CN1047848C - 光电子棉花杂质自动在线检测方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光电子棉花杂质自动在线检测方法与装置。待清蓬松的棉花由输送装置形成扁平状，传送到可见光及紫外光照明及检测的由CCD等组成的检测视场中，获取的二维信息送入计算机进行数字图象处理，提取杂物信号，计算机根据杂物空间位置控制相应的压力喷嘴将杂物喷除。本发明不仅能清除棉花中的各种有色杂物，而且对无色透明的如尼龙等有机杂物的清除同样有效。

Description

光电子棉花杂质自动在线检测方法与装置

本发明涉及为生产纤维或长丝而对天然纤维或长丝原料进行的机械处理，特别是一种在紫外及可见光波段工作的光电子棉花杂质自动在线检测方法与装置。

由于棉花中混夹着杂物，如尼龙、塑料、麻线、毛发等，特别是无色透明的如丙纶等杂物，在后道工序中打碎纺织成布匹后，可被染色的能力很差，造成深色的布匹上有浅色的点，会直接影响产品的质量，从而造成企业利润的大幅度下降。以往采用的手段是依靠大量人力的手工挑拣操作。但因其质量不稳定，工作环境恶劣，劳动强度大和效益低，所以人工清棉除杂方法已远不能满足现代高档棉纺织品竞争市场的需求，而运用高科技推出性能价格比高的棉花除杂新技术与设备已成为当今国际纺织业的重大攻关项目、如瑞士Uster公司Uster Optiscan(Textil Month，February 1995，P.39)是配备一体化的棉花除杂机构，它是将棉花传送至一维扫描的颜色传感器(对蓝、绿、红敏感)，杂物信号达阈值就由喷气阀有选择地将杂物吹入杂物箱内，但是，它是根据杂物的信号的颜色阀值对杂物进行清除的，它能清除麻纱、绳索、石块、棉籽及金属件等有色杂物，而对无色透明的诸如尼龙片等就没法清除。另外要经常对红绿兰三色传感器进行校色，使用起来非常麻烦。

本发明的目的在于提供一种在紫外及可见波段获取信息，运用计算计数字图象处理技术识别与定位杂物或沾污棉花并由计算机控制压力喷管喷气清除杂质的自动在线检测方法与装置。

本发明的目的通过如下技术方案达到：步骤1，棉花输入：将带有杂物或沾污棉花的蓬松棉花由输送装置形成厚度d为5～8厘米、宽度L为60～100厘米的扁平状，传送到由CCD及紫外传感器视场中；步骤2，照明：由日光灯管和紫外线低压荧光汞灯组成可见光及紫外波段的对棉花被检测部位的照明；步骤3，可见光检测：由2084元线列CCD电荷耦合器件及相应的光学部件组成可见光检测装置，配合传送带定速传送棉花而获取杂质二维图象信息；步骤4，紫外检测：由紫外增强256元线列硅光电二极管及其相应的光学部件组成紫外波段检测装置，结合定速传送棉花获取紫外波段的杂质信息；步骤5，图象特征识别：通过电子计在可见光波段采用数字图象处理技术，实现Sobel算子的边缘特征提取，并确定杂物(含污染棉花)的空间位置；步骤6，信号数据处理：对紫外波段杂物超阈值信号确定杂物空间位置；步骤7，可见光与紫外信息复合：将紫外和可见光波段的杂物位置信息进行“与”操作，并把最终位置信息送至喷嘴控制器；步骤8，压力喷嘴除杂：由十个压力为0.1～1MPa的压力喷嘴组成6厘米间隔的线列，喷嘴的椭圆口径长短轴分别为8和3毫米，控制器根据杂物的空间位置控制相对应的压力喷嘴将杂物喷除；步骤9，杂物输出：被喷除出的杂物及沾污的棉花被收集至杂物箱内；步骤10，清洁棉输出：清洁的棉花由管道被输送到下道工序。

本发明有如下有益效果：

1、工业上棉花中存在比较多的杂物是透明的、颜色与棉花相近的如尼龙等杂物，这些杂物在紫外波段与棉花能明显相区分；加上二维数字图象处理，能正确地把这些杂物及沾污的棉花加以识别并清除。

2、对隐于蓬松棉花风层的杂物来说，由于可见及紫外光照明及位于棉花底面的底板的反射，对于蓬松棉花好似增加了一个透射式的二次照明，杂物能呈现出一个阴影而被检出。

3、十个椭圆喷口的压力喷嘴在计算机根据杂物空间位置的控制下，能自动、有效地吹气喷去杂物，将杂物收集在杂物箱内，由于杂物的质地一般都比棉花质密，在高速气流作用下被整个喷出，而带出的正常棉花纤维较少。

4、本发明适合于在棉花开包机、或初清机，或搅拌机的后序使用。

5、本发明运用了二维数字图象处理和可见光、紫外双色光谱特征提取以及计算机数字控制多种操作而实现棉花在线的自动检测和除杂。

本发明附图说明如下：

图1为本光电子棉花杂质自动在线检测方法的程序框图。

图2为本发明光电子棉花杂质自动在线检测装置的结构示意图。

图3为本发明照明程序的装置示意图。

图4为本发明照明程序的另一示意图。图4为图3的侧视图。

图5为本发明压力喷嘴装置的结构示意图。

图6为棉花与几种尼龙杂质的反射光谱曲线圈，图中纵轴为反射率的相对值，其中棉花的反射率置于约为100％的位置。图中实线、单点锁线、双点锁线、虚线分别代表棉花、白尼龙、旧白尼龙、红尼龙的反射曲线，图中明显可见在紫外区尼龙杂质的反射曲线相对于棉花有特征性的起翘，利用紫外检测这些杂质十分有利。

图7为本发明数据流程框图。

图8为本发明图识别程序和喷嘴控制程序配合示意图。

图9为本发明软件工作流程框图。

下面结合附图和本发明作进一步说明。

根据每小时棉花流量约400千克的要求，棉花以10厘米/秒的速度在两块平行的板间通过，板上开有高为1宽为L的石英识别窗，上下分别置日光灯和紫外线低压荧光汞灯光源，分别由CCD线列和紫外增强硅光电二极管线列阵器件及其相应的光学部件进行检测，CCD线列为2084元，紫外增强硅光二极管线列为256元，棉花先后经过CCD和紫外增强硅光电二极管列阵器件进行采样，经图象和信号特征识别程序计算后，得到杂物位置并送至喷嘴控制程序，当杂物通过喷嘴正前方时，相应喷嘴打开，用高速气流将杂物喷出，完成杂物的剔除工作。

系统中采用了一块图象采集卡，由计算机将CCD的图象经采集卡以二维数字图象的形式采集下来，进行图象识别处理，图象采集卡为V512B图象采集卡，采集内存512KB，采集速度30ms/帧。

识别结果经由计算机与喷嘴控制卡对十个喷嘴进行控制，喷嘴控制卡的控制端口地址为260H，当送往端口的控制室中的某些位置放置“1”时，相应的喷嘴开启，直到再送来的控制字的相应位被复“0”才关闭，即喷嘴开启时间可由软件调整。

本发明中软件部分有两个任务，一是对棉花可见光图象和紫外信号数据进行处理，识别出杂物的位置；二是根据识别信息控制喷嘴的动作。即具有特征的识别和喷嘴控制二个子系统。

对于可见波段，采用了Sobel算子边缘特征检测的方法，这种方法的优点在于区别杂质是根据局部的灰度突变，而不是全部的灰度分布，这就使当一批棉花质地颜色偏深时识别不受影响，因为此时灰度变化是整个背景的变化。另外由于棉花的阴影是大面积的，其边缘灰阶变化是缓慢的，也不会影响杂物的提取。根据有夹杂物的棉花的图象特别进行分析，其中杂物边缘主要是阶跃状边缘，它两边象素的灰度有显著不同，阶跃状边缘变化规律为灰度变化曲线的一除差分在该点达到极值，二阶差分在该点近旁呈零交叉。阶跃边缘的检测，有多种比较成熟的算法，考虑了运算量的大小和阈值选取的方便，本发明选取Sobel算子来进行杂物信号的提取。边缘信息提取后，判定每个喷嘴的作用小区域中所存在的边缘点数是否超过了阈值，如果超过则该区对准的喷嘴将会动作。

对于紫外波段，则不进行边缘信息提取工作。参见图6，几种杂质为白尼龙32、旧的尼龙30、红尼龙31与棉花29的紫外反射曲线相异明显，故紫外光可以显著地将棉花和尼龙塑料等区分开，采用阈值法就可以了，线列紫外增强硅光电二极管的各元分区与多喷嘴作用区对应，当对应某小区的硅光电二极管输出超过阈值，则控制相应位置的喷嘴动作。

特征识别子系统还负责把可见和紫外波段的位置信息进行“与”操作，合成在一起，把最终位置信息送到喷嘴控制卡。

喷嘴子系统的作用是在合适的时刻根据特征识别子系统送来的信息使喷嘴开启。延迟一段时间后，还要送控制信号使喷唬关闭，本发明使用的喷嘴开启持续时间为100ms，采用软件开闭喷嘴，主要可使开启时间可调，并降低硬件电路的复杂程度。特征识别子系统和喷嘴控制子系统必须并行工作，特征识别程序处理完一块数据，将控制信息传出后，马上就要继续处理下一块数据，而不能停下来让控制程序独占处理器。喷嘴控制程序采用常驻内存程序(TSR)，并接管实时钟中断INT70H。该中断为硬件中断，其触发信号来自于RT/CMOSRAM芯片32.768KHz基准振荡信号的22级分频器的输出，触发频率为1.024KHz，即每秒1024次。平时该程序处于休眠状态，在识别程序送来位置信息时被激活，向相应的喷嘴发送开启信号，使喷嘴打开，并置开始计时标志，然后将控制返回识别程序。当TSR发现计时器计时满时，向开启的喷嘴关闭信号，使喷嘴关闭。

边缘检测的结果和紫外增强硅光电二极管的信号进行“与”操作，二者只要其中之一检测到杂物，就向相应的喷嘴发开启信号。使用简单的“与”方法不增加计算量。

由于构造上的限制，喷嘴不可能紧贴识别窗，要保持6厘米的距离，杂物的位置信息送至喷嘴控制程序时，还不能马上开启喷嘴，要等待600ms，使杂物能运动到喷嘴正前方。这个等待由喷嘴控制程序来实现，识别工作仍在工作。在等待的过程中，又相继有三组位置信息传来，所以要在TSR中设一个有四单元的循环队列，每个单元存放一组位置信息，每个单元设一等待计数器，当有数据送入时，计数器清零，此后INT70H每1ms中断一次，计数器加1，一旦那个单元的计数器达到600时，也就是等待满600ms，这个单元中的数据就会送去控制喷嘴阀门开启，同时清除该单元内容。另外，为了控制喷嘴开启时间，又设立了一个延时计数器，每当喷嘴开启时，该计数器清零，以后也是每1ms加1，直到计数满100，则发信号关闭所有喷嘴。

在识别程序方面，先用120ms采集下CCD图象，马上开始计算第一区的数据，100ms后计算结束，等待100ms使第一区完全进入紫外探测视场，把紫外增强硅光电二极管的输出和计算结果“与”操作，得到最终的杂物位置信息，并到并激活喷嘴程序。然后紧接着计数第二区。

本发明光电子棉花杂质自动在线检测装置已试运转，硬件、软件设计是可行和有效的，杂物清除率达90％以上。棉料经料斗在棉花驱动装置11和12作用下通入扁平的通道，通道的一面开有识别窗17(石英)，上下各置可见光照明源16和紫外照明源21，二侧有反光板26，在识别窗前置CCD检测装置19和紫外检测装置20，机箱外围置有计算机与监视器18，在棉花通道正交方位设置有10个喷嘴22，喷嘴对准杂物导管13，以便杂物集中于杂物箱14，在每个喷嘴前各按置有一个二位三通电磁气阀27，每二个喷嘴合用于一个空气过滤器23，电磁气阀由一个控制器24控制，其正压气体由空气压缩气管28提供。清洁棉花在贮存箱25暂存后由洁棉管道15输往后工序。

Claims (2)

1、一种光电子棉花杂质自动在线检测方法，包括由输送装置将棉花传送到传感器视场中，在照明下对感知的杂物信号进行数据处理，然后由控制器控制喷嘴将杂物清除至杂物收集箱，清洁的棉花被输送到后道工序，其特征在于：

(1-1)棉花输入：将带有杂物或沾污的蓬松棉花由输送装置形成5～8厘米厚、60～100厘米宽的扁平状，传送到由CCD及紫外传感器的检测视场中；

(1-2)照明：由日光灯管及紫外线低压荧光汞灯组成可见光及紫外波段的对棉花被检测部位的照明；

(1-3)可见光检测：由CCD电荷耦合器件及相应的光学部件组成可见光检测装置，配合传送带定速传送棉花获取杂质二维图象信息；

(1-4)紫外检测：由紫外增强256元线列硅光电二极管及其相应光学部件组成紫外波段检测装置，结合定速传送棉花获取紫外波段的棉花及其杂质信息；

(1-5)图象特征识别：通过电子计算机在可见光波段采用数字图象处理技术，实现Sobel算子的边缘特征提取，且确定杂物(含沾污棉花)的空间位置；

(1-6)信号数据处理：对紫外波段杂物超阈值信号确定杂物空间位置；

(1-7)可见光与紫外信息复合：将紫外和可见光波段的杂物位置信息进行“与”操作，并把最终位置信息送至喷嘴控制器；

(1-8)压力喷嘴除杂：由十个压力喷嘴组成6厘米间隔的线列，由控制器根据杂物的空间位置控制相对应的压力喷嘴将杂物喷除；

(1-9)杂物输出：被喷除出的杂物及沾污的棉花被收集至杂物箱内；

(1-10)清洁棉输出：清洁的棉花由管道被输送到下道工序。

2、一种光电子棉花杂质自动在线检测装置，包括输送装置、检测装置、喷嘴除杂装置和特征识别与控制软件，其特征在于：

(2-1)在料斗和棉花扁平通道内各设有棉花驱动装置(11)和(12)，通道的另一面开有石英识别窗(17)，其对面上下分别置有可见光照明源(16)和紫外照明源(21)，在识别窗前置CCD检测装置(19)和紫外检测装置(20)，在整机机箱外围置有计算机及监视器(18)；在棉花通道的正交方位设置有10个喷嘴(22)，喷嘴对准杂物导管(13)，杂物导管终端置杂物箱(14)，在每个喷嘴前各安置一个电磁气阀(27)，每二个喷嘴合用一个空气过滤器(23)，电磁气阀由一个控制器(24)控制，其正压气体由空气压缩气管(28)提供；在整机底部有供清洁棉暂存的贮存箱(25)和输往下工序的洁棉管道(15)；

(2-2)具有二个功能软件，一是对棉花的可见光图象与紫外信号进行实时信息处理并确定杂物空间位置的特征识别软件；二是根据识别信息控制喷嘴动作的喷嘴控制软件。

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