CN202717892U

CN202717892U - 一种基于紫外探测机理的棉花“三丝”自动剔除装置

Info

Publication number: CN202717892U
Application number: CN 201220126300
Authority: CN
Inventors: 黄静; 章涵博
Original assignee: Zhejiang Sci Tech University ZSTU
Current assignee: Zhejiang Sci Tech University ZSTU
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2022-03-30

Abstract

本实用新型公开了一种基于紫外探测机理的棉花“三丝”自动剔除装置，包括开棉机构、输棉通道、图像采集处理机构、执行控制机构和异纤收集装置；开棉机构包括皮棉入口管路、除尘管路和开松装置，输棉通道自上而下垂直设置在自动剔除装置的中间部位，输棉通道上相对设置有高压喷气口和排杂口；图像采集处理机构包括设置在输棉通道两侧的照明设备和线阵高速CCD摄像机、图像采集装置、图像处理装置，执行控制机构包括驱动电路工控机、电气控制装置和高压喷气装置，异纤收集装置包括一根与输棉通道连接的异纤收集管和与异纤收集管相连接的异纤收集箱，异纤收集管的入口与高压喷气装置的出口相对设置。该装置能够提高异纤剔除的准确性和工作效率。

Description

一种基于紫外探测机理的棉花“三丝”自动剔除装置

技术领域

本实用新型涉及涉及农业机械化技术领域，尤其是涉及一种基于紫外探测机理的棉花“三丝”自动剔除装置。

背景技术

图像分割是一种在图像处理技术中广泛应用的技术，在自动识别系统中有非常重要的地位。现有的图像分割技术在判断异物的时候准确度不高，容易出现误判的情况。因此，在棉花“三丝”自动剔除系统，准确识别和剔除异物，就显得尤为重要。

紫外探测系统是一种利用宽禁带紫外探测器，探测太阳紫外辐射UV-A和UV-B波段的系统。基于紫外探测系统的信号采集系统具有更高的剔除效率，并且由于它对波长大于400nm可见光和红外光不响应，可见光抑制比高。在紫外光的照射下，异物更容易识别。

棉花吹落采用压电式喷射技术，气体是由一个和热感应式喷射技术类似的喷嘴所喷出，但是气流的形成方式是藉由缩小气体喷出的区域来形成。而喷出区域的缩小，是藉由施加电压到喷出区内一个或多个压电板来控制的。

中国专利文献（公开日： 2009年3月18日，公开号：CN 101387020A）公开了属于农业机械化技术领域的一种棉花异性纤维剔除系统。它主要由分层装置、分层管道、开松管道、高速CCD彩色摄像机、反射镜、光源、超声波风速传感器、喷气嘴组、高速喷气阀组、压缩机和布袋等组成。本实用新型提出棉流经过分层装置分层，再经过开松管道开松，接着通过高速CCD彩色摄像机识别，在发现异性纤维时，用超声波风速传感器检测其运行速度，再用点阵布置的喷气嘴组将其喷出。

中国专利文献（公告日：2009年7月8日，公告号：CN 201269857Y）一种皮棉中异性纤维的检测计量装置，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模块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。

综上所述，棉花“三丝”的剔除过程中，基于紫外线探测机理的棉花“三丝”自动剔除系统具有极高的准确性，高性价比的DSP处理器也已应用于嵌入式控制系统中。因此，有必要提供一种基于紫外探测机理的棉花“三丝”自动剔除装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了提高棉花“三丝”自动剔除的准确性，而提供一种基于紫外探测机理的棉花“三丝”自动剔除装置。

本实用新型实现其技术目的所采用的技术方案是：一种基于紫外探测机理的棉花“三丝”自动剔除装置，包括开棉机构、输棉通道、图像采集处理机构、执行控制机构和异纤收集装置；

所述的开棉机构包括皮棉入口管路、除尘管路和开松装置，所述的皮棉入口管路与开松装置的入口连接，所述的除尘管路垂直设置在皮棉入口管路上并与皮棉入口管路相通；

所述的输棉通道自上而下垂直设置在自动剔除装置的中间部位，输棉通道上相对设置有高压喷气口和排杂口；

所述的图像采集处理机构包括设置在输棉通道两侧的照明设备和线阵高速CCD摄像机、图像采集装置、图像处理装置，所述的照明设备包括高频荧光灯和紫外光源，所述的线阵高速CCD摄像机与图像采集装置通过通信线连接；所述的图像处理装置与所述的图像采集装置通过通信线连接；

所述的执行控制机构包括驱动电路工控机、电气控制装置和高压喷气装置，所述的高压喷气装置与DSP控制器通过通信线连接，所述的高压喷气装置与电气控制装置通过通信线连接；

所述的异纤收集装置包括一根与输棉通道连接的异纤收集管和与异纤收集管相连接的异纤收集箱，所述的异纤收集管的入口与高压喷气装置的出口相对设置。

该装置中开棉机构、输棉通道是棉花“三丝”自动剔除装置的重要组成部分，棉花进入此开棉机构和输棉通道中，开松装置对皮棉边抓松、边移动，在移动的过程中并在紫外光的照射下，图像采集装置中的彩色CCD摄像机一帖一帖的获取图像高质量的棉花图像。高质量的棉花图像可以在很大程度上降低图像处理、识别算法的复杂度，提高系统整体性能。通过图像处理装置，运用图像处理技术，通过灰度变换、滤波、图像增强、图像分割后，准确识别异物；在经过图像处理后，能够准确识别出异物了。把棉花图像放在一个64×64的矩形框中，通过改进的Otsu算法处理得出异物的X，Y轴坐标（左下角为坐标原点），完成异物定位。执行控制机构依据喷墨打印机的原理，在异物进行准确定位之后，通过DSP处理器，控制相应的高压喷气阀，在极短的时间内，喷出大压力的气体，将异物吹落。通过异纤收集装置将吹出的异纤进行收集。该装置能够提高异纤剔除的准确性和工作效率。

作为优选，所述的开松装置的出口处设置有斜形通道，所述的斜形通道的入口与输棉通道连接，所述的斜形通道的斜度为5至15度。开松装置上的设置一定角度的斜形通道，这样的结构便于棉层在重力和动力系统的作用下向下移动，保证抓松的完成，以使皮棉被处理成厚度为3cm、松散密度为3.1kg/m3的棉层。

作为优选，所述的输棉通道为透明管路。输棉通道采用透明管路设计，这样能够保证在紫外光的照射下，图像采集装置中的彩色CCD摄像机一帖一帖的获取图像高质量的棉花图像。

作为优选，所述的图像采集装置包括Camaera-Link接口、LVDS驱动和接收电路、LVDS到LVTTL的转换电路及LVTTL到LVDS的转换电路、FPGA、液晶显示器及驱动电路。图像采集装置包括上述装置能够实现本技术方案中异纤图像的采集、识别、定位和吹落的目的。

作为优选，所述的图像处理装置包括DSP存储卡、DSP处理器算法卡和DSP控制器，所述的DSP存储卡、DSP处理器算法卡、DSP控制器与所述的图像采集装置分别通过通信线连接。上述图像处理装置便于对异纤图像的处理，并通过通过DSP处理器，控制相应的高压喷气阀，在极短的时间内，喷出大压力的气体，将异物吹落。

作为优选，所述的紫外光源为波长200nm～400 nm的紫外灯管。紫外光源采用波长为200nm～400 nm的紫外灯管作为辅助照明设备；由于白色纸张、白色丙纶丝等含有增白剂的物质在波长为200nm～400 nm的紫外光照射下会激发出400 nm～500 nm明亮的荧光，而棉纤维则直接吸收掉紫外光。因此，在紫外光的照射下，含有增白剂的异物更容易识别。

作为优选，所述的DSP处理器算法卡包括接口电路传输层、流水线延时控制卡、地址控制输出卡、时钟输出控制卡和数据存储通道。接口电路传输层存储用户的输入，并输出信号；流水线延时控制卡根据所述的存储单元的工作模式为输出数据提供适合的延时时间；地址控制输出卡用于对地址和控制信号进行存储；数据存储通道用于对数据的存储提供双向控制。正是由于采用了DSP处理器算法卡，通过改进的Otsu算法，能够准确地确定异纤的坐标位置，为下一工序中异纤的剔除提供了很好的保证。同时改进的Otsu算法能够增强分割效果，并且节省了处理时间。

作为优选，所述的高压喷气装置包括贮气罐和高压喷气阀，所述的高压喷气阀线阵排列在棉层两侧，并与棉层表面平行，两侧高压喷气阀之间的距离为3cm至4cm，高压喷气阀正对异纤收集管的出口。高压喷气阀线阵排列在棉层两侧，并与棉层表面平行，且高压喷气阀之间的距离设置为3cm至4cm，这样的结构能够保证对精确定位后的异纤的清除，采用喷墨打印式的原理，在精确定位后，通过高压喷气阀瞬间喷出的高压气体，吹掉异纤。

作为优选，所述的异纤收集管为一段S型管路。将异纤收集管设置为S形，这样异纤在收集的过程中将不会回流到皮棉通道内，保证了异纤清除的干净。

本实用新型的有益效果是：开松装置将皮棉分为3cm的薄层，依靠重力和开松装置的动力移动，在棉层的两面都安装有高速线阵CCD摄像机，用利于准确采集皮棉图像，采用高频荧光灯和紫外光源作为照明光源，可以提高白纸、白色丙纶等的识别率，采用线阵高压喷气阀，在精确定位后，瞬间喷出高压气体，吹掉异纤，异纤的排出通道采用S形结构，这样避免吹掉的异纤在回流气体的作用下回到皮棉通道内。该装置能够提高异纤剔除的准确性和工作效率。

附图说明

图1是本实用新型基于紫外线探测机理的棉花“三丝”自动剔除装置的结构示意图；

图2是本实用新型图像采集卡工作原理方框图；

图3是本实用新型摄像机、光源的位置结构示意图：

图4是本实用新型工作原理方框图；

图5是本实用新型中异纤定位图。

图中：1、开棉机构，2、输棉通道，3、图像采集处理机构，4、执行控制机构，5、异纤收集装置，11、皮棉入口管路，12、除尘管路，13、开松装置，14、斜形通道，21、高压喷气口，22、排杂口，31、照明设备，32、高速CCD摄像机，33、图像采集装置，34、图像处理装置， 41、驱动电路工控机，42、电气控制装置，43、高压喷气装置， 51、异纤收集管，52、异纤收集箱。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本实用新型的技术方案作进一步具体说明。

实施例1：

在图1所示的实施例中，一种基于紫外探测机理的棉花“三丝”自动剔除装置，包括开棉机构1、输棉通道2、图像采集处理机构3、执行控制机构4和异纤收集装置5；

开棉机构1包括皮棉入口管路11、除尘管路12和开松装置13，皮棉入口管路11与开松装置13的入口连接，除尘管路12垂直设置在皮棉入口管路11上并与皮棉入口管路11相通，开松装置13的出口处设置有倾斜角度为10度的斜形通道14，斜形通道14的入口与输棉通道2连接；输棉通道2为一垂直设置的透明管路，该透明管路可以是玻璃通道，输棉通道2的下段相对设置有高压喷气口21和排杂口22；高压喷气口21外侧设置有高压喷气装置43，排杂口22与异纤收集装置5中的S型异纤收集管连接，另外输棉通道2的下端出口为皮棉出口。

图像采集处理机构3包括设置在输棉通道上段两侧的照明设备31和线阵高速CCD摄像机32（见图3）、图像采集装置33、图像处理装置34，照明设备31包括高频荧光灯和紫外光源；紫外光源为波长320 nm的紫外灯管。图像采集装置33（见图2）包括Camaera-Link接口、LVDS驱动和接收电路、LVDS到LVTTL的转换电路及LVTTL到LVDS的转换电路、FPGA、液晶显示器及驱动电路，线阵高速CCD摄像机32与图像采集装置33通过通信线连接；图像处理装置33包括DSP存储卡、DSP处理器算法卡和DSP控制器， DSP存储卡、DSP处理器算法卡、DSP控制器与图像采集装置33分别通过通信线连接；DSP处理器算法卡包括接口电路传输层、流水线延时控制卡、地址控制输出卡、时钟输出控制卡和数据存储通道。接口电路传输层存储用户的输入，并输出信号；流水线延时控制卡根据所述的存储单元的工作模式为输出数据提供适合的延时时间；地址控制输出卡用于对地址和控制信号进行存储；数据存储通道用于对数据的存储提供双向控制。正是由于采用了DSP处理器算法卡，通过改进的Otsu算法，

改进的Otsu算法：

皮棉中的异纤有一个共同点，就是它们在整幅图片中所点的比例较小，灰度值一般比棉花低，由于皮棉图像只含黑、白两类，因此可先进行一次粗分割，在把灰度值最大和灰度值最小分割出来，然后对剩下的部分进行处理：

（1）获取图像

的灰度直方图；

（2）按灰度级的大小顺序，遍历直方图，将第一个和最后一个峰值所对应的灰度值分别记为T0和T1，将图像的最大和最小灰度值分别记为minG和maxG；

（3）设为图像中像素点的灰度值，则

、

、

、为该点相邻像素的灰度值。若

且

，那么用式（1-1）更新该像素灰度值，否则不变；

（1-1）

（4）对如上变换过的图像采用Otsu方法实行二值化处理，且T在区间[a,b]中遍历，其中：

a=2×T0-minG, b=2×T1-maxG

通过改进的Otsu算法，能够准确地确定异纤的坐标位置，为下一工序中异纤的剔除提供了很好的保证。同时改进的Otsu算法能够增强分割效果，并且节省了处理时间。

执行控制机构4包括驱动电路工控机41、电气控制装置42和高压喷气装置43，高压喷气装置43与DSP控制器通过通信线连接，高压喷气装置43与电气控制装置42通过通信线连接；高压喷气装置43包括贮气罐和高压喷气阀，高压喷气阀线阵排列在棉层两侧，并与棉层表面平行，两侧高压喷气阀之间的距离为3.5cm，高压喷气阀正对异纤收集管51的出口。

异纤收集装置5包括一根与输棉通道连接的异纤收集管51和与异纤收集管51相连接的异纤收集箱52，异纤收集管51的入口与高压喷气装置43的出口相对设置。异纤收集管51为一段S形管路。

如图5所示，皮棉从皮棉入口管路11进入，同时通过除尘管路12对皮棉进行除尘后，进入开松装置13，开松装置13将进入的皮棉处理成厚度为3cm、松散密度为3.1kg/m3的棉层，棉层在重力和动力系统的作用下向下移动；输棉通道2由玻璃制成，输棉通道2两侧各有一组高速线阵CCD摄像机32和由高频荧光灯和紫外光源组成的照明设备；当皮棉移动到高速线阵CCD摄像机处，并在高频荧光灯和紫外光源的照射下，高速线阵CCD摄像机32采集皮棉图像；皮棉图像经过图像采集装置33，存入到DSP存储卡中；在DSP存储单元31的皮棉图像（见图5），经过平滑去噪，Otsu分割后的异纤被定位到64×64的网格中，完成异物定位。从左下角开始扫描图像，如果异纤在各个小网格中的大小超过小网格面积的一半，则认为异纤占据整个小网格，在判断完异纤占据的所有网格后，DSP控制器将控制相应网格上的高压喷气阀喷出高压气体将异纤吹落，通过异纤收集管51将异纤排出到异纤收集箱52中。该装置能够提高异纤剔除的准确性和工作效率。

Claims

1. 一种基于紫外探测机理的棉花“三丝”自动剔除装置，其特征在于：包括开棉机构（1）、输棉通道（2）、图像采集处理机构（3）、执行控制机构（4）和异纤收集装置（5）；

所述的开棉机构（1）包括皮棉入口管路（11）、除尘管路（12）和开松装置（13），所述的皮棉入口管路（11）与开松装置（13）的入口连接，所述的除尘管路（12）垂直设置在皮棉入口管路（11）上并与皮棉入口管路（11）相通；

所述的输棉通道（2）自上而下垂直设置在自动剔除装置的中间部位，输棉通道（2）上相对设置有高压喷气口（21）和排杂口（22）；

所述的图像采集处理机构（3）包括设置在输棉通道两侧的照明设备（31）和线阵高速CCD摄像机（32）、图像采集装置（33）、图像处理装置（34），所述的照明设备（31）包括高频荧光灯和紫外光源，所述的线阵高速CCD摄像机（32）与图像采集装置（33）通过通信线连接；所述的图像处理装置（33）与所述的图像采集装置（33）通过通信线连接；

所述的执行控制机构（4）包括驱动电路工控机（41）、电气控制装置（42）和高压喷气装置（43），所述的高压喷气装置（43）与DSP控制器通过通信线连接，所述的高压喷气装置（43）与电气控制装置（42）通过通信线连接；

所述的异纤收集装置（5）包括一根与输棉通道连接的异纤收集管（51）和与异纤收集管（51）相连接的异纤收集箱（52），所述的异纤收集管（51）的入口与高压喷气装置（43）的出口相对设置。

2.根据权利要求1所述的一种基于紫外探测机理的棉花“三丝”自动剔除装置，其特征在于：所述的开松装置（13）的出口处设置有斜形通道（14），所述的斜形通道（14）的入口与输棉通道（2）连接，所述的斜形通道（14）的斜度为5至15度。

3.根据权利要求1所述的一种基于紫外探测机理的棉花“三丝”自动剔除装置，其特征在于：所述的输棉通道（2）为透明管路。

4.根据权利要求1所述的一种基于紫外探测机理的棉花“三丝”自动剔除装置，其特征在于：所述的图像采集装置（33）包括Camaera-Link接口、LVDS驱动和接收电路、LVDS到LVTTL的转换电路及LVTTL到LVDS的转换电路、FPGA、液晶显示器及驱动电路。

5.根据权利要求1所述的一种基于紫外探测机理的棉花“三丝”自动剔除装置，其特征在于：所述的图像处理装置（33）包括DSP存储卡、DSP处理器算法卡和DSP控制器，所述的DSP存储卡、DSP处理器算法卡、DSP控制器与所述的图像采集装置（33）分别通过通信线连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于紫外探测机理的棉花“三丝”自动剔除装置，其特征在于：所述的紫外光源为波长200nm～400 nm的紫外灯管。

7.根据权利要求1所述的一种基于紫外探测机理的棉花“三丝”自动剔除装置，其特征在于：所述的DSP处理器算法卡包括接口电路传输层、流水线延时控制卡、地址控制输出卡、时钟输出控制卡和数据存储通道。

8.根据权利要求1所述的一种基于紫外探测机理的棉花“三丝”自动剔除装置，其特征在于：所述的高压喷气装置（43）包括贮气罐和高压喷气阀，所述的高压喷气阀线阵排列在棉层两侧，并与棉层表面平行，两侧高压喷气阀之间的距离为3cm至4cm，高压喷气阀正对异纤收集管（51）的出口。

9.根据权利要求1所述的一种基于紫外探测机理的棉花“三丝”自动剔除装置，其特征在于：所述的异纤收集管（51）为一段S形管路。