棉花加工在线检测仪器的研发及应用

2018-08-20董伟辉

纺织器材 2018年4期

董伟辉

(陕西长岭纺织机电科技有限公司，陕西宝鸡 721013)

0 引言

为了提高棉花加工质量和效率，需要在棉花加工生产线上实现籽棉回潮率和杂质的在线监测，以及皮棉回潮率、杂质和色泽的在线监测，以改善轧花厂的生产加工工艺，监控机器的稳定性，确保能够及时发现问题，并调整生产工艺。目前，国外的棉花轧花生产检测设备主要是乌斯特(USTER)公司制造的检测站[1]，国内主要是长岭纺电研发的棉花加工生产线在线检测仪器。

1 在线检测仪器的组成及原理

在线检测仪器由籽棉主机、皮棉主机以及附属模块组成，如图1所示。其中，籽棉主机检测籽棉的回潮率和杂质等级，皮棉主机检测皮棉的回潮率、杂质等级和颜色级，两主机通过局域网将检测数据上传给中央控制台。中央控制台分析籽棉主机和皮棉主机传来的棉花数据，智能化控制轧花工艺流程，调整棉花加工设备的工艺参数，提高轧花生产线的加工质量。

图1 在线检测仪器组成框图

2 在线检测仪器各模块工作原理

2.1 籽棉主机工作原理

籽棉主机在处理软件的控制下，进行自动取样、回潮率测试、杂质测试、释放样品、数据处理并上传至中央控制台，完成一次测量。之后，该过程实时循环进行。

2.2 皮棉主机工作原理

皮棉主机在处理软件的控制下，进行自动取样、回潮率测试、杂质测试、颜色测试、释放样品、数据处理并上传至中央控制台，完成一次测量，该过程实时循环进行。

2.3 在线取样装置工作原理

皮棉主机和籽棉主机自动在线取样装置原理相同。采用平板式结构，由电机带动取样板旋转，取样板从取样初始位置、取样位置，最后到达测试位置，测试完成后取样板回到取样初始位置，准备进行下一次取样控制。

在线取样的有效性直接影响测试结果的正确性，因此，籽棉主机和皮棉主机分别设计有专用传感器以判断取样的有效性。

2.4 回潮率测量工作原理

回潮率测量模块采用电阻法[2]，利用棉花的电阻与其回潮率呈负相关变化的规律，在一定的纤维量、密度、温度和测试面积等条件下，测得棉花的电阻值，间接得出棉花的回潮率。

2.5 杂质测量工作原理

杂质测量模块采用光学图像法[3]，利用45/0照明方式，光线以与棉花表面法线成45°方向入射于棉花表面上，在法线上利用CCD相机在棉花正下方采集样品的表面图像，将带有杂质的棉花图像传输至处理软件，进行高斯模糊滤波、图像的分割阈值寻找得到二值化的图像，清除图像噪声，对二值化图像的杂质面积和杂质点数进行统计，以进一步对其进行校正。标准杂质板成像和二值化图像见图2。

a) 标准杂质板成像 b) 标准杂质板二值化图像图2 标准杂质板

2.6 颜色测量工作原理

颜色测量模块采用光电反射法[3]，结构见图3。该模块也采用45/0照明方式，光线以与棉花表面法线成45°方向入射于棉花表面上，在法线上测量棉花表面反射光信号，分析得到的光谱成分的3刺激值X，Y，Z，根据经验公式和修正算法，计算出棉花的颜色反射率Rd值和黄度+b值，根据中国棉花等级标准输出颜色级CG。

1—光源；2—色度传感器；3—相机；4—电机；5—棉花；6—压板；7—压板运动轨迹。图3 颜色取样模块结构

3 实验数据

3.1 颜色测试数据

对标准色板(白板、黄板和中心板)连续测试8 h，数据见表1，每块标准色板的反射率Rd与标准值的差值均能满足±0.4%的要求，黄度+b的测试值与标准值的差值均能满足±0.4的要求[4]。

对一种标准棉花连续测试3 d (每天数据取平均值)，数据见表2。标准棉花的反射率Rd测试数据平均值与标准值的差值满足±1.0%的要求，标准差能达到0.3%的要求；黄度+b测试数据平均值与标准值的差值能达到±0.5的要求，标准差能满足不大于0.3的要求[5]。

表1 标准色板颜色测试数据

时间/h白板黄板中心板Rd/%+bRd/%+bRd/%+b0.083.73.981.114.472.78.80.583.63.981.214.572.58.71.083.83.981.114.472.78.92.083.63.881.114.472.48.73.083.73.980.914.572.88.94.083.43.881.114.572.48.75.083.83.981.114.572.78.86.083.63.881.114.472.48.77.083.73.981.114.472.88.98.083.63.980.814.572.68.7 注:Rd标准值:白板为83.7%,黄板为81.4%,中心板为72.6%;+b标准值:白板为4.2,黄板为14.4,中心板为8.5。

表2 标准棉花颜色测试数据

时间Rd/%+b测试值标准差测试值标准差第1天75.30.1010.00.28第2天75.40.2810.10.29第3天75.50.299.90.14 注:Rd标准值为75.3%,+b标准值为10.0。

3.2 杂质测试数据

对标准杂质板连续测试8 h，数据见表3。标准杂质板的杂质粒数Tc测试值与标准值相比能满足±5个的要求，杂质面积Ta测试值与标准值能满足±0.11%的要求[4]。

对标准杂质板连续测试3 d (每天数据取平均值)，数据见表4。标准杂质板的杂质粒数Tc的测试平均值与标准值的差值能满足±5个的要求，标准差能满足不大于6.0的要求；杂质面积Ta的测试平均值与标准值的差值能满足±0.11%的要求，标准差能满足不大于0.04%的要求[5]。

表3 连续测试8 h的标准杂质板测试数据

时间/h杂质粒数Tc/个杂质面积Ta/%0.01981.710.52021.701.02021.712.02021.723.02021.724.02001.725.02001.736.02001.737.02051.748.02001.73 注:杂质粒数Tc的标准值为203个,杂质面积Ta的标准值为1.70%。

表4 连续测试3 d的标准杂质板测试数据