关键词：棉纺  异性纤维  检测  清除效率  开清棉

    棉花异性纤维是指在棉花中混入的有害非棉纤维性杂物或异色的棉纤维等，通常又称为“三丝”，种类繁多，一般在纺织加工过程中不易排除。这些异性纤维不仅会降低纺纱的效率，还会造成布面疵点，降低产品等级，给棉纺企业造成极大损失。
    人工挑拣异纤不仅工作环境恶劣，劳动强度大，效率低下，而且清除效率随人员素质波动，很难保持稳定。为此，国内外开发了多种自动清除异纤的设备，陕西长岭纺织机电科技有限公司研制了集机、光、电、气技术于一体的CLCS型棉花异纤清除机(以下简称CLCS)，该机采用高速光电检测技术、模式识别图像处理技术和快速高压喷气技术，可在开清棉或清梳联生产过程中在线自动清除棉花中各类异纤。
    1  异纤清除机工作原理
  所有异纤清除设备均采用光电检测方式识别异纤，利用高压喷气技术分离异纤。经充分开松的原棉在压缩空气的带动下，经过渡转接管道形成薄棉层，进入由透光玻璃构成的扁平检测通道；两面的高亮度光源对棉层和异纤均匀照亮；两边的高速CCD摄像机对经过的棉花和异纤图像进行扫描，采集它们的光信号，并将图像信号传送至采集处理硬件电路。图像处理系统根据预先设计的模式识别处理算法处理图像信号，判别是否存在异纤。一旦发现异纤，即对分割出的区域进行定位，将异纤位置信息转换成相应的控制信号，驱动气动装置在异纤经过清除区域时，开启对应的快速高压气阀，喷射高压气体将异纤吹出传送管道，落人废棉收集箱中。
    2  清除机的技术特点及对清除效果的影响
    2.1检测系统
    目前异纤清除设备对与棉花颜色有差异的异纤检测所采用的光电传感器主要有两种：彩色CCD摄像机和彩色光敏二极管阵列。这两种器件都能够很好地检测出异色异纤、异物。光敏二极管阵列长度一般与检测区宽度相同，二极管个数—般为100-200只。光学系统将检测区图像成像在CCD器件上，由于感光像元一般在2000以上，分辨率比较高，最高可达到0.3mm。但这个分辨率对检测单根发丝或麻丝纤维仍显不足，只能在发丝横向通过检测区时才能检测出。多数产品采用的彩色CCD摄像机一般由3条平行排列的CCD组成，每条检测红绿蓝中的一种颜色，3个CCD检测的图像点在空间相差一定距离。CLCS采用具有棱镜分光技术的彩色CCD摄像机采集多光谱图像，其优点在于：(1) 3个CCD所采集图像为同一点图像，不需进行空间校正，避免了速度差异引起的空间校正误差，保证所采集图像的真实性(2)分色原理是将三色能量分别投射到3个CCD上，与使用滤色镜的彩色摄像机相比，能量损失少，光学响应曲线一致性好。
    对无色或白色丙纶丝等的检测，主要采用紫外线和超声波两种技术。超声波利用棉花和丙纶丝对超声波的吸收、反射特性的差异进行检测，由于异纤尺寸较小，加上飞行速度为每秒十几米，检测效果不很理想。紫外线检测利用白色丙纶丝或涤纶材料等具有荧光效应的特性进行检测。当丙纶丝等材料添加增白剂后，增白剂的荧光效应会使这些物质在紫外线照射下发出荧光，通过检测荧光来检测白色异纤。这种技术对没有添加增白剂的异纤无法检测。另外，由于荧光亮度很小，当环境或背景光线很亮时，很难区分出荧光，只有在较暗的环境下，紫外线照射的荧光异纤与棉花的差异才会明显，有利于检测。
    2.2  采集处理系统
    异纤清除机检测的棉花通常是在压缩空气带动下飞过检测区，棉花的速度一般为8～16m／s，多数约12m／s，如此高的速度要求图像的采集频率必须足够高才能不丢失异纤，一般采样频率为3 kHz，即纵向每4mm采样一次(棉速12 m／s)。CLCS工作频率6kHz，对每2mm的图像采集一次，检测精度提高了一倍，数据量也增加一倍，为此，采用4个高速DSP并行处理，强大的数据处理能力可确保90％以上的检测效率。
    2.3  剔除系统
    清除机都采用高压气体快速清除异纤，气阀个数一般为16只，均匀分布在通道宽度范围内。CLCS选用美国快速气动电磁阀，利用先导阀能够在8ms内完全将气阀打开，按设定时间喷出0．6 MPa的高压气流将异纤吹人废棉箱。废棉箱设计有气流泄放回路，使高压气流迅速释放，避免气流回旋将喷出的异纤卷回输棉通道。抽废棉系统间歇工作，在废棉积累到一定量时开启风机、通道阀门和补风阀门，将废棉抽出。补风阀门的特殊控制方式使抽废棉对正常的输棉影响很小。
    棉花流速的不均匀和波动对气动清除效率有很大影响，尤其是老式开清机给棉不均匀，给棉量的多少直接影响棉流的速度，造成棉流忽快忽慢，在较大的范围内变化。为了适应这种变化，异纤清除机的喷气时间会增加，带出的好纤维量也增加。因此，有的产品增加开棉机来进一步开松棉花，并稳定棉花的速度，这样可减少带出的棉花量，提高清除效果。
    3 使用情况分析
    根据CLCS在开清棉和清梳联生产线的现场使用经验，我们体会到，在原棉生产阶段，清除异纤的效果除了对清除机本身的技术水平有很高要求外，还与使用现场的众多因素有关系，在棉花充分开松的条件下，清除效率能够达到85％以上。
    3.1  安装位置
    清除机在开清棉或清梳联生产线中的安装位置对使用效果有很大影响。实验证明，原棉中的异纤在经过开清直到梳棉前，都不会被打碎，只有经过梳棉机处理后，才被分解成细小的纤维，大量扩散。随着开清生产流程由前到后，原棉的开松度愈来愈高，棉块也越小，异纤、杂物越容易暴露在表面，即使夹在中间，由于棉层较薄，透射光也可让有色的异纤暴露，使异纤的识别率大大提高。因此，机器最好安装在精细开棉机或最后一台清棉机之后，此时，识别效率高，喷除异纤所带的好纤维量少，效果最佳。据资料介绍，有的产品安装在抓棉机后，由于棉块过大，造成清除效率大幅下降，不足40％，严重影响使用效果。
    3.2  产量和流速
    生产线的产量、棉流流速和棉流的均匀性对异纤清除机的效果也有影响。生产线的产量决定了输棉管道的过棉量，产量大则经过检测区的棉层厚，夹带在中间的异纤不容易被检测出来。流速高则在同样的检测频率下，相同面积的采样率减少，造成分辨率下降，对细小异纤的识别率下降。经过异纤清除机的棉花流量是否均匀也会影响检测效果，尤其对于老式开清机，后道工序用棉波动性较大，棉流不均匀，中间存在间歇期，给棉时棉量很大，超出平均产量，这也会降低机器的检出效果。
    3.3  机器维护、保养
    由于清除机采用光电检测，检测区和光路的透光、反光性能直接影响检测效果。原棉中含有的大量灰尘和糖分，加上生产车间湿度较大，使过花通道的玻璃很容易被污染，积累的灰尘使玻璃透光性降低，严重影响检测系统采集的图像质量，图像清晰度变差，识别率下降。为了保证机器的使用效果，必须定期清洁透光玻璃以及光路中的各种部件。
    4 结  语
    异纤清除机的清除效率由多种因素决定。同样的设备，参数设置和使用环境不同，效果也会存在差异。由于棉花中的棉籽壳、秸秆、叶屑等杂物的影响，异纤判识时会考虑面积因素，导致前纺中清除的绝大部分是有一定面积的异纤，对于其中的细丝状或单纤维的异纤，还需结合后道工序在成纱等环节进行清除。
    在开清棉或清梳联阶段使用异纤清除机清除异纤可有效提高异纤的清除效率，大大降低了异纤的扩散。