棉花异性纤维识别与计量设备研制

摘要

本文针对包裹在棉包中的异性纤维进行检测与计量存在的难题，以皮棉开松设备和皮棉异性纤维检测、识别设备为重点研究对象，利用机械学、光学、电学、气力输送技术、机器视觉技术等，研究了基于气流传送的棉花异性纤维识别计量系统;该系统共分为棉料传送系统、开松系统、检测计量系统、集料系统和电气系统等五大部分。具体如下：
　　⑴棉料输送系统的设计与实现。异性纤维包裹在打包皮棉中，皮棉在送入主开松系统之前需要进行预开松与传送。该系统主要包括进料槽、棉料传送机构、动力与调速装置3部分。经试验该部分能够良好实现皮棉预开松与棉料传送功能。
　　⑵皮棉开松系统的设计与实现。为对包裹在棉包中的异性纤维进行准确的检测与计量，需首先对打包皮棉进行充分开松，因此设计了皮棉开松系统，该系统主要包括上开松壳、下开松壳、开松辊、动力与调速装置4部分。通过试验表明，该系统能够将皮棉充分开松，开松后皮棉为雪花状，包裹在皮棉中的异性纤维充分暴露在表面，为后续检测系统对皮棉中的异性纤维进行准确的检测与计量提供了基础。
　　⑶检测计量系统的设计与实现。检测计量系统包括“U”型扁方口输棉管道、黑白、彩色双CCD相机、紫外、白光双LED光源、工控机系统、相机视场距离调节机构、可调式LED光源支架、可调式亚光背景板、CCD视场亚克力板固定机构、管道双侧掏棉防堵塞机构。在风机作用下，待检皮棉经抛料弯道水平进入上部输棉通道，先由彩色高速CCD相机配合白光光源进行线扫描摄取图像，经一次检测后的皮棉沿输棉通道下落转向水平进入下部CCD视场区，由黑白高速CCD相机配合紫外光源进行二次线扫描图像摄取，并通过图像采集卡将图像信号送入工控机进行处理。
　　⑷集料系统的设计。集料系统由离心风机、“天圆地方”连接管道及集料箱组成。离心风机通过调速，既可以调节梳棉通道内待检皮棉的流速又可通过离心力将检测完成的皮棉甩出。而集料箱正对管道面设活门开小网眼孔、左右上三面开大孔的设计，既确保了风机气流的畅通，又防止了较小的棉絮被吹出，同时整面可取下的活门保证了实验结束后清棉的方便性。
　　⑸电器系统的设计与实现。电气系统由强电系统与弱电系统两部分构成，其中倾斜传送带速度、开松辊速度、风机转速由三个变频器控制三个相应电机调节，实现无级变速与精确控制。LED光源、CCD相机、各变频器最终由工控机控制实现自动控制与软控制。
　　⑹通过试验，确定了适可将打包皮棉充分开松，且异性纤维保持完好的开松辊与传送带的最佳速度匹配;试验得出，可使检测系统对进行充分的识别与精确计量最适管道风速;最终验证了整套设备的实验效果。