棉花異纖清除機(jī)是在紡織生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)清除原棉中混有的異纖、異物的設(shè)備。異纖、異物包括被污染的異性纖維、丙綸絲、有色尼龍、塑料碎片、色布條、色棉線(xiàn)、麻繩、棕絲、毛發(fā)等。如何提高異纖清除機(jī)清除異纖和異物的效率是異纖清除機(jī)研發(fā)的最終目標(biāo)。
    長(zhǎng)嶺紡電作為亞洲最大的紡織電子儀器和設(shè)備生產(chǎn)基地，多年來(lái)一直致力于棉花異纖清除技術(shù)的研究。獨(dú)立開(kāi)發(fā)研制的CS系列棉花異纖清除機(jī)采用進(jìn)口彩色高速線(xiàn)掃CCD相機(jī)，配合不同頻譜高頻光源的特殊設(shè)計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，在識(shí)別軟件控制下實(shí)時(shí)處理棉流，操作簡(jiǎn)單，清除效率高，穩(wěn)定性好，綜合清除效率達(dá)到80%以上。
    長(zhǎng)嶺紡電將提升異纖清除機(jī)效率作為主攻目標(biāo)，六項(xiàng)國(guó)家專(zhuān)利如虎添翼，強(qiáng)有力的改進(jìn)措施使得長(zhǎng)嶺CS系列棉花異纖清除機(jī)更具特色。
1   配套均勻給棉機(jī)構(gòu)，使棉塊疏松、分散，棉流均勻、穩(wěn)定。
    針對(duì)紡織廠老式圓盤(pán)開(kāi)棉設(shè)備不能很好的完成棉花開(kāi)松，且給棉不夠均勻、穩(wěn)定的情況，研制出了均勻給棉機(jī)構(gòu)。棉花經(jīng)過(guò)均勻給棉機(jī)構(gòu)后，棉塊變小且疏松，當(dāng)棉花經(jīng)過(guò)均勻給棉機(jī)構(gòu)到達(dá)異纖清除機(jī)檢測(cè)區(qū)時(shí)，棉流均勻、穩(wěn)定，這樣有利于異纖的充分暴露，提高異纖清除機(jī)的檢測(cè)效率。長(zhǎng)嶺異纖清除機(jī)配套了專(zhuān)用的均勻給棉機(jī)構(gòu)。
2   提高圖像源質(zhì)量
    圖像源是圖像處理的基礎(chǔ)，要提高圖像處理的準(zhǔn)確性，必須提高圖像源的穩(wěn)定性以及圖像源的信息含量，使棉花圖像盡量適應(yīng)圖像處理的要求，從而提高設(shè)備的清除效率。
2.1 合理光源配置
    合理的光源結(jié)構(gòu)是圖像算法分析的基礎(chǔ)，長(zhǎng)嶺紡電設(shè)計(jì)的光源測(cè)試箱，可以模擬多種光源結(jié)構(gòu)，為圖像處理提供良好的環(huán)境。在光源測(cè)試箱內(nèi)根據(jù)不同的異纖特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了可見(jiàn)光源、紫外光源和混合光源。光場(chǎng)分布均勻，棉花明暗區(qū)對(duì)比弱，陰影不明顯。光場(chǎng)越均勻，越能提高棉花圖像與背景圖像的融合度，迫使異纖顯露出來(lái)。
2.2  提高采集棉花圖像的分辨率
2.2.1采用4K相機(jī)
前期研制的CS801、CS801K、CS802棉花異纖清除機(jī)產(chǎn)品采用2K彩色相機(jī)進(jìn)行棉花圖像采集。2K相機(jī)每行2048個(gè)像素點(diǎn)，采集視野寬度為800mm，相機(jī)可以最小分辨0.4mm左右寬度的異纖，這足以清除棉花中的細(xì)小絲狀異纖，并且棉雜等噪點(diǎn)在2K圖像中對(duì)圖像處理的影響較小，降低了異纖誤噴率，節(jié)省了撿棉花的人力，滿(mǎn)足了用戶(hù)的需求。        
為了清除頭發(fā)絲等更細(xì)小的異纖，長(zhǎng)嶺紡電新研制的CS805、CS806棉花異纖清除機(jī)產(chǎn)品選用了4K彩色相機(jī)進(jìn)行棉花圖像的采集。4K相機(jī)每行有4080個(gè)像素點(diǎn)，采集視野寬度為800mm，相機(jī)可以最小分辨0.2mm左右寬度的異纖。這樣，對(duì)于普通絲狀異纖和更細(xì)小的異纖（如頭發(fā)絲）都能夠進(jìn)行識(shí)別，如果考慮異纖寬度具有像素分辨率寬度70%以上所形成的亞異纖像素的情況，通過(guò)圖像處理軟件算法和閾值的設(shè)定，該異纖也有一部分可以識(shí)別。通過(guò)使用4K相機(jī)大大提高了對(duì)細(xì)小異纖的清除效率。
2.2.2  提高相機(jī)采集頻率
棉花中的異纖形態(tài)各異，僅提高橫向分辨率對(duì)部分相對(duì)水平的異纖識(shí)別具有一定的難度，必須提高采集圖像的縱向分辨率，即提高相機(jī)的采集頻率。原來(lái)的設(shè)備相機(jī)采集頻率為4K/s，以棉流速度為8m/s計(jì)算，相機(jī)的縱向分辨率為2mm，不適合識(shí)別細(xì)小異纖。為了盡量提高相機(jī)采樣頻率，將相機(jī)采集頻率提高到7K/s，相機(jī)縱向分辨率提高到1.14mm。
3  高速圖像處理平臺(tái)
高速圖像處理板卡是長(zhǎng)嶺紡電自主研發(fā)的獨(dú)立嵌入式系統(tǒng)，它提供了更高性能的圖像處理能力，綜合了FPGA與DSP的優(yōu)點(diǎn)，增加了板面器件密度，采用獨(dú)立總線(xiàn)設(shè)計(jì)以獲得較高帶寬，提高器件與總線(xiàn)頻率以獲得更高圖像處理能力，使更復(fù)雜、更精確的圖像算法在FPGA+DSP上得以快速實(shí)現(xiàn)。
4  棉花圖像與背景圖像的融合度
重新設(shè)計(jì)光路，提高棉花圖像的亮度。選用光通量大的鏡頭，從而提高圖像的亮度，提高圖像信噪比，降低了噪聲對(duì)圖像的影響。
由于異纖檢測(cè)是對(duì)運(yùn)動(dòng)中的棉花異纖的檢測(cè)，實(shí)際是多背景的目標(biāo)檢測(cè)，即動(dòng)態(tài)變化棉花背景、不變背景（背景板），因此，為了更好的識(shí)別目標(biāo)，必須考慮背景的影響，最好是把兩者背景融合為一種背景，所以在良好光源環(huán)境的基礎(chǔ)上，重新設(shè)計(jì)了背景條的顏色，使棉花圖像和背景條圖像的RGB差值小于15，通過(guò)減小圖像顏色差值來(lái)提高棉花圖像與背景圖像的融合度。
5  圖像算法
在提高圖像源質(zhì)量的基礎(chǔ)上跟據(jù)異纖特征設(shè)計(jì)特定算法。目前跟據(jù)圖像源特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了顏色算法、顏色加強(qiáng)算法、形狀識(shí)別算法、絲狀識(shí)別算法等，提高了細(xì)小異纖及淺色異纖的識(shí)別率。對(duì)于具有熒光的異纖設(shè)計(jì)了光譜算法等，提高了對(duì)帶有熒光異纖的清除效率。
5  提高氣閥的噴氣效率
6.1 提高氣閥控制軟件的實(shí)時(shí)響應(yīng)速度。在氣閥控制軟件的設(shè)計(jì)中，實(shí)時(shí)響應(yīng)速度從1ms提高到0.5ms，提高了氣閥的噴氣精度。
6.2 提高氣閥噴嘴的張角，從而提高噴除異物的準(zhǔn)確性。
通過(guò)在氣閥控制軟件中設(shè)計(jì)雙閥連動(dòng)和三閥連動(dòng)功能，以及對(duì)噴氣閥嘴的設(shè)計(jì)，增大了氣閥噴嘴的張角，從而提高噴除異物的效率。
    通過(guò)這些措施和方法，長(zhǎng)嶺紡電CS系列產(chǎn)品的清除效率得到了很大的提升。表1是產(chǎn)品改進(jìn)后用戶(hù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在棉花充分開(kāi)松的條件下，采用最小尺寸面狀為1cm2、線(xiàn)狀為40mm×2mm的各種異纖混合后，從前級(jí)開(kāi)棉機(jī)出口投入棉流，進(jìn)行檢出率試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。
    從表1的5組試驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出，CS806棉花異纖清除機(jī)識(shí)別和檢出異纖的能力穩(wěn)定，各類(lèi)異纖的綜合檢出率不低于80%。
    CS系列棉花異纖清除機(jī)整機(jī)性能穩(wěn)定，用戶(hù)界面人性化，操作簡(jiǎn)單，可提高紡織廠的工作效率，降低紡織工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。投入市場(chǎng)以來(lái)，已得到了用戶(hù)的認(rèn)可。長(zhǎng)嶺紡電仍將以提高清除效率為目的對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)和提高。