专利名称：一种测量纤维性能的仪器和方法
技术领域：
本发明涉及纤维品质测量领域，尤其涉及对与纤维(例如棉纤维)混合的非纤维 物(例如杂质)的检测。
背景技术：
通过对天然和人造纤维的各种不同性能进行常规评估，对纤维样品进行分级。这 些性能包括纤维的长度、强度、颜色、含水量、伸直度、细度和非纤维含量等。例如，测量棉纤 维的性能，以提供棉花的品质等级，这对于获得纤维价值及其对棉纱和棉织物品质的影响 是重要的。最初，纤维样品的分级取决于分级人员的感觉，该分级人员通过视觉观察纤维样 品，并由此确定其等级。然而，由分级人员进行分级的结果不确定，且严重依赖个人的技术 水平。电子仪器已开始用于对诸如棉花的纤维进行分级。然而，电子仪器通常难以检测 出棉花性能的细微变化，而分级人员则能够做到。需要不断改进这类仪器，以使它们例如在纤维性能的检测方面更一致，能够在更 短的时间内测量更多的纤维样品，能够更容易、更可靠、更可重复性地检测和识别广泛的纤 维和非纤维特性，以及提高这类仪器的可靠性并延长其使用寿命。
发明内容
可采用一种测量纤维样品性能的纤维仪器至少部分满足上述及其他要求，该纤维 仪器包括用于放置纤维样品的表面、用于将纤维样品压抵在表面上的手状物、用于选择性 地照明纤维样品的具有超过一种峰值波长的照明光源(其中每种峰值波长在峰值波长的 应用强度方面独立可控)、用于当纤维样品被照明时捕获其图像的传感器、以及至少用于控 制传感器和照明光源的控制器。通过提供具有多种峰值波长的照明、且这些峰值波长中的每种均在照明强度方面 独立可控，本文所述纤维仪器能够更好地检测出纤维样品内的异物以及确定纤维样品的颜 色等级。在本发明这一方面的各个实施例中，表面至少由玻璃、石英和蓝宝石之一制成。在 一些实施例中，手状物包括多只手状物，其中每只手状物就施加在纤维样品上压抵表面的 压力大小而言均单独可控。在一些实施例中，照明光源包括多个照明光源。在一些实施例 中，照明的峰值波长与黄光、红光、绿光和蓝光一一对应。在一些实施例中，传感器至少包括 照相机和电荷耦合器件之一。在一些实施例中，控制器是个人计算机。在一些实施例中，纤 维样品是棉花。本发明另一方面描述了一种用于测量纤维样品性能的纤维仪器，该纤维仪器包括 用于放置纤维样品的表面、超过一只的以均勻压力将棉花样品压抵在表面上的手状物、用 于照明纤维样品的照明光源、用于当纤维样品被照明时捕获其图像的传感器、以及用于控 制传感器和照明光源的控制器。本发明又一方面描述了一种用于测量纤维样品性能的方法，在该方法中将纤维样 品放置在表面上、将纤维样品压抵在表面上、使用具有超过一种不同峰值波长的照明光源
4照明纤维样品、分别控制具有超过一种峰值波长的照明光源的照明强度、以及当纤维样品 被照明时捕获其图像。在本发明这一方面的各个实施例中，照明纤维样品的步骤包括使用具有第一照明 峰值波长的第一照明光源以第一照明强度照明纤维样品、在第一照明期间捕获纤维样品的 第一图像、停止第一照明、使用具有第二照明峰值波长的第二照明光源以不同于第一照明 强度的第二照明强度照明纤维样品、在第二照明期间捕获纤维样品的第二图像、以及停止 第二照明。在一些实施例中，纤维样品通过多个接触点被压抵在表面上，以平衡施加在纤维 样品上的压力。
通过参考附图和详细说明，本发明的其他优点显而易见。为更清楚地显示细节，这 些附图并未按规定比例绘制，其中相同参考编号表示在一些视图中的相同元件。图1为本发明实施例所述的纤维仪器的功能框图。图2显示本发明第一实施例所述的照明光源。图3显示本发明第二实施例所述的照明光源。图4显示本发明实施例所述的在表面上的手状物。
具体实施例方式现结合附图描述纤维仪器的各个实施例。图1显示本发明实施例所述的纤维仪器 10的功能框图，该纤维仪器10可用于测量纤维样品12，例如棉花数量。纤维仪器10的基 本元件包括用于放置纤维样品12的表面14、用于将纤维样品12压抵在表面14上的至少一 只手状物16、用于将手状物16推抵在纤维样品12上的至少一台压缩机34、用于从表面14 下方照明纤维样品12的至少一个照明光源18、用于捕获对纤维样品12的测量结果的至少 一台传感器20、以及与纤维仪器10的各种元件通信的控制器22，且该控制器22可用于向 /从各种元件发送指令/接收信息，以按期望方式控制纤维仪器10，正如下文中一些实施例 所描述的。在一些实施例中，纤维仪器10很庞大，以能够处理非常大的纤维样品12，而在其 他实施例中纤维仪器10相当小，以便于携带。易于影响纤维仪器10总尺寸的元件之一是 表面14。在纤维仪器10的较大尺寸实施例中，表面14可大至几平方英尺，而在小尺寸实施 例中，表面14可小至低于九平方英寸。因此，不同尺寸的纤维仪器10能够容纳较小或较大 的纤维样品12，且旨在用于相对长久的安装或便携目的。纤维样品12可采用各种形式。在一实施例中，纤维样品12是被手状物手动置于 表面14之上的棉花。在其他实施例中，纤维样品12是流经风管系统的纤维，例如经过轧棉 机或棉纺厂的棉花，该纤维被自动捕获且压抵在表面14上。在一些实施例中，在分级操作 期间采集纤维样品12。在其他实施例中，纤维样品12是羊毛或人造纤维。压抵有纤维样品12的表面14允许从表面14对侧照明和查看纤维样品12，这在如 图1所示的实施例中即从表面14的下方。然而可看出在其他实施例中，表面14可位于其 他方位，例如相对于图1所示位置倒置或向侧面。为通过表面14照明和查看纤维样品12， 可在表面14内以诸如网孔或织物的形式设开口，或将表面14制成薄片，且期望波长的辐射至少部分可透过该薄片。由此，照明光线能够透过表面14，从纤维样品12上反射离开，并向 回透过表面14。在一些实施例中，至少对于所研究辐射峰内的照明，表面14对于照明光线 大体上是透明的，且实际上可完全被透过，正如下文所述。例如，在一些实施例中，表面14 至少由金属丝网、玻璃、石英、蓝宝石之一或一些其他这类材料制成。在大多数实施例中，表 面14大体上是平的。在一些实施例中，表面14在俯视图中呈正方形，而在其他实施例中 可根据需要具有其他形状，例如圆形。至少一只手状物16将纤维样品12压抵在表面14上。可基于一或多个标准确定 所使用的手状物16的数量，例如表面14的大小。例如，较大的表面14最好使用大量单独 的手状物16将纤维样品12压抵在表面14上，以使施加在非均勻纤维样品12上的压力均 衡。具体而言，正如纤维样品本性所表现的那样，这些纤维在一些地方易于成团，而在其它 地方易于变薄，由此使较大的纤维样品12在一些区域中存在较多的纤维，而在其他区域中 存在较少的纤维。通过在这类相对较大的表面14上提供更多的手状物16，每只单独的手状 物16可对纤维样品12内的小山和山谷状区域(姑且称之)施加相似大小的压力，而单一 的手状物16易于将所有压力施加到小山上，而未能对山谷施加压力。在一些实施例中，通过提供足够数量的手状物16，或者提供一或多只给定大小的 手状物16，使手状物16的表面区域大体上与表面14的表面区域相配。在其他实施例中，手 状物16的总表面积大于或小于表面14的表面积。例如，在一些实施例中，可通过将纤维样 品12超出表面14的圆周边缘进行压缩，改善纤维仪器10的测量，而在其他实施例中，可通 过使纤维样品12仅仅在表面14的圆周边缘内保持不压缩，改善纤维仪器10的测量。现参见显示纤维仪器10俯视图的图4，该图描述一实施例，其中四只手状物16大 体上覆盖所有表面14。如上所述，也可预期到其他实施例。再返回参见图1，压缩机34将手状物16压抵在纤维样品12上，由此将纤维样品 12压抵在表面14上。每只手状物16至少具有一台与其相联的压缩机34。压缩机34在一 些实施例中为线性缸，例如由空气或液力驱动的缸。在其他实施例中，压缩机34采用其他 形式，例如螺状物或架以及小齿轮装置。压缩机34可按线性方式移动手状物16，或将手状 物16向下转动到纤维样品12上。照明光源18例如在采集数据的测量期间照明纤维样品12。在一些实施例中，照明 光源18始终照明纤维样品12，或换言之，大体上持续发亮。在其他实施例中，只有当从纤维 样品12捕获测量结果时，照明光源18才照明纤维样品12。至少一个照明光源18用于照明 纤维样品12。在一些实施例中，照明光源18在表面14的下方周围均衡布置，以相对均勻地 照明位于表面14上的纤维样品12的各个部分。图3显示被制成环形的照明光源18，以均 勻照明纤维样品12。现参见图2，该图更详细地显示照明光源18。实施例中所述照明光源18包括多盏 灯24。照明光源18选择性地至少具有两种峰值波长，其中每种峰值波长在峰值波长的应用 强度方面独立可控。可每次应用一种或同时应用可选择的峰值波长。诸如24a的一些灯24 可提供具有第一峰值波长的照明，而诸如24b的其他灯24可提供具有第二峰值波长的照 明。在一实施例中，具有由灯24a、24b、24c和24d产生的四种不同的峰值波长。在其他实 施例中，通过提供四盏以上(不包括四)不同类型的灯24，或提供能够在每盏灯内同时或不 同时发出超过一种峰值波长的灯24，可具有四种以上(不包括四)的峰值波长。
例如，峰值波长通常可与黄色、红色、蓝色和绿色的可见光辐射一一对应。在其他 实施例中可使用其他峰值波长。在其他实施例中，峰值波长在某种程度上相互重迭。在一 些实施例中，如上所述，由不同的灯24提供这些不同的峰值波长。在其他实施例中，由相同 的灯24提供这些不同的峰值波长，即按某种方式操作这些灯，以根据灯24的操作方式在不 同时间产生这些不同的峰值波长。通过以某种方式配置灯24，可由不同峰值波长的强度单独而又独立地调节给定峰 值波长的强度。因此，纤维样品12在第一峰值波长的照明可采用第一强度，而纤维样品12 在第二峰值波长的第二照明可采用第二强度，其中第一强度和第二强度不是相同的强度， 且可单独而又独立地调控第一强度和第二强度。然而，可根据需要同时或连续进行第一照 明和第二照明。在一些实施例中，同时使用超过一种的不同峰值波长照明纤维样品12，且在同时 照明期间从纤维样品12收集一或多个测量结果。在其他实施例中，一次只使用一种不同峰 值波长照明纤维样品12，且在单独照明期间从纤维样品12收集单独或独立的测量结果。 在一些实施例中，在单一照明光源18内具有多组不同的灯24a-d。再次参见图1，传感器20可用于捕获纤维样品12的测量结果，例如当使用照明光 源18照明纤维样品12时。在一些实施例中，传感器20是一种图像捕获装置，例如使用胶 卷的照相机或电荷耦合装置。在一些实施例中，传感器20具有的视场足以捕获纤维样品 12被压抵在表面14上时纤维样品12整个表面区域的测量结果。在一些实施例中，传感器 20具有的视场可在传感器20中使用相同数量的像素时通过诸如缩放功能被缩小为更小的 表面区域(由此提高分辨率)，且可将该视场从纤维样品12表面区域的一部分移至另一部 分。纤维仪器10的运行是在控制器22的控制下进行的。控制器22优选例如由操作 员通过诸如键盘或触感屏幕可编程，或例如通过网络连接可远程接收程序。在一些实施例 中，控制器22不仅控制纤维仪器10的各种元件的运行，使它们协同工作，且从纤维仪器10 的各种元件接收回数据，使控制器22获悉各种元件的状况和运行。例如，在一些实施例中， 控制器22从表面14或手状物16或压缩机34接收回压力信息。在一些实施例中，控制器 22从传感器20接收回数据流。在一些实施例中，控制器22例如在诸如屏幕的显示装置上 可显示有关纤维仪器10运行的信息、以及由传感器20捕获的测量信息。在一些实施例中， 控制器22是个人计算机，而在其他实施例中，控制器22是嵌入式控制器。在一实施例中，将纤维样品12装载到表面14上，并使用压缩机34将手状物16压 抵在纤维样品12上，从而将纤维样品12压抵在表面14上，由此运行纤维仪器10。当对纤 维样品12施加期望大小的压抵压力时，照明器18的灯24被通电，从而由具有峰值波长之 一的辐射以期望强度照明纤维样品12。随后传感器20捕获纤维样品12的图像，且该图像 例如由控制器22储存。随后由具有不同峰值波长的辐射再次以该峰值波长要求的强度照 明纤维样品12，该强度可以是不同的强度。传感器20再次捕获纤维样品12的图像，且该图 像被储存在控制器22中。可根据需要重复以下过程，即使用具有不同峰值波长之一的光、 以单独而又独立可控的强度照明纤维样品12，且在每个照明周期中由传感器20捕获图像。在一些实施例中，在给定时间使用超过一种的峰值波长照明纤维样品12，且捕获 图像。在一些实施例中，例如由控制器22通过数学方式将在每个独立的照明周期期间被捕
7获的图像合并为单一的合成图像。在其他实施例中，对在每个独立的照明周期期间被捕获 的不同图像进行独立分析。一旦由传感器20捕获了所需图像并由控制器22储存，控制器22或一些其他处理 装置即可随后对一或多个图像进行分析，以确定纤维样品12的某些性能。例如，以具有不 同峰值波长的辐射照明纤维样品12，且这些峰值波长的强度单独而又独立可控，在此期间 捕获图像并对这些图像进行分析，由此已确定很容易检测出混入纤维样品12中的异物，该 “异物”是指由不同于纤维样品12的材料形成的物质。例如，在棉纺过程中，异物典型地被称为杂质，且包括诸如树皮、树叶、棍/棒、外 壳、毛发(人类和其他动物)、塑料(例如垃圾袋和其他塑料制品)、玻璃的材料以及其他可 随棉纤维夹带的有机材料和无机材料。通过使用不同波长以不同强度捕获棉花样品12的 图像，更易于将杂质与棉纤维区分开、以及进行棉花样品12的等级测量。因此，本文所述纤维仪器10由于其测量能力提高，可用于棉花的等级测量，例如 杂质测量或颜色测量。在一些实施例中，可在表面14上同时装载有不同纤维样品12的情况下使用纤维 仪器10，且传感器20可用于捕获那些不同样品12的单独图像。例如，不同纤维样品12可 被装载在不同的手状物16下。在一些实施例中，传感器20捕获被压抵在表面14上的共同 纤维样品12的分离图像，其中这些分离图像与表面14的不同象限或其他分区相关，且这些 不同部分或者由不同的波长照明，或者以不同的强度照明，或者由不同的压力压缩。可通过 控制器22对所有这类工作参数的排列进行编程。已为例证和说明而在前文中描述了本发明的优选实施例。但这些实施例并非详 尽，也并未将本发明局限于与所公开的内容完全相同的形式。人们有可能根据上述内容做 出显而易见的修正或更改。对实施例的选择和说明旨在设法提供对本发明的原理及其实 际应用的最佳例证，并由此使本领域技术人员能够利用适合于预期特别用途的本发明的各 种实施例及其修正。当对这些修正和更改进行公平、合法和公正的解释时，它们均在如附加 权利要求所确定的本发明的保护范围内。
权利要求
一种测量纤维样品性能的纤维仪器，包括用于放置所述纤维样品的表面；用于将所述纤维样品压抵在所述表面上的手状物；用于选择性地照明所述纤维样品的具有超过一种不同峰值波长的照明光源(其中每种所述峰值波长在所述峰值波长的应用强度方面独立可控)；用于当所述纤维样品被照明时捕获其图像的传感器；以及用于至少控制所述传感器和所述照明光源的控制器。
2.根据权利要求1所述的纤维仪器，其中所述表面构成至少包括玻璃、石英和蓝宝石之一。
3.根据权利要求1所述的纤维仪器，其中所述手状物包括多只手状物，这些手状物中 的每只手状物就施加在所述纤维样品压抵表面的压力大小而言均单独可控。
4.根据权利要求1所述的纤维仪器，其中所述照明光源包括多个照明光源。
5.根据权利要求1所述的纤维仪器，其中所述峰值波长与黄光、红光、绿光和蓝光一一 对应。
6.根据权利要求1所述的纤维仪器，其中所述传感器至少包括照相机和电荷耦合器件之一。
7.根据权利要求1所述的纤维仪器，其中所述控制器包括个人计算机。
8.根据权利要求1所述的纤维仪器，其中所述纤维样品包括棉花。
9.根据权利要求1所述的纤维仪器，其中至少在轧棉、分级和缩绒之一的期间测量所 述纤维样品的所述性能。
10.根据权利要求1所述的纤维仪器，其中所述纤维样品的所述测量性能包括检测所 述纤维样品中的杂质。
11.根据权利要求1所述的纤维仪器，其中所述纤维样品的所述测量性能包括检测在 所述纤维样品中的至少树皮、草、人类毛发、塑料、树叶、棍/棒、以及外壳之一。
12.根据权利要求1所述的纤维仪器，其中所述纤维样品的所述测量性能包括检测所 述纤维样品中的所有非纤维材料。
13.—种测量纤维样品性能的方法，该方法包括以下步骤 将所述纤维样品与表面相抵放置；将所述纤维样品压抵在所述表面上；使用具有超过一种不同峰值波长的照明光源照明所述纤维样品； 分别控制所述具有超过一种峰值波长的照明光源的所述照明强度；以及 当所述纤维样品被照明时捕获其图像。
14.如权利要求13所述的方法，其中照明所述纤维样品的所述步骤还包括使用具有第一所述照明峰值波长的第一照明光源以第一照明强度照明所述纤维样Pm ；在所述第一照明期间捕获所述纤维样品的第一图像； 停止所述第一照明；使用具有第二所述照明峰值波长的第二照明光源以不同于所述第一照明强度的第二 照明强度照明所述纤维样品；在所述第二照明期间捕获所述纤维样品的第二图像；以及 停止所述第二照明。
15.如权利要求13所述的方法，所述纤维样品通过多个接触点被压抵在所述表面上， 以平衡施加在所述纤维样品上的压力。
16.如权利要求13所述的方法，还包括对所述纤维样品的所述图像进行分析的步骤， 以确定所述纤维样品的性能。
17.如权利要求16所述的方法，其中至少在轧棉、分级和缩绒之一期间测量所述纤维 样品的所述性能。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述纤维样品的所述性能包括检测所述纤维样品 中的杂质。
19.如权利要求16所述的方法，其中所述纤维样品的所述性能包括检测在所述纤维样 品中的至少树皮、草、人类毛发、塑料、树叶、棍/棒、以及外壳之一。
20.如权利要求16所述的方法，其中所述纤维样品的所述性能包括检测所述纤维样品 中的所有非纤维材料。
21.如权利要求13所述的方法，其中所述表面构成包括至少是玻璃、石英和蓝宝石之ο
22.如权利要求13所述的方法，其中由多只手状物将所述纤维样品压抵在所述表面 上，且这些手状物中的每只手状物就施加在所述纤维样品上压抵所述表面的压力大小而言 均单独可控。
23.如权利要求13所述的方法，其中所述照明光源的超过一种的不同峰值波长源于多 个照明光源。
24.如权利要求13所述的方法，其中所述照明光源的超过一种的不同峰值波长源于单 个照明光源。
25.如权利要求13所述的方法，其中所述峰值波长与黄光、红光、绿光和蓝光一一对应。
26.如权利要求13所述的方法，其中所述纤维样品的所述图像至少是由照相机和电荷 耦合器件之一捕获的。
27.如权利要求13所述的方法，其中所述方法的所述步骤是由个人计算机控制的。
28.如权利要求13所述的方法，其中所述纤维样品包括棉花。
全文摘要
本发明公开一种测量纤维样品性能的纤维仪器，该纤维仪器包括用于放置纤维样品的表面、用于将纤维样品压抵在表面上的手状物、用于选择性地照明纤维样品的具有超过一种峰值波长的照明光源(其中每种峰值波长在峰值波长的应用强度方面独立可控)、用于当纤维样品被照明时捕获其图像的传感器、以及至少用于控制传感器和照明光源的控制器。通过提供具有多种峰值波长的照明、且这些峰值波长中的每种均在照明强度方面独立可控，本文所述纤维仪器能够更好地检测出纤维样品内的异物以及确定纤维样品的颜色等级。
文档编号G01N21/88GK101936914SQ20101022021
公开日2011年1月5日 申请日期2010年6月28日 优先权日2009年6月29日
发明者和森·M·古拉其, 普雷斯顿·S·巴克斯特, 由·T·储, 迈克尔·E·高文 申请人:乌斯特技术股份公司