董偉輝

(陜西長嶺紡織機(jī)電科技有限公司，陜西 寶雞 721013)

0 引言

為了提高棉花加工質(zhì)量和效率，需要在棉花加工生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)籽棉回潮率和雜質(zhì)的在線監(jiān)測(cè)，以及皮棉回潮率、雜質(zhì)和色澤的在線監(jiān)測(cè)，以改善軋花廠的生產(chǎn)加工工藝，監(jiān)控機(jī)器的穩(wěn)定性，確保能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并調(diào)整生產(chǎn)工藝。目前，國外的棉花軋花生產(chǎn)檢測(cè)設(shè)備主要是烏斯特(USTER)公司制造的檢測(cè)站[1]，國內(nèi)主要是長嶺紡電研發(fā)的棉花加工生產(chǎn)線在線檢測(cè)儀器。

1 在線檢測(cè)儀器的組成及原理

在線檢測(cè)儀器由籽棉主機(jī)、皮棉主機(jī)以及附屬模塊組成，如圖1所示。其中，籽棉主機(jī)檢測(cè)籽棉的回潮率和雜質(zhì)等級(jí)，皮棉主機(jī)檢測(cè)皮棉的回潮率、雜質(zhì)等級(jí)和顏色級(jí)，兩主機(jī)通過局域網(wǎng)將檢測(cè)數(shù)據(jù)上傳給中央控制臺(tái)。中央控制臺(tái)分析籽棉主機(jī)和皮棉主機(jī)傳來的棉花數(shù)據(jù)，智能化控制軋花工藝流程，調(diào)整棉花加工設(shè)備的工藝參數(shù)，提高軋花生產(chǎn)線的加工質(zhì)量。

圖1 在線檢測(cè)儀器組成框圖

2 在線檢測(cè)儀器各模塊工作原理

2.1 籽棉主機(jī)工作原理

籽棉主機(jī)在處理軟件的控制下，進(jìn)行自動(dòng)取樣、回潮率測(cè)試、雜質(zhì)測(cè)試、釋放樣品、數(shù)據(jù)處理并上傳至中央控制臺(tái)，完成一次測(cè)量。之后，該過程實(shí)時(shí)循環(huán)進(jìn)行。

2.2 皮棉主機(jī)工作原理

皮棉主機(jī)在處理軟件的控制下，進(jìn)行自動(dòng)取樣、回潮率測(cè)試、雜質(zhì)測(cè)試、顏色測(cè)試、釋放樣品、數(shù)據(jù)處理并上傳至中央控制臺(tái)，完成一次測(cè)量，該過程實(shí)時(shí)循環(huán)進(jìn)行。

2.3 在線取樣裝置工作原理

皮棉主機(jī)和籽棉主機(jī)自動(dòng)在線取樣裝置原理相同。采用平板式結(jié)構(gòu)，由電機(jī)帶動(dòng)取樣板旋轉(zhuǎn)，取樣板從取樣初始位置、取樣位置，最后到達(dá)測(cè)試位置，測(cè)試完成后取樣板回到取樣初始位置，準(zhǔn)備進(jìn)行下一次取樣控制。

在線取樣的有效性直接影響測(cè)試結(jié)果的正確性，因此，籽棉主機(jī)和皮棉主機(jī)分別設(shè)計(jì)有專用傳感器以判斷取樣的有效性。

2.4 回潮率測(cè)量工作原理

回潮率測(cè)量模塊采用電阻法[2]，利用棉花的電阻與其回潮率呈負(fù)相關(guān)變化的規(guī)律，在一定的纖維量、密度、溫度和測(cè)試面積等條件下，測(cè)得棉花的電阻值，間接得出棉花的回潮率。

2.5 雜質(zhì)測(cè)量工作原理

雜質(zhì)測(cè)量模塊采用光學(xué)圖像法[3]，利用45/0照明方式，光線以與棉花表面法線成45°方向入射于棉花表面上，在法線上利用CCD相機(jī)在棉花正下方采集樣品的表面圖像，將帶有雜質(zhì)的棉花圖像傳輸至處理軟件，進(jìn)行高斯模糊濾波、圖像的分割閾值尋找得到二值化的圖像，清除圖像噪聲，對(duì)二值化圖像的雜質(zhì)面積和雜質(zhì)點(diǎn)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行校正。標(biāo)準(zhǔn)雜質(zhì)板成像和二值化圖像見圖2。

a) 標(biāo)準(zhǔn)雜質(zhì)板成像 b) 標(biāo)準(zhǔn)雜質(zhì)板二值化圖像圖2 標(biāo)準(zhǔn)雜質(zhì)板

2.6 顏色測(cè)量工作原理

顏色測(cè)量模塊采用光電反射法[3]，結(jié)構(gòu)見圖3。該模塊也采用45/0照明方式，光線以與棉花表面法線成45°方向入射于棉花表面上，在法線上測(cè)量棉花表面反射光信號(hào)，分析得到的光譜成分的3刺激值X，Y，Z，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式和修正算法，計(jì)算出棉花的顏色反射率Rd值和黃度+b值，根據(jù)中國棉花等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)輸出顏色級(jí)CG。

1—光源；2—色度傳感器；3—相機(jī)；4—電機(jī)；5—棉花；6—壓板；7—壓板運(yùn)動(dòng)軌跡。圖3 顏色取樣模塊結(jié)構(gòu)

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.1 顏色測(cè)試數(shù)據(jù)

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)色板(白板、黃板和中心板)連續(xù)測(cè)試8 h，數(shù)據(jù)見表1，每塊標(biāo)準(zhǔn)色板的反射率Rd與標(biāo)準(zhǔn)值的差值均能滿足±0.4%的要求，黃度+b的測(cè)試值與標(biāo)準(zhǔn)值的差值均能滿足±0.4的要求[4]。

對(duì)一種標(biāo)準(zhǔn)棉花連續(xù)測(cè)試3 d (每天數(shù)據(jù)取平均值)，數(shù)據(jù)見表2。標(biāo)準(zhǔn)棉花的反射率Rd測(cè)試數(shù)據(jù)平均值與標(biāo)準(zhǔn)值的差值滿足±1.0%的要求，標(biāo)準(zhǔn)差能達(dá)到0.3%的要求；黃度+b測(cè)試數(shù)據(jù)平均值與標(biāo)準(zhǔn)值的差值能達(dá)到±0.5的要求，標(biāo)準(zhǔn)差能滿足不大于0.3的要求[5]。

表1 標(biāo)準(zhǔn)色板顏色測(cè)試數(shù)據(jù)

時(shí)間/h白板黃板中心板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標(biāo)準(zhǔn)值:白板為83.7%,黃板為81.4%,中心板為72.6%;+b標(biāo)準(zhǔn)值:白板為4.2,黃板為14.4,中心板為8.5。

表2 標(biāo)準(zhǔn)棉花顏色測(cè)試數(shù)據(jù)

時(shí)間Rd/%+b測(cè)試值標(biāo)準(zhǔn)差測(cè)試值標(biāo)準(zhǔn)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標(biāo)準(zhǔn)值為75.3%,+b標(biāo)準(zhǔn)值為10.0。

3.2 雜質(zhì)測(cè)試數(shù)據(jù)

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)雜質(zhì)板連續(xù)測(cè)試8 h，數(shù)據(jù)見表3。標(biāo)準(zhǔn)雜質(zhì)板的雜質(zhì)粒數(shù)Tc測(cè)試值與標(biāo)準(zhǔn)值相比能滿足±5個(gè)的要求，雜質(zhì)面積Ta測(cè)試值與標(biāo)準(zhǔn)值能滿足±0.11%的要求[4]。

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)雜質(zhì)板連續(xù)測(cè)試3 d (每天數(shù)據(jù)取平均值)，數(shù)據(jù)見表4。標(biāo)準(zhǔn)雜質(zhì)板的雜質(zhì)粒數(shù)Tc的測(cè)試平均值與標(biāo)準(zhǔn)值的差值能滿足±5個(gè)的要求，標(biāo)準(zhǔn)差能滿足不大于6.0的要求；雜質(zhì)面積Ta的測(cè)試平均值與標(biāo)準(zhǔn)值的差值能滿足±0.11%的要求，標(biāo)準(zhǔn)差能滿足不大于0.04%的要求[5]。

表3 連續(xù)測(cè)試8 h的標(biāo)準(zhǔn)雜質(zhì)板測(cè)試數(shù)據(jù)

時(shí)間/h雜質(zhì)粒數(shù)Tc/個(gè)雜質(zhì)面積Ta/%0.01981.710.52021.701.02021.712.02021.723.02021.724.02001.725.02001.736.02001.737.02051.748.02001.73 注:雜質(zhì)粒數(shù)Tc的標(biāo)準(zhǔn)值為203個(gè),雜質(zhì)面積Ta的標(biāo)準(zhǔn)值為1.70%。

表4 連續(xù)測(cè)試3 d的標(biāo)準(zhǔn)雜質(zhì)板測(cè)試數(shù)據(jù)

時(shí)間雜質(zhì)粒數(shù)Tc/個(gè)雜質(zhì)面積Ta/%測(cè)試值標(biāo)準(zhǔn)差測(cè)試值標(biāo)準(zhǔn)差第1天2024.51.720.02第2天2003.51.720.02第3天2012.41.710.01 注:雜質(zhì)粒數(shù)Tc的標(biāo)準(zhǔn)值為203個(gè),雜質(zhì)面積Ta的標(biāo)準(zhǔn)值為1.70%。

3.3 回潮率測(cè)試數(shù)據(jù)

對(duì)回潮率標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行連續(xù)測(cè)試，數(shù)據(jù)見表5。由表5數(shù)據(jù)可以看出，回潮率標(biāo)準(zhǔn)器的測(cè)試數(shù)據(jù)能夠達(dá)到±0.1%的要求[2]。

表5 回潮率標(biāo)準(zhǔn)器測(cè)試數(shù)據(jù)

項(xiàng)目時(shí)間1.0 h2.0 h3.0 h4.0 h5.0 h6.0 h7.0 h8.0 h第1天第2天第3天測(cè)試值/%10.09.910.09.99.99.99.910.010.010.09.9標(biāo)準(zhǔn)差/%0.00.00.00.0 注:標(biāo)準(zhǔn)值為10.0%。

4 結(jié)語

通過對(duì)棉花加工生產(chǎn)線在線檢測(cè)儀器的工作原理和各模塊的測(cè)試原理進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)色板、標(biāo)準(zhǔn)棉花、標(biāo)準(zhǔn)雜質(zhì)板、回潮率標(biāo)準(zhǔn)器并與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比，結(jié)果表明其數(shù)據(jù)的正確性和穩(wěn)定性均能滿足要求。在線檢測(cè)儀器的研制，對(duì)企業(yè)合理設(shè)置棉花加工生產(chǎn)線，改善軋花機(jī)等設(shè)備工藝參數(shù)，提升棉花加工質(zhì)量具有重要意義。