉纺厂，每年需要60-80人挑拣“三丝”。一个中型棉纺企业，每天挑拣“三丝”人数要达到300-400，每年付出的工资要高达200多万元。然而在这么高的成本下，平均一人一年却挑不出一公斤“三丝”，因此可以说挑拣出的“三丝”比黄金还贵。由此可见，用工多，效果不稳定、不彻底，是解决异纤清理问题的现状，也是提高纺纱及织物外观质量所面临的现实问题。

技术实现要素：

为了解决企业在分拣三丝问题上遇到的瓶颈，本发明结合计算机图像识别技术，提供了一种原棉异性纤维的全自动分拣装置及其方法。

本发明的技术方案如下：

一种原棉异性纤维的分拣装置，包括装置上半部分和装置下半部分。

所述的装置上半部分是原棉吸附及转移机构，由呈品字形中心对称排列的三个原棉吸附头构成，主轴及步进电机置于其中心，三个原棉吸附头可绕中心主轴进行120°单次的步进旋转。

所述原棉吸附头包括原棉吸附面板、滤网、电机、风机、外壳、进风口、出风口以及可以控制吸附头垂直高度的升降机构。

所述的外壳内部只设有漏斗状孔隙，漏斗状孔隙的开口朝外；所述的原棉吸附面板、进风口和滤网由外向内依次设置在滤网出口处。在尽可能多且均匀地吸附原棉的同时，避免原棉穿过孔隙。所述的升降机构固定在外壳的顶部，内部与原棉吸附头相连，控制原棉吸附头上下移动。

所述的电机与风机相连，固定在外壳内部，置于滤网的上方。

所述的原棉吸附面板相对于原棉吸附头表面轻微内陷，使侧面形成一圈凸出边缘，一方面这有利于原棉的定位，防止其水平滑动，另一方面凸出边缘用以安装检测原棉吸附情况的红外传感器。

所述的装置下半部分是储料和分拣操作部分，同样呈品字形中心对称分布，位置不发生变化，输入/输出口朝向设备外部，包括原料堆放箱、光源、面阵相机、机械爪、拣选后原棉的输送机构组成一部分。

所述面阵相机、光源和机械爪都置于原料堆放箱内，原料堆放箱上部有尺寸不同两个开口，尺寸较大的开口为原棉吸附头预留，与原棉吸附面板尺寸相同，尺寸较小开口与独立的风机相连作为为异纤及废料出口，用以收集异纤并减少箱体内由于拣选异纤产生的毛羽，保证相机成像质量。

水平方向滑杆与纵深方向滑杆设置在原料堆放箱上半部分，机械爪滑动设置在纵深方向滑杆上，通过滑杆两端的小型电机控制其上下移动。

所述的面阵相机位于原料堆放箱底部，所述的光源位于箱体内侧，箱体内置两组光源，一组为三基色光源，其灯管以45°角面向异纤检测区域放置，共两根，分别位于灯箱两壁相对放置，另一组为紫外光源，其灯管同样以相同角度紧靠三基色光源位置放置。

所述的输送机构将拣选出来的原棉输送到外部。

进一步的，本装置使用的光源为2个三基色光源和2个紫外光源，分布于箱体相对两壁，以保证光照均匀。

进一步的，本装置使用高分辨率的面阵相机。

进一步的，原棉吸附面板与滤网间存在间隙，以防止面过多的毛羽造成板孔隙被堵死。

进一步的，进风口被设置在吸附面板层和滤网层之间，在不影响吸力的同时，使吸入气体同样能经过过滤，保护电机。

一种原棉异性纤维的分拣方法，可简单分为原棉吸附、异纤分拣和原棉释放三个步骤。每一个步骤各对应一套对应的装置和一个原棉吸附头。

一种原棉异性纤维的分拣装置的使用方法，具体步骤如下：

第一步，图像采集：

通过面阵相机分别在三基色光源和紫外光源下进行图像采集。

第二步，图像分割：

2.1：将采集的到的rgb图像按照一定的r、g、b权重进行加权得到灰度图像。

2.2：通过小波对图像进行多层分解，将含有异纤的原棉图像中的信息分解成一系列主要包含噪声和原棉细节的高频子图和主要包含大部分异纤信息的低频子图。

2.3：对高频子图进行滤波平滑操作，对低频子图进行直方图均衡化操作。

2.4：对子图进行归一化处理后进行融合。

2.5：通过对处理后的图像进行otsu阈值分割，将异纤从原棉图像中分割出来。

第三步，异纤判断和定位抓取位置：

3.1：计算分割出来的可能的异纤存在位置区域的邻域，在一定范围内，相邻的不连续区域可视为属于同一异纤进行统一抓取。

3.2：计算隶属于同一异纤的所有像素点的质心作为抓取位置。

进一步的，在纵深方向上，机械爪通过小型电机直接控制其在纵深方向滑杆上的位置，在水平方向上，纵深方向与水平方向滑杆的交界处分别有两个电机控制纵深方向滑杆的位置以控制机械爪在水平方向上的位置。

进一步的，机械爪的一次直接抓取尺寸为3厘米×3厘米。

进一步的，本装置可以通过调整原棉吸附头中电机的功率，以及红外传感器的位置，改变吸附棉花的厚度，以达到按照需求对粗检和精检进行切换。通过吸附法得到的原棉，分布均匀，不成团，便于检测。

进一步的，本异纤拣选方法一定程度上替代了开松过程，同时避免了异纤在开松和清棉阶段被打碎从而提升检测难度的情况。

本发明的有益效果：

本发明实现了全自动化异纤的清理工作，并且效率高，清理精度高，无需人工进行复杂操作，切避免人工清理不干净的问题。

附图说明

图1为本发明装置的上下结构俯视图。

图2为本发明中原棉吸附头的整体结构正视图。

图3为本发明中原棉吸附面板的构造图。

图4为本发明中原棉吸附部分示意图。

图5为本发明中异纤拣选部分示意图。

图6为本发明中异纤抓取部分抓取机构示意图。

图7为本发明中原棉释放部分示意图。

图中：1原棉吸附头；2主轴及步进电机；3装置上半部分；4装置下半部分；5红外传感器；6原棉吸附面板；7风机；8升降机构；9电机；10进风口；11滤网；12出风口；13漏斗状孔隙；14原棉吸附头位置a；15原料堆放箱；16原棉吸附头位置b；17异纤及废料出口；18灯管；19面阵相机；20水平方向滑杆；21小型电机；22纵深方向滑杆；23机械爪；24原棉吸附头位置c；25传送带。

具体实施方式

下面将结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

实施例1：

一种原棉异性纤维的分拣装置，包括装置上半部分3和装置下半部分4。

所述的装置上半部分3是原棉吸附及转移机构，由呈品字形中心对称排列的三个原棉吸附头1构成，主轴及步进电机2置于其中心，三个原棉吸附头1可绕中心主轴进行120°单次的步进旋转。

所述原棉吸附头1包括原棉吸附面板6、滤网11、电机9、风机7、外壳、进风口10、出风口12以及可以控制吸附头垂直高度的升降机构8。

所述的外壳内部只设有漏斗状孔隙13，漏斗状孔隙13的开口朝外；所述的原棉吸附面板6、进风口10和滤网11由外向内依次设置在滤网11出口处。在尽可能多且均匀地吸附原棉的同时，避免原棉穿过孔隙。所述的升降机构8固定在外壳的顶部，内部与原棉吸附头1相连，控制原棉吸附头1上下移动。

所述的电机9与风机7相连，固定在外壳内部，置于滤网11的上方。

所述的原棉吸附面板6相对于原棉吸附头1表面轻微内陷，使侧面形成一圈凸出边缘，一方面这有利于原棉的定位，防止其水平滑动，另一方面凸出边缘用以安装检测原棉吸附情况的红外传感器5。

所述的装置下半部分4是储料和分拣操作部分，同样呈品字形中心对称分布，位置不发生变化，输入/输出口朝向设备外部，包括原料堆放箱15、光源18、面阵相机19、机械爪23、拣选后原棉的输送机构组成一部分。

所述面阵相机19、光源18和机械爪23都置于原料堆放箱15内，原料堆放箱15上部有尺寸不同两个开口，尺寸较大的开口为原棉吸附头1预留，与原棉吸附面板6尺寸相同，尺寸较小开口与独立的风机7相连作为为异纤及废料出口17，用以收集异纤并减少箱体内由于拣选异纤产生的毛羽，保证相机成像质量。

水平方向滑杆20与纵深方向滑杆22设置在原料堆放箱15上半部分，机械爪23滑动设置在纵深方向滑杆22上，通过滑杆两端的小型电机21控制其上下移动。

所述的面阵相机19位于原料堆放箱15底部，所述的光源18位于箱体内侧，箱体内置两组光源18，一组为三基色光源，其灯管以45°角面向异纤检测区域放置，共两根，分别位于灯箱两壁相对放置，另一组为紫外光源，其灯管同样以相同角度紧靠三基色光源位置放置。

所述的输送机构将拣选出来的原棉输送到外部。

本装置使用的光源为2个三基色光源和2个紫外光源，分布于箱体相对两壁，以保证光照均匀。

本装置使用高分辨率的面阵相机19。

原棉吸附面板6与滤网11间存在间隙，以防止面过多的毛羽造成板孔隙被堵死。

进风口10被设置在吸附面板层和滤网层之间，在不影响吸力的同时，使吸入气体同样能经过过滤，保护电机9。

实施例2：

首先，将原棉包打开后堆入原棉堆放箱15中。在此实施例中，原棉堆放箱高180厘米，长宽均为110厘米，注意堆料不要超过箱体高度。

启动装置，按需求调节电机9档位至档位一，驱动风机7。如图2所示，原棉吸附头1其原棉吸附面板6相对内凹，周围有一圈凸出边缘用于安装红外传感器5。在此实施例中，吸附面板尺寸为100厘米×100厘米，凸起边缘高3厘米，红外传感器5位于边缘上，其所处平面距离吸附平面2厘米。原棉吸附头1匀速下降直至红外传感器5信号被切断，即此时原棉吸附面板6吸附棉花厚度达到2厘米。在这之后，原棉吸附头1缓慢匀速上升至原位，并增大风机7转速至档位二，提升棉花吸附稳定性，并发出信号，等待另外两个原棉吸附头1就位信号。

如图5所示，异纤拣选区域主体由一个半封闭灯箱构成，长宽高均为120厘米，四周和底部为全封闭结构，上表面有100厘米×100厘米和10×10两个开口。其中较大开口于原棉吸附头1对齐，为异纤检测区域，较小开口与独立风机7相连，为异纤及废料出口17。灯箱内置两组光源18，一组为三基色光源，其灯管以45°角面向异纤检测区域放置，共两根，分别位于灯箱两壁相对放置，距离异纤检测区域垂直距离50厘米，另一组为紫外光源，其灯管同样以相同角度紧靠三基色灯管位置放置。

面阵相机19位于灯箱底部，距离异纤检测区域距离为其焦距120厘米。机械爪23活动区域位于检测区域和灯管之间，其运行平面距离检测区域35厘米。当三个原棉吸附头1都上升到原位并发出信号后，装置上半部分3在步进电机的驱动下绕主轴逆时针转动120°，使原棉吸附头1转动至异纤拣选区域。在达到位置后，原棉吸附头1开始匀速下降80厘米使原棉吸附面板6与异纤检测区域重合，此时如图5所示，原棉吸附头1和灯箱共同形成一个封闭区域。当一切就绪后，先打开三基色光源使用相机19获取图像，再打开紫外光源获取图像。获取的图像都会被传输至计算机进行处理分析，通过图像识别相关算法共同判断异纤是否存在，如果存在，确定异纤位置，并将这些位置都转化为坐标组形式分别传输给位于水平滑杆20和纵深滑杆22上的小型电机21。通过微型电机21，控制机械爪23位置，在达到一个目标点后，两组微型电机21分别回传信息给计算机，计算机得到信号后，控制机械爪23对尺寸为3厘米×3厘米的相应位置进行抓取动作，在完成抓取动作后，机械爪23返回异纤及废料出口17，进行释放动作，被抓取的部分会从出口被吸走，并对下一处坐标重复以上动作，直到所有可能异纤被抓取。在完成以上步骤后，原棉吸附头1上升至原位并发出信号，等待另外两个原棉吸附头1就位信号。

三个原棉吸附头1都上升到原位并发出信号后，装置上半部分3在步进电机的驱动下绕主轴逆时针转动120°，使原棉吸附头1转动至原棉释放区域。在达到位置后，原棉吸附头1开始匀速下降140厘米至释放高度并停止。在到达释放位置后，对控制电机9的风机7停止供电，释放吸附的原棉至传送带25上，将拣选后的原棉传送到需要位置。在完成以上步骤后，原棉吸附头1上升至原位，发出信号，等待另外两个原棉吸附头1位信号。、

三个原棉吸附头1都上升到原位并发出信号后，装置上半部分3在步进电机的驱动下绕主轴逆时针转动120°，使原棉吸附头1转动至原棉堆放区域，同时恢复对电机9的供电，调至档位一，驱动风机7。

重复以上步骤，直到升降机构达到最大伸缩长度190厘米，结束拣选。