棉花加工在線檢測儀器的研發(fā)及應(yīng)用

董偉輝

(陜西長嶺紡織機電科技有限公司，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)線上實現(xiàn)籽棉回潮率和雜質(zhì)的在線監(jiān)測，以及皮棉回潮率、雜質(zhì)和色澤的在線監(jiān)測，以改善軋花廠的生產(chǎn)加工工藝，監(jiān)控機器的穩(wěn)定性，確保能夠及時發(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)檢測設(shè)備主要是烏斯特(USTER)公司制造的檢測站[1]，國內(nèi)主要是長嶺紡電研發(fā)的棉花加工生產(chǎn)線在線檢測儀器。

1 在線檢測儀器的組成及原理

在線檢測儀器由籽棉主機、皮棉主機以及附屬模塊組成，如圖1所示。其中，籽棉主機檢測籽棉的回潮率和雜質(zhì)等級，皮棉主機檢測皮棉的回潮率、雜質(zhì)等級和顏色級，兩主機通過局域網(wǎng)將檢測數(shù)據(jù)上傳給中央控制臺。中央控制臺分析籽棉主機和皮棉主機傳來的棉花數(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 在線檢測儀器組成框圖

2 在線檢測儀器各模塊工作原理

2.1 籽棉主機工作原理

籽棉主機在處理軟件的控制下，進行自動取樣、回潮率測試、雜質(zhì)測試、釋放樣品、數(shù)據(jù)處理并上傳至中央控制臺，完成一次測量。之后，該過程實時循環(huán)進行。

2.2 皮棉主機工作原理

皮棉主機在處理軟件的控制下，進行自動取樣、回潮率測試、雜質(zhì)測試、顏色測試、釋放樣品、數(shù)據(jù)處理并上傳至中央控制臺，完成一次測量，該過程實時循環(huán)進行。

2.3 在線取樣裝置工作原理

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

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

2.4 回潮率測量工作原理

回潮率測量模塊采用電阻法[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、溫度和測試面積等條件下，測得棉花的電阻值，間接得出棉花的回潮率。

2.5 雜質(zhì)測量工作原理

雜質(zhì)測量模塊采用光學(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，對二值化圖像的雜質(zhì)面積和雜質(zhì)點數(shù)進行統(tǒng)計，以進一步對其進行校正。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 顏色測量工作原理

顏色測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，在法線上測量棉花表面反射光信號，分析得到的光譜成分的3刺激值X，Y，Z，根據(jù)經(jīng)驗公式和修正算法，計算出棉花的顏色反射率Rd值和黃度+b值，根據(jù)中國棉花等級標(biāo)準(zhǔn)輸出顏色級CG。

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

3 實驗數(shù)據(jù)

3.1 顏色測試數(shù)據(jù)

對標(biāo)準(zhǔn)色板(白板、黃板和中心板)連續(xù)測試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的測試值與標(biāo)準(zhǔn)值的差值均能滿足±0.4的要求[4]。

對一種標(biāo)準(zhǔn)棉花連續(xù)測試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)色板顏色測試數(shù)據(jù)

時間/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)棉花顏色測試數(shù)據(jù)

時間Rd/%+b測試值標(biāo)準(zhǔn)差測試值標(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)測試數(shù)據(jù)

對標(biāo)準(zhǔn)雜質(zhì)板連續(xù)測試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測試值與標(biāo)準(zhǔn)值相比能滿足±5個的要求，雜質(zhì)面積Ta測試值與標(biāo)準(zhǔn)值能滿足±0.11%的要求[4]。

對標(biāo)準(zhǔn)雜質(zhì)板連續(xù)測試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的測試平均值與標(biāo)準(zhǔn)值的差值能滿足±5個的要求，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)測試8 h的標(biāo)準(zhǔn)雜質(zhì)板測試數(shù)據(jù)

時間/h雜質(zhì)粒數(shù)Tc/個雜質(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,雜質(zhì)面積Ta的標(biāo)準(zhǔn)值為1.70%。

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

時間雜質(zhì)粒數(shù)Tc/個雜質(zhì)面積Ta/%測試值標(biāo)準(zhǔn)差測試值標(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,雜質(zhì)面積Ta的標(biāo)準(zhǔn)值為1.70%。

3.3 回潮率測試數(shù)據(jù)

對回潮率標(biāo)準(zhǔn)器進行連續(xù)測試，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)器測試數(shù)據(jù)

項目時間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

通過對棉花加工生產(chǎn)線在線檢測儀器的工作原理和各模塊的測試原理進行分析，實驗測試標(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。在線檢測儀器的研制，對企業(yè)合理設(shè)置棉花加工生產(chǎn)線，改善軋花機等設(shè)備工藝參數(shù)，提升棉花加工質(zhì)量具有重要意義。