關鍵詞：棉紡  異性纖維  檢測  清除效率  開清棉

    棉花異性纖維是指在棉花中混入的有害非棉纖維性雜物或異色的棉纖維等，通常又稱為“三絲”，種類繁多，一般在紡織加工過程中不易排除。這些異性纖維不僅會降低紡紗的效率，還會造成布面疵點，降低產品等級，給棉紡企業造成極大損失。
    人工挑揀異纖不僅工作環境惡劣，勞動強度大，效率低下，而且清除效率隨人員素質波動，很難保持穩定。為此，國內外開發了多種自動清除異纖的設備，陜西長嶺紡織機電科技有限公司研制了集機、光、電、氣技術于一體的CLCS型棉花異纖清除機(以下簡稱CLCS)，該機采用高速光電檢測技術、模式識別圖像處理技術和快速高壓噴氣技術，可在開清棉或清梳聯生產過程中在線自動清除棉花中各類異纖。
    1  異纖清除機工作原理
  所有異纖清除設備均采用光電檢測方式識別異纖，利用高壓噴氣技術分離異纖。經充分開松的原棉在壓縮空氣的帶動下，經過渡轉接管道形成薄棉層，進入由透光玻璃構成的扁平檢測通道；兩面的高亮度光源對棉層和異纖均勻照亮；兩邊的高速CCD攝像機對經過的棉花和異纖圖像進行掃描，采集它們的光信號，并將圖像信號傳送至采集處理硬件電路。圖像處理系統根據預先設計的模式識別處理算法處理圖像信號，判別是否存在異纖。一旦發現異纖，即對分割出的區域進行定位，將異纖位置信息轉換成相應的控制信號，驅動氣動裝置在異纖經過清除區域時，開啟對應的快速高壓氣閥，噴射高壓氣體將異纖吹出傳送管道，落人廢棉收集箱中。
    2  清除機的技術特點及對清除效果的影響
    2.1檢測系統
    目前異纖清除設備對與棉花顏色有差異的異纖檢測所采用的光電傳感器主要有兩種：彩色CCD攝像機和彩色光敏二極管陣列。這兩種器件都能夠很好地檢測出異色異纖、異物。光敏二極管陣列長度一般與檢測區寬度相同，二極管個數—般為100-200只。光學系統將檢測區圖像成像在CCD器件上，由于感光像元一般在2000以上，分辨率比較高，最高可達到0.3mm。但這個分辨率對檢測單根發絲或麻絲纖維仍顯不足，只能在發絲橫向通過檢測區時才能檢測出。多數產品采用的彩色CCD攝像機一般由3條平行排列的CCD組成，每條檢測紅綠藍中的一種顏色，3個CCD檢測的圖像點在空間相差一定距離。CLCS采用具有棱鏡分光技術的彩色CCD攝像機采集多光譜圖像，其優點在于：(1) 3個CCD所采集圖像為同一點圖像，不需進行空間校正，避免了速度差異引起的空間校正誤差，保證所采集圖像的真實性(2)分色原理是將三色能量分別投射到3個CCD上，與使用濾色鏡的彩色攝像機相比，能量損失少，光學響應曲線一致性好。
    對無色或白色丙綸絲等的檢測，主要采用紫外線和超聲波兩種技術。超聲波利用棉花和丙綸絲對超聲波的吸收、反射特性的差異進行檢測，由于異纖尺寸較小，加上飛行速度為每秒十幾米，檢測效果不很理想。紫外線檢測利用白色丙綸絲或滌綸材料等具有熒光效應的特性進行檢測。當丙綸絲等材料添加增白劑后，增白劑的熒光效應會使這些物質在紫外線照射下發出熒光，通過檢測熒光來檢測白色異纖。這種技術對沒有添加增白劑的異纖無法檢測。另外，由于熒光亮度很小，當環境或背景光線很亮時，很難區分出熒光，只有在較暗的環境下，紫外線照射的熒光異纖與棉花的差異才會明顯，有利于檢測。
    2.2  采集處理系統
    異纖清除機檢測的棉花通常是在壓縮空氣帶動下飛過檢測區，棉花的速度一般為8～16m／s，多數約12m／s，如此高的速度要求圖像的采集頻率必須足夠高才能不丟失異纖，一般采樣頻率為3 kHz，即縱向每4mm采樣一次(棉速12 m／s)。CLCS工作頻率6kHz，對每2mm的圖像采集一次，檢測精度提高了一倍，數據量也增加一倍，為此，采用4個高速DSP并行處理，強大的數據處理能力可確保90％以上的檢測效率。
    2.3  剔除系統
    清除機都采用高壓氣體快速清除異纖，氣閥個數一般為16只，均勻分布在通道寬度范圍內。CLCS選用美國快速氣動電磁閥，利用先導閥能夠在8ms內完全將氣閥打開，按設定時間噴出0．6 MPa的高壓氣流將異纖吹人廢棉箱。廢棉箱設計有氣流泄放回路，使高壓氣流迅速釋放，避免氣流回旋將噴出的異纖卷回輸棉通道。抽廢棉系統間歇工作，在廢棉積累到一定量時開啟風機、通道閥門和補風閥門，將廢棉抽出。補風閥門的特殊控制方式使抽廢棉對正常的輸棉影響很小。
    棉花流速的不均勻和波動對氣動清除效率有很大影響，尤其是老式開清機給棉不均勻，給棉量的多少直接影響棉流的速度，造成棉流忽快忽慢，在較大的范圍內變化。為了適應這種變化，異纖清除機的噴氣時間會增加，帶出的好纖維量也增加。因此，有的產品增加開棉機來進一步開松棉花，并穩定棉花的速度，這樣可減少帶出的棉花量，提高清除效果。
    3 使用情況分析
    根據CLCS在開清棉和清梳聯生產線的現場使用經驗，我們體會到，在原棉生產階段，清除異纖的效果除了對清除機本身的技術水平有很高要求外，還與使用現場的眾多因素有關系，在棉花充分開松的條件下，清除效率能夠達到85％以上。
    3.1  安裝位置
    清除機在開清棉或清梳聯生產線中的安裝位置對使用效果有很大影響。實驗證明，原棉中的異纖在經過開清直到梳棉前，都不會被打碎，只有經過梳棉機處理后，才被分解成細小的纖維，大量擴散。隨著開清生產流程由前到后，原棉的開松度愈來愈高，棉塊也越小，異纖、雜物越容易暴露在表面，即使夾在中間，由于棉層較薄，透射光也可讓有色的異纖暴露，使異纖的識別率大大提高。因此，機器最好安裝在精細開棉機或最后一臺清棉機之后，此時，識別效率高，噴除異纖所帶的好纖維量少，效果最佳。據資料介紹，有的產品安裝在抓棉機后，由于棉塊過大，造成清除效率大幅下降，不足40％，嚴重影響使用效果。
    3.2  產量和流速
    生產線的產量、棉流流速和棉流的均勻性對異纖清除機的效果也有影響。生產線的產量決定了輸棉管道的過棉量，產量大則經過檢測區的棉層厚，夾帶在中間的異纖不容易被檢測出來。流速高則在同樣的檢測頻率下，相同面積的采樣率減少，造成分辨率下降，對細小異纖的識別率下降。經過異纖清除機的棉花流量是否均勻也會影響檢測效果，尤其對于老式開清機，后道工序用棉波動性較大，棉流不均勻，中間存在間歇期，給棉時棉量很大，超出平均產量，這也會降低機器的檢出效果。
    3.3  機器維護、保養
    由于清除機采用光電檢測，檢測區和光路的透光、反光性能直接影響檢測效果。原棉中含有的大量灰塵和糖分，加上生產車間濕度較大，使過花通道的玻璃很容易被污染，積累的灰塵使玻璃透光性降低，嚴重影響檢測系統采集的圖像質量，圖像清晰度變差，識別率下降。為了保證機器的使用效果，必須定期清潔透光玻璃以及光路中的各種部件。
    4 結  語
    異纖清除機的清除效率由多種因素決定。同樣的設備，參數設置和使用環境不同，效果也會存在差異。由于棉花中的棉籽殼、秸稈、葉屑等雜物的影響，異纖判識時會考慮面積因素，導致前紡中清除的絕大部分是有一定面積的異纖，對于其中的細絲狀或單纖維的異纖，還需結合后道工序在成紗等環節進行清除。
    在開清棉或清梳聯階段使用異纖清除機清除異纖可有效提高異纖的清除效率，大大降低了異纖的擴散。