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1、,棉花异性纤维清除技术,OUTLINE,项目背景项目要求现有方法及产品拟定方案展望,背景,异性纤维，俗称三丝，是指混入棉花中的对棉花及其制品质量有严重影响的非棉纤维和非本色棉纤维，如化学纤维、毛发、丝、麻、塑料膜、塑料绳、染色线（绳、布块）等。,异性纤维主要产生在田间采摘和家庭贮藏环节,其中田间采摘环节约占50%,家庭贮藏环节约占40%,其它环节占10%（敦煌棉）。,背景,异性纤维在纺纱过程中极易拉断或分成更短、更细的纤维，或被打碎成纤维状细小疵点。这些疵点极易造成细纱断头，降低工作效率。织布染色后，会在布面出现各种色点，严重影响布面外观质量。对棉纺企业造成巨大损失：人工挑拣费时费力费钱，而且
2、不能达到理想的效果。初步估计，增加成本￥400/t,棉花等级降低，导致棉花价格降低。正因为这样，有效防治和检出异纤是当务之急。,GB 11031999,OUTLINE,项目背景项目要求现有方法及产品拟定方案展望,项目要求,研究从籽棉尤其是机采棉中高效、高速清理地膜的技术和方法；研究开发利用机械清理、气流浮选、图像识别及阵列定点清除等集成多种清理方法的复合高效地膜清理技术和装备，在保证减少籽棉损耗率的前提下，提高地膜清理效率和机采棉的加工质量，有效减少籽棉采后损失，提高纺织品品质水平。,OUTLINE,项目背景项目要求现有方法及产品拟定方案展望,现有方法及产品,关于异纤清除，国内外已经发展了很多
3、方法，包括光电，超声，静电，光学检测。光学方法按照波长范围分又包括紫外可见和红外。这几种方法各有其特点,光电式识别原理光电式是采用光电三极管对棉花中的异纤识别，主要是通过异纤与棉花的色差反映到光电管的电流差别，经信号放大、处理比较来识别异纤。这种方法原理简单，制造成本低由于是靠色差识别异纤，所以与棉花相近颜色的异纤无法识别，棉花中大量出现的白色丙纶丝不能识别。对有色细小异纤同样也无法识别，经大量的试验表明：如毛发或同样大小的有色异纤,在高速运行中，光电管识别不了，只能对大团或有一定体积的有色异纤进行识别。整机异纤检出率不高，只适合粗检异纤。,超声波方式其原理是超声波传感器发出超声波到棉花上，然
4、后再检测反射回来的信息。当棉花中有异纤时，由于异纤反射回来的信号强于棉花，从而经信号处理比较识别后识别异纤。超声波优点：通过物体表面的密度差别识别异纤，不论异纤是什么颜色，白色或有色都能检出。超声波毕竟是声波，传输速度没有光波快，对异纤的识别反映速度慢，当异纤在通道中飞行速度太快时，来不及识别。另外，超声波对细小异纤同光电管一样，识别不了，只能识别较大体积的异纤。从大量的试验结果表明，较大团塑料薄膜、纸片、布片、成团的异纤都能检出。由于超声波反应速度慢，不能识别细小异纤所以应用受到一定限制。,光学CCD成像方法紫外光源：利用白色丙纶丝（编织带丝）在紫外光下的荧光效应进行检测（紫外线荧光效应）可
5、见光源：利用某些有色异纤与棉纤维的颜色差异在成像时的灰度差异进行识别（主要对表面纤维进行检测）红外：不同纤维在不同波长下的吸收特性不一样，势必在CCD上形成灰度不一致的图像，可以用来区分内部杂质,光学CCD成像方法CCD高速摄像机分线扫和面扫两种。这两种CCD都可以采用，但线扫处理图像更加灵活方便。目前大多数厂家选用的CCD高速摄像机为2048像素。从图像效果看基本能满足纺织厂清除异纤的功能，对头发、动物毛发这种细小的异纤也能够识别但识别困难。从研究效果表明，头发在棉花表面图像清楚的能识别，在部分隐藏或边角位置不易识别。头发识别率在6070%之间，检出率在5060%之间。比头发粗一点的棕丝，识
6、别率在90%以上，对同样大小有色异纤识别率最佳状态为90%左右。所以选用2048像素的高速线扫基本上满足要求，对大部分棉纺厂都能满足要求，但对纱线产品要求出口并有更高要求的用户，2K像素高速线扫摄像机的识别率较为勉强，甚至达不到要求。,现有成品,著名的瑞士Jossi公司是最早研发异性纤维检测机的厂家,目前已占有世界市场60%70%的份额。已有近1500台装置在世界各国纺织厂使用,取得较好的效果。目前我国也有纺织厂进口了该公司的设备。,THE VISION SHIELD,THE VISION SHIELD,德国特吕茨勒,异物和异纤须归为两种完全不同的类别：前者在颜色、对比度和结构方面与棉花有很大
7、不同。后者由浅色和透明物体组成，通常是聚丙烯（PP）或聚乙烯（PE）膜，从颜色上很难与棉花区分开，无法被常规异物分离装置识别。Trtzschler很早就已经使用彩色数码相机检测第一种异物。比如异物分离装置SECUROMAT SP-F。第二种异物检测要困难得多。超声波的效果有限，紫外线（UV)也只能检测含有光学增白剂的异物，而打包材料中并没有此成分。,德国特吕茨勒,编织袋（聚丙稀）,地膜（聚乙烯）,喷嘴板，643个独立喷嘴,塑料在偏振光中呈现彩色，彩色CCD相机可以探测到透明PP膜和PE膜，只要彩色尺寸在22mm就可以被检测；检测的异纤通过喷嘴清除，喷嘴板由643个独立喷嘴组成,意大利LOPTE
8、X,意大利LOPTEX,有色异纤通过光学方法检测，而超声波检测无色材料，材料先经过超声再经过光学检测。超声：表面结构紧密的杂质如塑料会将超声波发射进接收器，从而触发喷嘴装置光学：包括标准荧光管和定制的成像传感器阵列，有色杂质反光情况与棉花不一样从而触发喷嘴装置具有的特点：强力的设计，不包含cameras和mirrors,贵友科技,国内外主要异纤检出机的技术指标,国内外主要异纤检出机的技术指标,主要特点总结检测和检出装备主要采用线阵CCD 彩色摄像机,线阵像素从2048 到4096,帧率为10241450 帧/s,一般使用2个CCD 摄像机。部分设备采用光电感应器(光敏三极管)和超声波检测技术。
9、光源主要有荧光灯和紫外灯,形成可见光和紫外波段的光源,适应不同杂质的分段检测。大部分设备采用数据采集卡采集数据,少数采用DSP 处理系统。,主要特点总结剔除机构采用气动阀和电磁阀控制喷气嘴。落棉12 g/次,或012%,检测率90%左右。棉流速度较高,一般在10 18 m/s,生产率为6001 200 kg/h。理论上,部分产品能够识别白色物质和透明异性物质。,2008.07之前产品,OUTLINE,项目背景项目要求现有方法及产品拟定方案展望,方案,方案1、CCD光学成像方法利用棉花与异纤在不同波段具有的不同吸收特性进行检测方案2、色偏振方法塑料在偏振光中成彩色图案，而棉花棉籽等非彩色,方案1
10、,红外吸收光谱不同化合物由不同的基团组成，有不同的振动方式和频率，如果入射光频率与其振动频率一致，则入射光会比较明显地被吸收在全光谱范围进行频率或波长扫描，就可以得到其吸收特性光谱,棉花的主要成分是纤维素，化学式：地膜主要是聚乙烯,(C6H10O5)n,纤维素,聚乙烯,分子中基团的基本振动形式,表示符号：s(强)；m(中)；w(弱)；亚甲基两类基本振动形式,伸缩振动 亚甲基：,变形振动 亚甲基,聚乙烯红外光谱,棉纤维红外光谱,特征吸收峰,LED发光光谱,基于上述思路，又为了排除棉籽的影响，构思了这样一种方案：红外双波长共光路检测法,识别的另一因素是图像处理,处理算法：,本方案中需要由两个CCD
11、同步输出两幅图像输入处理识别模块，具体的图像处理算法：1、比较平均灰度，并将两者的平均灰度值处理成相等；2、两图对应的像素点的灰度值做除法，因为1和2对应的棉花吸收率一样，又经过1中的处理，棉花在两幅图中对应的像素点灰度值近似相等，比值接近为1，棉籽在两幅图中均挡光，比值亦接近于1(需要进行原理实验的验证，若证伪，需改变判断方法，如若两图的像素点灰度均小于某一域值时就处理成域值的大小，这样比值就会为1，也就排除了有时候分母太小造成的误判)，而对于异纤地膜，1和2对应的吸收率有明显的差异，在1中吸收率大，灰度值小即成像较暗，在2中的吸收少，灰度值大即成像较亮，两个比值会明显大于1(需要进行实验观察)，以此判断出是否含有异纤。,CCD感光材料响应区间,方案2：色偏振,色偏振原理各向异性材料在偏振光的照射下能够产生五彩斑斓的颜色，类似于太阳光照射下油膜或者肥皂泡的彩色，与之相对的，棉花纤维不出现彩色,偏振光光的振动面只限于某一固定方向的叫做偏振光,决定能否出现彩色的因素,光源：宽光谱范围地膜厚度d应力双折射对比度,方案小结,Vs,Plan A or Plan B,OUTLINE,项目背景项目要求现有方法及产品拟定方案展望,展望,异纤清理机中棉花的运动情况挡板，气流图像处理模块算法，器件实现识别系统安装的位置棉花开松情况购置器件。,Thank you！,
