1、棉花異纖清理技術(shù)第1頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四OUTLINE項(xiàng)目背景項(xiàng)目要求現(xiàn)有方法及產(chǎn)品擬定方案展望第2頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四背景異性纖維，俗稱三絲，是指混入棉花中的對(duì)棉花及其制品質(zhì)量有嚴(yán)重影響的非棉纖維和非本色棉纖維，如化學(xué)纖維、毛發(fā)、絲、麻、塑料膜、塑料繩、染色線（繩、布?jí)K）等。第3頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四異性纖維主要產(chǎn)生在田間采摘和家庭貯藏環(huán)節(jié), 其中田間采摘環(huán)節(jié)約占50 % , 家庭貯藏環(huán)節(jié)約占40 % , 其它環(huán)節(jié)占10 %（敦煌棉）。第4頁，共53頁，2022年，5月20日，23

2、點(diǎn)23分，星期四背景異性纖維在紡紗過程中極易拉斷或分成更短、更細(xì)的纖維，或被打碎成纖維狀細(xì)小疵點(diǎn)。這些疵點(diǎn)極易造成細(xì)紗斷頭，降低工作效率?？棽既旧?，會(huì)在布面出現(xiàn)各種色點(diǎn)，嚴(yán)重影響布面外觀質(zhì)量。對(duì)棉紡企業(yè)造成巨大損失：人工挑揀費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)錢，而且不能達(dá)到理想的效果。初步估計(jì)，增加成本￥400/t第5頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四棉花等級(jí)降低，導(dǎo)致棉花價(jià)格降低。正因?yàn)檫@樣，有效防治和檢出異纖是當(dāng)務(wù)之急。GB 11031999第6頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四OUTLINE項(xiàng)目背景項(xiàng)目要求現(xiàn)有方法及產(chǎn)品擬定方案展望第7頁，共53頁，2022年，

3、5月20日，23點(diǎn)23分，星期四項(xiàng)目要求研究從籽棉尤其是機(jī)采棉中高效、高速清理地膜的技術(shù)和方法；研究開發(fā)利用機(jī)械清理、氣流浮選、圖像識(shí)別及陣列定點(diǎn)清除等集成多種清理方法的復(fù)合高效地膜清理技術(shù)和裝備，在保證減少籽棉損耗率的前提下，提高地膜清理效率和機(jī)采棉的加工質(zhì)量，有效減少籽棉采后損失，提高紡織品品質(zhì)水平。第8頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四OUTLINE項(xiàng)目背景項(xiàng)目要求現(xiàn)有方法及產(chǎn)品擬定方案展望第9頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四現(xiàn)有方法及產(chǎn)品關(guān)于異纖清除，國內(nèi)外已經(jīng)發(fā)展了很多方法，包括光電，超聲，靜電，光學(xué)檢測(cè)。光學(xué)方法按照波長(zhǎng)范圍分又包括

4、紫外可見和紅外。這幾種方法各有其特點(diǎn)第10頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四光電式識(shí)別原理光電式是采用光電三極管對(duì)棉花中的異纖識(shí)別，主要是通過異纖與棉花的色差反映到光電管的電流差別，經(jīng)信號(hào)放大、處理比較來識(shí)別異纖。這種方法原理簡(jiǎn)單，制造成本低由于是靠色差識(shí)別異纖，所以與棉花相近顏色的異纖無法識(shí)別，棉花中大量出現(xiàn)的白色丙綸絲不能識(shí)別。對(duì)有色細(xì)小異纖同樣也無法識(shí)別，經(jīng)大量的試驗(yàn)表明：如毛發(fā)或同樣大小的有色異纖,在高速運(yùn)行中，光電管識(shí)別不了，只能對(duì)大團(tuán)或有一定體積的有色異纖進(jìn)行識(shí)別。整機(jī)異纖檢出率不高，只適合粗檢異纖。第11頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，

5、星期四超聲波方式其原理是超聲波傳感器發(fā)出超聲波到棉花上，然后再檢測(cè)反射回來的信息。當(dāng)棉花中有異纖時(shí)，由于異纖反射回來的信號(hào)強(qiáng)于棉花，從而經(jīng)信號(hào)處理比較識(shí)別后識(shí)別異纖。超聲波優(yōu)點(diǎn)：通過物體表面的密度差別識(shí)別異纖，不論異纖是什么顏色，白色或有色都能檢出。超聲波畢竟是聲波，傳輸速度沒有光波快，對(duì)異纖的識(shí)別反映速度慢，當(dāng)異纖在通道中飛行速度太快時(shí)，來不及識(shí)別。另外，超聲波對(duì)細(xì)小異纖同光電管一樣，識(shí)別不了，只能識(shí)別較大體積的異纖。從大量的試驗(yàn)結(jié)果表明，較大團(tuán)塑料薄膜、紙片、布片、成團(tuán)的異纖都能檢出。由于超聲波反應(yīng)速度慢，不能識(shí)別細(xì)小異纖所以應(yīng)用受到一定限制。第12頁，共53頁，2022年，5月20日，2

6、3點(diǎn)23分，星期四光學(xué)CCD成像方法紫外光源：利用白色丙綸絲（編織帶絲）在紫外光下的熒光效應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)（紫外線熒光效應(yīng)）可見光源：利用某些有色異纖與棉纖維的顏色差異在成像時(shí)的灰度差異進(jìn)行識(shí)別（主要對(duì)表面纖維進(jìn)行檢測(cè)）紅外：不同纖維在不同波長(zhǎng)下的吸收特性不一樣，勢(shì)必在CCD上形成灰度不一致的圖像，可以用來區(qū)分內(nèi)部雜質(zhì)第13頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四光學(xué)CCD成像方法CCD高速攝像機(jī)分線掃和面掃兩種。這兩種CCD都可以采用，但線掃處理圖像更加靈活方便。目前大多數(shù)廠家選用的CCD高速攝像機(jī)為2048像素。從圖像效果看基本能滿足紡織廠清除異纖的功能，對(duì)頭發(fā)、動(dòng)物毛發(fā)這種細(xì)

7、小的異纖也能夠識(shí)別但識(shí)別困難。從研究效果表明，頭發(fā)在棉花表面圖像清楚的能識(shí)別，在部分隱藏或邊角位置不易識(shí)別。頭發(fā)識(shí)別率在6070%之間，檢出率在5060%之間。比頭發(fā)粗一點(diǎn)的棕絲，識(shí)別率在90%以上，對(duì)同樣大小有色異纖識(shí)別率最佳狀態(tài)為90%左右。所以選用2048像素的高速線掃基本上滿足要求，對(duì)大部分棉紡廠都能滿足要求，但對(duì)紗線產(chǎn)品要求出口并有更高要求的用戶，2K像素高速線掃攝像機(jī)的識(shí)別率較為勉強(qiáng)，甚至達(dá)不到要求。第14頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四現(xiàn)有成品著名的瑞士Jossi公司是最早研發(fā)異性纖維檢測(cè)機(jī)的廠家,目前已占有世界市場(chǎng)60% 70%的份額。已有近1500臺(tái)

8、裝置在世界各國紡織廠使用,取得較好的效果。目前我國也有紡織廠進(jìn)口了該公司的設(shè)備。第15頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四THE VISION SHIELD第16頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四THE VISION SHIELD第17頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四第18頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四德國特呂茨勒異物和異纖須歸為兩種完全不同的類別：前者在顏色、對(duì)比度和結(jié)構(gòu)方面與棉花有很大不同。后者由淺色和透明物體組成，通常是聚丙烯（PP）或聚乙烯（PE）膜，從顏色上很難與棉花區(qū)分開，無法被常規(guī)

9、異物分離裝置識(shí)別。 Trtzschler很早就已經(jīng)使用彩色數(shù)碼相機(jī)檢測(cè)第一種異物。比如異物分離裝置SECUROMAT SP-F。 第二種異物檢測(cè)要困難得多。超聲波的效果有限，紫外線（UV)也只能檢測(cè)含有光學(xué)增白劑的異物，而打包材料中并沒有此成分。 第19頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四德國特呂茨勒編織袋（聚丙稀）地膜（聚乙烯）第20頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四第21頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四噴嘴板，643個(gè)獨(dú)立噴嘴塑料在偏振光中呈現(xiàn)彩色，彩色CCD相機(jī)可以探測(cè)到透明PP膜和PE膜，只要彩色尺寸在22mm就可

10、以被檢測(cè)；檢測(cè)的異纖通過噴嘴清除，噴嘴板由643個(gè)獨(dú)立噴嘴組成第22頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四意大利LOPTEX第23頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四意大利LOPTEX有色異纖通過光學(xué)方法檢測(cè)，而超聲波檢測(cè)無色材料，材料先經(jīng)過超聲再經(jīng)過光學(xué)檢測(cè)。超聲：表面結(jié)構(gòu)緊密的雜質(zhì)如塑料會(huì)將超聲波發(fā)射進(jìn)接收器，從而觸發(fā)噴嘴裝置光學(xué)：包括標(biāo)準(zhǔn)熒光管和定制的成像傳感器陣列，有色雜質(zhì)反光情況與棉花不一樣從而觸發(fā)噴嘴裝置具有的特點(diǎn)：強(qiáng)力的設(shè)計(jì)，不包含cameras和mirrors第24頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四貴友科技第25

11、頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四第26頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四國內(nèi)外主要異纖檢出機(jī)的技術(shù)指標(biāo)第27頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四國內(nèi)外主要異纖檢出機(jī)的技術(shù)指標(biāo)第28頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四主要特點(diǎn)總結(jié)檢測(cè)和檢出裝備主要采用線陣CCD 彩色攝像機(jī),線陣像素從2048 到4096 ,幀率為10241450 幀/ s ,一般使用2個(gè)CCD 攝像機(jī)。部分設(shè)備采用光電感應(yīng)器(光敏三極管) 和超聲波檢測(cè)技術(shù)。光源主要有熒光燈和紫外燈,形成可見光和紫外波段的光源,適應(yīng)不同雜質(zhì)的分段檢測(cè)。

12、大部分設(shè)備采用數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù),少數(shù)采用DSP 處理系統(tǒng)。第29頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四主要特點(diǎn)總結(jié)剔除機(jī)構(gòu)采用氣動(dòng)閥和電磁閥控制噴氣嘴。落棉12 g/ 次,或012 % ,檢測(cè)率90 %左右。棉流速度較高, 一般在10 18 m/ s ,生產(chǎn)率為6001 200 kg/ h 。理論上,部分產(chǎn)品能夠識(shí)別白色物質(zhì)和透明異性物質(zhì)。2008. 07之前產(chǎn)品第30頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四OUTLINE項(xiàng)目背景項(xiàng)目要求現(xiàn)有方法及產(chǎn)品擬定方案展望第31頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四方案方案1、CCD光學(xué)成像方

13、法利用棉花與異纖在不同波段具有的不同吸收特性進(jìn)行檢測(cè)方案2、色偏振方法塑料在偏振光中成彩色圖案，而棉花棉籽等非彩色第32頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四方案1紅外吸收光譜不同化合物由不同的基團(tuán)組成，有不同的振動(dòng)方式和頻率，如果入射光頻率與其振動(dòng)頻率一致，則入射光會(huì)比較明顯地被吸收在全光譜范圍進(jìn)行頻率或波長(zhǎng)掃描，就可以得到其吸收特性光譜第33頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四棉花的主要成分是纖維素，化學(xué)式：地膜主要是聚乙烯(C6H10O5)n 纖維素聚乙烯第34頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四分子中基團(tuán)的基本振動(dòng)形式表示

14、符號(hào)：s(強(qiáng))；m(中)；w(弱)；亞甲基兩類基本振動(dòng)形式伸縮振動(dòng) 亞甲基：變形振動(dòng) 亞甲基第35頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四聚乙烯紅外光譜棉纖維紅外光譜第36頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四特征吸收峰棉波數(shù)cm-13400 2900 1650 1430 1380 1160 980波長(zhǎng)nm2941 3448 6061 6993 7246 8621 10204聚乙烯波數(shù)cm-1 2926 2853 1465 720波長(zhǎng)nm 3418 3505 6826 13889第37頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四LED發(fā)光光譜

15、第38頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四基于上述思路，又為了排除棉籽的影響，構(gòu)思了這樣一種方案：紅外雙波長(zhǎng)共光路檢測(cè)法LED陣列第39頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四識(shí)別的另一因素是圖像處理第40頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四處理算法：本方案中需要由兩個(gè)CCD同步輸出兩幅圖像輸入處理識(shí)別模塊，具體的圖像處理算法：1、比較平均灰度，并將兩者的平均灰度值處理成相等；2、兩圖對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)的灰度值做除法，因?yàn)?和2對(duì)應(yīng)的棉花吸收率一樣，又經(jīng)過1中的處理，棉花在兩幅圖中對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)灰度值近似相等，比值接近為1，棉籽在兩幅圖中均

16、擋光，比值亦接近于1(需要進(jìn)行原理實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，若證偽，需改變判斷方法，如若兩圖的像素點(diǎn)灰度均小于某一域值時(shí)就處理成域值的大小，這樣比值就會(huì)為1，也就排除了有時(shí)候分母太小造成的誤判)，而對(duì)于異纖地膜，1和2對(duì)應(yīng)的吸收率有明顯的差異，在1中吸收率大，灰度值小即成像較暗，在2中的吸收少，灰度值大即成像較亮，兩個(gè)比值會(huì)明顯大于1(需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察)，以此判斷出是否含有異纖。 第41頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四CCD感光材料響應(yīng)區(qū)間第42頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四第43頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四方案2：色偏振色偏振原理各向異性材料在偏振光的照射下能夠產(chǎn)生五彩斑斕的顏色，類似于太陽光照射下油膜或者肥皂泡的彩色，與之相對(duì)的，棉花纖維不出現(xiàn)彩色第44頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四偏振光光的振動(dòng)面只限于某一固定方向的叫做偏振光第45頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四第46頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四第47頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四第48頁，共53頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)23分，星期四決定能否出現(xiàn)彩色的因素光源：寬光譜范圍地膜厚度d應(yīng)力雙折射