专利名称：一种皮棉中异性纤维的检测计量方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种皮棉中异性纤维的检测计量方法及装置，特别是关于一种能 离线或在线检测与剔除皮棉中异性纤维的检测计量方法及装置。
背景技术：
皮棉中的异性纤维主要是棉花采摘、晾晒、保管、包装、运输以及加工等过 程中由于管理不善或操作方法不科学人为混入的。它主要包括布条、麻绳、丙 纶丝、塑料膜、有色线、家禽羽毛、人畜毛发等。由于皮棉中异性纤维的存在， 严重影响了棉花及棉纱的质量，削弱了国产棉花及棉织品在国际市场上的竞争力。 因此，对皮棉中异性纤维进行离线或在线检测与剔除具有十分重要的现实意义。 由于皮棉中的异性纤维总体含量微小，单纯按重量考核难以真实反映异性纤维的 危害程度，实践证明，异性纤维分散程度越大、单个颗粒规格越细小越难以清理， 对棉纱、棉布的危害也越大，因此有必要采用异性纤维个数计量的方法考核皮棉 质量。目前还没有一种采用异性纤维个数计量方法自动检测计量皮棉中异性纤维 含量的装置及方法。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种既可以按实际剔除出来的真实异性 纤维重量进行考核，也可以按显示的个数进行辅助分析异性纤维分散的程度的皮 棉中异性纤维的检测计量方法及装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案 一种皮棉中异性纤维的检测计 量方法，其是采用高速彩色或黑白CCD摄像机对松散皮棉进行扫描，并将扫描信 息传输给工控机，通过工控机内安装的检测计量应用软件对所采集的图像信号进 行处理，发现异性纤维时检测系统发出指令，驱动执行机构剔除异性纤维，并依 据剔除异性纤维的实际次数、典型次数、检测时间和彩色、黑白识别精度对皮棉 中的异性纤维进行计量，得到皮棉中含有异性纤维的个数，其中对检测结果进行 计算的公式如下
<formula>formula see original document page 4</formula>式中彩色、黑白实际次数是指在对皮棉进行检测过程中彩色、黑白摄像
机实际识别的次数，即喷阀动作的次数。典型次数是指由于棉花中的杂质和变 色棉纤维、个别较厚的棉团、实际风速与设定检测速度的差异等形成的彩色图像 的误识别次数的总和。彩色、黑白异性纤维识别精度是指由于受CCD光学分辨 率等硬件环境和软件算法等因素影响，实际识别率达不到100%，在过棉检测状态 下，彩色CCD、黑白CCD对目前掌握的各种规格、颜色的异性纤维的识别率为90 98%。
所述检测计量应用软件操作过程包括①质量确认，正式检测前首先对皮棉 进行3分钟的质量确认②显示确认结果，确认被检测皮棉质量等级；③自动加 载检测参数、修正计算公式，并将当前窗口数据清零，系统进入检测状态； 开 始检测，皮棉进入检测通道；⑤停止检测，检测完毕后人工将检测的皮棉重量填 入过棉重量栏，系统自动计算总量指标和平均指标；⑥数据保存与査询，点击"保 存"按钮可以将检测信息保存到指定的文件夹下，也可以点击"査询"按钮查阅 以往检测结果。
一种实现上述方法的皮棉中异性纤维的检测计量装置，其特征在于它包括 一输棉通道， 一识别与检测系统， 一执行机构， 一工控机， 一配电箱和一安装所 述各部分的箱体；所述输棉通道为一垂直设置、两端呈L型伸出、截面为矩形的 通道，所述输棉通道的中部为一段不透光的隔离带，所述隔离带的上、下部分别 为有一段玻璃检测通道，所述下部检测通道下方的输棉通道上相对设置有一喷气 口和一出杂口；所述识别与检测系统包括设置在所述上、下部检测通道两侧的日 光光源和紫外线光源，所述日光光源的外侧分别设置有可水平和上下移动的光背 景和彩色CCD摄像机，所述紫外线光源的一侧与彩色CCD摄像机对应设置有黑白 CCD摄像机，所述日光光源和所述紫外线光源通过一隔板隔开；所述执行机构包括 一储气罐，所述储气罐通过一组进气管连接一排快速反应电磁阀，所述电磁闽安 装在阀板上，所述阀板安装在所述输棉通道的喷气口处，且所述阀板面向检测通 道一侧设置有一排通过电磁阀控制的喷气小孔，与所述喷气口相对的所述出杂口 连通一废棉箱；所述工控机的主板上安装有两块分别连接所述彩色CCD摄像机和 黑白CCD摄像机的图像采集卡和两块DSP数字信号处理卡，所述工控机上连接一 显示器，所述工控机内安装有异性纤维检测计量应用软件。
所述日光光源、光背景和彩色CCD摄像机设置在所述上部检测通道，所述紫 外线光源和黑白CCD摄像机设置在所述下部检测通道。
所述日光光源、光背景和彩色CCD摄像机设置在所述下部检测通道，所述紫 外线光源和黑白CCD摄像机设置在所述上部检测通道。
所述废棉箱内设置有一 90。弯曲的导向板，与所述导向板相对设置有两块成 9(T的网眼板，以便于废棉与气流分离及气流返回检测通道。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明由于采用高速彩 色或黑白CCD摄像机对皮棉进行扫描，能够精确识别皮棉中异性纤维的存在。2、 本发明由于在玻璃检测通道中部设置了金属材料制作的隔离带，能防止彩色或黑 白摄像机识别所需的不同光源的相互干涉，使检测结果更为精确。3、本发明由于 采用了图像采集与处理系统及软件，能对皮棉中的异性纤维进行识别、定位处理， 并发出指令，驱动执行机构剔除异性纤维。4、本发明废棉箱由于设计了导向板、 废棉与气流分离的网眼板结构，能使异性纤维在剔除过程中随气流向下沉积，保 证了异性纤维的有效剔除。5、本发明采用了异性纤维检测计量应用软件，根据CCD 识别的异性纤维个数和所设置的计算公式，可较准确的统计出当前皮棉中所含有 的异性纤维个数，进而确定每吨皮棉中异性纤维含量。本发明既可以按实际剔除 出来的真实异性纤维重量进行考核，也可以按显示的个数进行辅助分析异性纤维
分散的程度。本发明适用于棉花加工和棉纺企业以及棉花质量检验等部门使用，
具有良好的经济效益和广泛的发展前景。
图1是本发明结构示意图
图2是本发明输棉通道示意图
图3是本发明识别与检测系统示意图
图4是本发明执行机构结构示意图
图5是本发明进气管、电磁阀与阀板连接示意图
图6是本发明检测计量装置工作原理方框图
图7是本发明检测计量软件流程方框图
具体实施例方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细的描述。
本发明方法是采用高速彩色CCD (电荷藕合器件图像传感器)或黑白CCD (电 荷藕合器件图像传感器)摄像机，对皮棉中的异性纤维进行扫描，扫描信号送入 工控机系统处理，发现异常时检测系统发出指令，驱动执行机构剔除异性纤维， 并对检测系统中的异性纤维个数自动计量。
如图1所示，本发明的检测计量装置包括 一输棉通道IO， 一识别与检测系 统20， 一执行机构30， 一工控机40， 一配电箱50和一安装上述各系统的箱体60。
如图2所示，本发明输棉通道10垂直设置在箱体60内，其两端呈L型伸出，
输棉通道10的横截面呈矩形。输棉通道10呈L型伸出的上下两端由金属材料制 作，松散的皮棉随气流从输棉通道10的上口 11进入。在输棉通道10的中部依次 设置上部检测通道12、隔离带13和下部检测通道14，上、下不检测通道12、 14 均由玻璃材料制作，二者之间的隔离带13由金属材料制作，下部检测通道14下 方的输棉通道10上相对设置有一喷气口 15和一出杂口 16，检测后的皮棉经输棉 通道10的下口 17输出。
如图3所示，本发明识别与检测系统20包括设置在上部检测通道12两侧 的日光光源21，两侧日光光源21的外侧分别设置有光背景22和彩色CCD摄像机 23。在下部检测通道14两侧设置有紫外线光源24，紫外线光源24的一侧与彩色 CCD摄像机对应设置有黑白CCD摄像机25，日光光源21和紫外线光源24通过一 隔板26上下隔离。光背景22可以根据通道亮度及曲线增益大小进行水平和上下 移动，确保设置在工控机内的检测计量应用软件设置的检测参数总能在最佳范围 内取值。
上述实施例中，整个设置在上部检测通道12两侧的日光光源21、光背景22 和彩色CCD摄像机23可以与设置在下部检测通道14两侧的紫外线光源24和黑白 CCD摄像机25的上下位置互换。本发明输棉通道10中部设置了不透明的金属隔离 带13，其与隔板26配合使用，用于日光光源21和紫外线光源24通过玻璃检的上、 下部测通道12、 14时的上下隔离，防止隔离带13上下光源的相互干涉，使检测 结果更为精确。
如图4所示，本发明执行机构30包括 一设置在箱体60内的储气罐31，储 气罐31内储存有一定压力的空气，储气罐31通过一组进气管32连接一排快速反 应电磁阀33，电磁阀33安装在阀板34上(如图5所示)，在阀板34面向检测通 道一侧设置有一排通过电磁阀33控制的喷气小孔(图中未示出)，阀板34安装在 输棉通道10上的喷气口 15处，输棉通道10上的出杂口 16连通一废棉箱35。在 废棉箱入口 351的下方水平设置一 90度弯曲的导向板352和一水平连接导向板 352底部的网眼板353，废棉箱入口 351下方竖直设置有另一网眼板354，该网眼 板354作为输棉通道的一部分，并与网眼板353连接。废棉箱35的外侧设有一清 杂小门355。含有异性纤维的废棉在高压气流作用下从入口 351进入，沿导向板 352方向向下沉积，气流可通过水平放置和垂直放置的两层网眼板353、 354返回 输棉通道10，这种结构透气性好，棉花不易附着在网面上，使排除异性纤维的路 线畅通。
如图6所示，本发明工控机40的主板上安装有图像采集卡41、 42和DSP (数
字信号处理Digtial Signal Processing)处理卡43、 44，并连接一显示器45。 在工控机40内装有异性纤维检测计量应用软件46。
如图1所示，配电箱50为本发明装置提供所需电源。
本发明装置在检测过程中，首先将打包后的原棉(皮棉)经过开松机充分开 松后形成松散而且很薄的小絮片随气流均匀的进入输棉通道10。识别与检测系统 通过彩色CCD摄像机23和黑白CCD摄像机25对棉流通道10内的皮棉进行实时扫 描取得图像信息，并将信息传输给工控机40中的图像采集卡41、 42，图像采集卡 41、 42得到的图像信息经过由DSP (数字信号)处理卡依据预先设定的异性纤维 算法对信息进行分析处理，彩色CCD摄像机23主要根据皮棉的主体颜色与标准光 背景的颜色进行对比，根据预先由工控机40中的DSP处理卡44设置的参数对被 检测皮棉及其所含的异性纤维的颜色、尺寸等物理特征进行识别。黑白CCD摄像 机25对在紫外线光源下有荧光反应的特殊异性纤维进行识别，确定异性纤维的轮 廓、中心坐标，并将识别结果及时发送给工控机40，工控机40根据异性纤维的具 体位置、棉流速度，在设定时间内对执行机构30中垂直对应的最邻近的一个或几 个电磁阀发出剔除命令，启动快速反应电磁阀33控制高压气流喷嘴，将含有少量 皮棉的异性纤维喷射到废棉箱35中。
本实施例通过工控机40内的异性纤维检测计量应用软件46，可根据CCD摄像 机识别位置到喷出气流的喷气小孔中心线的距离和棉流运行的速度(风速)设置 和调整滞后时间、持续时间，可以准确的执行喷射，实现准确的剔除异性纤维。
如果是离线或在线抽样检测，检测后的皮棉可经气流输送到集棉箱(图中未 示出)进行处理；如果是在线对全部皮棉进行检测，检测后的皮棉可直接返回到 生产线气流输送系统中。
本发明装置从CCD图像识别与检测系统20到执行机构30的动作，是一一对 应的计数过程，通过异性纤维检测计量应用46的统计信息可以得到某段时间内共 喷射了多少次，其中黑白、彩色各喷了多少次。从理论上讲这些喷射的次数应该 都是异性纤维，但是，由于皮棉通过气流输送方式经过检测通道，受到气流波动、 棉层薄厚、棉花等级质量、识别参数设置等诸多因素的影响，有一定次数的误识 别在所难免，实际喷射的次数(识别出的次数)将超过真实异性纤维数量。因此 只要合理设置计算公式及参数，剔出误喷的次数，即可较准确的统计出当前皮棉 中所含有的异性纤维数量，再根据数量多少划分出含量等级，确定每吨皮棉中异 性纤维含量。
本发明的计量方法主要是依据CCD识别的异性纤维个数进行计量，其精确度
主要由识别精度来保证。如果要想取得异性纤维的重量，最直接的办法就是将废 棉箱中的异性纤维手工挑拣出来后用天平称量，两种计量方法相辅相成。 本发明装置的计数方法如下
彩色异纤縫(个数)彩色实g^-(^次数x时间)
彩色识别精度(％)
點將数量(个数)黑白实g^-(fg次数X时间)
黑白识别精度(％)
其中
彩色、黑白实际次数是指在对皮棉进行检测过程中彩色、黑白摄像机实际 识别的次数，也就是喷阀动作的次数，异性纤维检测计量应用软件46可以分别统 计彩色和黑白异性纤维识别的次数。
典型次数是指由于棉花中的杂质(如棉秆、棉叶、棉籽皮、草叶等杂质) 和变色棉纤维、个别较厚的棉团(块)、实际风速与设定检测速度的差异等形成的 彩色图像的误识别次数的总和。其是必然存在的次数，需经过大量过棉检测后根 据实际次数统计得到。理论上讲，如果没有这些杂质的存在和误识别情况的发生， 典型次数应该为"0"，但是实际上有些杂质同异性纤维的颜色、形状很相近，有 些低等级皮棉的灰度与某些异性纤维的灰度比较接近，为了确保检测的精确度， 保持一定范围的典型次数是很必要的。不同等级或不同质量的皮棉典型次数有一 定的差异，例如同一参数下检测不同质量等级的棉花，典型次数可在8 20次/ 分之间波动。每分钟的典型次数分档规则已经预设在检测计量应用软件46中，依 据实际皮棉调用哪个典型次数参与计算，需要在正式检测前对皮棉样本进行3分 钟的预检，称之为"质量确认"过程。经过3分钟的质量确认过程，可以得到每
分钟的典型次数，根据每分钟的典型次数分档规则相应得到公式中确定的典型次 数，从而当预检结束后就确定了典型次数。
国家棉花标准中将皮棉分为七个等级，但为了简化检测计量，异性纤维检测
计量应用软件46侧重依据含杂率高低、颜色深浅，将其按特优棉、优质棉、中等 棉、稍差棉、较差棉划分为五个等级进行检测，不同质量等级的皮棉需要用不同 的典型次数，为了体现公平性，质量确认过程及正式检测过程中所使用的检测参 数即检测标准(各项识别参数的设定)都是相同的，所不同的仅仅是典型次数， 这些工作都由"质量确认"过程自动完成。
彩色、黑白异性纤维识别精度由于受CCD光学分辨率等硬件环境和检测计
量应用软件46的算法等因素影响，实际识别率达不到100%。在过棉检测状态下， 彩色、黑白CCD对目前掌握的各种规格、颜色的异性纤维识别率为90 98%。 如图7所示，本发明装置的异性纤维检测计量应用软件46的操作过程如下
1、 正式检测前首先对皮棉进行3分钟的预检，即进行质量确认，否则系统不 加载任何参数，"开始检测"按钮也不可操作。
2、 显示质量确认结果该皮棉质量等级为XX棉。
3、 确认显示结果后，系统进入检测状态，自动加载检测参数、修正计算公式 中的典型次数，并将当前窗口数据清零。
4、 开始检测，对已进入检测通道的棉花进行检测，并将检测到的异性纤维实 时剔除。
5、 检测完毕后按"停止检测"按钮，系统自动将异性纤维检测信息填入总量 信息栏，检测人员通过键盘输入过棉重量，再点击"应用"按钮，系统自动将每 吨皮棉中异性纤维含量的平均指标计算出来。点击保存按钮系统还可以将上述信 息以文本文件的形式保存在指定的文件夹下，以便用户进行査询。
本发明装置的计量过程需要考核的指标主要有总量指标和平均指标，总量指 标包括过棉时间、过棉重量、异性纤维总个数、其中含有的彩色异性纤维个数和 黑白异性纤维个数；平均指标包括平均每公斤皮棉含有的异性纤维个数、平均每 吨皮棉含有的异性纤维个数、每吨皮棉含有异性纤维个数的数量级别代码，每个 级别代码分别代表平均每吨皮棉中含有的异性纤维个数的数量范围，已在异性纤 维检测计量应用软件46中设置好。
液晶显示器45显示的异性纤维含量指标主要依据CCD识别次数计算，计算结 果与皮棉中异性纤维个数应该一致。废棉箱35中的异性纤维重量与皮棉中原有异 性纤维含量也应该一致。
本计量方法要求检测系统应具备一套稳定的硬件环境，如稳定的气流输送速 度，稳定且无干扰的供电环境等。
本发明装置在棉花加工厂对已成包皮棉进行离线检测时，需要配备皮棉开松 机对成包皮棉进行均匀喂棉、开松处理，在棉花加工厂或棉纺厂进行在线检测时 由于皮棉处于松散状态，可直接利用生产线上皮棉气流输送管道中稳定的风速、 过棉量进行检测和剔除，也可通过吸棉风机抽取部分皮棉样本直接输送到检测通 道。
本发明仅以上述实施例进行说明，凡根据本发明原理进行的等效变换，均不 应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
1、一种皮棉中异性纤维的检测计量方法，其是采用高速彩色或黑白CCD摄像机对松散皮棉进行扫描，并将扫描信息传输给工控机，通过工控机内安装的检测计量应用软件对所采集的图像信号进行处理，发现异性纤维时检测系统发出指令，驱动执行机构剔除异性纤维，并依据剔除异性纤维的实际次数、典型次数、检测时间和彩色、黑白识别精度对皮棉中的异性纤维进行计量，得到皮棉中含有异性纤维的个数，其中对检测结果进行计算的公式如下式中彩色、黑白实际次数是指在对皮棉进行检测过程中彩色、黑白摄像机实际识别的次数，即喷阀动作的次数。典型次数是指由于棉花中的杂质和变色棉纤维、个别较厚的棉团、实际风速与设定检测速度的差异等形成的彩色图像的误识别次数的总和。彩色、黑白异性纤维识别精度是指由于受CCD光学分辨率等硬件环境和软件算法等因素影响，实际识别率达不到100％，在过棉检测状态下，彩色CCD、黑白CCD对目前掌握的各种规格、颜色的异性纤维的识别率为90～98％。
2、 如权利要求l所述的一种皮棉中异性纤维的检测计量方法，其特征在于 所述检测计量应用软件操作过程包括① 质量确认，正式检测前首先对皮棉进行3分钟的质量确认② 显示确认结果，确认被检测皮棉质量等级；③ 自动加载检测参数、修正计算公式，并将当前窗口数据清零，系统进入检 测状态；④ 开始检测，皮棉进入检测通道；⑤ 停止检测，检测完毕后人工将检测的皮棉重量填入过棉重量栏，系统自动 计算总量指标和平均指标；⑥ 数据保存与査询，点击"保存"按钮可以将检测信息保存到指定的文件夹 下，也可以点击"査询"按钮査阅以往检测结果。
3、 一种实现如权利要求1或2所述方法的皮棉中异性纤维的检测计量装置， 其特征在于它包括一输棉通道， 一识别与检测系统， 一执行机构， 一工控机，一配电箱和一安装所述各部分的箱体；所述输棉通道为一垂直设置、两端呈L型伸出、截面为矩形的通道，所述输 棉通道的中部为一段不透光的隔离带，所述隔离带的上、下部分别为有一段玻璃 检测通道，所述下部检测通道下方的输棉通道上相对设置有一喷气口和一出杂口；所述识别与检测系统包括设置在所述上、下部检测通道两侧的日光光源和紫 外线光源，所述日光光源的外侧分别设置有可水平和上下移动的光背景和彩色CCD 摄像机，所述紫外线光源的一侧与彩色CCD摄像机对应设置有黑白CCD摄像机， 所述日光光源和所述紫外线光源通过一隔板隔开；所述执行机构包括一储气罐，所述储气罐通过一组进气管连接一排快速反应 电磁阀，所述电磁阀安装在阀板上，所述阀板安装在所述输棉通道的喷气口处， 且所述阀板面向检测通道一侧设置有一排通过电磁阀控制的喷气小孔，与所述喷 气口相对的所述出杂口连通一废棉箱；所述工控机的主板上安装有两块分别连接所述彩色CCD摄像机和黑白CCD摄 像机的图像采集卡和两块DSP数字信号处理卡，所述工控机上连接一显示器，所 述工控机内安装有异性纤维检测计量应用软件。
4、 如权利要求3所述的一种皮棉中异性纤维的检测计量装置，其特征在于 所述日光光源、光背景和彩色CCD摄像机设置在所述上部检测通道，所述紫外线 光源和黑白CCD摄像机设置在所述下部检测通道。
5、 如权利要求3所述的一种皮棉中异性纤维的检测计量装置，其特征在于 所述日光光源、光背景和彩色CCD摄像机设置在所述下部检测通道，所述紫外线 光源和黑白CCD摄像机设置在所述上部检测通道。
6、 如权利要求3或4或5所述的一种皮棉中异性纤维的检测计量装置，其特 征在于所述废棉箱内设置有一90°弯曲的导向板，与所述导向板相对设置有两块 成90°的网眼板，以便于废棉与气流分离及气流返回检测通道。
全文摘要
本发明涉及一种皮棉中异性纤维的检测计量方法及装置，其是采用高速彩色CCD或黑白CCD摄像机对松散皮棉进行扫描，并将扫描信息传输给工控机，通过工控机内安装的检测计量应用软件对所采集的图像信号进行处理，发现异性纤维时检测系统发出指令，驱动执行机构剔除异性纤维，并依据剔除异性纤维的实际次数、典型次数、检测时间和彩色、黑白识别精度进行计量，得到皮棉中含有异性纤维的个数。本发明既可以按实际剔除出来的真实异性纤维重量进行考核，也可以按显示的个数进行辅助分析异性纤维分散的程度。本发明适用于棉花加工和棉纺企业以及棉花质量检验等部门使用。
文档编号G01N21/88GK101393139SQ20081022481
公开日2009年3月25日 申请日期2008年10月22日 优先权日2008年10月22日
发明者康玉国, 戎立斌, 李付堂, 李文侠, 斌 胡, 胡宝林 申请人:北京中棉机械成套设备有限公司