棉花異纖清除機是在紡織生產過程中自動清除原棉中混有的異纖、異物的設備。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、麻繩、棕絲、毛發(fā)等。如何提高異纖清除機清除異纖和異物的效率是異纖清除機研發(fā)的最終目標。
    長嶺紡電作為亞洲最大的紡織電子儀器和設備生產基地，多年來一直致力于棉花異纖清除技術的研究。獨立開發(fā)研制的CS系列棉花異纖清除機采用進口彩色高速線掃CCD相機，配合不同頻譜高頻光源的特殊設計進行檢測，在識別軟件控制下實時處理棉流，操作簡單，清除效率高，穩(wěn)定性好，綜合清除效率達到80%以上。
    長嶺紡電將提升異纖清除機效率作為主攻目標，六項國家專利如虎添翼，強有力的改進措施使得長嶺CS系列棉花異纖清除機更具特色。
1   配套均勻給棉機構，使棉塊疏松、分散，棉流均勻、穩(wěn)定。
    針對紡織廠老式圓盤開棉設備不能很好的完成棉花開松，且給棉不夠均勻、穩(wěn)定的情況，研制出了均勻給棉機構。棉花經過均勻給棉機構后，棉塊變小且疏松，當棉花經過均勻給棉機構到達異纖清除機檢測區(qū)時，棉流均勻、穩(wěn)定，這樣有利于異纖的充分暴露，提高異纖清除機的檢測效率。長嶺異纖清除機配套了專用的均勻給棉機構。
2   提高圖像源質量
    圖像源是圖像處理的基礎，要提高圖像處理的準確性，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圖像處理的要求，從而提高設備的清除效率。
2.1 合理光源配置
    合理的光源結構是圖像算法分析的基礎，長嶺紡電設計的光源測試箱，可以模擬多種光源結構，為圖像處理提供良好的環(huán)境。在光源測試箱內根據不同的異纖特點，設計了可見光源、紫外光源和混合光源。光場分布均勻，棉花明暗區(qū)對比弱，陰影不明顯。光場越均勻，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。
2.2  提高采集棉花圖像的分辨率
2.2.1采用4K相機
前期研制的CS801、CS801K、CS802棉花異纖清除機產品采用2K彩色相機進行棉花圖像采集。2K相機每行2048個像素點，采集視野寬度為800mm，相機可以最小分辨0.4mm左右寬度的異纖，這足以清除棉花中的細小絲狀異纖，并且棉雜等噪點在2K圖像中對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，滿足了用戶的需求。        
為了清除頭發(fā)絲等更細小的異纖，長嶺紡電新研制的CS805、CS806棉花異纖清除機產品選用了4K彩色相機進行棉花圖像的采集。4K相機每行有4080個像素點，采集視野寬度為800mm，相機可以最小分辨0.2mm左右寬度的異纖。這樣，對于普通絲狀異纖和更細小的異纖（如頭發(fā)絲）都能夠進行識別，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，通過圖像處理軟件算法和閾值的設定，該異纖也有一部分可以識別。通過使用4K相機大大提高了對細小異纖的清除效率。
2.2.2  提高相機采集頻率
棉花中的異纖形態(tài)各異，僅提高橫向分辨率對部分相對水平的異纖識別具有一定的難度，必須提高采集圖像的縱向分辨率，即提高相機的采集頻率。原來的設備相機采集頻率為4K/s，以棉流速度為8m/s計算，相機的縱向分辨率為2mm，不適合識別細小異纖。為了盡量提高相機采樣頻率，將相機采集頻率提高到7K/s，相機縱向分辨率提高到1.14mm。
3  高速圖像處理平臺
高速圖像處理板卡是長嶺紡電自主研發(fā)的獨立嵌入式系統(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，增加了板面器件密度，采用獨立總線設計以獲得較高帶寬，提高器件與總線頻率以獲得更高圖像處理能力，使更復雜、更精確的圖像算法在FPGA+DSP上得以快速實現(xiàn)。
4  棉花圖像與背景圖像的融合度
重新設計光路，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，降低了噪聲對圖像的影響。
由于異纖檢測是對運動中的棉花異纖的檢測，實際是多背景的目標檢測，即動態(tài)變化棉花背景、不變背景（背景板），因此，為了更好的識別目標，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)境的基礎上，重新設計了背景條的顏色，使棉花圖像和背景條圖像的RGB差值小于15，通過減小圖像顏色差值來提高棉花圖像與背景圖像的融合度。
5  圖像算法
在提高圖像源質量的基礎上跟據異纖特征設計特定算法。目前跟據圖像源特點，設計了顏色算法、顏色加強算法、形狀識別算法、絲狀識別算法等，提高了細小異纖及淺色異纖的識別率。對于具有熒光的異纖設計了光譜算法等，提高了對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時響應速度。在氣閥控制軟件的設計中，實時響應速度從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確性。
通過在氣閥控制軟件中設計雙閥連動和三閥連動功能，以及對噴氣閥嘴的設計，增大了氣閥噴嘴的張角，從而提高噴除異物的效率。
    通過這些措施和方法，長嶺紡電CS系列產品的清除效率得到了很大的提升。表1是產品改進后用戶的實驗數據。在棉花充分開松的條件下，采用最小尺寸面狀為1cm2、線狀為40mm×2mm的各種異纖混合后，從前級開棉機出口投入棉流，進行檢出率試驗，試驗結果如表1所示。
    從表1的5組試驗數據中可以看出，CS806棉花異纖清除機識別和檢出異纖的能力穩(wěn)定，各類異纖的綜合檢出率不低于80%。
    CS系列棉花異纖清除機整機性能穩(wěn)定，用戶界面人性化，操作簡單，可提高紡織廠的工作效率，降低紡織工人的勞動強度。投入市場以來，已得到了用戶的認可。長嶺紡電仍將以提高清除效率為目的對產品進行技術改進和提高。