专利名称：棉花中异性纤维的检测计量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种检测计量装置，特别是关于一种能够精细识别和准确计 量棉花中异性纤维的检测计量装置。
背景技术：
棉花中的异性纤维主要是指编织袋丝(丙纶丝)、有色线、人畜毛发、化纤丝、 塑料薄膜、布条、家禽羽毛、麻绳等非棉纤维材料，其多是在棉花采摘及流通环 节中产生的。多年来，由于异性纤维的存在，严重影响了棉纱及棉布的质量，在 纺纱织布过程中，异性纤维不仅会降低纺织效率，形成纱布疵点，而且还会影响 颜色外观质量，严重削弱了国产棉花及棉纺织品在国际市场上的竞争力，我国每
年因为棉花中的异性纤维给纺织企业带来的直接经济损失达10亿元人民币，因此，
国内许多纺织企业不惜投入大量人力、物力对棉花中的异性纤维进行手工挑拣， 以清除这些杂质。所以准确掌握棉花中的异性纤维含量，对及时控制棉花质量， 评定棉花品质具有十分重要的现实意义。但是，现有技术只能对棉花中的异性纤 维进行简单粗略识别，不能识别出所有(包括细小)异性纤维，也不能自动快速 准确计量异性纤维的含量。 发明内容
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种能够精细识别和快速准确计量 棉花中的异性纤维的检测计量装置。
为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案 一种棉花异性纤维检测计 量装置，其特征在于它包括 一机架，所述机架的上、下部分别设置一棉样制网 装置和一棉网收集装置；所述棉样制网装置的最前端设置有一对送棉辊和一对牵 引辊，所述送棉辊和牵引辊中的一个辊上设置有一记录棉网传输速度和位置的编 码器； 一检测箱体，其设置在所述两送棉辊与所述两牵引辊之间，所述检测箱体 内设置有一检测通道，所述检测通道为透明的矩形管道，所述检测通道的一侧或 两侧设置有一套图像采集系统； 一计算机，其分别连接所述编码器的信号采集卡 和图像采集系统的图像采集卡，所述计算机内安装有一套异性纤维图像识别与计 量模块，所述计算机连接有显示和打印设备。
所述棉样制网装置包括 一包括前、后输棉辊的棉花输送带， 一设置在所述 棉花输送带前方的喂棉罗拉，所述喂棉罗拉的下方设置有一弧形喂料板，所述喂料板的出口设置一齿辊，所述齿辊的下方设置一小弧板，所述齿辊的前侧设置一 大刺辊，所述大刺辊上方设有一齿形盖板，所述大刺辊下方设置有一筛状大弧板， 所述大刺辊前侧设置一小刺辊，所述小剌辊表面缠满刺条，所述小刺辊的前侧设 置一剥棉辊；所述两送棉辊设置在所述剥棉辊的侧下方，所述两牵引辊设置在所 述检测通道的出口处；两部电机，其中一部电机通过三角带带动所述齿辊和大刺 辊；另一部减速电机通过同步齿形带带动所述小刺辊、剥棉辊和两送棉辊，同时 通过另一同步齿形带带动所述两牵引辊和棉网收集装置，所述前、后输棉辊和所 述喂棉罗拉由所述剥棉辊通过链传动和齿轮传动机构带动。
所述图像采集系统包括设置在所述检测通道一侧的高分辨率CCD高速彩色 摄像机和CCD高速黑白摄像机，在所述彩色摄像机与所述检测通道之间f^置有彩 色光源，在所述黑白摄像机与所述检测通道之间设置有黑白光源，所述彩色摄像 机和彩色光源与所述黑白摄像机和黑白光源之间设置有一隔板，与所述光源相对 的所述检测通道另一侧设置有光背景。
所述彩色摄像机和黑白摄像机位于所述检测通道的同一侧。 所述彩色摄像机和黑白摄像机交错位于所述检测通道的两侧。 所述彩色光源为荧光灯，所述黑白光源为紫外光源或红外光源。 所述异性纤维识别与计量模块包括 一异性纤维数据库， 一组面积与重量关 系数学模型，以及一异性纤维图像处理模块；所述异性纤维的图像处理模块包括 进行图像分割和图像增强的异性纤维识别算法，提供轮廓提取、面积周长计算、 轮廓删除和形态研究，进行异性纤维分类及面积算法；所述异性纤维数据库包含 常见典型异性纤维的颜色、比重和形态信息，存储有各类异性纤维的特征向量值； 所述面积与重量关系数学模型包含一组将图像中异性纤维的面积通过公式运算转 换为重量的数学公式。
本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、由于本实用新型在 检测装置中设置了棉样制网装置，使被检测棉样形成很薄(0.5 2mm)、很均匀、 具有一定幅宽、匀速运动的棉网，因此，可使棉样中的异性纤维充分暴露，进而 为精细识别奠定了基础。2、本实用新型由于采用了高速、高分辨率CCD摄像机及 与其配套的光源，因此可以很好地实现异性纤维的图像采集。3、本实用新型由于 在检测装置中设置了可对棉网中异性纤维进行图像处理的识别与计量模块，因此 可以实现对异性纤维的识别、分类、剔除伪异性纤维，获得棉花中异性纤维的准 确面积。4、本实用新型由于建立了异性纤维面积与重量关系的数学模型，因此可 实现对棉花中异性纤维含量的准确计量，并自动显示出计量结果。5、本实用新型整个系统都采用全封闭的可视流程模式，可以有效避免纤维粉尘的飞散和污染及 外部环境对棉花的污染。本实用新型对棉花中异性纤维含量的检测准确度高，数 据可靠，适合棉花质量检验部门、棉花加工企业和棉纺企业等在线或离线使用， 具有良好的经济效益和社会效益，有广泛的发展前景。
图1是本实用新型系统结构示意图
图2、图3是本实用新型棉样制网装置各部件传动关系示意图 图4是本实用新型棉样制网装置及检测识别系统框架结构示意图 图5是本实用新型识别与计量模块流程框图具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。 本实用新型主要内容包括
1、 设置一套棉样制网装置，将棉花制作成厚度为l毫米左右的均匀棉网；
2、 设置一套图像采集系统，对经过图像采集区域的棉网进行图像采集；
3、 通过计算机中安装的识别与计量模块，对采集的图像中的异性纤维进行识 别、分类，并计算异性纤维的面积；
4、 根据异性纤维的面积与重量关系的数学模型，对图像识别和分类的结果进 行计算，进而得到棉花中异性纤维的重量。
如图1所示，本实用新型提供的棉样制网装置包括支承各部件的机架1，由前、 后输棉辊2、 3和输棉皮带4组成的棉花输送带，待检测的棉花(图中用粗实线表 示)均匀地平铺在输棉皮带4上。在前输棉辊2的前侧上方设置有一喂棉罗拉5， 在喂棉罗拉5的下方设置有一弧形喂料板6，棉花从喂棉罗拉5与喂料板6之间通 过。喂料板6的出口设置一齿辊7，在齿辊7的下方设置一小弧板8，棉花从小弧 板8和齿辊7之间通过。齿辊7的前侧设置一大刺辊9，大刺辊9上方设有一组齿 形盖板IO，大刺辊9下方设置有一筛状大弧板11，起到疏导大刺辊9表面气流的 作用。齿辊7通过勾拉作用将喂入的棉花转移到大刺辊9上，棉花经过大刺辊9 与齿形盖板10之间刺、齿的自由梳理后，进入大刺辊9前侧的一小刺辊12。小刺 辊12表面缠满刺条，大刺辊9的表面线速度大于小剌辊12的表面线速度，靠大 刺辊9与小刺辊12表面齿形及线速度的变化，棉花被转移凝聚在小剌辊12上， 在小剌辊12的前侧设置一剥棉辊13，棉花通过剥棉辊13的剥取形成棉层。在剥 棉辊13的侧下方设置有一对送棉辊14、 15，棉层在送棉辊14、 15的夹持作用下 形成本实用新型要求的lmm厚的棉网并以一定的速度向前运行，经两牵引辊16、17的牵引后，由棉网收集装置18进行收集。棉网收集装置18可以是巻棉筒，还 可以是气流装置或其它现有技术装置。
如图2、图3所示，本实用新型棉样制网装置的传动由两部电机19、 20带动 来实现，其中电机19可以采用普通电机，通过三角带带动齿辊7和大刺辊9转动。 另一部电机20可以采用减速电机，电机20的输出带轮为齿形带轮，通过一同步 齿形带带动小刺辊12、剥棉辊13、送棉辊14、 15转动；电机20通过另一同步齿 形带带动牵引辊16、 17和棉网收集装置18转动。前、后输棉辊2、 3和喂棉罗拉 4由剥棉辊13通过链传动和齿轮传动机构带动(图中未示出)。
如图1所示，本实用新型的图像采集系统设置在一密闭检测箱体21内，检测 箱体21设置在两送棉辊14、 15与两牵引辊16、 17之间，在检测箱体21内设置 有一检测通道22，检测通道22是一段40X400mffl的透明或开孔的矩形管道，棉网 从检测通道22中通过。在检测通道22的一侧设置有高分辨率CCD高速彩色摄像 机23和CCD高速黑白摄像机24，在彩色摄像机23与检测通道22之间设置有可以 照亮检测通道22的彩色光源25，彩色光源25为荧光灯，在黑白摄像机24与检测 通道22之间设置有可以照亮检测通道22的黑白光源26，黑白光源26为紫外光源 或红外光源。彩色光源25和黑白光源26还可以交错设置在检测通道22的两侧。 彩色和黑白光源可以设置为多列或多行。彩色光源25和黑白光源26之间有隔离 板分开，两种光源发出的光被隔离，互不干涉，在检测通道22的另一侧设置有一 光背景27。
如图4所示，本实用新型的棉样制网装置及检测识别系统还包括一计算机28， 计算机28通过图像采集卡29分别连接彩色摄像机23和黑白摄像机24，计算机 28通过信号采集卡30与安装在棉样制网装置上的编码器31相连接，在计算机28 系统中设置有识别与计量模块32，同时在计算机上还接有触摸显示器33和数据上 传/打印机34。
本实用新型操作时棉花通过本实用新型的制网装置，使被检测棉样形成很薄 (0.5 2mm)、很均匀、具有一定幅宽的棉网，并引导棉网匀速通过检测通道22， 由编码器31把棉网速度和位置信息通过信号采集卡30传递给计算机28，计算机 28控制图像采集卡29通过安装在检测通道22 —侧的高速、高分辨率彩色和黑白 两种摄像机23、 24进行图像采集，并将采集到的图像通过设置在计算机28中的 识别与计量模块32进行处理，对异性纤维图像进行精细识别和计量，以实现棉样 中异性纤维含量的准确计量。
如图5所示，本实用新型异性纤维识别与计量模块32包括 一异性纤维数据库， 一组面积与重量关系数学模型，以及一异性纤维图像处理模块。 本实用新型异性纤维的图像处理模块包括
(1) 异性纤维识别算法-一图像分割及图像增强。
A、 图像分割采用自适应的动态阈值法和临域为13个像素的自适应均值平移 算法完成异性纤维的分割提取；
B、 图像增强用分段增强和膨胀滤波法，采用3X3长方形的结构元素对图像 进行一次膨胀；再采用两次7X7中值滤波处理；通过图像分割及图像增强对异性 纤维图像进行识别。
(2) 异性纤维分类及面积算法---包括轮廓提取、面积周长计算、轮廓删除、 形态研究等算法，按下式计算各种异性纤维不同的特征向量值，完成异性纤维的 分类识别及面积计算。
异性纤维的特征向量=形态信息向量+色彩信息向量+纹理信息向量 通过轮廓运算(轮廓面积和周长)获得形态信息向量；通过色度运算获得色 彩信息向量；通过边界和纹理运算获得纹理信息向量；轮廓提取算法通过一阶微 分技术完成异性纤维轮廓提取；通过面积阔值分割算法完成伪异性纤维轮廓的删 除，剔除非异性纤维的影响。
本实用新型的异性纤维数据库包含常见的7大类典型异性纤维(色线、丙纶 丝、麻丝、塑料薄膜、动物羽毛、毛发及其它)的颜色、比重、形态等信息，存 储有各类异性纤维的特征向量值，此数据库是对各类异性纤维进行分类识别的依 据。
本实用新型的面积与重量关系数学模型包含一组至少7个典型数学公式，这 些典型数学公式可以将图像中异性纤维的面积通过公式运算转换为重量，通过与 已检测的棉花样品的重量的比值，获得棉花中异性纤维的含量值。
本实用新型操作过程如下首先通过电气开关开启各设备，设备运转平稳后 将待检测的棉花均匀地平铺在输棉皮带4上，在喂棉罗拉5两端设有的压力调节 部件作用下，喂棉罗拉5与弧形喂料板6配合，棉花通过喂棉罗拉5与喂料板6 的握持，被送到齿辊7完成棉花喂入。棉花通过齿辊7表面齿牙的勾持作用转移 到大刺辊9上，从大刺辊9与盖板10之间经过，在大刺辊9表面齿牙与盖板10 齿牙的共同作用下棉花经过自由梳理，异性纤维被暴露在棉纤维表面，由于大刺 辊9的表面线速度大于小刺辊12的表面线速度，靠大刺辊9与小刺辊12表面线 速度的变化，含有异性纤维的棉纤维被凝聚在小刺辊12上，通过剥棉辊13的剥 取形成棉网，棉网在送棉辊14、 15的夹持作用下以一定速度送入检测通道22，经检测通道22 —侧安装的照明光源25、 26的照射及彩色、黑白CCD高速摄像机23、 24进行的图像采集，在牵引辊16、 17的夹持牵引下棉网通过检测通道22，最后 由棉网收集装置18 (巻棉筒或气流装置)收集检测完的棉网。彩色、黑白CCD高 速摄像机23、 24通过图像采集卡29对棉网图像进行动态快速拍摄，并将拍摄的 图像信号传输给计算机处理系统，经过计算机28内的异性纤维图像识别与计量模 块32对采集的图像信号进行分析处理。如图5所示，本实用新型识别与计量模块 32对异性纤维图像进行精细识别和计量的过程包括-
1、 首先启动识别与计量模块运行信号，并等待棉网通过检测通道；
2、 当棉网通过检测通道时，系统进行图像采集；
3、 根据步骤2采集到的图像，判断有无异性纤维存在，如果无异性纤维存在， 则判断是否结束检测，如果有结束信号则停止检测，否则重新采集图像；如果有 异性纤维存在，则进入步骤4;
4、 系统通过异性纤维数据库和图像处理算法首先对异性纤维图像进行轮廓提 取、轮廓删除、形态研究、色度运算、纹理运算等图像处理，获取异性纤维的特征 向量并与异性纤维数据库内的异性纤维特征向量值比较，确定异性纤维的种类； 剔除伪异性纤维，获得棉网中各类异性纤维的精确面积；
5、 将通过图像处理算法取得的各类异性纤维的精确面积结果输入到面积与重 量关系的数学模型中，计算异性纤维的重量以及棉样中异性纤维的含量值，由显 示器33显示出已检测棉花中异性纤维的含量，还可以通过数据上传/打印34输出 检测计量结果。
6、 将计算结果储存记录在系统中，系统自动显示异性纤维含量值，并根据信 号采集卡记录异性纤维的位置，保存异性纤维图像，以备査询；
7、 判断是否结束检测，当棉网全部通过检测通道后，检测结束，否则进入步骤2。
本实用新型可记录并显示检测棉花中异性纤维的种类，每种异性纤维的面积 及含量，全部异性纤维的面积及含量，并可以输出及传输数据。
本实用新型采用棉花成网技术与图像采集和处理技术巧妙结合，实现了异性 纤维的精细识别和准确计量。
本实用新型仅以上述实施例进行说明，凡根据本实用新型原理进行的等效变 换，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。
权利要求1、一种棉花异性纤维检测计量装置，其特征在于它包括一机架，所述机架的上、下部分别设置一棉样制网装置和一棉网收集装置；所述棉样制网装置的最前端设置有一对送棉辊和一对牵引辊，所述送棉辊和牵引辊中的一个辊上设置有一记录棉网传输速度和位置的编码器；一检测箱体，其设置在所述两送棉辊与所述两牵引辊之间，所述检测箱体内设置有一检测通道，所述检测通道为透明的矩形管道，所述检测通道的一侧或两侧设置有一套图像采集系统；一计算机，其分别连接所述编码器的信号采集卡和图像采集系统的图像采集卡，所述计算机内安装有一套异性纤维图像识别与计量模块，所述计算机连接有显示和打印设备。
2、 如权利要求1所述的一种棉花异性纤维检测计量装置，其特征在于所述棉 样制网装置包括一包括前、后输棉辊的棉花输送带， 一设置在所述棉花输送带前方的喂棉罗 拉，所述喂棉罗拉的下方设置有一弧形喂料板，所述喂料板的出口设置一齿辊， 所述齿辊的下方设置一小弧板，所述齿辊的前侧设置一大刺辊，所述大刺辊上方 设有一齿形盖板，所述大刺辊下方设置有一筛状大弧板，所述大刺辊前侧设置一 小刺辊，所述小刺辊表面缠满刺条，所述小刺辊的前侧设置一剥棉辊；所述两送 棉辊设置在所述剥棉辊的侧下方，所述两牵引辊设置在所述检测通道的出口处；两部电机，其中一部电机通过三角带带动所述齿辊和大刺辊；另一部减速电机通过同步齿形带带动所述小刺辊、剥棉辊和两送棉辊，同时通过另一同步齿形 带带动所述两牵引辊和棉网收集装置，所述前、后输棉辊和所述喂棉罗拉由所述 剥棉辊通过链传动和齿轮传动机构带动。
3、 如权利要求1或2所述的一种棉花异性纤维检测计量装置，其特征在于所 述图像采集系统包括设置在所述检测通道一侧的高分辨率CCD高速彩色摄像机 和CCD高速黑白摄像机，在所述彩色摄像机与所述检测通道之间设置有彩色光源， 在所述黑白摄像机与所述检测通道之间设置有黑白光源，所述彩色摄像机和彩色 光源与所述黑白摄像机和黑白光源之间设置有一隔板，与所述光源相对的所述检 测通道另一侧设置有光背景。
4、 如权利要求3所述的一种棉花异性纤维检测计量装置，其特征在于所述 彩色摄像机和黑白摄像机位于所述检测通道的同一侧。
5、 如权利要求3所述的一种棉花异性纤维检测计量装置，其特征在于所述 彩色摄像机和黑白摄像机交错位于所述检测通道的两侧。
6、 如权利要求3所述的一种棉花异性纤维检测计量装置，其特征在于所述 彩色光源为荧光灯，所述黑白光源为紫外光源或红外光源。
7、 如权利要求4或5所述的一种棉花异性纤维检测计量装置，其特征在于-所述彩色光源为荧光灯，所述黑白光源为紫外光源或红外光源。
8、 如权利要求1或2或4或5或6所述的一种棉花异性纤维检测计量装置，其特征在于所述异性纤维识别与计量模块包括 一异性纤维数据库， 一组面积 与重量关系数学模型，以及一异性纤维图像处理模块；所述异性纤维的图像处理 模块包括进行图像分割和图像增强的异性纤维识别算法，提供轮廓提取、面积 周长计算、轮廓删除和形态研究，进行异性纤维分类及面积算法；所述异性纤维 数据库包含常见典型异性纤维的颜色、比重和形态信息，存储有各类异性纤维的 特征向量值；所述面积与重量关系数学模型包含一组将图像中异性纤维的面积通 过公式运算转换为重量的数学公式。
9、 如权利要求3所述的一种棉花异性纤维检测计量装置，其特征在于所述 异性纤维识别与计量模块包括 一异性纤维数据库， 一组面积与重量关系数学模 型，以及一异性纤维图像处理模块；所述异性纤维的图像处理模块包括进行图 像分割和图像增强的异性纤维识别算法，提供轮廓提取、面积周长计算、轮廓删 除和形态研究，进行异性纤维分类及面积算法；所述异性纤维数据库包含常见典 型异性纤维的颜色、比重和形态信息，存储有各类异性纤维的特征向量值；所述 面积与重量关系数学模型包含一组将图像中异性纤维的面积通过公式运算转换为 重量的数学公式。
10、 如权利要求7所述的一种棉花异性纤维检测计量装置，其特征在于所 述异性纤维识别与计量模块包括 一异性纤维数据库， 一组面积与重量关系数学 模型，以及一异性纤维图像处理模块；所述异性纤维的图像处理模块包括进行 图像分割和图像增强的异性纤维识别算法，提供轮廓提取、面积周长计算、轮廓 删除和形态研究，进行异性纤维分类及面积算法；所述异性纤维数据库包含常见 典型异性纤维的颜色、比重和形态信息，存储有各类异性纤维的特征向量值；所 述面积与重量关系数学模型包含一组将图像中异性纤维的面积通过公式运算转换 为重量的数学公式。
专利摘要本实用新型涉及一种棉花异性纤维检测计量装置，其特征在于它包括一棉样制网装置和一棉网收集装置；所述棉样制网装置的最前端设置有一对送棉辊和一对牵引辊，所述送棉辊和牵引辊中的一个辊上设置有一记录棉网传输速度和位置的编码器；一检测箱体，其设置在所述两送棉辊与所述两牵引辊之间，所述检测箱体内设置有一检测通道，所述检测通道为透明的矩形管道，所述检测通道的一侧或两侧设置有一套图像采集系统；一计算机，其分别连接所述编码器的信号采集卡和图像采集系统的图像采集卡，所述计算机内安装有一套异性纤维图像识别与计量模块，所述计算机连接有显示和打印设备。本实用新型可以广泛用于棉花质量检验部门、棉花加工企业和棉纺企业中。
文档编号G01N21/89GK201255721SQ20082011010
公开日2009年6月10日 申请日期2008年8月22日 优先权日2008年8月22日
发明者康玉国, 戎立斌, 李付堂, 李文侠, 王金星, 斌 胡, 胡宝林 申请人:北京中棉机械成套设备有限公司