CN1283238A - 在线纱条监视器 - Google Patents

Abstract

一种用来测量纱条中的纤维(16)的性质的装置包括:第一(12)和第二(14)弯曲的铝引导件,它们涂有特氟隆或陶瓷。引导件压缩纤维纱条。一个氖灯泡(30)提供光,这些光穿过位于第一引导件中的第一透明窗口(28)。光随后穿过纤维纱条,并由位于第二弯曲的引导件中的第二透明窗口出来。随后,光被光学装置聚焦到一个电荷耦合装置相机(18)上。该电荷耦合装置相机有一个像素阵列,产生被压缩的纤维纱条的图像。一个脉冲发生器(38)提供对氖灯泡和电荷耦合装置相机同时的触发信号,使得在产生光的同时产生纤维纱条的图像。通过把阵列中的像素的图案与一个查阅表中的图案作比较,处理装置(36)把阵列中的暗像素的图案鉴别为纤维中的杂质,纱结,种子外层纱结,和其它杂质。

Description

在线纱条监视器

本发明的领域

本发明涉及纤维的监视，更具体地说，涉及一种在线纱条监视器，它检测在棉纱条中的杂质。

本发明的背景

纤维包含杂质比如纱结和杂质颗粒的性质影响纤维比如棉纱的质量和品质。因此，当正在进行加工时监视在纤维中杂质的存在是重要的。一旦检测到杂质，可能要调换生产机器，以便减少或消除纱结和杂质。因为杂质和纱结可能在生产的几乎任何阶段损害纤维，所以，在加工操作的许多不同的阶段监视纤维的质量是重要的。

某些纤维质量检验设备要求由正在加工的材料中取出纤维样品。这样会不希望地浪费时间，并常常难以实现。还有，因为纤维运动通过现代的加工设备的速度，质量检验的结果可能与接收到检验结果的时间不相关。此外，可能需要使加工设备停止，以便移开样品。这可能造成高成本的延误和生产量的减少。

某些纤维质量监视装置完全与纤维加工设备为一个整体。尽管对于需要新设备或有兼容的设备的人来说这可能是一个想要的特点，但是，对已经有不兼容的设备的那些人来说这是不利的。

在棉花加工过程的一定的阶段，棉花处于一种被称为“纱条”的形式。纤维的纱条是一束基本上平行的未加捻的纤维，典型地，在梳理机的出口处产生这种纱条。当纤维的纱条排出梳理机时，它通常是暴露的，并且，在加工的这一阶段它是相对较容易接近的。因此，在这一部位监视纱条形式的纤维可能是有利的。

然而，监视纱条形式的纤维有一些缺点。例如，纤维的纱条是圆形的，并且相当厚。由于纱条的形状和厚度，难以看见单根的纤维，特别是难以看见比较靠近纱条的内部的那些纤维。还有，在生产的这一阶段，纱条典型地运动得非常快，通过加工设备。因此，在生产的这一阶段移开样品而不会不希望地使纤维的纱条断裂是困难的。此外，运动的纤维纱条的速度会使得用照相机产生纱条的内部结构的清楚的像是困难的。

因此，需要一种设备和方法，当纱条正在被加工时，它可以快速地监视在线纤维纱条的质量，并且，它可以与现有的纤维加工设备一起使用。

本发明的概述

本发明克服了先有技术的缺陷，这是通过提供一种用来测量纱条中的纤维的质量的装置来实现的。一个引导件接受并压缩纤维纱条。一个光源产生被位于引导件中的第一透明窗口接收的光，这样对被压缩的纤维纱条提供光。也位于引导件中的第二透明窗口接收来自被压缩的纤维纱条的光。一个照相机接收来自第二透明窗口的光，并产生被压缩的纤维纱条的像。

这样，本发明克服了先有技术的缺陷，这是通过提供一种用来测量纱条中的纤维的质量而不停止加工设备或移开样品的装置来实现的。还有，通过提供用来测量纱条中的纤维的质量的装置，本发明的设备使得纤维的加工器可以在纤维出梳理机和进入圈条机时它容易接近时测量纤维的品质。这使得可以把在线纱条监视器装配到现有的纤维加工设备上，而没有太大的改变。因此，可以使用本发明来更新现有加工设备的能力，而不需要替换昂贵的机器。

按照本发明的一个具体的优选实施例，提供了一种用来测量纱条中的纤维的性质的装置。第一和第二弯曲的铝引导件涂有特氟隆和陶瓷中至少之一，形成一个开口的喇叭形，用来压缩纤维纱条，而不会牵伸该纤维纱条。一个氖灯泡提供光。位于第一弯曲的铝引导件中的第一透明窗口接收来自氖灯泡的光，并把光提供给被压缩的纤维纱条。位于第二弯曲的铝引导件中的第二透明窗口接收来自被压缩的纤维纱条的光。一个电荷耦合装置相机接收来自第二透明窗口的光。该相机有一个像素阵列，用来产生被压缩的纤维纱条的图像。光学装置接收来自第二透明窗口的光，并把光聚焦到电荷耦合装置相机上。一个脉冲发生器对氖灯泡和电荷耦合装置相机提供同时的触发信号。对相机的触发信号使相机产生被压缩的纤维纱条的图像，而对氖灯泡的触发信号使光源提供光。

一个处理装置接收和分析由相机产生的被压缩的纱条的图像。该处理装置也检测在被压缩的纤维纱条中的杂质，实现这一目的是通过把比阈值暗度更暗的那些像素选择为暗像素。处理装置选择与至少四个其它的暗像素相关的暗像素。相关的暗像素形成图案。对所选择的暗像素指定代表暗像素的暗度的一个值。通过检查暗像素的图案确定暗度大小、模糊度大小和形状、处理装置把暗像素的图案分类。处理装置把暗像素的图案和暗度值与一个查阅表作比较，来检测在被压缩的纤维纱条中的杂质。

在另一个优选实施例中，引导件和透明窗口是第一和第二透明滚轮，它们接受并压缩纤维纱条。光源位于第一透明滚轮内，而相机位于第二透明滚轮内。当透明滚轮旋转时，在它们之间拉动纤维纱条，压缩纤维纱条，并随后松开纤维纱条。

在一种用来监视纱条中的纤维的性质的方法中，接受并压缩纤维纱条。把光指向被压缩的纤维纱条，至少一部分光穿过被压缩的纤维纱条。用一个像素阵列接收穿过被压缩的纤维纱条的那部分光，此像素阵列产生被压缩的纤维纱条的图像。分析被压缩的纤维纱条的图像，对在被压缩的纤维纱条中的杂质进行定位。松开纤维纱条，而没有对纤维纱条的牵伸。

上述方法是对先有技术的明显的改进。因为可以把纱条快速地压缩和松开，可以在纤维正在被加工时实时地实现监测。另外，因为它可以监视纱条形式的纤维，上述方法可以相对容易地适用于现有的纤维加工设备。

一种用来监视纱条中的纤维的性质的优选方法，它包括接受并压缩纤维纱条。使光频闪，并把光指向被压缩的纤维纱条，使得至少一部分频闪的光穿过被压缩的纤维纱条。对穿过被压缩的纤维纱条的那部分频闪的光进行聚焦。用一个像素阵列接收穿过被压缩的纤维纱条的那部分被聚焦的频闪的光。提供同时的触发信号，使光的频闪与像素阵列的检测同步。用那个像素阵列由那部分被聚焦的频闪的光产生被压缩的纤维纱条的图像。分析被压缩的纤维纱条的图像，对在被压缩的纤维纱条中的杂质进行定位，并且，松开纤维纱条，而没有对纤维纱条的可察觉到的牵伸。

附图的简要描述

通过参考对优选实施例的详细描述，同时结合下面的附图考虑，本发明的其它优点将变得明显，这些图不是成比例的，在所有的附图中，相同的标记表示相同的部件，在附图中：

图1为在线纱条监视器的第一实施例的功能示意图；

图2为在线纱条监视器的第二实施例的功能示意图；

图3为在线纱条监视器的第三实施例的功能示意图；

图4为在线纱条监视器的第四实施例的功能示意图；

图5示出了纤维纱条的不同区域的改变的暗度；

图6示出了由像素阵列产生的数值阵列；

图7示出了把在阈值暗度要求以下的值已经由加工装置的考虑中去掉之后的数值的阵列；

图8示出了把不相关的像素已经去掉之后的数值的阵列；以及

图9示出了由加工装置产生的灰度值的阵列。

优选实施例的详细描述

参见图1，示出了一台代表本发明的在线纱条监视器10。该在线纱条监视器10在与现有的纤维加工设备结合方面特别有用。这是因为本发明使得当纤维处于纱条16的形式时对它进行检验。纤维纱条16是一束基本上平行的纤维，在纱条中纤维通常没有被加捻在一起，像它们在一根绳子中那样。典型地，正在被加工的纤维当它由过程的梳理状态出来时处于纱条16的形式。在梳理之后，纤维纱条16向圈条机前进，该圈条机把纤维纱条16卷绕到一个条筒中。因为梳理机和圈条机通常分开至少一段距离，所以，当纱条16由梳理机送进圈条机的过程中，在线纱条监视器10可以相对较容易地接近纤维纱条16。因此，可以把在线纱条监视器10包括在现有的纤维加工系统中，而不用明显地改变或替换现有的设备。考虑到纤维加工设备有相对较高的成本，能够相对较容易地把纤维监视设备添加到现有的系统中是非常有利的。

然而，纤维纱条16的通常为圆形的截面和相对松散而且不紧凑的性质使得在纤维纱条16上进行某些测量更为困难。例如，可以通过使光穿过纱条16进行的以纤维密度为基础的测量通常难以实现，并且，典型地给出不规律的或者不能令人满意的结果。在图1中示出的在线纱条监视器10的实施例以第一弯曲的引导件12和第二弯曲的引导件14接受并压缩纤维纱条16。引导件12和14由任何材料制造成，该材料的强度足够强并足够耐用，能够以足够低的摩擦系数压缩纤维纱条16，容许纤维纱条16能够通过这些引导件12和14，而不会牵伸纱条16，如下面更详细地讨论的那样。

引导件12和14是弯曲的，它们的中凸的侧面彼此相互面对着。当在这些引导件12和14之间拉动纤维纱条16时，纱条被压缩，换句话说，通过除去单根纤维之间的空气间隙使它的宽度减小。因此，引导件12和14之间的间隙基本上由纤维和杂质充满，只有相对极少的空气留在中间。然而，使沿着纱条16的长度对它的压缩保持为最小。当纤维纱条16在引导件12和14最靠近的位置通过引导件12和14之间时，对纤维纱条16的圆周的压缩为最大。因此，可以通过改变引导件12和14之间的最小距离改变对纤维纱条16压缩的最大数量。对纤维纱条16的压缩使纤维纱条16变平，并会减少照到纱条16上的光的散射。

当接受和压缩纤维纱条16时，重要的是，不能明显地牵伸纤维纱条16。当沿着纤维纱条16的长度拉伸或压缩它时，会出现牵伸。如果提供给在线纱条监视器10的纤维纱条16比由纱条监视器10松开纱条要快，当纤维纱条16进入监视器10时，它就会被压缩。相反，如果由引导件12和14拉动纤维纱条16比由引导件12和14松开纱条要快，纱条16就会被拉伸，个别的纤维就会被拉开。如果纤维纱条16被牵伸，它的圆周和每单位长度的重量常常会改变。因为机器在纤维纱条16离开纱条监视器10之后要对它进行加工，而把该机器设计成接受有特定的圆周和密度的纤维纱条16，所以，在线纱条监视器10不能明显地牵伸纤维纱条16是重要的。

图1中所示的在线纱条监视器10的实施例优选地防止了纤维纱条16的牵伸，这是通过用一种表面上的摩擦系数相对地降低了的材料涂布引导件12和14的内侧面来实现的，这使得纤维纱条16可以以相对极低的阻力通过引导件12和14。压缩的大小，换句话说，引导件12和14之间的距离也影响纤维纱条16牵伸的程度。在第一引导件12与第二引导件14之间的最佳距离部分地取决于纤维纱条16的宽度。如果引导件12和14太靠在一起，纤维纱条16被压缩到这样的程度，拉动纱条16通过引导件12和14所需要的作用力超过牵伸纤维纱条16所必须的大小。另外，如果引导件12和14之间的距离太大，纤维纱条16没有被适当地压缩，如下面将更充分地描述的那样。在优选实施例中，引导件12和14由涂有特氟隆或陶瓷的铝插入件制成，离开的距离由大约6毫米到大约12毫米。对于质量为大约55格令(grains)到大约90格令的纤维纱条16，这样的条件可以很好地工作。如在这里所使用的，并且如本技术中已经很好知道的，以格令为单位的纤维纱条16的质量被定义为每一个给定长度的纤维纱条16的重量。

在一个特别的优选实施例中，引导件12和14之间的间隔是可调的。如在图3中所示，可以把在线纱条监视器10的结构做成使得引导件12和14之间的距离可以很容易地调整的。把引导件12连接到调节装置66上，该装置可以伸出或缩回，以改变引导件12和14之间的间隔大小。该调节装置可以是一个比如气动活塞或液压活塞，或者是手动的或马达驱动的旋转螺旋。控制装置可以与该调节装置66连通，以特定的标准为基础自动地设定间隔的大小，这些标准比如涉及纤维纱条16的质量，引导件12和14之间的压力、引导件12和14的温度或者通过纤维纱条16传输的光。

为了使压缩纤维纱条16的引导件12和14之间的间隙的尺寸适当又不会使纱条16牵伸，首先使引导件12和14离开一个给定的距离。纤维处理设备在引导件12和14之间拉动纤维纱条16。如果拉过引导件12和14的作用力使纤维纱条16变形、变长或断开，就是引导件12和14太靠在一起，就把它们移离开些。如果纤维纱条16自由地通过引导件12和14，但是在线纱条监视器10不能得到对纱条16的一致的读数，如下面将描述的那样，就把引导件12和14移动得更靠在一起。通过移动引导件12和14或者靠在一起或者离开一些，可以作附加的调整，如上面描述的那样，直到满意地检测到杂质，而不明显地牵伸纤维纱条16为止。

当纤维纱条16在引导件12和14之间被压缩时，纱条16通过第一透明窗口26，并最好也通过第二透明窗口28。窗口26和28最好位于纤维纱条16出现最大压缩的部位。一个光源30例如一个氖灯泡在第一窗口26的后面。光源30的目的是照明被压缩的纤维纱条16。光源30指向被压缩的纤维纱条16，并最好产生一束光20，它足够亮，以至至少一部分光20可以穿透纤维纱条16。在大约200伏与大约400伏之间工作的氖灯泡是优选的。

当光源30产生光束20时，光束20通过第一透明窗口26，落在被压缩的纤维纱条16上。第二透明窗口28最好位于与第一透明窗口26直接横截着纤维纱条16的位置。这样，当落在被压缩的纤维纱条16的一部分光20穿透纱条16时，光22离开第二透明窗口28。透明窗口26和28可以由玻璃、石英、蓝宝石或适当的热塑性树脂制成。透明窗口26和28最好由玻璃制成。

在图1所示的优选实施例中，通过第二透明窗口28的光22落在光学装置34(最好为多透镜装置)上，此装置位于第二透明窗28的后面，它使来自第二透明窗口28的光22聚焦。被聚焦的光24(纱条16的像)被一个照相机18比如电荷耦合装置相机接收。电荷耦合装置相机18使用一个像素阵列产生被压缩的纤维纱条16的图像。在阵列中需要的像素数量和由它确定的相机18的分辨率取决于在纱条16中要检测的杂质颗粒的大小和光学装置34。例如，如果只要检测相对较大的杂质颗粒，可以使用有相对较少数量像素的相机18。相反，如果使用者希望检测相对较小的颗粒，可能需要有像素数量相对较大的相机18，如下面更充分地描述的那样。

纤维纱条16被压缩的程度会影响由相机18接收的图像。减小纱条16的宽度形成一个较窄的视场宽度，光学装置34必须在此视场中把光22聚焦，以形成图像。这样，对纤维纱条16进行压缩使得电荷耦合装置相机18可以得到纤维纱条16的更清楚的图像。类似地，用来制作透明窗口26和28的透明材料的类型也会影响相机18获得纤维纱条16的准确清晰图像的能力。窗口26和28越清洁和越透明，相机18接收到的图像就越清晰。因此，许多因素会影响由相机18接收到的图像的清晰度。

纤维纱条16通过在线纱条监视器10相当快的运动，在大多数工厂中在大约每分钟100米与大约每分钟300米之间，会使由相机18接收的图像变模糊。因此，希望当纤维纱条16通过在线纱条监视器10时使它的运动停下来。然而，实际上停止纤维纱条16的运动而不会停止纤维纱条16向在线纱条监视器10的流动或不造成对纤维纱条16的牵伸是困难的。使光源30频闪有效地使纤维纱条16的图像冻结，而没有与物理上停止纱条16的运动有关的问题。

使光源30以与纤维纱条16通过在线纱条监视器10的速度相比相对较快的一定的速率频闪。这样，在光脉冲20的短期间内，纱条16运动相对较短的距离。类似地，相机18最好有能够在相对较短的时间内捕获图像的像素阵列。这也会使被压缩的纤维纱条16所产生的图像出现任何明显的模糊减到最小。在优选实施例中，相机18的快速响应时间和光源30迅速频闪的能力有助于使在线纱条监视器10监测纱条16，不会阻止其通过纤维处理设备前进。通过使用快门打开和关闭相机18的透镜开孔可以获得相似的结果。

在优选实施例中，同时分别在线路34和32把触发信号提供给光源30和电荷耦合装置相机18。可以以许多方式产生这些触发信号。例如，可以由一个脉冲发生器38产生这些信号。当光源30在线路34接收到触发信号时，光源30产生一个亮的闪光20，或换句话说，产生频闪。在光源30发生频闪的同时，相机18在线路32上接收到来自脉冲发生器38的触发信号，并用像素阵列捕获在聚焦的光束24中被频闪的纤维纱条16的图像。

在图2中示出了在线纱条监视器10的另一个实施例。代替接受纤维纱条16的弯曲的引导件12和14，一对圆柱形的滚轮40和42接受纤维纱条16。滚轮40和42离开一定距离，该距离与纤维纱条16的压缩所希望的最大数量对应。最好，把滚轮40和42安装成一种构形，使得可以相对较容易地调节它们之间的距离，因此调节纤维纱条16的压缩。按照纤维纱条16的运动方向，滚轮40和42之一在顺时针方向旋转，而滚轮40和42的另一个在逆时针方向旋转。使滚轮40和42的旋转速度与在线纱条监视器10接受纤维纱条16的速度和由在线纱条监视器10拉出纤维纱条16的速度同步。

这样，在图2中示出的在线纱条监视器10的实施例以与图1中所示的实施例不同的方式避免了对纤维纱条16的牵伸。当纤维纱条16在它们之间运动时，第一和第二滚轮40和42压缩纤维纱条16。通过把滚轮40和42的旋转速度与接受纤维纱条16的速度同步，在图2中示出的在线纱条监视器10不会牵伸纤维纱条16。因为滚轮40和42的表面与纤维纱条16的运动一样快，没有明显的摩擦力牵伸纤维纱条16。这样，用一种表面摩擦力小的材料比如特氟隆或陶瓷覆盖滚轮40和42的表面变得不重要。在在线纱条监视器10的这一实施例的一种改型中，滚轮40和42有相当高的表面摩擦作用，这防止了纤维纱条16相对于滚轮40和42出现明显的滑动。然而，如下面更充分地讨论的那样，与纤维纱条16处于物理接触的滚轮40和42的表面最好被做成一种方式，它不会使通过滚轮40和42的透明部分的光26变形。

在图2中所示的在线纱条监视器10的另一实施例中，电荷耦合装置相机18可以位于第二滚轮42的内部。当滚轮40和42旋转时，相机18最好保持不动。第二滚轮42的至少一段最好由透明的材料制成，如上面对窗口26和28所描述的那样，使得穿过纤维纱条16的光20可以达到相机18。整个滚轮42可以由透明的材料制成，或者，另外，可以把一条透明材料围绕滚轮42与纤维纱条16接触的圆周嵌入滚轮42中。

由于通过电机44提供动力的滚轮40和42的旋转作用在滚轮40和42之间拉动纤维纱条40和42。另外，可以用施加到在线纱条监视器10上的一个作用力拉动纤维纱条16，使滚轮40和42以等于纤维纱条16的速度自由旋转。

氖灯泡30或其它适当的光源30设在第一滚轮40的里面。第一滚轮40最好以类似于上面描述的第二滚轮42的方式由透明材料制成。因此，当灯泡30闪光时，光束20穿过第一滚轮40，并进入被压缩的纤维纱条16。光束20穿透纤维纱条16并穿过第二滚轮42运行，进入电荷耦合装置相机18。如前面讨论的那样，透明的滚轮40和42中的任何一个不必要是整个透明的。滚轮40和42的透明部分可以包括围绕滚轮40和42的圆周伸展的一个窄的透明带。

在又一个实施例中，滚轮40和42有位于它们的圆周上的小的透明窗口。当第一透明滚轮40的窗口旋转通过被压缩的纤维纱条16时，在第二透明滚轮42中的相应窗口也与纤维纱条16接触。在两个窗口彼此对准并与纤维纱条16的被压缩的部分接触时，光源30发生频闪，启动相机18。图1中所示的光学装置34可以设在图2所示的第二滚轮42的里面。

在图2中未示出把处理装置36连接到相机18和光源30上的线路32和34。在图2中所示的实施例中，相机18、处理装置36和脉冲发生器38都被包容在一个单元中，该单元设在第二滚轮42中。这样，处理装置36与脉冲发生器38或电荷耦合装置相机18在实体上是否分开不是本质的。

如图3中所示，在线纱条监视器10也可以设有一个透明窗口28，一个或多个光源30把光束20提供给纱条16，这些光源的位置使得当纤维纱条16通过透明窗口28时对纤维纱条16提供照明。还有，取决于周围可供使用的光线的数量，可以去掉光源30，而用可供使用的光线对纱条16进行照明。不管光线是由光源30提供还是由周围光线提供，光线22被反射回相机18。在此实施例中被反射回相机18的光线22可以是被纤维纱条16反射的，或者是被引导件12反射的，引导件可以涂有一种增强引导件12的反射性能的材料。相机18接收被反射的光22，并产生纱条16的像。如图4中所示，一个实施例可以同时采用反射光和透射光对纤维纱条16进行照明。

一旦得到被压缩的纤维纱条16的图像，使用处理装置36分析由像素阵列接收的对于杂质和纱结的图像。在一个优选实施例中，处理装置36是一台微机，比如个人计算机。该处理装置36可以包括一个显示器、键盘、和适宜于与相机18、脉冲发生器38和光源30连接的输入/输出线路。该处理装置36也可以包含由硬盘或软盘驱动器构成的随机进入的记忆装置和二级记忆装置。该处理装置36可以包括上面描述的控制装置。最好，一个计算机程序控制在线纱条监视器10的处理，这是通过存储先前测量的结果并分析当前测量的结果实现的。

杂质和纱结通常在所捕获的纤维纱条16的图像中显示为暗点。当来自光源30的光线20落在纤维纱条16上时，纱条16的较密的部分会使较少的光线22和24通过，到达相机18。因此，在很大程度上，暗的像素将代表纱条16的较密的部分。然而，光20穿过杂质的程度决定了到达正在对被杂质占据的那部分纱条16成像的像素的光线24的数量。一个致密的纤维结点或者一片不透明的叶子将妨碍来自光源30的光线20穿过纱条16，并将在像素阵列所产生的图像中造成一个暗点。因此，处理装置36的一个功能是通过检查被相机18输出的数值阵列，对纤维纱条16中的暗点进行定位。

在像素阵列中的每个像素的输出为代表由该像素接收的光的数量的电压。因此，该输出最好不简单地是开或关的状态，而可以在一个宽的数值范围内改变。像素可能输出的数值的实际范围取决于所采用的特定装置。此外，所选择的像素阵列取决于要检测的杂质的类型。

处理装置36把在像素阵列中的每个像素的电压输出与一个阈值作比较，把所有比该阈值暗度更暗的像素指定为暗像素。取决于所采用的相机18的类型，一个较高的电压值可以表示或者较暗的像素或者较亮的像素。还有，甚至可以用相机18输出的数字值代表像素的暗度。换句话说，处理装置36选择较暗的像素，而不管表示像素暗度所采用的输出的形式是什么。

例如，像素的输出可以是0与255之间的一个数字。数值255表示该像素接收到最低可能检测到数量的光，而数值0表示该像素接收到最高可能检测到数量的光。如果阈值为150，把150以上的所有像素指定为暗的。

作为另一个例子，像素的输出可以是0与5伏之间的电压，其中5伏的数值表示该像素接收到最高数量的可以检测到的光，而0伏的数值表示该像素接收到最低数量的可以检测到的光。如果阈值为3伏，把低于3伏的所有像素指定为暗像素。

最好按照被在线纱条监视器10检测的纤维纱条16的特点和要检测的杂质的性质该阈值是可调变较亮或较暗。如前面所述，在纤维纱条16中的大多数杂质表现为暗点。例如，如果仅只要检测非常暗的杂质，可以使阈值更暗。把所有比此阈值亮的像素由作为可能的杂质或纱结的考虑中去掉。

还有，在优选实施例中，把所有剩余的暗的像素中与至少三个其它的暗的像素不相关的像素由考虑中去掉。这使得处理装置36可以去掉被认为是太小的假象，不作进一步的考虑。尽管如此，如果需要，可以对处理装置36进行编程，不去掉与一个数目不是三暗像素相关的像素。在一个像素由考虑中去掉之前所要求的相关暗像素的数目很大程度上取决于在在线纱条监视器10中使用的相机18的分辨率和要鉴别的目标的尺寸。

例如，要是一个高分辨率相机18使用相对较多数量的像素表示一个给定的表面积，较多数量的相关暗像素可能表示一个相对较小的杂质。通过去掉不与多个其它暗像素相关的暗像素，处理装置36可以去掉太小以至不会引起进一步注意的杂质。作为一个特殊的例子，相机18可以有每平方英寸25个像素的像素密度。如果一片杂质的大到只足以使三个像素变暗，那么，去掉不能与三个另外的像素相关的所有像素就可能把此杂质由考虑中去掉。然而，如果使用更高分辨率的相机18，它的像素密度为每平方英寸100个像素，相同的杂质就可能造成六个相关的暗像素。用来表示一片杂质的暗像素的数量正比于用来表示一个给定面积的像素的数量。因此，可以看到，通过改变相机18的分辨率可以变换纱条在线监视器10的性能。因此，最好在对处理由相机18接受的像素信息的处理装置36进行编程时考虑相机18的分辨率。

在本发明的一个优选实施例中，对于暗的像素的电压值为0-255。这些数值表示在像素阵列中每个像素的灰度。最好在已经把比阈值亮的像素或者不与预定数量的其它暗像素相关的像素由考虑中去掉之后确定该灰度值。这样，256个可能的灰度级代表较小的电压范围，因此，有更高的有效分辨率。例如，如果阈值暗度由三伏表示，而最大暗度由五伏表示，处理装置可能最好把由三伏到五伏的范围分成256个灰度级。如果需要，可以使用更多或更少的灰度级表示像素的灰度。处理装置36检察暗像素的图案，确定它们代表什么，如下面将更充分地描述的那样。这是通过检察像素的图案的暗度、图案的模糊程度和图案的形状来实现的。

例如，图5示出了6乘6像素阵列的相机18的输出。图5被大大简化为在一个实际的在线纱条监视器10中使用的相机18可能会有比36个像素多得多的像素。例如，优选实施例的相机18有340000个像素的阵列。尽管如此，所描述的一般途径是在优选实施例中所使用的实际途径的示例。

在图5中，使用线段表示在阵列中每个像素的相对暗度，此暗度与由像素成像的那部分纤维纱条16的相对密度有关。使用较多的线段表示纤维纱条16的较密的区域，而使用较少的线段表示纱条16的较稀密度的更透明的区域。相机18由在图5中所示的图像产生在图6中所示的电压值的阵列。处理装置36由相机18接收在图6中所示的数值阵列。假设阈值为2．5伏，处理装置36把低于2.5伏的数值由考虑中去掉。在图7中示出了形成的数值阵列。

这样，可以把由图7中所示的数值表示的所有剩余的像素认为是暗像素。处理装置36去掉了所有不是至少4个暗的像素的一个相关的串的一部分的暗像素。这样，结果是图8的阵列。处理装置36在由像素接收的电压信号的基础上对其余的像素设定0-255之间的一个灰度值，产生在图9中所示的阵列。

通过检察像素的剩余的图案的暗度、模糊度、形状和尺寸，处理装置36优选地确定出杂质的类型。例如，一个纱结可能把穿过它的光减弱到表示纱结的像素超过暗度阈值的程度。一片叶子也可能把穿过它的光减弱到表示它的像素超过暗度阈值的程度。然而，穿过叶子的光会比穿过纱结的光被减弱得更多。在一个实施例中，认为数值在暗的像素的范围内最暗的10％内的暗像素表示产生此图案的杂质是杂质而不是纱结。这样，处理装置36最好使用暗像素的图案的暗度的程度或等级帮助识别杂质。

类似地，图案的模糊度会表示所检测的杂质的类型。模糊度是指横截着图案的截面像素的暗度的改变速率。换句话说，某些杂质有尖锐的边缘，并在穿过它们的光的数量方面产生一个快速的变化。一片叶子是这种类型的杂质的一个好的例子。在叶子的边缘，透过的光的数量有一个剧烈的变化。就在叶子的边缘的外面，光以某种基本的水平透过，而在叶子的边缘的里面，光的透过水平将剧烈地降低。

其它类型的杂质在透过的光的数量方面会产生逐渐的改变。例如，一个纱结典型地没有与上面描述的叶子类似的边缘轮廓。一个纱结会有相对较密的核芯，被相对不密的周边围绕着。因此，在纱结的边缘的外面和在纱结的边缘的里面透过的光的数量的改变与叶子边缘的改变相比不非常大。然而，与叶子的轮廓不同，透过的光的数量由纱结的边缘到纱结的中心横截着纱结的轮廓连续地改变。典型地，纱结的中心将是纱结的最暗的区域，而透过的光的数量在离开纱结的中心的所有方向上都将逐渐地增加。

例如，可以通过横截着代表杂质的像素的一根或多根扫描线画出像素暗度的柱状图来检测一种杂质的模糊度。使用光的最高和最低的透过水平把柱状图归一化到0与1之间的数值，或者归一化到某些其它的值，比如0和255。接着，用暗度(或换句话说，由最亮到最暗)而不是用在图案中线的位置对暗度值排序。这样改变的柱状图表示横截一根轴线的归一化暗度值和横截其它的轴线的每个暗度值的像素数。

这样，该柱状图提供了对于该杂质的边缘轮廓。换句话说，该柱状图示出了光的透过横截着该杂质改变得多么快。如果该柱状图示出了一个陡的边缘，它表示在光的透过方面的改变横截着杂质出现得非常快，并且，没有检测到许多中间强度的像素。然而，如果柱状图示出一个逐渐的上升，它表示光的透过的改变横截着该杂质出现得相对较慢，检测到许多中间强度的像素。

在柱状图中示出的边缘的宽度可以用来对杂质表示模糊度。换句话说，当在柱状图示出的斜率较陡时，杂质的模糊度降低，而当在柱状图示出的斜率是渐现的时候，杂质的模糊度将增加。在一个实施例中，使用模糊度大于1，表示斜率为45度用作该杂质是一个杂质而不是一个纱结的表示。也可以在由在线纱条监视器当它处理纱条时采集的经验数据的基础上使用其它数值。这样，处理装置36最好检测出模糊度，并使用此信息帮助识别杂质。

最好，处理装置36也使用暗像素的图案的形状以帮助识别杂质。缠结纱结、种子外层纱结、叶子、小枝条和其它杂质都会有清晰的形状。处理装置确定对于已经检测到的杂质的形状轮廓，并使用所确定的形状帮助识别杂质。可以用并合及分解技术用多边形近似杂质的边界，确定形状。另一种确定杂质形状的方法是确定杂质边界的一维特征。按照这种方法，把由杂质的质心到杂质的边缘的距离记作质心角的函数。这种方法特别适用于识别径向对称度高的杂质。在优选实施例中，使用多于一种图案识别方法帮助识别杂质。

例如，叶子和小枝条会有相对较高的长宽比。换句话说，叶子和小枝条的一个方向比如长度会比叶子或小枝条的另一个方向比如宽度大得多。相反，纱结会有相对较低的长宽比，意谓着纱结的测量在所有方向上会更接近相等。处理装置36分析暗像素的图案，并确定长宽比。在一个实施例中，长宽比大于2被用作表示该杂质是杂质而不是一个纱结。这样，处理装置36最好使用暗像素的图案的形状帮助识别杂质。

也可以使用尺寸来识别在棉纤维纱条中的杂质。通过计数所有相关的暗像素，计算杂质的总尺寸。如前面所讨论的，把比一个预定数量的相关像素小的杂质或在图像中的其它假象由进一步的考虑中去掉。类似地，如果像素的图案比一个预定数量的相关像素大，或者是直径较大，或者是总尺寸较大，也可以由进一步的考虑中去掉。在这两个极端中间，由纱条收集的经验数据可以用来识别杂质。例如，一种特别的装置可能发现在它的送料流中的杂质会比纱结大。因此，可以对处理装置36进行编程，使得使用超过一个给定尺寸的像素图案作为该杂质是杂质而不是纱结的表示。这样，最好使用尺寸来帮助识别杂质。

处理装置36可以以不同的方式使用暗度和模糊度的大小以及形状和尺寸的数据。可以把对每种标准指定的大小或数值放在一个等式中，以识别杂质。另外，处理装置36把大小与一个查阅表作比较，确定表示什么类型的杂质。该查阅表包括已知类型的杂质的暗度、模糊度、形状和尺寸数据。如果由处理装置36计算的暗度、模糊度、形状和尺寸数据接近地与一种已知的杂质的数据对应，就把该暗像素图案识别为那种类型的杂质。可以把此信息向前送或向后送，以控制纤维加工设备，减少或消除那种杂质。最好在获得下一幅图像之前分析被压缩的纤维纱条16的每幅图像。可以采用单一的处理装置36监视几个在线纱条监视器10。

尽管已经用上面的特例描述了本发明的具体的实施例，但是，将会认识到本发明在所附的权利要求书的精神范围内包含部件的重新布置和替换。

Claims (30)

1．一种用来测量纤维纱条的性质的装置，它包括：

一个引导件，用来接受并压缩纤维纱条；

用来产生光的一个光源；

位于引导件中的一个透明窗口，用来接收来自光源的光，并把光提供给被压缩的纤维纱条，并用来接收来自被压缩的纤维纱条的光；以及

一个相机，用来接收来自透明窗口的光，并产生被压缩的纤维纱条的图像。

2．按照权利要求1所述的装置，其还包括一个脉冲发生器，用来对光源和相机同时提供触发信号，对相机的触发信号使相机产生被压缩的纤维纱条的图像，而对光源的触发信号使光源提供光。

3．按照权利要求1所述的装置，其还包括光学装置，用来接收来自透明窗口的光，并把这些光聚焦在相机上。

4．按照权利要求1所述的装置，其特征在于，引导件还包括一对弯曲的铝侧面件，它涂有特氟隆和陶瓷中至少之一，形成一个开口的喇叭形，用来压缩纤维纱条，而不会牵伸该纤维纱条。

5．按照权利要求1所述的装置，其特征在于，光源还包括一个氖灯泡。

6．按照权利要求1所述的装置，其特征在于，光源所产生的光被纤维纱条反射，并被相机接收。

7．按照权利要求1所述的装置，其特征在于，相机为一个电荷耦合装置相机，它有一个像素阵列，用来产生被压缩的纤维纱条的图像。

8．按照权利要求7所述的装置，其还包括一个处理装置，用来接收和分析被压缩的纱条的图像，识别在纱条中的杂质。

9．按照权利要求8所述的装置，其特征在于，处理装置通过分析图像的暗度、模糊度和形状识别纱条的杂质。

10．按照权利要求8所述的装置，其特征在于，处理装置靠相机接收的光的不同波长的相对强度识别纱条中的杂质。

11．按照权利要求8所述的装置，其特征在于，处理装置按照尺寸对杂质进行分类。

12．按照权利要求1所述的装置，其还包括：

相机还包括一个电荷耦合装置相机，它有一个像素阵列，用来产生被压缩的纤维纱条的图像；以及

一个处理装置，用来接收和分析由相机产生的被压缩的纱条的图像，还用来检测在被压缩的纤维纱条中的杂质，实现这一目的是通过把超过阈值的那些像素选择为暗像素，选择与至少四个其它的暗像素相关的暗像素，相关的暗像素所形成的图案，对所选择的暗像素指定代表暗像素的暗度的一个值，并把暗像素的图案和暗度值与一个查阅表作比较，来检测在被压缩的纤维纱条中的杂质。

13．按照权利要求1所述的装置，其特征在于，透明窗口和引导件还包括：

第一和第二透明滚轮，用来接受和压缩纤维纱条；

位于第一透明滚轮内部的光源；以及

位于第二透明滚轮内部的相机。

14．按照权利要求1所述的装置，其特征在于，透明窗口还包括：

位于引导件中的第一透明窗口，用来接收来自光源的光，并把光提供给被压缩的纤维纱条；

位于引导件中的第二透明窗口，用来接收来自被压缩的纤维纱条的光。

15．按照权利要求1所述的装置，其特征在于，纤维纱条被引导件的压缩是可调的。

16．按照权利要求1所述的装置，其特征在于，引导件还包括由一个可调的距离分开的一对弯曲的引导件。

17．按照权利要求16所述的装置，其特征在于，安装在弯曲的引导件中至少之一上的柱塞控制弯曲的引导件之间的距离。

18．按照权利要求1所述的装置，其特征在于，透明窗口还包括相机的一个透镜。

19．一种用来测量纱条中的纤维的性质的装置，它包括：

第一和第二弯曲的铝引导件，它们涂有特氟隆和陶瓷中至少之一，形成一个开口的喇叭形，用来压缩纤维纱条，而不会牵伸该纤维纱条；

用来产生光的氖灯泡；

位于第一弯曲的铝引导件中的第一透明窗口，用来接收来自灯泡的光，并把光提供给被压缩的纤维纱条；

位于第二弯曲的铝引导件中的第二透明窗口，用来接收来自被压缩的纤维纱条的光；

一个电荷耦合装置相机，用来接收来自第二透明窗口的光，它有一个像素阵列，用来产生被压缩的纤维纱条的图像；

光学装置，用来接收来自第二透明窗口的光，并把光聚焦到电荷耦合装置相机上；

一个脉冲发生器，用来对氖灯泡和电荷耦舍装置相机同时提供触发信号，对相机的触发信号使相机产生被压缩的纤维纱条的图像，而对氖灯泡的触发信号使灯泡提供光；以及

一个处理装置，用来接收和分析由相机产生的被压缩的纱条的图像，还用来检测在被压缩的纤维纱条中的杂质，实现这一目的是通过把超过阈值的那些像素选择为暗像素，选择与至少四个其它的暗像素相关的暗像素，相关的暗像素所形成的图案，对所选择的暗像素指定代表暗像素的暗度的一个值，通过检查暗像素的图案确定暗度大小、模糊度大小和形状把暗像素的图案分类，并把暗像素的图案和暗度值与一个查阅表作比较，来检测在被压缩的纤维纱条中的杂质。

20．一种用来监视纱条中的纤维的性质的方法，它包括如下步骤：

接受并压缩纤维纱条；

把光指向被压缩的纤维纱条，至少一部分光穿过被压缩的纤维纱条；

用一个像素阵列接收穿过被压缩的纤维纱条的那部分光；

用那个像素阵列产生被压缩的纤维纱条的图像；

分析被压缩的纤维纱条的图像，对在被压缩的纤维纱条中的杂质进行定位；以及

松开纤维纱条，而没有对纤维纱条的牵伸。

21．按照权利要求20所述的方法，其还包括以下步骤：提供同时触发的信号，使光的照射与用像素阵列产生被压缩的纤维纱条的图像同步。

22．按照权利要求20所述的方法，其特征在于，有一个频闪的光源产生指向纤维纱条的光。

23．按照权利要求20所述的方法，其还包括以下步骤：把穿过被压缩的纤维纱条的那部分光聚焦到像素阵列上。

24．一种用来监视纱条中的纤维的性质的方法，它包括如下步骤：

接受并压缩纤维纱条；

把频闪的光指向被压缩的纤维纱条，至少一部分光穿过被压缩的纤维纱条；

对穿过被压缩的纤维纱条的那部分频闪的先进行聚焦；

用一个像素阵列接收穿过被压缩的纤维纱条的那部分被聚焦的频闪的光；

提供同时触发的信号，使频闪的光与像素阵列同步；

用该像素阵列由那部分被聚焦的频闪的光产生被压缩的纤维纱条的图像；

分析被压缩的纤维纱条的图像，对在被压缩的纤维纱条中的杂质进行定位；以及

松开纤维纱条，而没有对纤维纱条的牵伸；

25．一种用来感应纱条中的纤维的性质的方法，它包括如下步骤：

接受并压缩纤维纱条；

对被压缩的纤维纱条进行照明，产生在纱条中的纤维的图像；

接收照明纤维纱条所产生的图像；以及

分析图像，以检测纤维纱条的性质。

26．按照权利要求25所述的方法，其还包括以下步骤：使对被压缩的纤维纱条进行照明与图像的接收同步。

27．按照权利要求25所述的方法，其还包括以下步骤：调节纤维纱条的压缩的数量。

29．一种用来测量纤维纱条的性质的装置，它包括：

一个引导件，用来接受并压缩纤维纱条；

位于引导件中的一个透明窗口，用来接收来自被压缩的纤维纱条的光；

一个相机，用来接收来自透明窗口的光，并产生被压缩的纤维纱条的图像；以及

一个处理装置，用来接收和分析被压缩的纱条的图像，识别在纱条中的杂质。

30．一种用来测量纱条中的纤维的性质的装置，它包括：

第一和第二弯曲的引导件，它们形成一个开口的喇叭形，用来压缩纤维纱条，而不会牵伸该纤维纱条；

用来产生光的一个灯泡；

位于第一弯曲的引导件中的第一透明窗口，用来接收来自灯泡的光，并把光提供给被压缩的纤维纱条；

位于第二弯曲的引导件中的第二透明窗口，用来接收来自被压缩的纤维纱条的光；

一个电荷耦合装置相机，用来接收来自第二透明窗口的光，它有一个像素阵列，用来产生被压缩的纤维纱条的图像；

光学装置，用来接收来自第二透明窗口的光，并把光聚焦到电荷耦合装置相机上；

一个脉冲发生器，用来对灯泡和电荷耦合装置相机同时提供触发信号，对相机的触发信号使相机产生被压缩的纤维纱条的图像，而对灯泡的触发信号使灯泡提供光；以及

一个处理装置，用来接收和分析由相机产生的被压缩的纱条的图像，还用来检测在被压缩的纤维纱条中的杂质。

31．按照权利要求30所述的装置，其特征在于，处理装置还包括装置用来实现以下目的：

把超过阈值的那些像素选择为暗像素；

选择与至少四个其它的暗像素相关的暗像素，相关的暗像素所形成的图案；

对所选择的暗像素指定代表暗像素的暗度的一个值；

通过检察暗像素的图案确定暗度大小、模糊度大小和形状，对暗像素的图案分类；以及

把暗像素的图案和暗度值与一个查阅表作比较，来检测在被压缩的纤维纱条中的杂质。

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