加工過程中紡織材料的薄網的探測、測量和控制的製作方法

2023-07-31 10:42:21 2

專利名稱：加工過程中紡織材料的薄網的探測、測量和控制的製作方法
技術領域：
本發明涉及在加工過程中對紡織材料的薄網上實體進行實時測量和控制的方法和裝置。在最佳實施例中，這樣的實體包括纖維、單個的棉結和單個的雜質顆粒及其他纖維材料。該薄網既可以按照加工工藝中獲得的材料樣品來特意地形成，也可以在某一個加工設備中找到。最佳的測量，最好通過按照具有擴展光譜響應的電偶裝置(CCD)相機的圖像分析進行。
為進一步確定本發明的領域，本發明提供一種裝置，對從連續運轉的紡織加工機器上獲得的正在加工的樣品進行探測。然後圖像分析啟動空間的、光譜的、和瞬時的圖案識別或者過濾(SSTF)，接著SSTF又對薄網中的單個的實體進行鑑別。最後，本發明公開了由SSTF產生的控制信號的應用，以便從薄網中去除有害雜質，或者在紡織加工設備中對紡織材料的薄網的質量特性直接進行控制。
紡織材料中的有害雜質，例如棉結和雜質顆粒的出現是一個問題，其嚴重性正在日益增加。棉花的生產和收割技術，要求在皮棉階段，或者在紡織廠的早期加工階段，進行更積極的清理工作。這些工作是去除異物或雜質，而在許多場合是將雜質粉碎較小顆粒，並且其部分留在纖維材料中。這就使得在以後的工序中，要去除它們就更加困難。更糟糕的是，這種加強的積極的清理工作，一般來說也增加棉結的形成。因此在皮棉廠或紡織廠對連續材料上的有害雜質，進行監控就越來越重要，以便優化地控制它們，而人們必須先測量，然後才能進行控制。
在許多生產環境中，要對整個工藝過程進行百分之百的監控是完全不可能的，而加工過程中的材料，必須先取樣再進行測量。在紡織加工設備中，可用作試樣的纖維結構是纖維絨形式或者條狀的。因此需要新的措施來獲取有代表性的樣品，或者將該樣品製備成薄網的形式，以進行圖像分析、測量。有很明顯的例外是，最近研製開發的圖像分析技術，可以對整個加工工藝進行百分之百的監控，這是一種有見識的應用。一個很好的實施例是監控梳棉機的薄網纖維材料，後面將在一個最佳實施例中進行描述。現有技術的方法和裝置勢必使得圖像分析的應用代價昂貴或不切實際。我們的發明，克服了這些缺點。
根據本發明提供聯機的監控，來控制梳棉網的質量。一般是在百分之百的梳棉網中找到有害雜質，按照它們對後續工序的影響程度，或者對由此導致的紡織產品的最終銷售價格的影響程度，進行鑑別。然後，採取先期的控制來去除或從該網中排除這些雜質。這些網的清理措施由縮寫「FIX」來表示。
根據本發明的一個特例，用一種裝置來監測和加工網狀紡織材料，如紡織廠中正在加工的棉花。這種網含有許多例如棉纖維、棉結、碎葉片、種子殼碎片和其他異物等實體。該網通過一個光學成像裝置，例如一個視像相機進行監測，然後產生一個表示該網內容的信息的監測信號。該信息包括這些實物在網中的位置。一個計算機接收到該監測信號，並根據方位信息確定實物的位置。然後根據確定的位置，產生控制信號。薄網的加工裝置接收該控制信號，並響應該控制信號加工該網，以減少該網中所含的雜質。
最好網的處理器包括位於成像裝置下遊的噴射裝置，以便有選擇性地從該網向外噴射雜質，計算機有效地工作，以確定什麼時候對一個或更多的雜質採用噴射器進行噴射。並且相應於這些被定位的雜質，發出一個噴射指令，然後噴射器響應這個噴射指令，將雜質從網中噴射掉。優選的噴射器包括有一排噴嘴。這些噴嘴以並排的關係排列，並位於監測器的下遊，在網的橫向上延伸。在計算機的控制下一個快速動作的氣動閥向這些噴嘴提供壓縮空氣。當監測器鑑別出一個要被噴射的雜質時，該計算機便確定什麼時候該雜質將通過噴嘴的下面，以及它將通過哪一個噴嘴的下面。然後該計算機將發出一個指令到快速動作閥，以使這些閥釋放空氣到相應的噴嘴，並用氣流將雜質從網中吹掉。
根據本發明的一個特例，提供一種裝置，以監測和加工、處理紡織廠中正在被加工輸送的紡織材料。其中這些被輸送的紡織材料含有許多有害雜質。一個取樣器和樣品成形裝置，從這些輸送的材料中取出樣品，並將該樣品成形為一種所需的形狀，然後進一步將這個重新構成的樣品輸送到一個監測工位。監測器在監測工位上監測到這個重新形成的樣品材料，並相應於該重新形成的樣品的信息產生一個監測信號。該監測信號被提供到一臺對該重新成形的樣品的雜質含量進行分析的計算機，而後根據含有有關該重新形成的樣品的有害雜質的信息的分析出的雜質成份，產生一個輸出信號。
最好，該取樣器和樣品成形裝置包括有一個針式取樣器，該針式取樣器具有許多針。這些針用來勾住和夾持住被輸送的紡織材料中的實體。一個釋放機構以計量的方式，按照一個設定的釋放率，有選擇地從針式取樣器上釋放這些實體。被釋放的實體被置於一個可移動面上。該移動面以一個選擇的速度移動。由此，將這些實體在該表面上形成所需的結構形狀。這樣，就在這個可移動表面上形成了重新構形的樣品。監視器對在移動面上重新構形的樣品進行監測。
最佳實施例的監視器包括一個用來監測網的視像相機和一個用於探測網的速度和產生一個速度信號的速度探測器。利用這個監測信號和速度信號，計算機計算出要找的實體相對於一個網處理器的方位。特別是，計算機根據監測信號所含的方位信息和網的速度，將確定一個或多個有害雜質將到達網處理器的時間。當有害的雜質到達網處理器時，它們將在計算機的控制下得到處理。
藉助下面的附圖並參照本發明最佳實施例的詳細描述，本發明將更清楚易懂。


圖1是纖維簇在一管道中被氣力輸送的截面示意圖，該圖還示出了在管道壁上的一個取樣器;
圖2是類似於圖1的示意圖，它示出了一個取樣器在操作狀態下，從該管道取出纖維樣品的一個取樣器;
圖3是該取樣器操作的又一個示意圖，它示出了該取樣器將纖維送到一滾筒上;
圖4是該取樣器將纖維樣品送到一個滾筒，該滾筒又將該樣品送到一玻璃板上;
圖5示出了本發明的另一實施例，其中，紡織纖維被一纖維分離器處理，輸送經過一個分離的纖維監視器，並被施放到一用於進一步監測的帶網孔的滾筒上;
圖6是本發明實施例的一個截面圖，其中，一個網在道夫滾筒上和/或一個網當它離開紡織機器的道夫滾筒時的情況;
圖7A為一個管道的截面示意圖，該管道含有一根由針式取樣器取樣的紡織纖維條;
圖7B是一個處理工位的示意圖，在該工位上，纖維樣品被從圖7A的針式取樣器上取樣;
圖8是一個光學成像系統框圖，該系統包括兩個CCD相機，並具有網的前照明和後照明;
圖9為圖8的光學成像系統更詳細的示意圖;
圖10為一個罩的詳細圖，該罩用在圖8的光學成像系統中;
圖11為說明CCD相機被讀進存儲器和讀進一個圖像緩衝寄存器的示意圖;
圖12為四本書式存儲器，該存儲器存了來自CCD的圖像;
圖13圖示了另一個用於讀寫CCD相機和將圖像儲存在儲存器中的系統;
圖14為處理系統的整體框圖，用於處理由該光學成像系統生成的圖像;
圖15為該圖像緩存器中兩個圖像的圖示;
圖16A和圖16C表示實體有可能的結合形狀，以及圖16B和圖16D分別反映圖16A和圖16C所示的實體的特徵圖，其中，該特徵圖像是由使一個半徑繞該幾何形狀的中心旋轉，並記錄該半徑相對於其角度位置的長度而獲得的;
圖17A和圖17B構成了一流程圖，表示電腦程式的操作，圖示了本發明的光學系統的一種使用方法，該方法用於區分在紡織網中的不同的實體;
圖18圖示了本發明的一個最佳實施例的排雜器(噴射器)的側剖圖;
圖19表示圖18中沿剖面線19-19剖的排雜器的截面圖;
圖20和圖21分別相應於圖18和圖19的排除裝置350的放大圖;
圖22為一截面圖，它圖示了本發明實施例的一個噴射系統，其中有一個如象一個道夫滾筒那樣的包有針布的滾筒。
形成網的取樣器圖1示出了在一個管道11中，纖維簇在箭頭13所示的方向上被氣動地輸送。在該管道的一側設置了一個帶孔的壁12，與之相配的有一個實心蓋板14。該蓋板14封住帶孔的壁以及封住該管道11的實心的側面。為清楚起見，所示的蓋板14與帶孔的壁12分開，但實際上它仍氣密地與管道16和帶孔板的表面接觸。該蓋板14承受著管道11內外部之間的壓差。如圖1所示，裝載位置上的取樣板18，安裝在一個驅動軸17上，它藉助於一氣動的或液壓的馬達23和控制系統來促動。並且按照連機線25上的一控制信號的指令，該板18繞一個軸線19旋轉，而進入該列纖維流中。由此來捕獲那些撞擊到其上的纖維簇10。在這個逆時針向纖維流旋轉的過程中，相應於圖1和圖2中厚度T(15)所示的適量的被撞的纖維簇被收集，然後藉助於板18的旋轉運動，最終移至一封閉位置，如圖2所示。在板18移動到如圖2所示的封閉位置之後，密封板14藉助於一適當的機械裝置(未圖示)，如一個滾筒8和相關的控制系統，被垂直於該圖面移動，以露出帶孔的壁12。
圖2示出了該取樣板18已經到達了帶孔板12上的封閉或者取樣位置。由於纖維樣品20蓋在帶孔板12上及取樣板的密封作用的結合能夠承受管道11內外部之間的壓差，密封板14可以被抽走。
這樣一個針式取樣器32通過帶孔板的孔27將一個纖維樣品20取出。該針式取樣器是SHOFNER等人申請的，正在審查中的專利申請所描述的三種取樣品之一，該專利申請名稱為「為試驗目的對纖維和其他紡織實體進行分梳的帶有針的裝置」，其申請日為一九九二年十二月三十一日［案號48120.00］。在圖2右側的下部以點劃線的形式示出了一針式取樣器32′。該針式取樣器有夾持/餵入輥34′，它們可處在縮回或鬆開位置上。該針式取樣器32′(虛線)，正好開始從右向左移動。一排針33′在垂直於圖面的寬度最好為2-4英吋，可以它們可以象一根針那麼短或6英吋長或者按照需要再長些。這排針向帶孔板12的附近移動靠近，由此從來孔27獲取實體20的有代表性的樣品，直到取樣器32被裝載完畢並完全移到左邊為止。在該點針式取樣器32的夾持/餵入輥32被關閉，如圖2下部左側實線所示，至此完成了該取樣裝載步驟。在該圖中，輥34表示一個夾持/餵入輥。該輥繞其中心軸旋轉，或相應於旋轉或移動信號，繞其中心軸旋轉或作線性移動。該餵入輥最好由彈性材料構成。
取樣器32由一個適當機構承載以便使其水平移動和向下旋轉，還有些在本領域也是公知的機構，它們使該彈性餵入輥能夠作旋轉或移動。
如圖3所示，該針式取樣器32已經轉動和從臨近於帶孔板12的取樣位置上移開。該密封板14移回到如圖1所示的封閉位置，並且取樣板18被順時針轉回到其安裝位置。被捕捉到取樣板18上的纖維藉助於壓縮空氣被吹走(上部和底部以清理該區域)，再次注入該管道16內的氣動傳輸氣體中。圖3還進一步表示，針式取樣器已經被旋轉到與顯象滾筒40配準的位置。滾筒40的表面的孔44上最好配有針42。該滾筒梳理和排列纖維，並且還是對分布於其上的纖維薄網和其他實體顯像的裝置(薄網未圖示)。使纖維取樣器32上的夾持/餵入輥34相對於薄網顯像滾筒40的旋轉，使纖維從這些針33上被均勻地剝落，以便纖維和其他的實體幾乎都均勻地被設置在滾筒40上。一個強制送風裝置43和在該送風裝置上的吸氣裝置45提供了流過孔眼44的一股氣流，以便取樣器32上的實體施放到滾筒40上。
在某些應用場合併不具有這些針42，並且纖維和其他的實體被設置在一個細密的罩網84上。該罩網類似於圖5所示的那個罩網。這種傳送步驟的首要任務是傳送百分之百的纖維樣品，包括樣品中的所有實體，例如棉結和雜質。這個步驟並沒有從實質上的改變樣品，例如，沒有毀壞樣品的情況。其第二個任務是將樣品形成所需的薄網形式，以便於圖像分析系統50的顯像。針式取樣器32的進一步的細節，可替換的針式取樣器的裝置以及可替換的測量裝置，都在上述的專利申請中作了公開，並在此引為參考。最好大約一克的樣品從每一個針式取樣器32上被傳輸到該顯像滾筒40上。這個數量與大約3吋的針式取樣器寬度有關。
顯像滾筒40也大約有3吋寬，其直徑為6吋，其旋轉速度由圖像分析裝置50設定，但一般速度在100RPM。該顯像滾筒顯示實體薄網，以便於圖像分析裝置50進行監測。在圖3的實施例中，當樣品從針33上取下時，細針42以及滾筒40上的孔眼44用來確保均勻，卸掉和裝載，並確保樣品的梳理和分離工作。圖像分析系統50監測一種以優選方式放置的薄網。如以下將充分公開的那樣，還要充分考慮到該材料樣品中纖維實體的均勻性和方向性。
在說明本發明的圖像分析或控制方案之前，需要解釋完成取樣的操作過程。當裝置50完成圖像分析測量的時候，圖3中的刷子52按箭頭53所示向右移動，以便硬毛鬃54與針42配合工作，刷子52和顯像滾筒40按箭頭55和57所示旋轉，因此纖維、棉結、雜質及其他實體，藉助於刷子52和通過孔44釋放的壓縮空氣56的綜合作用，從顯像滾筒40上剝下。一個共軸的排放噴射器58通過管道59提供負壓，由此使氣流從刷子52和顯像滾筒40的區域回送到氣力輸送管道11中。當完成這一工作的時候，滑閥60關閉。現在該系統開始準備另一個測量工序。在上述的描述中，機械運動和控制都是藉助於常規的裝置來完成的。而最好整個操作是在一臺常規的以微處理器為基礎的控制器、或一臺計算機、如圖8的計算機系統44、的控制下進行的。然而，如果需要的話，每一個步驟都可以用手動控制。
圖4披露了另一個實施例，利用基本上相同的針式取樣器32和圖像分析測量裝置50形成一個薄網62，以便向圖像分析系統50顯像。在這種情況下，樣品由針式取樣器32獲得，並如前所述，展開到顯像滾筒40上，但接著薄網62被剝下而施放到一個玻璃板64上，該玻璃板的長度較該顯像滾筒40周長略大一些。板64的安裝使其可以如箭頭65所示向左、右線性移動，並且其機架(未圖示)由驅動輥67驅動。以這種方式，滾筒40的樣品上的密度、取向、其他的製備情況及顯像特性和效應，保持不變，只是提供了較好的觀測環境66。在這個環境中，前照光68和背照光70可以同時使用，或分別使用，以獲取最佳的照明。背景反襯對比和其他的特徵由馬達驅動件-載體72來表示。載體72最好提供一個黑的背景，但也可以是白的或其他色彩，它還可以是一個鏡面，作為背照光的一種方式或者什么元件都不是。人們可以選擇許多種背景和前照光，以增強對比度、解析度或通常的那種識別實體圖案的能力。
一旦完成測量，薄網樣品62隨玻璃板64在導輥76下移動，並由來自於吹洗源77的清潔壓縮空氣將其去除，這一工作是由共軸排放噴射器80驅動被吸入的清掃氣流78來完成的。然後，該被測試的材料被返回到圖3所示的加工流程中。清潔輪75將殘餘部分清除，並準備好用於下一次測試的板64。
圖5所示為一纖維分離器102，將單個的纖維和雜質通過一個管道供送到一探測工位82，該工位又將雜質和纖維供送到一觀測工位88，＊＊該樣品由裝置102分離。被分離的實體103在通過光電探測工位82之後，被布置在一旋轉的帶孔的滾筒84上。吸氣86收集傳送氣體有利於這種布置的形成。在工位88處，所示的圖像分析系統50類似於圖3和圖4的形式。在本實施例中，樣品已經由從送風裝置91引進並排放到一收集式送風裝置92中的受控環境氣體90進行過整理，該受控氣體通過吸氣流93來抽出。另外該樣品可以進一步由受控的環境空氣94進行整理。該受控制氣體94由送風裝置96和吸氣流97類似地收集。參見現有的「應用受控制和調節的氣流，直接控制纖維的測試或加工性能參數」一文，共同申請日為一九九二年十二月三十一日。
很明顯，帶孔滾筒84的圓周速度可以根據樣品100輸送到纖維分離器102的輸送速度進行調節，以便大部分單個的實體顯像，供光電探測器82和圖像分析系統50進行檢測。顯像滾筒84的速度較低，使得在檢測站88處可以分布較多的實體，供圖像分析系統50進行檢測。在相關的專利申請(申請序號07/762，613、申請日為一九九一年九月十九日)中引入了時標的概念。該概念可以有利地在檢測站88處用於從光電的光散射傳感器82和圖像分析系統50傳來的信號之間。即，樣品100在檢測站82和檢測站88被檢測的時間之間，有一個固定的時間延遲。因此，由檢測站82和檢測站88進行的檢測可以發生時間關聯。
圖6公開了一種在線監視的最重要的實施例，其中圖像分析裝置50檢測梳理機112的道夫滾筒110上的薄網;或者，圖像分析裝置50可在當薄網輸出道夫或壓輥122時，並在薄網進入喇叭口125成為條子126之前對薄網120進行檢測。顯然，上述實體在取向和密度方面在薄網120中與在道夫輥110上是基本相同的。值得稱道的是，在「自由」空間124處檢測該網有許多優點，在這個地方非常容易獲得前照光和背照光，有利於獲得最高的對比度和解析度。然而，在某些場合下，在圖6所示的空間124處，測量該網是不可行的。在另一些場合，當檢測由道夫滾筒110的梳針輸送的薄網時，其圖像分析系統50的分辨識別能力是完全可以勝任的。
圖7所示為一導管105的截面圖，該導管輸送一根條子。它可以是圖6所示的喇叭筒125，或是任意一種通過其輸送條子126的導管，該喇叭筒將寬度約為1m的薄網集束成一根以喇叭筒直徑1cm為最小尺寸的、其線性密度約為5gm/m左右的條子。這樣的條子由長度大致與輸送方向平行的纖維組成。條子輸送管道105中的點劃線104表示纖維的橫截面。對條子狀態的纖維和其他實體的取樣是可以指望的，尤其是條子以大約150m/min運動的時候，圖7公開了用於此目的的裝置。圖7A中的單個的針式取樣器105在名稱為「為測試的目的分離纖維和其他紡織實體的帶有針的裝置」的相關的美國專利申請中有記載，其申請日為1992年12月31日［案號為48120.00］。其操作如下移動同軸罩殼106以便露出數個缺口107(單個孔洞)。取樣器106帶有為取樣設置的針108和引導件109，它被移動通過缺口107，因此如上述的多針取樣器的那樣，收集到一個纖維和其他實體的樣品111。然後，該針被封閉，取樣器被送到下一工位。
在圖7B所示的下一個工作位置上，該樣品被進一步的處理以備測試，樣品111由1000～2000根纖維和有關的其他實體組成。將罩殼113拉離針108，於是該針呈開式，並且彈性餵給輥113將該樣品引入到一氣流115中。該樣品然後可以被布置在圖5所示的帶網孔的滾筒上以便圖像分析裝置50進行測量，或者也可以將樣品送到其他測量裝置上，其中包括AFIS系統102。
圖3、4、5、6、7描述了將紡織材料的樣品形成薄網以備圖像分析裝置檢測的裝置。該樣品可以自動地從一個操作過程中獲取，也可以是實驗室的質量控制儀上的試驗樣品的一部分，或者，還可以是梳棉機或類似的機器上本身就已形成的薄網。所有這些都能被我們最佳的圖像分析裝置50所測試。現在，我們來轉向圖像分析的主題，並描述空間的，光譜的和瞬時的圖案識別或過濾(SSTF)的概念。
圖像探測系統參見圖8，圖中示出了光學成像系統129進行觀測的示圖，該系統包括第一和第二光學成像裝置130和132，這兩個裝置都帶有CCD相機和下述的適當的鏡片。每一個光學成像裝置130和132被適當的設置，以便可以觀測網134上至少0.5m寬的區段，該網最好是一種像棉這樣的無紡的紡織纖維網。為了觀測在圖3的顯像滾筒40上或在圖4的觀測板64上或在圖5的映像帶網滾筒84上移動的上述網，只需要1個相機或圖像分析系統。上面這些都是測試儀器的應用情況，在其他特性中網的特性、特別是速度、可以進行調節，以滿足圖像分析系統的要求。從另一方面來說，為了在生產設備上對百分之百的網進行監測，該圖像分析系統必須適應該設備。現在來描述一個最佳的實施例監測圖6中的梳理網，既可以監測道夫滾筒123上的網，也可以在壓輥122之後在觀測位置124對該網進行監測。就位置123或124而言，採用兩個相機是有利的，最好成像裝置130和132被設置在適當的位置，以便分別監測大約該網的一半，監測範圍有約0.01m的一個重疊區135。兩個成像裝置130和132的目的是對該網進行百分之百的光學觀測，而採用大致為各自一半的觀測方法，減少了數據率。即，由於分別分析來自於每一個光學裝置130和132的數據，該數據率將大約為用單個裝置觀測整個網時和用單個相機獲得與兩個成像裝置同樣的解析度時所需數據的一半。另外，兩個相機大大地放寬了對光學鏡片和其他光學元件的要求。
移動的網134由寬帶的照射源136和138照射，該照射源既提供可見光，也提供不可見光，包括紅外線。照射源136照射該網134的前面，可能的話，應照在圖6中的124處;照射源138照射該網134的反面、背面或者底側。採用這種照射布置，該網134的照射形式可以變化，以便提供有關信息，如從網134的背面透過該網的光量或網的前面反射出的光量，或兩者兼而有之。
光學成像裝置130和132以及照射源136和138經過數據採集和控制裝置140和142被連接到一個圖像處理和儲存計算機系統144上。該光學成像系統130和132產生的圖像信號通過裝置140和142被傳送到系統144進行處理，並且計算機系統144也通過裝置140和142向照射源136和138發出控制指令。由此來控制照射到網134的強度和時間，系統144還包括一個信息連線146，它向以後將描述的排雜系統提供信息和進行控制。
圖像探測系統的操作。
參照圖9和圖10，每個光學成像裝置130和132的詳細操作將更清楚。圖9所示為光學成像系統129的詳圖，該圖示出了一個成像系統130的操作，可以理解，裝置132也以類似的方式工作。成像裝置130被適當地裝配形成，以同時觀測橫布下網134右半側的條帶150，這四個條帶在圖8和圖9中以1-4標註。在最佳實施例中，每一條帶150具有0.5mm的寬度，並且每一條帶垂直地橫貫網134，其跨度約為0.510mm。由於採用了兩個光學成像系統130和132來觀測整個網，帶150可以被認為實際上連續地貫穿整個網。1-4標號的條帶150沿網運動的方向上被以4mm的距離相互分開。這四條帶的邊與邊的間隔為3.5mm。
光學成像系統129如圖9所示，包括一副透鏡152和154以及一個空間罩156。當光線經鏡子160的前表面反射，並透過或從光譜色散元件159上反射以後，透鏡152和154用來在物面上或在物面附近，將網134成像到相機130中的一個CCD陣列184上。空間罩156的作用是將CCD和光棚裝置184的圖像限制於四個條帶150上。該色散元件159的作用(它既可以是透光光棚，也可以是反射光棚)將在以下說明。由於網134以箭頭160所示的方向移動，顯然，CCD184分四次觀測網上的實體，這四觀測分別相應於4個不同的物/像點。即，在100%的134網上的每一個實體將通過四條帶150中的每一條。因此，在第一條帶150中首先被觀測的那部分網134上的實體，將在第二條帶150中被第二次觀測到，在第三條帶150上又被第三次觀測，以及在第四條帶150上被第四次觀測。如下面將更詳細地描述的那樣，這種重複的目的是增加所獲取的信息量，並由此提高準確度和精確度。
圖9中，為清楚起見，在光線入射到光譜色散元件159之前，僅僅示出了中心的光線151-1，-2，-3、-4及中心的光譜分色，圖9中所示的光譜色散153有8個分色。
由CCD184來的信號被傳送到電子讀出裝置162。該裝置是探測和控制裝置140的一部分。讀出電子裝置162，向一個圖像處理器164輸出信號。該輸出信號被提供到一個顯示和儲存單166。它們兩者都是圖像處理和儲存計算機系統144的一部分。
網134的速度由一個速度監測器，例如一個旋轉的編碼器168，連續地監測，從而通過電子讀出裝置162向計算機系統144提供速度信息。這種速度信息是很重要的，使該系統能夠利用由四條帶150所產生的重複信息，並使有害的實體，例如由裝置129探測到的棉結和雜質，可以按照在網中的位置被跟蹤並在下遊排除掉。
參照圖10，所示為罩156的詳圖。罩156具有縫170、172、173、174，它們在觀測空間上將CCD和光棚裝置158的圖像範圍限制於四條帶150。這樣，縫170、172、173、174就控制著條帶150的尺寸和形狀。由於希望提供具有0.5mm寬的帶，因此縫寬度(dx)可以由物面上的設計寬度(0.5mm)和第一個光學元件152的放大倍數來確定。該罩的寬度dy(157)由透鏡152的放大倍數和所要檢測的網的寬度Yo(131)(約為0.51m，並含有0.01m的重疊)來確定。對於焦距為60mm並且離網為1m的光學元件152來說具有下式M＝63.8×10-3dx＝31μmdy＝32mm罩156可以由精密的金屬切割膜構成，或是通過在玻璃基片上鉻刻或是通過光刻的方法來構成。
圖9中示出了一反射光棚159，它最好用於可見光和近紅外光。光線進入裝置130，透過罩156到達光譜色散光棚159，然後通過一個由計算機系統144控制的光閘175，最終抵達-CCD陣列184。衍射光棚159將入射光分散成8個光譜頻帶，而該光棚被按適當的方向設置，以使色散出現在相應於和平行於網134移動的方向上。該色散方向與縫170、172、173、174的較長軸線以及與四條帶150都垂直。該衍射光棚被適當地設計和加工成所需的尺寸，使其將8個光譜成份展開在相應於網上4mm的一個CCD的區域上。因此，該系統不是在該陣列184上將每一個條帶150形成一個圖像，而是將每一個條帶150的8個並排的光譜上不同的圖像聚焦在該陣列184上。現在可以理解到，所選的4個條帶150的尺寸和條帶之間的間距是為了使每個條帶的8個圖像成像到CCD陣列184上而不會有任何重疊。由於該衍射光棚將光線分成了光譜頻帶，因此在陣列184上形成的每一個條帶圖像將對每一個條帶150產生不同的光譜信息。這使利用一個CCD陣列來觀測可見光和接近紅外波長的光譜信息的設計變得簡單、緊湊，上述CCD陣列僅測量入射光的強度。
在想要探測可見光範圍外的光線時，可選用該衍射光棚186。如果只是探測可見的或非常接近於紅外的光線(λ1.2μm)，則可以用一個透光光棚來代替該反射光棚186。對於近紅外線來說，CCD陣列184必須是那種對所用的非可見光敏感的陣列。例如，對於λ≈3μm以下的近紅外線，CCD陣列可以是一種矽化鉑或汞鎘碲化物的陣列。然而，陣列的這些應用，通常提供較在可見光範圍內用的陣列低一些的解析度。麻省的EGG廠商(EGG of Massachusetts)生產有各種適用的近紅外光線的CCD。
在上述的描述中，特別參見圖9，已經對探測和控制裝置140和光學成像裝置130作了描述。可以理解到，裝置132和142基本上分別與裝置130和140相同，可以將圖9理解為所描述和表示的是兩種成像裝置130和132以及兩種探測和控制裝置140和142。圖9還可被進一步理解為描述的是實驗儀器或圖1～5和圖7的連機監測儀器的實施例或檢測纖維雜質的現場檢測措施的實施例。所描述的實施例不局限用於棉結(包括種子殼碎片)或雜質之類的有害實體(雜質)。
參見圖11～13所示的電子和數字處理元件將會更好的理解圖9所示的系統129的信號處理情況。CCD陣列由如下排列的1024×32個像素190組成，1024像素取向平行於條帶150或垂直於在陣列184上的網134的圖像的移動方向。射到每個像素的光線產生一種電荷，該電荷被傳送到CCD終端並被轉換成電壓信號。這個陣列184的像素電壓最好由一個A/D轉換器每一次讀出4個像素。由每個像素190感應的電壓由A/D192轉換成數位訊號，其輸出通過DEMUX194被送到數字儲存器196。在該儲存器由一個平均的和總的光強累加器198讀出並將其輸出送到一個圖像緩存器200。累加器198的作用是對由陣列184輸出的四個分時的1024像素排進行平均，以在圖像緩存器200中產生每一排的圖像信號。平均處理最好再次參見圖8和圖9，並考慮一下網134通過條帶150時半個毫米片斷的網134，以便可以更好地理解這種平均處理。首先考慮該片斷第一次在第一個條帶150中出現的情況，電子光閘175使CCD184曝光，並且這個網的片斷將被第一次觀測。然後該片斷從第一個條帶移動到第二個條帶150。圖像處理器144接收來自於編碼器168的速度信息，並使光閘175在每次該網移動半毫米時打開一次。這樣，當光閘175打開第九次的時候該片斷處於第二條帶150的適當位置上，並且該片斷被CCD陣列184第二次觀測到。類似地，在光閘175第17次曝光時該片斷將位於條帶3中，在光閘175第25次曝光時該假設的片斷將在條帶4中，並由此被第三次和第四次觀測。從上面的說明可以理解到，網的每一個片斷將會有與上述假設相同的過程，並將被四次觀測。因此，通過對每0.5mm片斷的第一次、第九次、第17次和第25次曝光的觀測結果進行平均，則可獲得每一片斷測量的平均值。在說明第二次、第十次、第十八次、第二十六次光閘曝光等等整個網的探測步驟之前，我們先來說明該儲存器的構造。
參見圖12，可以將該儲存器196的儲存單元及控制形象化。儲存器196被分成4本書，從第一冊到第四冊，它們分別以符號202、204、206和208標示。參見圖11和12，將對數據採集和儲存作如下說明。當光閘175(圖9)從旋轉編碼器168收到一個適當的位置指示時，它打開約0.0001秒，以便CCD陣列184曝光。通過讀CCD陣列184的第一1024像素行，開始了圖像的探測過程，每次讀4個像素，並將其儲存在第一冊書第1頁第1行最右端的1024單元內。從陣列184讀出下一個1024像素行並將其儲存在第一本書第2頁第1行，這是因為它反映的是與第一行相同的空間信息。只是以不同的光譜波長反映的。每一本書包括8個光譜頁，並且CCD陣列184的前8行都被讀入第一本書這八頁的第1行上。CCD陣列184的下一個8行被儲存到第一本書的這八頁的第2行上。CCD陣列184的下一個8行(16～24行)被儲存到第一本書的1～8頁的第3行上。CCD陣列184的最後的8行被儲存到第一本書的8頁的第4行上。
顯然，現在CCD已被全部讀畢，並且處理器144處於等待狀態，直到編碼器168指示表明網134已經向前移動了0.5mm。這時，光閘175將再次曝光，並產生第二次曝光，該第二次暴光被儲存在第一本書的第1～8頁的5～8行，其儲存方式如上所述。類似的相繼的曝光都被儲存在第一本書中，直到第8次曝光被儲存在第一本書的第1～8頁的第29～32行。當第9次曝光的時候，如圖12的符號204所示，開始儲存第二本書，第二本書將包括第9～16次的曝光。類似的將起用第3本和第4本書，來分別儲存第17～24次曝光和第25～32次曝光，從上面的討論可以理解到，第一本書包含了最先的曝光，而第4本書包含了最後的曝光。
進一步還能理解到第一本書的8頁的每一頁的第一行對應的網片段的圖像與第二本書的每頁的第二行、第三本書的每一頁的第三行以及第四本書的每一頁的第四行相對應的網片斷的圖像是同樣的。這樣，為了在圖像緩存器200中產生第1頁的第1行，累加器198對第一本書第1頁第1行+第二本書第1頁第2行+第三本書第1頁第3行+第四本書第1頁第4行進行平均。以上述相同的方式，累加器198按照第1～4本書的第2～8頁，在圖像儲存緩存器中產生第2～8頁的第1行。
為了在圖像緩存器200中產生第一頁的第二行，累加器198利用了從第二次曝光、第十、第十八和第二十六次曝光獲得的數據。通過對第一本書第1頁第5行+第二本書第1頁第6行+第三本書第1頁第7行+第四本書第1頁第8行進行平均，獲得了緩存器200的第二行。類似的利用每一個相繼的曝光可生成圖像緩存器200的這八頁中的前8行。作為另一個實施例，為了造成圖像緩存器200的第8行，累加器198對第一本書第29行+第二本書第30行+第三本書第31行+第四本書第32行進行累加。當計算出圖像緩存器200的第8行之後，第2本書、第3本書和第4本書也如第1本書、第2本書和第3本書那樣被分別重新標示。然後利用CCD184的下一組8次曝光產生新的第4本書，並且按照計算前8行那樣的方式來計算緩存器200的8頁中的每一頁上的下一組8行。這種處理過程無止境地連續進行，因此圖像緩存器200是一種滾動式的圖像緩存器，並且總是在所有這八頁上含有16行的圖像信息。
從以上描述中可以理解到圖像緩存器總是包含有8個以「頁」來表示的圖像，並且它們是網134每個佔16行的圖像。按照波長，在緩存器200中，這8個圖像(頁)互不相同，即每一個圖像表示一個特別的光譜範圍。如果網在哪個特別的光譜範圍內被成像，那麼這個圖像將出現在圖像緩存器200中含有該特別光譜範圍的那頁上。
緩存器200的輸出被進一步分析，其詳情在描述圖14所示的一個替換實施例之後說明。其中累加器198已經被分成2個198A和198B，而圖像緩存器200已經被分成2個緩存器200A和200B。將會理解到圖14隻是象徵性表示了這些元件，實際上沒有必要在將累加器或圖像緩存器機械地分開。但是在圖中將它們分開，有利於對其操作進行說明。
圖14所示的實施例示出了利用系統129中重複信息的另一種方式。應該記得，網134的每一片斷都被CCD184進行4次觀測或成像，在上述的實施例中，這四個重複的圖像被平均化，以產生單個的圖像。然而在圖14所示的實施例中，以不同的方式利用這個重複的信息，為了實施此實施例。在每16次曝光之後改變網134的照明，例如，在第一個16次曝光期間，光源138被打開，以從網的背側照射網134。因此，只有透過該網的光被探測器184接收。當第2組16次曝光(第17～32次曝光)時，光源138被關閉，而光源140被打開，以致於只有從網上反射的光被陣列184接受。此後，每16次曝光，光源138和140被交替地打開或關閉，以致於網134在一次只被從一側照射。除了當光源138打開的時候，累加器198A只接收第一組16次曝光加上此後每個奇數組的16次曝光產生的數據，累加器198A以上述的方式，以書的形式生成圖像緩存器200A。當光源140打開和光源138關閉的時候，累加器198隻根據偶數組的16次曝光，在圖像緩存器200B中生成圖像書。因此圖像緩存器200A含有一個透射光圖像，而圖像緩存器200B含有一個反射光圖像。這些圖像的每一個實際上是按前述方式包含在8個單頁中的8個圖像。
操作累加器198A和198B的另一個方法，是改變每8次曝光之後的照明，使得在1～8次曝光期間和17～24次曝光期間，光源138被打開。而9～16次曝光和25～32次曝光期間，光源140被打開。在這種情形下，累加器198隻按照奇數組的8個曝光為圖像緩存器200A生成信息。而198隻根據偶數組的8個曝光為圖像緩存器200B生成數據信息。
雖然圖8所示的系統提供的是一四重的重複信息，但是如果需要的話，所有真實的重複信息都可以被消除掉，並且可以在4種不同的光照條件下，當網134通過條帶150時，對網134進行觀測。例如，可以將網暴露在4種不同的光照條件下，使網的每一片斷在條帶150之一的下面通過時每一次都出現不同類型光照的。如網134可以用紅色照明作為其第一組8次的曝光，而用綠色照明作為第2組8次的曝光、黃色照明作為第3組8次的曝光，藍色照明作為第4組8次曝光。當第5組的8次曝光時，光照條件可以以如前所述的用於每一組的8個曝光的相同次序，再次循環。按照這種方式，當網134通過條帶150時，其每一個片斷將暴露在4種不同的光照條件下，並且網134的不同的部分將在不同的位置暴露在不同的光照條件下。例如，網的一個部分可以在第1條帶的地方暴露在紅色下，而網的另一部分在第2條帶的地方也暴露在紅色底下。網的所有的片斷將暴露在所有4種光照條件下，只是在不同的位置。在本實施例中，最好使用4個累加器，如累加器198A和198B。每一個累加器都被程序化，以便在某種光照條件照射網134的時候，接收數據信息。在這種情況下，每一個累加器都響應來自於每個第4組的8次曝光產生的數據信息。
通過以上給出的實施例，旨在表明圖9所示的光學系統可以形成預定次數的重複信息，通過改變條帶150的數目來確定重複次數。網134在通過每一個條帶150的同時都被曝光，然後對這些結果進行平均，利用這種重複信息可以減少可能出現的錯誤。或者，人們可以利用這種重複的信息，將網暴露在不同的光照條件下，例如不同的波長、方向或光的類型，由此來獲得有關網134的更多的信息。
再次參見圖11和13，可以回憶起陣列184包括許多1024像素行，並且每一個像素觀測該網134上一個0.5mm×0.5mm的區域。由於網134的整個寬度為1m，因此可以設置2個光學成像裝置130和132，來重疊任何從0到24個像素區域。在最佳實施例中，裝置130和132被適當地設置，以便重疊20個像素或10mm。並且每一個相機也有一個觀測角，這個觀測角從網的外側邊緣伸出4個像素的距離，或2mm的距離。光學成像裝置130和132的重疊區被用來調準裝置130和132，以致於它們精確地在重疊區觀測網134的同一個部位。在調準之後，信號在軟盤中被適當地處理，以避免重複計量。因此這種重疊確保了充分對網134進行觀測，並且它有利於130和132的對準。
實體的識別參照圖14所示為顯示和儲存系統166的一個框圖。在這個圖中有兩個圖像緩存器210和212，每一個與圖12中的緩存器200相同。因此緩存器210和212的每一個在8個儲存單元中含有8個圖像。該儲存單元可以被認為是頁。每一頁為16×1024陣列的數據。該圖像緩存器210和212的數據被分別讀進處理緩存器214和216。兩個數位訊號處理器(DSP)218和220被用來根據緩存器214和216的數據進行工作，並且這兩個DSP處理器218和220的每一個都由一個中央處理器222來控制。處理器222還被連接到一個常用的終端224上，以及連接到一個通訊線146上。
儲存在處理緩存器214和216的原始數據，反映了網134的多重特徵。DSP218和220以及中央處理器222都被程序化，以便利用圖像中所含的光譜的和空間的信息，來確定要找的實體的位置和對它們進行分類或鑑別。例如在最佳實施例中，系統166被程序化，以便能夠確定纖維網134中的雜質和棉結的位置。參見圖17A，該程序的第一個步驟230是賦予處理緩存器214和216中每一個像素中一個2進位制數值，1或0，這種賦值是根據其光強值進行的。為了明確起見，我們定義任何一個具有數值1(開)的像素為一種特徵，而任何具有數值0(關)的像素為背景。就以透射光模式接收的圖像信息而言，要找的目標(實體)使光減弱，於是該程序把數值1賦予所有像素中光強小於背景值的50%的像素。至於以反射光模式獲得的圖像信息而言，我們對那些具有大於50%背景值的像素感興趣，並且它們被賦予一個1值，而其餘的像素被賦予0值。這種二進位值的賦值用於緩存器214和216的8頁上的所有的圖像。通過上述方式的二進位賦值，可以採用相同特徵識別技術和測定大小的運算來處理的透射或反射光產生的圖像。
如流程圖中緊跟二進位圖像轉換步驟的步驟232所示，通過檢查上部的像素行，對處理緩存器進行鑑別以便特徵連接或重疊。它可以通過檢查一個上部像素行周圍的每一個像素來完成。如果所有5個相鄰的像素為數值1，那麼該特徵被認為是一個重疊。然後，這個特徵佔據的行數被確定下來，並且該行數被送到控制電路以便按照該行數進一步更新時間。按照這種方式，可以控制該圖像緩存器的更新的時間，以使得相繼提供到處理緩存器214和216的特徵並不重疊邊緣。在一個可替換的實施例中，該處理器不是以控制更新時間的圖像緩存器來避免重疊，而是對緩存器214和216的最後一行(尾隨邊)的有定義的特徵進行鑑別。這些經鑑別的在一個邊界上的特徵被儲存到一個獨立的儲存器中，然後，當處理器214和216被更新的時候，則對每個緩存器214和216的第一行(領頭邊)進行分析，來確定被儲存特徵的剩餘部分的位置，該剩餘部分重疊於緩存器214和216中的兩頁之間的邊界上。以這種方式，DSP218和220根據兩個邊界重疊的特徵來重新構成一個單個的特徵(物像)。
在對重疊部分進行鑑別和補償之後，在步驟234則對特徵進行鑑別，這些特徵被定義為具有值1的兩個或多個相鄰的像素。其鄰接可以是水平的、垂直的或斜的，並且通過計算所有相鄰的像素來計算雜質的整體尺寸。例如，通過跟蹤技術，高通濾波技術或導數運算，可以確定這些特徵的邊界。一旦特徵的位置及邊界被確定，這些特徵就進一步被鑑別出形狀。例如採用已知的合併和分解技術，通過估計具有多邊形的特徵的邊界，可以確定其形狀。由於我們認為棉纖維中的多數雜質的幾何形狀相當簡單，並且我們主要是對該特徵的高寬比感興趣，因此這項技術很適用。
另一種確定一種特徵形狀的可代替的方法是，確定該物粒的一維圖形。按照這種方法，從特徵中心到該特徵邊界的距離被作為中心角度的函數記錄下來。在圖16A中圖示了一種圓形特徵，其相應的圖形是由半徑繞中心旋轉而形成的如圖16B所示。可以將圖16B所示的圖像與圖16D所示的圖像作比較，圖16D的圖像是由一個半徑繞一個圖16C所示的矩形的中心旋轉而形成的圖。這種方法特別適合於鑑別那些具有高度徑向對稱的物粒。這種措施的另一個優點是可以用一維圖像來表示這個特徵，因此節省了儲存空間和處理時間。
在這些特徵的位置被確定並且有關它們尺寸和形狀的信息也獲得之後，如步驟236所示，從具有異常光譜特性的那些特徵開始進行分類。棉花的顏色範圍在外觀上是從白色到一種很淺的黃色，任何一種顯示黃色或白色以外的強光譜反應的材料，應該被認為是由異物組成的，應被除去，例如，一個含糖的棉結在近紅外的光譜範圍內顯示很強的光譜響應。因此，任何一種在近紅外光譜範圍內有很強的光譜響應的特徵都應該視為異物來標記，並按下所述方法將它們去除。在流程圖中的步驟238表示根據一個特徵的光譜特性，對異物立即作出鑑別。
接下來如步驟239所示，從反射光緩存器中一次篩選出一個特徵。如果該特徵在任何方向的直徑大於4mm，在此特殊場合下，它就被認為是一種不明異物。這是因為大多數要找的顆粒雜質，例如雜質，棉結和種子殼碎片它們都小於4mm。接著，相同的特徵以透射光照射時其尺寸一個比率被計算，即以透射光觀測的物粒的尺寸除用反射光觀測的物粒的尺寸。由於棉花，特別是薄網，具有相當的半透光性，棉花自身主要是由反射光觀測，而較少用透射光觀測。相反，不透明的雜質，如碎渣、草和樹皮是在透射光下以高對比度被顯示，因為它們基本上擋住了所有的光線。換言之，纖維的緊密的纏結物和結塊，如棉結，最好用反射光來顯示。由半透射光纖維團和不透射的種子殼的芯組成的種子殼碎片通過比較其對透射光和反射光照明的響應來確定。如流程圖步驟244所示，如果上述的比率小於0.1，則在步驟246，該特徵就被評估為徑向對稱的。如果該特徵具有徑向對稱性，例如是用16A和圖16B所示的徑向特徵，那麼如步驟248所示，它被鑑別為一個棉結。否則例如步驟250所示，它被鑑別為一個纖維塊或纖維團。參見步驟246，如果該比率在0.1和0.8之間，則如步驟252所示，它被立即鑑別為種子殼碎片。最後，如果該比率大於0.8，則將如步驟254所示，程序對該高寬比進行分析。如果該高寬比很小，例如小於2，那麼如步驟256所示，該物粒被鑑別為碎葉片。另一方面，如果該高寬比較大，例如大於4，則如步驟258所示，它被分類為樹皮或草。這種在棉網上(如圖8所示的網134上)的物粒的鑑別和分類，有利於作出有關棉花加工方面的決定，這種加工包括棉花觀測點的上遊和下遊的加工，例如，如果觀測到有許多碎片的棉網時，操作者就會在開始時選擇以較清潔的棉花，或者提高上遊機器的清理效率，如果觀測到一種特別類型的碎片，該碎片將表明上遊存在某種特別的問題，例如，如果觀測到奇特的顏色，就可能表明一部分經染色的碎布片已經混入到上遊的棉花中，並且這樣的事故會使大量的成品報廢。
同樣，棉網中物粒的鑑別和分類，為下遊的加工提供了有用的信息。例如，粘連的棉結在近紅外的區域由一種很強的圖像表示，這些棉結明顯地影響到加工設備並降低成品的等級。因此，在下遊的加工中，消除這種含糖的棉結將得到高度重視;在某些應用場合，小的碎葉片不會出現什麼問題，然而樹皮碎片值得關注。這時，下遊加工將著重消除這種被探測到的草以及碎葉片，或者對碎葉片也許不予關注。
雜質的排除既然已經描述了用於找到和鑑別棉網中有害雜質的裝置和方法，現在來討論如何將它們從網中排除。藉助於上述的裝置和方法，雜質被找出來，然後按照事先的類別對應予排除的雜質進行鑑別。圖18示出了一個最佳的排雜器300的一個截面圖，其中排雜器採用壓縮空氣將有害雜質從薄網320中排除或清理，並且圖19示出了一個沿圖18的線19-19剖開的截面圖。圖20和21分別是圖18和圖19的排雜區350的放大圖。在圖18和20中，薄網320看上去是通過板330和332被輸送。這兩塊板有一排注入噴嘴334，這些噴嘴具有近似於矩形的孔335，孔的寬度大約為3mm並且如圖20所示具有一個寬度D，338。在圖19的截面圖中，矩形孔335的長度為大約1cm，並且孔之間的間距340(S)也依次為1cm。網320大約有1m的寬度(或40吋)，並且這排噴嘴334垂直地橫跨網320上。一個錐形的減速噴嘴336也有大約3mm的寬度，如圖18所示，並且有1m的長度。該減速噴嘴位於這排噴嘴334之下，並接收噴嘴334吹來的氣流。
參見圖8、18和19，這排噴嘴334以一個已知的距離被設置在圖8所示的條帶150的下遊。由於藉助旋轉的編碼器168連續地將網334的速度傳送到計算機系統144，因此該計算機144計算出該網的任何一個特定片斷，從例如第一條帶150到達該噴嘴排334所需的時間，當系統144鑑別到一個有害雜質時，有害雜質的位置(空間坐標)則相對於該薄網134(圖18中的320)被確定下來，並且該系統144計算出該有害雜質到達這排噴嘴所需的時間。應該記得成像裝置130和132中的CCD陣列184已被設置好，來觀測橫貫網134(320)的0.5mm條帶，其每一個像素觀測一個0.5mm的方形區。因此統計橫貫該陣列的像素至有害雜質的圖像，即可確定該雜質的橫向位置。根據雜質的橫向位置，計算機系統144也確定出當該雜質到達噴嘴334的時候，哪一個噴嘴將在這個雜質的上面。在這個適當的時刻，當此雜質到達排雜區350的時候，藉助一個快速作用的電磁閥354將一個短促的壓縮空氣流提供到許多噴射器供氣管355中的適當一個。計算機系統144通過控制線353提供控制信號來起動一個或者多個閥354，並通過供氣管355釋放壓縮空氣，由管352將清潔的壓縮空氣供到每一個供氣管355，並且每一個供氣管355都被設置在一個噴嘴334的嘴337上的適當位置，供氣管355的壓縮空氣攜帶著一股來自於環繞噴嘴的嘴337的送風裝置360的氣流。這種從供氣管355和送風裝置360來的混合氣流，形成了一股吹出的氣流，這股氣流衝擊著雜質356並將其從薄網320中排除，接著氣流通過一個減速的噴嘴336進入到廢料管358。該減速噴嘴336具有適當的尺寸，以便在排雜區350產生一個很小的正起始壓，這樣就推動薄網320的周圍物質離開排雜區350，而在同一時刻將有害雜質356吹進廢料收集管358。在該起始正壓之後，當來自於供氣管355的壓縮空氣關閉時，在減速噴嘴336中空氣移動的衝力產生一短暫間隙的負壓，它使得排雜區周圍(一個矩形區約為1cm×3mm)的部分物質向內移動。這種負壓的間隙是被時間設定的，以便部分地封閉網320上的排雜孔，而不將該網320帶入廢料收集管358。
空氣連續地通過廢料收集管358移動，以便將有害雜質排出該系統。廢料收集管358和進風的送風裝置360的尺寸被設計選擇，以致於不影響排雜噴嘴334和336的獨立操作。對於典型的梳棉機上的棉網來說，大約有100個排雜噴嘴，此外供氣管360足夠地大以致於任何一個排雜噴嘴334實際上都不對其他任何一個噴嘴產生相互影響，甚至是在數個這樣的噴嘴334同時操作的時候，也不相互影響，甚至是在數個這樣的噴嘴334同時操作的時候，也不相互影響，進入到供氣管360的空氣被過濾或者以其他方式處理，適應排雜的目的。
圖22示出了第二種類型的空氣排雜器400，它適用於將雜質從包覆滾筒，例如圖6的道夫滾筒110中除去。除雜器400的一個最佳位置402，在圖6和圖22中，以「X」標記。該位置是在圖像分析系統50和壓輥122之間。參見圖22，圖像分析系統50尋找並鑑別道夫滾筒110上一個要被排除的雜質。所述的圖形鑑別、判斷和計時由圖8中的計算機144來處理，並且在線146上的控制信號，也由計算機處理，該信號指令排雜器控制器404去激勵快速作用的電磁閥406。這種作用便將清潔的壓縮空氣提供到送風裝置408和提供到吹氣孔410，同時(或如果需要的話，分別採用其他閥和不同的計時)，電磁閥406將清潔的壓縮空氣提供到一個同軸的噴射器420。假定噴射氣流412和驅動氣流的噴射器同時開啟，顯然，壓力驅動的噴氣流412和吸氣驅動的噴射器的抽吸氣流416將共同作用，「推和拉」一小股或「脈動」的氣流以高速運動貫穿道夫梳針422，其方向允許雜質418和少量與之相連的纖維419被託起、離開梳針422，並被帶入到收集管424中，氣流414由氣流412的帶動和氣流416的抽吸所驅動。簡言之，排雜器400的作用可以被認為是提供一個短暫的(毫秒)的快速移動的(近1Mach)脈動氣流(10′s立方釐米)，該脈動將雜質從滾筒梳針上清除，並將它們排出棉網。將排除器的孔的寬和長為大約3mm×10mm，類似於圖18-21的排雜器，並且在道夫滾筒110上的1m寬的棉網上橫布有100個排雜器。
在該最佳實施例中，描述了壓縮空氣、排雜噴嘴，但是也可以採用功能相當的另外的排雜裝置，這些措施包括機械的穿孔、切割或鉤取和類似的措施。雖然最好是採用系統148去尋找和鑑別要找的特徵，如運動的棉網上的碎片。但是可以理解到其他的探測系統，也可以與該排雜質聯合使用。類似的其他的排雜器或纖維處理器也可以與在此描述的探測系統一起使用。在此描述的各種實施例是用來說明本發明的例子，並且可以理解到本發明可以有許多重新組合的設計、改進和對部件的替換，這些均包括在本發明的權利要求所限定的範圍內。
權利要求
1.一種對正在紡織廠加工的紡織材料薄網進行監測和處理的裝置，該紡織材料薄網含有許多雜質，該裝置包括監測該紡織材料薄網的裝置，該裝置產生一種含有相應於該網成分的信息的監測信號，所述的信息包括雜質在網中所處的位置；計算機處理裝置，用來接收監測信號，並根據位置信息確定雜質在網中的位置，並且按照所確定的位置產生控制信號；以及網的處理裝置，用來接收控制信號，並響應於和按照該控制信號對網進行處理，以減小在網中所含的雜質量。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述的處理網的裝置，包括位於所述的監測裝置下遊的噴射器，用來有選擇地將雜質從網中噴射掉;所述的計算機處理裝置工作，以確定什麼時候由所述的噴射器對已經確定位置的一個和多個雜質進行噴射，並響應於這些確定位置的雜質，發出一個噴射指令;所述的噴射器響應於該噴射指令，將雜質從網中噴射掉。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述的處理網的裝置包括一排噴嘴，它們並排地位於所述監測裝置的下遊，並且沿網的橫向排布，以選擇性地將雜質從網中噴射掉;所述的計算機處理裝置，運行以確定什麼時候由所述的噴嘴將已經確定位置的接近所述這排噴嘴的一個或多個雜質噴射掉，並響應於這些確定位置的雜質發出噴射指令;一個壓縮空氣源;若干快速作用的氣動閥，用來從所述的空氣源接收壓縮空氣，並以一個有限的時間間隔有選擇地釋放所述的壓縮空氣;空氣輸送裝置，用來將從所述的閥釋放的壓縮空氣傳送到所述的噴嘴;所述的閥包括控制裝置，其響應所述的噴射指令，以便在雜質位於所述噴嘴的附近時，打開該閥、將噴射氣流釋放到所述的氣流輸送裝置和所述的噴嘴中;所述的噴嘴設置在適當的位置和適當的方向，以便響應所述的噴射指令，將壓縮空氣對著所述的網而將雜質從網中噴射掉。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述的網的處理裝置包括位於所述監測裝置下遊的噴射器，用來有選擇地將雜質從網中噴射掉;所述的計算機處理裝置，工作以確定什麼時候由所述的噴射器對已經確定位置的一個和多個雜質進行噴射，並響應於這些確定位置和雜質，發出一個噴射指令;所述的噴射器響應於該噴射指令，將雜質從網中噴射掉;一個接收器設在適當的位置，以接收從網上被噴射掉的雜質，並在網上雜質被除去的地方產生一個輕微的負壓，以便對該網上雜質被除去的地方進行修補。
5.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述的網處理裝置包括一排噴嘴，它們並排的位於所述監測裝置的下遊，並且沿網的橫向排布，以選擇性地將雜質從網中噴射掉;所述的計算機處理裝置，有效地工作以確定什麼時候由所述的噴嘴將已經確定位置的接近所述這排噴嘴的一個或多個雜質噴射掉，並響應於這些確定位置的雜質發出噴射指令;一個壓縮空氣源;若干快速作用的氣動閥，用來從所述的空氣源接收壓縮空氣，並以一個有限的時間間隔有選擇地釋放所述的壓縮空氣;空氣輸送裝置，用來將從所述的閥釋放的壓縮空氣傳送到所述的噴嘴;所述的閥包括控制裝置，該控制裝置響應所述的噴射指令，以便在雜質位於所述噴嘴的附近時，打開該閥並將噴射氣流釋放到所述的空氣輸送裝置和所述的噴嘴中;所述的噴嘴被設置在適當的位置和適當的方向，以便響應所述的噴射指令，將壓縮空氣對著所述的網而將雜質從網中噴射掉;所述的噴嘴，根據壓縮空氣源和薄網設計噴嘴的結構形狀和尺寸，以便在雜質被除去的區域，產生一個輕微的正壓，由此可以利用來自於噴嘴的起始噴射氣流推出和分離該網;一個接收裝置定位用以接收來自於噴嘴的壓縮空氣和從網噴射下來的雜質;並在起初提供一個與離開噴嘴的壓力逆向的背壓，在雜質被噴射與網分離的區域產生一個增壓;以及在網上雜質被除去的地方產生一個輕微的負壓，以便在雜質被除去的位置上，將雜質帶走，並同時修復該網。
6.一種對正在紡織廠加工的運動中的紡織材料網進行監測和處理的裝置，該紡織材料網含有許多有害的雜質，並以一定的速度在與該網長度方向平行的方向上移動，該裝置包括監測裝置，監測該紡織材料網，並產生一個含有相應於該網成分的信息的監測信號，所述的信息包括有害雜質在網中所處的位置;一個速度探測器，用來探測網的速度，並產生相應於並指示該網速度的速度信號;網的處理裝置，用來接收控制信號，並響應於和按照該控制信號對網進行處理，以減少在網中所含的雜質量;所述的計算機處理裝置，用來根據位置信息和網的速度確定一個或多個有害雜質到達網的處理裝置之處的時間。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於所述的網處理裝置包括位於所述的監測器裝置下遊的噴射器，用來有選擇地將雜質從網中噴射掉;所述的計算機處理裝置，有效地工作以確定什麼時候由所述的噴射器對已經確定位置的一個和多個雜質進行噴射，並響應於這些確定位置的雜質，發出一個噴射指令;所述的噴射器響應於該噴射指令，將雜質從網中噴射掉。
8.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於所述的網處理裝置包括一排噴嘴，它們並排的位於所述監測裝置的下遊，並且沿網的橫向的排布，以選擇性地將雜質從網中噴射掉;所述的計算機處理裝置，有效地工作以確定什麼時候由所述的噴嘴將已經確定位置的接近所述這排噴嘴的一個或多個雜質噴射掉，並響應於這些確定位置的雜質發出噴射指令;一個壓縮空氣源;若干快速作用的氣動閥，用來從所述的空氣源接收壓縮空氣，並以一個有限的時間間隔，有選擇地釋放所述的壓縮空氣;空氣輸送裝置，將從所述的閥釋放的壓縮空氣傳送到所述的噴嘴;所述的閥包括控制裝置，其響應所述的噴射指令，以便在雜質位於所述噴嘴附近時，打開該閥和將噴射氣流釋放到所述的氣流輸送裝置和所述的噴嘴中;以及所述的噴嘴被設置在適當的位置和適當的方向，以便響應所述噴射指令，將壓縮空氣著所述的網而將雜質從網中噴射掉。
9.根據權利要求8的裝置，其特徵在於每一個所述的噴嘴包括一個空氣輸送管，用來從空氣源接收壓縮空氣，並將該空氣送到空氣輸送管一端。一個噴射器，接裝到空氣輸送管一端並提供第二空氣源，所述的噴射器相對於所述的空氣輸送管成形和定位，以便從所述的第二空氣源供出氣流，並且，當所述閥致動時，將第二空氣源的空氣帶入從空氣輸送管端部溢出的壓縮空氣中。
10.一種對紡織廠中正在加工的紡織材料的供應進行監測和處理的裝置，該供應的材料中包括許多含有有害雜質的實體，該裝置包括一個取樣器和樣品形成裝置，用於從該供應的材料中取得樣品，將樣品形成所需的形狀和將重新成形的實體樣品送到一個監測站;監測裝置，用於在監測站監測該重新形成的紡織材料的樣品，並產生含有相應於該重新形成樣品的成分的信息的監測信號;計算機處理裝置，用來接收該監測信號，分析該重新形成的樣品的實體成分，和根據所分析的該重新形成的樣品的實體成分產生一個輸出信號，該信號包括該重新盛開的樣品中含有的有害雜質的信息。
11.根據權利要求10所述的裝置，其特徵在於，所述取樣器和樣品成形裝置包括一個具有若干針的針式取樣器，用來咬住和握持供應的紡織材料中的實體;一個釋放裝置，用來以計量的方式從針式取樣器有選擇地釋放該實體，以便以一個選定的釋放速度釋放該實體;一個可移動的表面，用來以一個選定的速度移動，並以該選定的速度將實體接收到所述的表面，以將所述的實體在所述的表面上形成所需的形狀，從而將該實體加工成重新成形的樣品;所述的監測裝置，用來在該移動的表面上監測該重新成形的樣品。
12.根據權利要求11所述的裝置，其特徵在於，該可移動的表面為一衝孔並帶針的滾筒，該滾筒具有若干孔，以對所述滾筒上的實體施加一個負壓。
13.根據權利要求11所述的裝置，其特徵在於，它還具有一個纖維測量裝置，用來從所述的釋放機構接收纖維，將纖維分離，測量一部分被分離纖維的特性，並以選定的速度將所述的被分離的纖維輸送到所述的可移動面。
14.根據權利要求11所述的裝置，其特徵在於，所述的可移動面包括一種可移動的平面板。
15.根據權利要求11所述的裝置，其特徵在於，所述的可移動面包括一種平玻璃板。
16.一種對紡織廠中正在加工的紡織材料的供應進行監測和處理的方法，該供應中包括許多含有有害雜質的實體，該方法包括從該供應的材料中取出纖維樣品;將樣品形成一種所需的形狀以生成一種重新成形的樣品;將重新形成的實體樣品輸送到監測站;在監測站監測該重新形成的紡織材料樣品，並產生一個含有相應於該重新形成樣品成分的信息的監測信號;分析監測信號以確定該重新形成樣品的實體成分，並根據被分析的該重新形成樣品的實體成分，產生輸出信號，所述的輸出信號含有有關該重新形成樣品中所含有的有害雜質的信息;至少部分響應於該輸出信號，對該紡織材料進行處理，以減少該紡織材料中有害雜質的含量。
17.根據權利要求16的方法，其特徵在於，所述的形成和輸送的步驟還包括以一個選定速度釋放纖維樣品;以該選定的速度將該纖維樣品輸送到一個表面上，以在監測站的該表面上將樣品形成所需的構形。
18.根據權利要求16的方法，其特徵是，成形和輸送步驟還包括以一選定的速度釋放該纖維樣品;以該選定的速度將纖維樣品輸送到一衝孔的滾筒表面上，以在監測站的該表面上將該樣品形成所需的形狀;對該衝孔的滾筒表面施加負壓，以施加一種將實體保留在所述表面上的保持吸力。
19.根據權利要求16的方法，其特徵在於，所述的監測步驟包括以光學探測器裝置觀測該重新形成的樣品，並產生至少一個樣品圖像，該圖像含有所述實體圖像;對這些實體的圖像進行分析，以確定實體在重新形成的樣品中的標記和位置。
20.根據權利要求16的方法，其特徵是，所述的監測步驟包括以光學探測器裝置觀測該重新形成的樣品，並產生至少一個含有所述實體圖像的樣品圖像;對這些實體的圖像進行分析，以確定有害實體在該重新形成的樣品中的標記尺寸類型和位置。
全文摘要
一種用來監測和處理紡織材料的網的裝置和方法，該紡織材料的網含有許多包括纖維、棉結、種子殼碎片和殘屑這樣的實體。藉助於成像裝置對該網進行監測，以產生一個監測信號。一計算機接收該監測信號，並確定要找實體的位置，然後按照該實體的位置控制一個網的處理器。最好這個網的處理器包括在計算機控制下將雜質從該網上噴射掉的許多噴射器，在一個實施例中，通過一個取樣器和樣品形成裝置來形成薄網。該樣品形成裝置從加工流水線上取出纖維樣品，並將其重新構成一種所需要的形狀，例如棉網形狀來進行監測。
文檔編號D01G23/08GK1102222SQ9312176
公開日1995年5月3日 申請日期1993年12月31日 優先權日1992年12月31日
發明者F·M·索夫納, J·C·包德溫, G·F·威廉斯, M·G·湯恩斯 申請人:澤韋格.烏斯特(美國)有限公司