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0 前言 所谓异纤（俗称“三丝”）主要是指棉花在采摘、运输、加工、储藏等环节中混入棉纤维中的其他纤维、脏棉或其他异物。如布片、塑料薄膜、丙纶丝、头发丝、动物毛羽、麻纤维等。棉花中夹带的异纤经过纺织机械打击分梳后，异纤纵向断裂、横向分开，数量成倍增加。纺纱时，散落的异纤混入纱条容易使棉纱断头，降低生产效率；织布时，由于纱线中的异纤多浮于纱线表面，使布面出现大量疵点，影响布面质量；漂白或染色时，因不同纤维着色率不同，会在布面形成各种色点，影响布面外观。 1 异纤检除机的用途及工作原理 1.1 异纤检除机的用途 异纤检除机就是安装在前纺开清棉流水线的精开机后面，快速识别并清除异纤的设备。在异纤机出现之前，国内棉纺厂普遍采用人工方式，挑拣棉花中的三丝，效率低，成本高，而且清除质量差。异纤机发明后，国内厂家逐渐用异纤机替代了人工，既减少了成本，也提高了效率和质量。 1.2 工作原理 目前的棉花异纤检除机，从工作原理上基本可分为三大类型［1］ ：一类用光电式识别原理，采用光电二极管对棉花中的异纤进行识别，主要通过异纤与棉花的色差反映到光电管的电流差别，经信号放大、处理比较来识别异纤。第二类用超声波检测。其原理是超声波传感器发出超声波，发射到棉花上，然后再检测反射回来的信号。当棉花中有异纤时，由于异纤反射回来的信号强于棉花，经信号处理、比较后识别异纤。第三类是用电荷耦合器件即CCD图像传感器制成的高速线阵CCD摄像机对棉花进行扫描，扫描信号经计算机系统处理，进而识别棉花中的异纤。 然而上述异纤的检测方式也有各自的不足：光电式识别方式是靠色差识别异纤，所以与棉花颜色相近的异纤无法识别，如白色丙纶丝等。同样对毛发等细小异纤也无法识别，只能检出大块的异纤，整机检出率不高，只适合粗检。超声波方式依靠声波检测，声波传播速度没有光波快，对异纤的识别反应速度较慢，棉流速度过快时，容易漏检。另外，超声波的声波对较大体积的异纤反应明显，对细小异纤同光电管一样，识别不了。高速线阵CCD摄像机虽然响应速度很快，也能检测出细小异纤，但是其成本较高。 2 异纤检除机的发展历程 20世纪80年代，瑞士、德国、意大利等发达国家最早开始进行棉花异纤检除机的研究。进入21世纪后，一些起步相对早的国家已经推出了能用于实际生产中的异纤检除机。 最具代表性的主要有瑞士Jossi公司、德国特吕茨勒公司、意大利Loptex公司、印度普瑞美公司等。2000年以前，初期的异纤检除机无法识别白色异纤，只能清除有色和大块异纤，而且清除率很低。因此，国内很少有厂家主动安装。大部分是安装前纺开清棉流水线时，以捆绑模式进入市场。 2000年以后，国内相关企业开始研制异纤检除机，代表企业有大连贵有公司、无锡恒久公司、洛阳方智公司、北京经纬公司等。洛阳方智公司由于起步较早，技术先获得突破，从2005年到2010年，在市场上占主导地位。2011年以后，北京经纬公司技术取得进展，销量激增，在市场上占有了大量份额。 3 新型异纤检除机的结构组成和应用 3.1 新型异纤检除机的结构组成 异纤对棉纺生产的影响越来越大，高效、低成本的棉花检测已成为棉纺相关企业发展的关键因素，为此青岛东佳纺机集团有限公司对比国内外相关技术，结合国内棉纺生产的实际情况，开发了FA130D型异纤检除机。 FA130D型异纤检除机（见图1）主要由照明，成像，数据采集处理，执行机构等部分构成，棉流从下向上通过输棉通道，通道内的检测区域采用高透明玻璃，并采用高亮度灯管照亮通道，采用四台彩色高速线阵CCD摄像机对棉流进行扫描，采集棉流的光模拟信号，并送至计算机的图像处理系统，图像处理系统对信号进行分析，并发出相应指令，控制快速响应的高压气体清除单元清除异纤。 图1 FA130D结构示意 FA130D型异纤检除机采用组合式照明即白光和紫外灯光相结合的照明方式。有色三丝检测区采用4对对称排布的高亮度T5灯管照明，亮度均匀，稳定。相机采集的图像无频闪现象，图像保持原色，不失真。细小的异纤，如头发丝等与棉花的对比较明显，识别率高。紫外检测区采用T8紫外灯管照明，主要用于激励白色或透明异纤中的荧光效应，突出其成像效果。此外，紫外检测区还附加了一组偏振灯光照明装置，浅色聚丙烯和透明或半透明的塑料膜可在偏振光的照射下产生彩色变化，与棉花形成对比色，从而进行识别。 FA130D型异纤检除机（见图2）采用四台3LineCCD彩色高速摄像机采集棉花信号，四台相机分层布置，检测区的棉花被多次重复检测，增加了对异纤的识别效率。相机有三行CCD传感器，每行有4080个像素点，即每次扫描得到一幅1×4080的图像，每个像素有R、G、B三种颜色组成。相机扫描过程中，物体向左运动，在物体通过检测区域时，相机会依次扫描物体的不同部分，从而采集到物体的整体图像［2］ 。 图2 FA130D摄像系统 FA130D型异纤检除机采用工控机配采集卡的方式进行图像的分析处理：将相机采集卡插到工控机内，由工控机负责采集，处理，执行。开发相对简单，性能优越，采用工控机的显卡GPU做图形识别算法的并行运算，大大提高了系统的响应速度，经测算整个识别算法运行时间为4ms左右，完全满足现场在线检测的要求。 FA130D型异纤检除机的执行机构由铝合金气容、高频电磁阀、电磁阀驱动电路板等组成。当发现异纤时，计算机就会对异纤所在的位置进行定位，并将异纤位置信息传送给控制系统，由控制系统向气动装置驱动控制电路发出相应指令，在异纤经过区域，开启对应的快速高压气阀，高压气体将异纤吹出输棉管道，落入废棉箱中。 3.2 新型异纤检除机的特点 FA130D型异纤检除机采用从下至上过棉，结构紧凑，可与任意品牌开棉机实现无缝对接，实现最小安装空间要求；整机不含打手，不增加棉结与短绒，不损伤纤维；检测区采用分层、分区监测，并单独对各区域进行密封，可长时间不用清洁，达到免维护的效果；系统软件功能全面，操作简洁，具有完善的自我监控及诊断机制，设计有光源变化自适应功能，对灯管亮度变化跟踪调节，使系统始终运行在最佳状态；对毛发、有荧光和无荧光白色异纤、浅色（青灰色）异纤无荧光的透明塑料膜、塑料包装纸、塑料片等均可检出，功能全面。 4 新型异纤检除机的应用效果 FA130D型异纤检除机自研制成功后，已在江苏、山东、河北、河南等用户中使用，运行情况良好，完全代替了以人工挑拣异纤的工作。为检测实际检除效果，我们对德州某厂的FA130D异纤检除机进行了试验。试验采用已被挑拣出来的异纤，选用最小尺寸片状约1 cm 、线状为2 mm×40 mm的各种异纤，从FA130D异纤检除机进棉口投入，得到检测结果见表1。 由以下实验结果可以看出，FA130D型异纤检除机对各种类型的异纤检除效果基本稳定，对各类异纤的综合检出率不低于80%。 5 结语 FA130系列异纤检除机是机器视觉技术在棉纺织技术上的新发展，是目前代替人工挑拣棉花，解决困扰纺织企业异纤问题的有效途径，大大降低了企业用工成本。 参考文献： ［1］冯显英，任长志，黄燕云. 基于机器视觉的异性纤维检测系统［Ｊ］．山东大学报（工学版）,2006,36（4）：5－8． ［2］Basler L304kc 用户手册［Ｊ］．3－11． |
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